Способ получения интерметаллического соединения NiAl

(51) 22 19/03 (2006.01) КОМИТЕТ ПО ПРАВАМ ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ МИНИСТЕРСТВА ЮСТИЦИИ РЕСПУБЛИКИ КАЗАХСТАН ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К ИННОВАЦИОННОМУ ПАТЕНТУ последующего прессования и спекания, при этом порошки никеля и алюминия берут в атомном соотношении 11, а спекание проводят в графитовой форме в две стадии, вначале нагревают до 650-700 С со скоростью 3-5 град/мин, выдерживают изотермически в этом режиме в течение 30-60 минут, после чего охлаждают до комнатной температуры, затем вновь нагревают до 1100-1150 С со скоростью 20-50 град/мин, выдерживают изотермически в этом режиме в течение 60-80 минут, затем охлаждают. Технический результат повышенные характеристики твердости, эрозионной стойкости и сопротивления тепловым ударом соединения, полученного предлагаемым способам и износостойкость изделий, выполненных из него.(72) Жантаев Жумабек Шабденамович Аубакирова Рашида Каримовна Паничкин Александр Владимирович(73) Акционерное общество Национальный центр космических исследований и технологий(54) СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ИНТЕРМЕТАЛЛИЧЕСКОГО СОЕДИНЕНИЯ(57) Изобретение относится к области металлургии,а именно к способам приготовления интерметаллического соединения . Предложен способ получения интерметаллического соединения путем смешения порошков никеля и алюминия, 25107 Изобретение относится к области металлургии, а именно к разработке жаропрочных сплавов на основе интерметаллида , которые могут быть использованы как конструкционные материалы для изготовления деталей высокотемпературных газотурбинных двигателей авиационнокосмического назначения. Современная космическая техника предъявляет очень высокие требования к новым конструкционным материалам. Они должны не только выдерживать нагрузки космических полетов (высокие температуры и давление,вибрационные нагрузки,низкие температуры космического пространства, глубокий вакуум, радиационное воздействие и др.), но и иметь достаточно низкую удельную массу. Для обеспечения надежности и долговечности космических средств различного назначения к стандартным требованиям легкости и высокой прочности материалов прибавляется и требование к их жаропрочности, т.к. их эксплуатация происходит при экстремальных механических и термических нагрузках. Известен способ получения сплава на основе интерметаллида 3 путем плавления следующих компонентов, мас.алюминий 8,0 - 9,0 хром 4,0 5,0 вольфрам 4,5 - 5,5 молибден 1,8 - 3,2 титан 1,2 - 2,0 тантал 1,2 -2,2 углерод 0,03 - 0,09 эрбий 0,02 - 0,08 никель - остальное. Патент РФ 2297467, МПК С 22 С 19/05, бюл.08,20.04.2007 г Сплав, полученный известным способом обладает высокими прочностными свойствами и достаточным уровнем пластичности при комнатной и повышенных температурах эксплуатации. Но эти сплавы и изделия,выполненные из них, не обладают достаточной жаропрочностью при температурах, превышающих 1000 С. Кроме того, сплав полученный известными способом имеет высокую удельную массу, что снижает его технологические свойства. Наиболее близким аналогом, взятым за прототип,является способ приготовления порошкового жаростойкого сплава на основе интерметаллидаПатент РФ 2291911, МПК С 22 С 19/03, бюл.2, 20.01.2007. Порошковый сплав получают способом механического легирования. Для этого компоненты, мас.хром 1,5 - 3,5 молибден 0,5 - 1,6 вольфрам 0,5 -1,5 титан 0,2 - 0,6 кобальт 0,4 - 1,5 кальций 0,01 - 0,2 интерметаллидостальное, взятые в виде элементарных порошков, обрабатывают в аттриторе. Готовый порошок сплава просеивают через сито 100 мкм для отделения посторонних примесей и контролируют по гранулометрическому составу и насыпной массе. Затем порошок прессуют и спекают. Полученный сплав имеет следующие свойства горячая твердость , ГПа при 1100 С составляет 8,6 - 9,8 при 1200 С - 6,8 - 9,0 сопротивление тепловым ударом (количество термоударов до появления дефектов) при 1100 составляет 100 - 150 при 1200 С - 90 - 130 эрозийная стойкость в сравнении со сплавом ЖС 6 К при 1100 составляет (2,5) - (3,5), при 1200 С Недостатком известного способа получения порошкового жаростойкого сплава на основе интерметаллида , является то, что полученный сплав обладает недостаточно с высокой термостойкостью,горячей твердостью и эрозионный стойкостью. Технической задачей предлагаемого изобретения является разработка способа получения интерметаллического соединения,обладающего высоким уровнем эксплуатационных свойств повышенной термостойкостью, горячей твердостью, эрозионной стойкостью. Поставленная техническая задача достигается предлагаемым способом получения интерметаллического соединенияпутем смешения порошков никеля и алюминия и последующего прессования и спекания,отличительной особенностью которого является то,что порошки никеля и алюминия берут в атомном соотношении 11, а спекание проводят в графитовой форме в две стадии, вначале нагревают до 650 - 700 С со скоростью 3-5 град/мин,выдерживают изотермически в этом режиме в течение 30-60 минут, после чего охлаждают до комнатной температуры, затем вновь нагревают до 1100 - 1150 С со скоростью 20 - 50 град/мин,выдерживают изотермически в этом режиме в течение 60 - 80 минут, затем охлаждают. Несмотря на то, что интерметаллическое соединениеявляется