×
20.06.2015
216.013.56fd

Результат интеллектуальной деятельности: ИЗНОСО-КОРРОЗИОННОСТОЙКИЙ МЕДНО-НИКЕЛЕВЫЙ СПЛАВ

Вид РИД

Изобретение

Аннотация: Изобретение относится к разработке прецизионных сплавов для микрометаллургических процессов, в том числе для получения функциональных покрытий, пленок, микропроводов, порошковых материалов, конструкционно-функциональные элементы из которых эффективно работают в жестких условиях эксплуатации, таких как негативное воздействие механических нагрузок, износа, химических реагентов, положительных и отрицательных температур. Сплав содержит, мас.%: никель 33,0-56,0, цирконий 3,0-5,0, хром 5,0-9,0, гафний 3,0-8,0, церий 0,2-2,0, лантан 0,5-1,5, иттрий 1,5-3,0, нитрид бора 0,6-1,2, медь - остальное, при этом размер частиц нитрида бора составляет 60-80 нм. Технический результат изобретения заключается в расширении диапазона рабочих температур, повышении адгезии до более 10 МПа и микротвердости до более 20 ГПа. 2 пр.
Основные результаты: Медно-никелевый сплав, в котором основные компоненты образованы медью и никелем, отличающийся тем, что он дополнительно содержит хром, цирконий, гафний, церий, лантан, иттрий и нитрид бора (BN) при следующем соотношении компонентов, мас.%:Ni - 33,0-56,0;Zr - 3,0-5,0;Cr - 5,0-9,0;Hf - 3,0-8,0;Ce - 0,2-2,0;La - 0,5-1,5;Y - 1,5-3,0;BN - 0,6-1,2;Cu - остальное,при этом размер частиц нитрида бора составляет 60-80 нм.

Изобретение относится к разработке прецизионных сплавов для микрометаллургических процессов, в том числе для получения функциональных покрытий, пленок, микропроводов, порошковых материалов, конструкционно-функциональные элементы из которых эффективно работают в жестких условиях эксплуатации (негативное воздействие механических нагрузок, износа, химических реагентов, положительных и отрицательных температур).

Из литературных источников известно, что к таким современным материалам предъявляют следующие требования:

- микротвердость не менее 20 ГПа;

- адгезия не менее 10 МПа;

- коррозионная стойкость 3 класса;

- температурная стабильность (отсутствие растрескивания и отслоений покрытий):

- положительные температуры 650-700°C;

- отрицательные температуры -196°C.

Практика показывает, что наиболее перспективной базовой системой является двойной сплав медь-никель [Джуринский Д.В. Структура и свойства функционально-градиентных покрытий из аморфных и микрокристаллических сплавов, полученных методом сверхзвукового "холодного" газодинамического напыления для создания конкурентоспособных изделий. Диссертация на соискания звания кандидата технических наук. Санкт-Петербург. 2006 г.]. Образование неограниченных твердых растворов в этой системе весьма благоприятно для введения легирующих компонентов, повышающих определяющие технологические и эксплуатационные характеристики сплава.

Известны сплавы на основе системы медь-никель для различных видов микрометаллургического передела, обеспечивающих широкую гамму свойств. Однако создание новых видов техники для работы в экстремальных условиях эксплуатации требует, в свою очередь, создания новых сплавов.

Из современных сплавов наиболее применимы сплавы системы НМжМц (ГОСТ 492-73, ТУ 48-21-7-72 (монель-металл)) и константан МНМц 40-1,5 (ГОСТ 5307-77).

Состав монель-металла 400 (Nicorros): Cu - 28,0-34,0%, Fe - 1,0-2,5%, Mn - максимально 2,0%, Ni - минимально 63,0%.

Состав константана: Ni - 39,0-41,0%; Mn - 1,0-2,0%; остальное - Cu.

Это базовые сплавы. Кроме этого, имеется еще целая гамма медно-никелевых сплавов, используемых для конкретных условий эксплуатации в зависимости от химического и фазового состава. Отличительной особенностью известных сплавов этого класса является то, что они являются деформируемыми со сложной схемой обработки (регулируемая закалка при высоких температурах с последующей обработкой только на малых скоростях и малых подачах). Это, например, медно-никелевый деформируемый сплав (патент №2303641, C22C 9/06, опубл. 27.07.2007), имеющий состав, мас.%: Ni - 5,0-33,0; Fe - 0,4-2,0; Mn - 0,3-1,5, Mg - 0,006-0,04; Cu - остальное.

