×
29.03.2019
219.016.f154

СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ КОМПОЗИЦИОННОГО МАТЕРИАЛА

Вид РИД

Изобретение

Юридическая информация Свернуть Развернуть
Краткое описание РИД Свернуть Развернуть
Аннотация: Изобретение относится к порошковой металлургии, в частности к получению композиционных материалов на основе интерметаллида Nb. Может быть использовано при изготовлении деталей для длительной эксплуатации при высоких температурах в условиях значительных механических и термических нагрузок, в частности, жаростойких деталей ГТД: рабочих и сопловых лопаток, элементов жаровых труб а также других деталей машин, работающих при температурах до 1600°С. Исходную порошковую смесь для получения композиционного материала подвергают механическому легированию в защитной атмосфере в течение 40-50 часов, после чего проводят горячее изостатическое прессование при температуре 1450-1550°С и давлении 25-35 МПа не более 5 минут. Полученный материал имеет равномерную структуру, высокую относительную плотность при высоком выходе годного и минимальных материальных и энергетических затратах. 1 табл.
Реферат Свернуть Развернуть

Изобретение относится к способам получения композиционных материалов на основе интерметаллида ниобия. Композиционные материалы на основе интерметаллида ниобия предназначены для длительной эксплуатации при высоких температурах в условиях значительных механических и термических нагрузок и могут быть использованы в качестве жаростойких деталей ГТД: рабочих и сопловых лопаток, элементов жаровых труб, а также других деталей машин, работающих при температурах до 1600°С.

Дальнейшее повышение мощности, кпд, экологичности и экономичности современных газовых турбин, используемых в качестве авиационных двигателей, энергетических установок и газоперекачивающих агрегатов, возможно только за счет повышения температуры рабочего газа на входе в турбину. Для этого требуется повысить предельные рабочие температуры, при которых возможна эффективная эксплуатация деталей горячего тракта при температурах 1400-1600°С. Так как такие температуры лежат за пределами работоспособности современных сложнолегированных жаропрочных сплавов на основе никеля им на смену должны прийти новые материалы с более жаропрочной матрицей. Наиболее перспективными в этом отношении являются интерметаллиды и естественные композиты на их основе в виде направленных эвтектик, например, с ниобиевой матрицей, упрочненной интерметаллидами силицида ниобия. К преимуществам таких материалов относятся меньшая на 20% плотность по сравнению с традиционно применяемыми жаропрочными сплавами, отсутствие дефицитных легирующих элементов и более высокая температура плавления. Лопатки из подобного композиционного материала могут длительно работать при температурах на ~250°С и более, чем аналогичные детали из использующихся в настоящее время никелевых жаропрочных сплавов.

Известен способ получения тугоплавких композиционных материалов с металлической или интерметаллидной матрицей, армированной керамическими частицами, включающий приготовление исходной заготовки из порошковой смеси механическим легированием, помещение заготовки в емкость и нагрев емкости до температуры начала экзотермической реакции путем погружения ее донной части в расплав металла и последующую кристаллизацию путем дальнейшего погружения емкости в расплав металла (патент РФ №2263089).

Недостатком этого способа является то, что тепло, выделяющееся в процессе экзотермической реакции, недостаточно для изготовления композиционных материалов на основе интерметаллида ниобия.

Известен способ получения композиционных материалов на основе интерметаллида ниобия, заключающийся в дуговом переплаве в защитной атмосфере (аргон) в водоохлаждаемом медном тигле с использованием нерасходуемого вольфрамового электрода. Полученный слиток переплавляют несколько раз. (R.Tanaka, A.Kasama, M.Fujikura, I.Iwanaga, N.Tanaka, and Y.Matsumura «Research and Development of Niobium-Based Superalloys for Hot Components of Gas turbine» Proceedings of the International Gas Turbine Congress, 2003, Tokyo).

Недостатком этого способа является необходимость использования уникального технологического оборудования - установки для дугового переплава, что делает получение материала чрезвычайно дорогим и трудоемким.

За прототип принят способ получения композиционного материала на основе интерметаллида ниобия, включающий перемешивание исходных порошков в промышленном смесителе, холодное изостатическое прессование порошковой смеси (плотность 60% от теоретической) с последующим отжигом в вакууме, электронно-индукционное распыление и последующее компактирование (горячее изостатическое прессование или экструзия) (Р.Jehanno, M.Heilmaier, Н.Kestler, M Boning, A.Venskutonis, В.Bewlay and M.Jackson «Assessment of a Powder Metallurgical Processing Route for Refractory Metal Silicide Alloys» METALLURGICAL AND MATERIALS TRANSACTIONS, 2005, vol.36, pp.515-523).