более легким и стойким к окислению,чем никелевые суперсплавы,применение этого материала в газотурбинных двигателей до сих пор ограничено. Основная причина такого ограничения заключается в трудности получения интерметаллического соединениявысокого качества, поскольку при контакте порошков никеля и алюминия возникает самораспространяющийся высокотемпературный синтез(СВС),протекающий обычно неконтролируемым путем,самопроизвольно сопровождающийся интенсивным тепловыделением. Это приводит к тому, что спекаемые материалы переходят в жидкое состояние, при котором меняется фазовый состав прессовок из порошков алюминия и никеля заданного состава и возникновению губчатых структур. Все это увеличивает хрупкость,значительно снижает прочность интерметаллического соединенияи снижает его эксплуатационные свойства. В связи с этим требуется разработка технологических основ управления процессом СВС. Благодаря тому, что предлагаемый способ получения интерметаллидапроводят путем смешения порошков алюминия и никеля, их прессовкой и последующем спеканием в два стадии,в начале нагревают прессовку до температуры 650 700 С, а после охлаждения до комнатной температуры вновь нагревают до 1000 - 1150 С, и выдерживают изотермически на каждой из стадий, а также то, что спекание проводят в массивной графитовой форме, играющей роль инертного материала, интенсивно отводящего тепло от 25107 спекаемой прессовки и тем самым подавляющего развитие процесса СВС, удается получить интерметаллическое соединениевысокого качества. В процессе спекания прессовок графитовая форма вступает во взаимодействие с кислородом воздуха с образованием СО и СО 2, что предотвращает окисление никеля кислородом воздуха в процессе спекания, и это также повышает качество полученного интерметаллического соединения . Ниже приведены примеры осуществление способа. Пример 1. Берут 2,70 г порошка алюминия с размером гранул 10-100 мкм и 5,87 г порошка никеля с размером гранул 10-20 мкм, атомное соотношение никеля к алюминию при этом составляет 11. Порошки перемешивают и спрессовывают в форме. Спрессованную таблетку помещают в графитовый тигель, в качестве которого используют теплоотводящую массивную пластину из графита с просверленным отверстием,соответствующим диаметру прессовки. Графитовую пластину с прессовкой помещают в печь,снабженную двумя электронными термометрами для измерения температуры образца и графита и начинают процесс нагревания со скоростью 3 град/мин. Температуру доводят до 700 С, после чего нагревание прекращают. Графитовая пластинка, играющая роль инертного материала,интенсивно отводит тепло от прессовки и тем самым предотвращает развитее СВС процесса. Образец выдерживают изотермически при температуре 700 С в течение 60 минут, затем дают охладиться до комнатной температуры и вновь нагревают до 1150 С со скоростью 50 град/мин и выдерживают изотермически при данной температуре в течение 80 минут. После охлаждения в печи полученное интерметаллическое соединение испытывают на прочность и термостабильность, результаты представлены ниже в таблице 1. Пример 2. Способ получения интерметаллического соединения осуществляют аналогично примеру 1, но спекание на первой стадии проводят нагреванием до 675 С со скоростью 4 град/мин и выдерживают изотермически при этой температуре в течение 45 минут. Затем образец охлаждают до комнатной температуры. На второй стадии спекания образец нагревают до 1125 С со скоростью 35 град/мин и выдерживают в этом режиме в течение 70 минут. После охлаждения в печи полученное интерметаллическое соединениеиспытывают на прочность и термостабильность, результаты испытаний приведены в таблице 1. Пример 3. Способ получения интерметаллического соединения осуществляют аналогично примеру 1, но на первой стадии нагревание прессовки проводят до 650 С со скоростью 5 град/мин и выдерживают изотермически при этой температуре в течение 30 минут. Затем образец охлаждают до комнатной температуры, после чего вновь нагревают до 1100 С со скоростью 20 град/мин и выдерживают изотермически в этом режиме в течение 60 минут. После охлаждения в печи полученное интерметаллическое соединениеиспытывают на прочность и термостабильность, результаты испытаний приведены в таблице 1. Интерметаллическое соединение,полученное предлагаемым способом по примерам 13 было испытано на твердость, термостойкость и эрозионную стойкость. Результаты испытаний в сравнении с прототипом представлены в таблице 1. Свойства соединения(колич. термоударов до появления дефектов) Эрозионная стойкость по сравнению со сплавом ЖС 6 К,полученное предлагаемым способом обеспечивает высокую износостойкость изделий,выполненных из него, и их ресурс надежности. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ Способ получения интерметаллического соединенияпутем смешения порошков никеля и алюминия, последующего прессования и спекания, отличающийся тем, что порошки никеля и алюминия берут в атомном соотношении 11, а спекания проводят в графитовой форме в две стадии, в начале нагревают до 650-700 С со скоростью 3-5 град/мин,выдерживают изотермически в этом режиме в течение 30-60 минут, после чего охлаждают до комнатной температуры, затем вновь нагревают до 11001150 С со скоростью 20-50 град/мин, выдерживают изотермически в этом режиме в течение 60-80 минут, затем охлаждают.