Деформируемые сплавы используются для получения листов, лент, проволоки методами пластической деформации. Эти сплавы отличает высокая коррозионная стойкость в различных агрессивных средах (растворы щелочей, кислот, солей, морская вода).

Другой тип медно-никелевых сплавов - литейные, то есть сплавы для получения, в основном, литых микропроводов в стеклянной изоляции. Это более широкий спектр сплавов по химическому составу с учетом специфики охлаждения системы сплав-стекло из жидкой фазы со скоростями до миллиона градусов в секунду (а.с. 345222, 456023, 456842, 528342, 235328).

В качестве прототипа выбран сплав по патенту RU 2453621 (МПК C22C 9/06, опубликовано 20.06.2012), имеющий следующий химический состав, мас.%:

Ni - 35,0-45,0

Mn - 3,9-10,0

Fe - 0,1-5,0

Cu - 40,0-61,0

и элементы из группы: углерод, кремний, алюминий, магний, титан, хром, РЗМ, молибден, иттрий в сумме не более 2%.

Сплав предназначен для применения в отраслях химической промышленности, таких как нефтедобывающая промышленность, химическая технология и химическое машиностроение, технология опреснения воды, а также электротехнических целей, для изготовления пучковой арматуры, для производства оправ для очков. Кроме того, известный сплав может использоваться для получения покрытий.

Экспериментально установлено, что известный сплав обладает следующими свойствами:

- микротвердость 12 ГПа;

- адгезионная прочность 7 МПа;

- коррозионная стойкость 3 класс;

- диапазон рабочих температур:

- положительные температуры до 600°C;

- отрицательные температуры выше - 60°C.

Недостатком известного сплава является достаточно узкий диапазон рабочих температур и пониженные микротвердость и адгезия.

Технический результат изобретения заключается в расширении диапазона рабочих температур, повышении адгезии (более 10 МПа) и микротвердости (более 20 ГПа).

Технический результат достигается за счет того, что медно-никелевый сплав дополнительно содержит хром, цирконий, гафний, церий, лантан, иттрий и нитрид бора (BN) при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Никель 33,0-56,0
Цирконий 3,0-5,0
Хром 5,0-9,0
Гафний 3,0-8,0
Церий 0,2-2,0
Лантан 0,5-1,5
Иттрий 1,5-3,0
Нитрид бора 0,6-1,2
Медь остальное

При этом размер частиц нитрида бора составляет 60-80 нм.

Экспериментально уставлено, что двойной сплав меди с никелем при содержании никеля от 33 до 56% имеет наиболее высокую коррозионную стойкость (3 класс), группа стойкости - «весьма стойкие».

При меньших, чем 33%, и больших, чем 56%, коррозионная стойкость значительно падает в агрессивных средах (кислотных, щелочных, солевых растворах).

Однако двойной медно-никелевый сплав практически не смачивает металлические подложки (сталь, жаростойкие никелевые и титановые сплавы при напылении покрытий известными газотермическими методами) и не удается получить сплошное прочное покрытие с высокой адгезией и микротвердостью.

Надежным поверхностным активатором для медно-никелевых сплавов является цирконий. Введение его в двойной сплав Cu-(33-56)%Ni в количествах от 3,0 до 5,0% обеспечивает устойчивость процесса напыления (например, методами ХГДН, микроплазменного и магнетронного напыления), существенное повышение адгезии (более 10 МПа) и низкий разброс толщины покрытия (±8%) при оптимальных толщинах 40-200 мкм для газотермического нанесения покрытий и (±5%) при магнетронном (для покрытий толщиной 10-12 мкм).

При меньших, чем 3,0% Zr, этого эффекта достичь не удается. При значениях более 5,0 Zr снижается адгезионная прочность.

Однако тройной сплав Cu-Ni-Zr в указанных выше соотношениях имеет относительно узкий для современной техники диапазон рабочих температур: при положительных температурах более 600°C и отрицательных температурах ниже -60°C происходит отслаивание покрытий. Для устранения этого негативного эффекта в сплав дополнительно вводится хром в количестве (5,0-9,0)%, обеспечивающий повышение положительных рабочих температур до 750-780°C, и гафний, который исключает отслаивание покрытий до отрицательных температур жидкого азота (-196°C). При меньших количествах хрома и гафния требуемого эффекта не наблюдается; при больших - из-за возможности образования сложных комплексных интерметаллидов типа Cr2Hf - при напылении наблюдается образование капельной фазы с резким и крайне нежелательным для последующей эксплуатации колебанием толщины покрытий.