Недостатками способа-прототипа являются:

1. Формирование требуемой интерметаллидной структуры происходит в объеме пористой заготовки, что исключает возможность формирования равномерного химического и фазового составов, и в свою очередь, требует дальнейшего распыления и компактирования с целью получения равномерной структуры композиционного материала.

2. Длительность технологического процесса и большое количество технологических этапов, что повышает стоимость материала, трудоемкость его изготовления и снижает выход годного.

Технической задачей данного изобретения является разработка способа получения композиционного материала на основе интерметаллида ниобия с равномерной структурой, высокой относительной плотностью, который обеспечивает высокий выход годного при минимальных материальных и энергетических затратах.

Для решения данной технической задачи предложен способ получения композиционного материала на основе интерметаллида ниобия, включающий перемешивание исходных порошков с последующим горячим изостатическим прессованием порошковой смеси, отличающийся тем, что после перемешивания исходную порошковую смесь подвергают механическому легированию в защитной атмосфере в течение 40-50 часов, а горячее изостатическое прессование проводят при температуре 1450-1550°С, давлении 25-35 МПа не более 5 минут.

Предложенный способ позволяет получать композиционные гранулы с заданным химическим составом и равномерно распределенным по объему каждой гранулы фазовым составом. После проведения горячего изостатического прессования в заявленном интервале температур и давлении гранулы преобразуются в композиционный материал с высоким уровнем плотности и равномерной структурой.

Пример 1

Получение композиционного материала состава Nb-Si-Ti.

Для получения композиционного материала использовали элементарные промышленные порошки. Исходные порошки в количествах, соответствующих заданному химическому составу, смешали. Исходную порошковую смесь подвергли механическому легированию в высокоэнергетической установке для размола и смешивания (атритторе) по следующему режиму: время обработки 50 ч., защитная атмосфера - аргон. Затем порошки подвергли горячему изостатическому прессованию по режиму: температура 1500°С, давление 30 МПа, время 3 мин. Относительная плотность полученного материала составила 0,99, а плотность γ 6,85 г/см3, при заданном химическом составе (основа твердый раствор Nb плюс упрочняющие фазы) и равномерно распределенными по объему материала фазами (Nb3SiNb5Si3), выход годного 99%.

Пример 2

Получение композиционного материала состава Nb-Si-Mo-W-Hf

Для получения композиционного материала использовали элементарные промышленные порошки. Исходные порошки в количествах, соответствующих заданному химическому составу, смешивали. Исходную порошковую смесь подвергали механическому легированию в высокоэнергетической установке для размола и смешивания (атритторе) по следующему режиму: время обработки - 40 ч., защитная атмосфера - аргон. Затем порошки подвергали горячему изостатическому прессованию по режиму: температура 1550°С, давление 35 МПа, время 5 мин. Относительная плотность полученного материала составила 0,99, а γ - 7,98 г/см3, при заданном химическом составе (основа - твердый раствор Nb плюс упрочняющие фазы) и равномерно распределенными по объему материала фазами (Nb3Si и Nb3Si3)), выход годного 99%.

Пример 3

Получение композиционного материала состава Nb-Si-Ti-Al-Cr-Hf

Для получения композиционного материала использовали элементарные промышленные порошки. Исходные порошки в количествах, соответствующих заданному химическому составу, смешивали в турбулентном смесителе в течение 1-1,5 ч. Исходную порошковую смесь подвергали механическому легированию в высокоэнергетической установке для размола и смешивания(атритторе) по следующему режиму: время обработки 40 ч., защитная атмосфера - аргон. Затем порошки подвергали горячему изостатическому прессованию по режиму: температура 1450°С, давление 25 МПа, время 4 мин. Относительная плотность полученного материала составила 0,99, а γ=7,00 г/см3, при заданном химическом составе (основа - твердый раствор Nb плюс упрочняющие фазы) и равномерно распределенными по объему материала фазами (Nb3Si и Nb3Si3), выход годного - 99%.

Пример 4(по прототипу)

Получение жаростойкого сплава состава Nb-Si-Ti-Al-Cr-Hf

Для получения сплава использовали элементарные промышленные порошки, исходные порошки в количествах, соответствующих заданному химическому составу, смешивали в смесителе в течение 20 мин. Затем исходную порошковую смесь подвергли холодному изостатическому прессованию при давлении 200 МПа, и спеканию в вакууме при температуре 1500°С в течение 3 ч., после чего спеченные брикеты распыляли. Полученный порошок компактировали горячим изостатическим прессованием по режиму: температура 1400°С, давление 200 МПа, время 4 ч. Относительная плотность полученного материала составила 0,99, а γ=8,56 г/см3, при заданном химическом составе (основа - твердый раствор ниобия плюс упрочняющие фазы) и равномерно распределенными по объему материала фазами (Nb3Si3 и Nb3Si3), выход годного 80-90%.