Практика создания сплавов для микрометаллургических процессов (прежде всего для получения тонких пленок и покрытий) показывает, что разрабатываемый состав сплава необходимо комплексно модифицировать малыми добавками редкоземельных элементов, удаляющих из сплава вредные неметаллические примеси (кислород, азот, водород). В противном случае в ходе длительной эксплуатации покрытий при жестких температурных и динамических нагрузках эти неметаллические включения, являясь концентраторами напряжений, реально приводят к разрушению покрытий.

Известно, что наиболее эффективными модификаторами являются малые добавки церия, иттрия и лантана, имеющие наибольшее сродство к кислороду, азоту и водороду соответственно. Обязательным является комплексное введение всех трех указанных элементов для достижения максимального интеграционного эффекта модифицирования разрабатываемого прецизионного сплава.

При этом экспериментально установлено, что требуемая очистка предлагаемого сплава от кислорода, азота и водорода достигается при комплексном введении церия в количестве - (0,2-2,0)%; иттрия в количестве - (1,5-3,0)%; лантана в количестве - (0,5-1,5)%. При меньших значениях модификации практически не наблюдается, при больших - образуются самостоятельные фазы из указанных РЗМ и появление обратного эффекта - насыщения газами.

В сплав дополнительно вводятся наночастицы нитриды бора, не растворяющиеся в расплаве металла (температура плавления 2700°C) и имеющие аномально высокую микротвердость (73,5-93,1 ГПа). При этом для максимального эффекта упрочнения количество BN должно быть от 0,6 до 1,2%, а размер частиц должен составлять 60-80 нм. При больших содержаниях BN и других размерах наночастиц процесс получения покрытий становится весьма неустойчивым.

Указанное легирование сплава BN приводит к интегральному повышению микротвердости сплава до значений более 20 ГПа.

Пример 1.

Разработанный медно-никелевый сплав получают методом прямого сплавления шихтовых компонентов в высокочастотной печи типа УИР-16-10-0.003 с рабочей частотой 0-66 кГц. Загрузка шихтовых компонентов в алундовый тигель емкостью 1 литр производится в следующей последовательности: (Cu-Ni)→Cr→Zr→Hf→(Ce-La-Y)→BN.

Химический состав сплава следующий (мас.%):

Ni - 33

Zr - 3,0

Cr - 5,0

Hf - 3,0

Се - 0,2

La - 0,5

Y - 1,5

BN - 0,6

Cu - остальное.

При этом наночастицы BN фракции 60-80 нм вводятся с помощью специального приспособления практически на дно тигля и интенсивно перемешиваются в расплаве в высокочастотном поле.

После расплавления фиксированный тигель опрокидывается с определенной скоростью и струя расплава попадает в емкость с водой, образуя при кристаллизации гранулы размером 3-5 мм. Полученные гранулы разламываются на высокоскоростной дезинтегральной установке типа ДЕЗИ-15 при скоростях вращения роторов 12000-15000 об/мин. При этих скоростях и соответствующих расходах гранул в рабочей зоне получают порошки требуемого фракционного состава 40-100 мкм. Полученные порошки напыляют методом сверхзвукового холодного газодинамического напыления типа ДИМЕТ-3М при скоростях 1,5 маха на подложку из стали Х15Ю5.

Полученное покрытие толщиной 120-140 мкм имеют следующие характеристики:

- микротвердость, ГПа - 20;

- адгезионная прочность, МПа - 12,4;

- коррозионная стойкость 3 класс;

- температурная стабильность (отсутствие растрескивания и отслоений покрытия):

- положительные температуры, °C - 720°C;

- отрицательные температуры, °C - минус 196°C.

Пример 2.

Выплавка сплава верхнего граничного состава проводилась точно так же, как и в первом примере. Полученный сплав имел следующий химический, мас.%:

Ni - 56

Zr - 5,0

Cr - 9,0

Hf - 8,0

Ce - 2,0

La - 1,5

Y - 3,0

BN - 1,2

Cu - остальное.

Порошки также получались аналогично примеру 1 на установке ДЕЗИ-15.

Полученные порошки напыляют методом микроплазменного напыления на установке типа УГМИ 2/250 при скоростях 1,2 маха на подложку из титанового сплава типа ВТ-6.

Полученное покрытие толщиной 140-180 мкм имеет следующие характеристики:

- микротвердость, ГПа - 35;

- адгезионная прочность, МПа - 13,2;

- коррозионная стойкость 3 класс;

- температурная стабильность (отсутствие растрескивания и отслоений покрытия):

- положительные температуры, °C - 780°C;

- отрицательные температуры, °C - минус 196°C.

Медно-никелевый сплав, в котором основные компоненты образованы медью и никелем, отличающийся тем, что он дополнительно содержит хром, цирконий, гафний, церий, лантан, иттрий и нитрид бора (BN) при следующем соотношении компонентов, мас.%:Ni - 33,0-56,0;Zr - 3,0-5,0;Cr - 5,0-9,0;Hf - 3,0-8,0;Ce - 0,2-2,0;La - 0,5-1,5;Y - 1,5-3,0;BN - 0,6-1,2;Cu - остальное,при этом размер частиц нитрида бора составляет 60-80 нм.
Источник поступления информации: Роспатент

Показаны записи 41-50 из 262.
20.08.2013
№216.012.60a4

Способ получения градиентного каталитического покрытия

Изобретение относится к области нанесения покрытий, в частности к каталитическим оксидным покрытиям, а также к электрохимическим производствам, и может быть использовано при изготовлении электродных материалов. Способ получения градиентного каталитического покрытия на подложке из титана или его...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002490372
Дата охранного документа: 20.08.2013
10.09.2013
№216.012.6702

Способ изготовления крепежных элементов из высокопрочных титановых сплавов

Изобретение относится к области металлургии и может быть использовано в авиационно-космической технике, в химическом машиностроении, судостроении, автомобильной промышленности при изготовлении стержневых деталей с головками из титановых сплавов. После горячей высадки на заготовке головки болта,...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002492017
Дата охранного документа: 10.09.2013
10.09.2013
№216.012.6860

Способ ламинаризации пограничного слоя на аэродинамической поверхности

Изобретение относится к способам управления пограничным слоем на поверхности летательного аппарата. Способ ламинаризации пограничного слоя на аэродинамической поверхности заключается в том, что с помощью диэлектрического барьерного разряда ионизируют поток воздуха и воздействуют на него...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002492367
Дата охранного документа: 10.09.2013
10.10.2013
№216.012.7433

Способ спектрофотометрического определения концентрации диоксида хлора и хлорит-иона в питьевой воде

Изобретение относится к аналитической химии, в частности к способам определения концентрации примесей в питьевой воде. Способ включает обработку проб воды раствором йодида калия, поочередное измерение оптической плотности проб диоксида хлора при pH 7 и хлорит-иона и диоксида хлора при pH 2,5,...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002495404
Дата охранного документа: 10.10.2013
10.10.2013
№216.012.74a9

Буферный усилитель

Изобретение относится к технике передачи измерительных сигналов, характеризующихся величиной электрического напряжения, в частности к буферным усилителям. Техническим результатом является повышение быстродействия передачи напряжения на расстояние за счет уменьшения времени переходных процессов...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002495522
Дата охранного документа: 10.10.2013
20.10.2013
№216.012.757e

Гибкая автоматизированная система базирования

Изобретение относится к приспособлениям для крепления-зажима деталей, более конкретно к способам и устройствам для базирования сложнопрофильных нежестких деталей на многокоординатных станках, которое может быть использовано в авиакосмической и других отраслях промышленности. Технический...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002495738
Дата охранного документа: 20.10.2013
27.10.2013
№216.012.7b84

Способ оценки электромагнитной совместимости бортового оборудования в составе летательного аппарата в диапазоне частот от 10 кгц до 400 мгц

Изобретение относится к области испытаний электромагнитной совместимости (ЭМС) бортового радиоэлектронного и электронного оборудования в составе летательных аппаратов (ЛА) и может быть использовано при проведении испытаний по оценке влияния на испытываемое бортовое оборудование (БО) радиопомех...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002497282
Дата охранного документа: 27.10.2013
10.11.2013
№216.012.7cdc

Режущий инструмент

Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано в режущих инструментах с механическим креплением режущих пластин. Инструмент содержит корпус, в гнезде которого установлена режущая пластина, закрепляемая с помощью Г-образного прихвата с цилиндрической направляющей частью,...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002497637
Дата охранного документа: 10.11.2013
10.11.2013
№216.012.7ebd

Прецизионный комплектный цифровой линейный гидропривод

Изобретение относится к области машиностроения, в частности к программируемым гидроприводам механообрабатывающего оборудования с числовым программным управлением. Гидропривод содержит одноштоковый силовой гидроцилиндр с позиционным датчиком обратной связи, гидрораспределитель с пропорциональным...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002498118
Дата охранного документа: 10.11.2013
20.11.2013
№216.012.825b

Рекомбинантная плазмида, рекомбинантный штамм, рекомбинантный белок вмр-7 и способ выделения рекомбинантного белка в димерной форме