В таблице приведены технологические операции и свойства композиционного материала, полученного по предлагаемому способу и способу-прототипу.

Как видно из таблицы, предложенный способ позволяет сократить количество технологических этапов изготовления композиционного материала на основе интерметаллида ниобия и повысить выход годного по сравнению со способом-прототипом при меньшей плотности получаемого композиционного материала.

Таким образом, предложенный способ позволяет получать композиционные материалы на основе интерметаллида ниобия с высоким уровнем плотности, заданным химическим составом и высоким уровнем выхода годного, при этом сводя к минимуму количество технологических этапов изготовления композиционного материала. Применение предлагаемого способа позволит снизить материальные и энергетические затраты, а следовательно, себестоимость продукции, в частности, лопаток ГТД и ГТУ нового поколения.

Способ получения композиционного материала на основе интерметаллида ниобия, включающий перемешивание исходных порошков с последующим горячим изостатическим прессованием порошковой смеси, отличающийся тем, что после перемешивания исходную порошковую смесь подвергают механическому легированию в защитной атмосфере в течение 40-50 ч, а горячее изостатическое прессование проводят при температуре 1450-1550°С и давлении 25-35 МПа не более 5 мин.
Источник поступления информации: Роспатент

Показаны записи 1-10 из 360.
10.01.2013
№216.012.199b

Система включения фрикционной муфты зубчатого редуктора

Изобретение относится к области редукторостроения, а именно к системам включения фрикционных муфт зубчатого редуктора. Система включения фрикционной муфты содержит фрикционную муфту с гидравлическим управлением для соединения валов зубчатого редуктора, масляный картер, шестеренные насос смазки...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002472047
Дата охранного документа: 10.01.2013
20.04.2013
№216.012.36e0

Эпоксидная композиция холодного отверждения

Изобретение относится к области создания двухкомпонентных эпоксидных композиций холодного отверждения для изготовления препрегов, которые могут быть использованы в строительстве, а также в авиационной, машиностроительной, судостроительной и других областях техники. Предлагаемая эпоксидная...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002479601
Дата охранного документа: 20.04.2013
27.04.2013
№216.012.3a7d

Состав для получения защитного покрытия на стальных деталях

Изобретение относится к химической поверхностной обработке стальных деталей и может быть использовано при изготовлении валов газотурбинных двигателей, шасси вертолетов и других деталей для защиты от коррозии при эксплуатации в различных климатических условиях, в том числе при повышенных...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002480534
Дата охранного документа: 27.04.2013
10.06.2013
№216.012.489a

Сплав на основе титана

Изобретение относится к цветной металлургии, а именно к производству титановых сплавов, и может быть использовано в конструкциях, работающих при температурах до 650°С, например для деталей корпуса и статорных лопаток компрессора высокого давления газотурбинных двигателей. Сплав на основе титана...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002484166
Дата охранного документа: 10.06.2013
10.06.2013
№216.012.489b

Сплав на основе интерметаллида nial и изделие, выполненное из него

Изобретение относится к области металлургии, а именно к производству сплавов на основе интерметаллида NiАl и изделиям, получаемым из них методом направленной кристаллизации, с монокристаллической или столбчатой структурами, например лопаток газовых турбин, работающих при температурах до 1200°С....
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002484167
Дата охранного документа: 10.06.2013
27.07.2013
№216.012.59cf

Эпоксидная композиция для изготовления изделий из полимерных композиционных материалов методом вакуумной инфузии

Изобретение относится к эпоксидным композициям холодного отверждения и может быть использовано для изготовления конструкций, в том числе крупногабаритных, из полимерных композиционных материалов (ПКМ) методом вакуумной инфузии в областях техники. Эпоксидная композиция включает эпоксидную...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002488612
Дата охранного документа: 27.07.2013
27.08.2013
№216.012.6531

Устройство для неразрушающего контроля труднодоступных элементов конструкции

Использование: для неразрушающего контроля труднодоступных элементов конструкции. Сущность: заключается в том, что устройство для неразрушающего контроля труднодоступных элементов конструкции включает приводной блок, имеющий, по крайней мере, один магнит, расположенный на внешней поверхности...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002491542
Дата охранного документа: 27.08.2013
10.09.2013
№216.012.670a

Способ получения монокристаллических изделий из никелевых жаропрочных сплавов с заданной кристаллографической ориентацией

Изобретение относится к металлургии. Способ включает отливку монокристаллической заготовки произвольной кристаллографической ориентации, ее травление на макроструктуру, определение ориентации заготовки как угла между ее геометрической осью и плоскостью выбранной кристаллографической ориентации,...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002492025
Дата охранного документа: 10.09.2013
10.09.2013
№216.012.670b