Изобретение относится к биотехнологии и представляет собой рекомбинантную плазмиду BMPRIB-CBD, штамм E.coli, трансформированный данной плазмидой. Изобретение относится также к рекомбинантному белку BMPRIB-CBD, с использованием которого получают белок BMP-7. Изобретение позволяет получить...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002499047
Дата охранного документа: 20.11.2013
Показаны записи 41-50 из 210.
10.07.2013
№216.012.544b

Способ электрошлакового переплава

Изобретение относится к электрометаллургии и может быть использовано при выплавке слитков электрошлаковым переплавом расходуемых электродов. В способе используют по меньшей мере две затравки, которые выполняют в виде цилиндра или параллелепипеда, изолируют от корпуса кристаллизатора и размещают...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002487182
Дата охранного документа: 10.07.2013
10.07.2013
№216.012.5538

Система комплексной обработки информации радионавигационных и автономных средств навигации для определения действительных значений параметров самолетовождения

Изобретение относится к системам навигации летательных аппаратов (ЛА), а именно к обработке информации в навигационно-пилотажных комплексах. На борту ЛА расположены: инерциальная навигационная система (ИНС), радионавигационный корректор - спутниковая навигационная система (СНС) и автономный...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002487419
Дата охранного документа: 10.07.2013
20.07.2013
№216.012.574f

Двухслойный стальной прокат

Изобретение относится к области металлургии и может быть использовано при изготовлении сварных конструкций из двухслойного проката, длительно эксплуатирующихся при отрицательных температурах в условиях интенсивного механического, коррозионно-эрозионного воздействия мощных ледовых полей и...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002487959
Дата охранного документа: 20.07.2013
27.07.2013
№216.012.59a0

Сырьевая смесь для изготовления огнестойкого конструкционного материала

Изобретение относится к строительным материалам и может быть использовано в строительстве, судостроении, атомной промышленности для защиты от пожара служебных и жилых помещений в составе огнестойких конструкций, а также в качестве среднего слоя панелей, облицованных декоративно-отделочными...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002488565
Дата охранного документа: 27.07.2013
10.08.2013
№216.012.5c89

Движительно-рулевая колонка

Изобретение относится к судостроению и может быть использовано при создании судовых движительно-рулевых комплексов. Движительно-рулевая колонка содержит баллер, гондолу, гребной винт и механизм поворота колонки. Баллер в верхней части соединен с корпусом через опорный шар, а в нижней части -...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002489310
Дата охранного документа: 10.08.2013
20.08.2013
№216.012.5f87

Способ изготовления крепежных элементов из высокопрочных титановых сплавов

Изобретение относится к области металлургии и может быть использовано при изготовлении стержневых деталей с головками из титановых сплавов. Заготовки подвергают термообработке, после чего производят горячую высадку головок крепежных элементов. После механообработки заготовок с головками...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002490087
Дата охранного документа: 20.08.2013
20.08.2013
№216.012.60a4

Способ получения градиентного каталитического покрытия

Изобретение относится к области нанесения покрытий, в частности к каталитическим оксидным покрытиям, а также к электрохимическим производствам, и может быть использовано при изготовлении электродных материалов. Способ получения градиентного каталитического покрытия на подложке из титана или его...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002490372
Дата охранного документа: 20.08.2013
10.09.2013
№216.012.6702

Способ изготовления крепежных элементов из высокопрочных титановых сплавов

Изобретение относится к области металлургии и может быть использовано в авиационно-космической технике, в химическом машиностроении, судостроении, автомобильной промышленности при изготовлении стержневых деталей с головками из титановых сплавов. После горячей высадки на заготовке головки болта,...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002492017
Дата охранного документа: 10.09.2013
10.09.2013
№216.012.6860

Способ ламинаризации пограничного слоя на аэродинамической поверхности

Изобретение относится к способам управления пограничным слоем на поверхности летательного аппарата. Способ ламинаризации пограничного слоя на аэродинамической поверхности заключается в том, что с помощью диэлектрического барьерного разряда ионизируют поток воздуха и воздействуют на него...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002492367
Дата охранного документа: 10.09.2013
10.10.2013
№216.012.7433

Способ спектрофотометрического определения концентрации диоксида хлора и хлорит-иона в питьевой воде

Изобретение относится к аналитической химии, в частности к способам определения концентрации примесей в питьевой воде. Способ включает обработку проб воды раствором йодида калия, поочередное измерение оптической плотности проб диоксида хлора при pH 7 и хлорит-иона и диоксида хлора при pH 2,5,...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002495404
Дата охранного документа: 10.10.2013
+ добавить свой РИД