Устройство для получения отливок с направленной и монокристаллической структурой

Изобретение относится к литейному производству и может быть использовано для получения лопаток стационарных ГТД и ГТУ, створок и проставок реактивного сопла, дисковых заготовок. Устройство содержит вакуумную камеру с торцевыми крышками, индукционную плавильную печь, печь подогрева литейных...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002492026
Дата охранного документа: 10.09.2013
10.09.2013
№216.012.670d

Способ получения металлического порошка

Изобретение относится к порошковой металлургии, а именно к получению мелкодисперсных металлических порошков заданного гранулометрического состава. Может использоваться для соединения, ремонта и изготовления деталей газотурбинных двигателей (ГТД), двигателей внутреннего сгорания, применяемых в...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002492028
Дата охранного документа: 10.09.2013
Показаны записи 1-10 из 21.
10.04.2013
№216.012.338c

Способ электрохимического получения композиционного никелевого покрытия с квазикристаллическими частицами

Изобретение относится к области гальванотехники и может быть использовано для повышения износостойкости инструмента, снижения трения в подшипниках и в качестве защитных несмачиваемых покрытий в различных отраслях промышленности, в частности, для предотвращения обледенения проводов линий...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002478739
Дата охранного документа: 10.04.2013
27.10.2013
№216.012.7a08

Алюмоматричный композиционный материал с борсодержащим наполнителем

Изобретение относится к области металлургии, в частности к содержащим бор алюмоматричным композиционным материалам, и может быть использовано при получении изделий, к которым предъявляются требования низкого удельного веса в сочетании со специальными свойствами, в частности высокий уровень...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002496902
Дата охранного документа: 27.10.2013
20.03.2015
№216.013.322c

Способ химического никелирования и раствор для его осуществления

Изобретение относится к области химической металлизации поверхности металломатричных композиционных материалов, в частности металломатричного композиционного материала алюминий-карбид кремния. Способ включает обезжиривание, первую промывку, травление, вторую промывку, химическое осаждение...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002544319
Дата охранного документа: 20.03.2015
20.04.2015
№216.013.453a

Способ фиксации керамического волокна в зажимах разрывной машины и приспособление для его осуществления

Изобретение относится к способам испытаний волокон на прочность при растяжении, в частности к способам захвата волокна в зажимах разрывной машины, и к приспособлениям для осуществления таких способов, и может быть использовано в химической, авиационной промышленности. Сущность: фиксируют...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002549220
Дата охранного документа: 20.04.2015
20.07.2015
№216.013.63e2

Композиционный материал на основе ниобия, упрочненный силицидами ниобия, и изделие, выполненное из него

Изобретение относится к области металлургии, в частности к эвтектическим композиционным материалам на основе ниобия, упрочненным силицидами ниобия, предназначенным для изготовления теплонагруженных изделий, и может быть использовано в авиационной и энергетической промышленности. Композиционный...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002557117
Дата охранного документа: 20.07.2015
20.08.2015
№216.013.70f2

Способ получения композиционного материала на основе железа

Настоящее изобретение относится к порошковой металлургии. Способ получения композиционного материала на основе железа включает перемешивание порошков для матрицы материала и дисперсного порошка оксида металла, механическое легирование полученной смеси, компактирование и прокатку полученного...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002560484
Дата охранного документа: 20.08.2015
20.09.2015
№216.013.7aff

Способ получения высокотемпературного композиционного материала на основе никеля

Изобретение относится к порошковой металлургии. Способ получения композиционного материала на основе никеля включает перемешивание порошков для приготовления матрицы материала и дисперсного порошка оксида металла, механическое легирование полученной смеси, компактирование и прокатку полученного...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002563084
Дата охранного документа: 20.09.2015
10.10.2015
№216.013.811b

Способ получения композиционного материала на основе ниобия

Изобретение относится к области порошковой металлургии, а именно к получению высокотемпературных композиционных материалов на основе ниобия с оксидным упрочнением. Порошки для приготовления матрицы перемешивают и подвергают механическому легированию в защитной атмосфере с образованием массива...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002564648
Дата охранного документа: 10.10.2015
20.11.2015
№216.013.8fb7

Волокнистый композиционный материал с матрицей на основе ниобия

Изобретение относится к области металлургии, а именно к высокотемпературным композиционным материалам на основе ниобия, упрочненным оксидными волокнами, применяемым для изготовления конструкционных деталей авиационного назначения. Волокнистый композиционный материал содержит матрицу и...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002568407
Дата охранного документа: 20.11.2015
10.12.2015
№216.013.96fd

Способ получения композиционного материала на основе молибдена

Изобретение относится к порошковой металлургии, а именно к технологии получения высокотемпературных волокнистых металломатричных композиционных материалов на основе молибдена. Порошки для приготовления матрицы перемешивают и подвергают механическому легированию в защитной атмосфере с...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002570273
Дата охранного документа: 10.12.2015
+ добавить свой РИД