Порошковый материал на основе моноалюминида железа и способ его получения

22 3/23 НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ ПОРОШКОВЫЙ МАТЕРИАЛ НА ОСНОВЕ МОНОАЛЮМИНИДА ЖЕЛЕЗА И СПОСОБ ЕГО ПОЛУЧЕНИЯ(71) Заявитель Государственное научное учреждение Институт порошковой металлургии(72) Авторы Талако Татьяна Леонидовна Беляев Андрей Васильевич Ильющенко Александр Федорович Лецко Андрей Иванович(73) Патентообладатель Государственное научное учреждение Институт порошковой металлургии(57) 1. Порошковый материал на основе моноалюминида железа, полученный методом самораспространяющегося высокотемпературного синтеза, отличающийся тем, что дополнительно содержит дисперсные включения алюминидов железа, формирующиеся непосредственно в процессе получения при содержании алюминия в реакционной смеси 38-48 мас. . 2. Материал по п. 1, отличающийся тем, что он дополнительно легирован хромом и/или углеродом. 3. Способ получения порошкового материала по п. 1, включающий приготовление экзотермической смеси порошков алюминия, железа и/или железосодержащего компонента,содержащей 38-48 мас.алюминия, обработку смеси в высокоэнергетической мельнице в течение 0,2-4 часов, уплотнение и/или компактирование, нагрев до инициирования реакции самораспространяющегося высокотемпературного синтеза, дробление и размол спека,при этом в качестве железосодержащего компонента используют порошки сплавов на основе железа и порошки из отходов механической обработки сплавов на основе железа.(56)5269830 , 1993.4915905, 1990.02259029 , 1990. Изобретение относится к области порошковой металлургии, в частности к получению порошковых материалов методом самораспространяющегося высокотемпературного синтеза (СВС). Известны композиционные материалы, представляющие собой интерметаллид, упрочненный включениями вторичных фаз (бориды, карбиды, оксиды, нитриды, силициды,сульфиды и др., или интерметаллиды одного или более металлов, отличных от материала матрицы), формирующимися непосредственно в процессе получения материала методом быстрой кристаллизации 1. Однако когезионная прочность композитов на основе моно 6545 1 алюминида железаограничена его невысокой смачиваемостью большинства упрочняющих фаз, обладающих наилучшей химической совместимостью с рассматриваемым интерметаллидом. Известен способ получения алюминидов переходных металлов, включающий приготовление экзотермической смеси, содержащей по крайней мере один упрочнитель, выбранный из группы карбидов, оксидов, боридов, нитридов, причем саму смесь готовят из алюминия и объемнолегированного порошка, содержащего 2-30 об.упрочнителя и остальное - переходный металл, самораспространяющийся высокотемпературный синтез и горячее деформирование продуктов синтеза, отличающийся тем, что объемно-легированный порошок изготавливают механическим перемешиванием в защитной атмосфере смеси порошков переходного металла и упрочнителя в высокоэнергетической мельнице ударно-фрикционного типа при соотношении объема обрабатываемой смеси к объему размольных тел от 13 до 150 в течение 0,2-20 часов 2. Однако введение в реакционную смесь компонентов других фаз затрудняет процессы гомогенизации и взаимной диффузии железа и алюминия, что в условиях невысокого экзотермического эффекта реакций в системе - не позволяет обеспечить полноту превращения при сохранении тонкой структуры и равномерного распределения упрочняющей фазы. В качестве прототипа выбраны соединения на основе алюминида железа, получаемые смешиванием порошков железа и алюминия в соотношении, соответствующем стехиометрическим составам 3 и , формированием компакта и контролируемым нагревом до инициирования реакции СВС 3. Алюминиды характеризуются отличной стойкостью к высокотемпературному сульфидированию и оксидированию. Однако существенными недостатками, сдерживающими широкое применение этих материалов, является их низкая пластичность при комнатной температуре и недостаточная высокотемпературная прочность. Техническая задача, которую решает предлагаемое изобретение, заключается в создании порошкового материала на основе моноалюминида железа с повышенной прочностью и пластичностью при комнатной температуре. Поставленная техническая задача решается тем, что порошковый материал на основе моноалюминида железа получаемый методом самораспространяющегося высокотемпературного синтеза дополнительно содержит дисперсные включения алюминидов железа,формирующиеся непосредственно в процессе получения при содержании алюминия в реакционной смеси 38-48 мас. . Материал дополнительно легирован хромом и/или углеродом. Для этого готовят смесь порошков алюминия, железа и/или железосодержащего компонента при содержании алюминия 38-48 мас. , подвергают ее предварительной обработке в высокоэнергетической мельнице в течение 0,2-4 часов, уплотняют и/или компактируют,и нагревают до инициирования реакции самораспространяющегося высокотемпературного синтеза, затем дробят и размалывают спек. В качестве железосодержащего компонента могут быть использованы порошки сплавов на основе железа, а также порошки из отходов механической обработки сплавов на основе железа. Сущность предлагаемого изобретения заключается в следующем. В соответствии с диаграммой состояния - в области составов от 38 до 48 мас.алюминия структура сплава двухфазна и содержит моноалюминид железаи интерметаллид РеА 2. При обычных условиях СВ-синтеза из-за невысокого экзотермического эффекта реакций образования рассматриваемых алюминидов (теплота образованияи 2 соответственно равна 50,28 и 79,19 кДж/моль) продукты реакции многофазны и содержат значительное количество 25, а в случае моноалюминида еще и непрореагировавшее железо. Поэтому для интенсификации процесса взаимодействия и увеличения полноты превращения вводится операция механической обработки реакционной смеси в высокоэнергетической мельнице, обеспечивающая гомогенное распределение компонентов, очистку порошков от поверхностных оксидных пленок, увеличение контактной поверхности, создание дефект 2 6545 1 ной кристаллической структуры с высокой диффузионной подвижностью атомов, а также зародышей новых фаз. В результате быстрого нагрева и охлаждения в процессе СВС формируется продукт с тонкой структурой на основе моноалюминида железа, упрочненный включениями 2 (возможно небольшое количество других алюминидов железа). Продукт характеризуется повышенной прочностью и пластичностью при комнатной температуре. Эти свойства материала можно дополнительно повысить легированием. В качестве легирующих элементов можно использовать хром, углерод или другие элементы, повышающие свойства алюминидов железа. Установленные ограничения на относительное содержание алюминия в реакционной смеси связаны со следующим. При относительном содержании алюминия в реакционной смеси менее 38 мас.формируется хрупкий моноалюминид железа. При содержании алюминия более 48 мас.образуется хрупкий продукт на основе еА 2 и е 2 А 5. Уменьшение времени механохимической активации менее 0,2 часа не приводит к требуемому уровню гомогенизации и механоактивации. Обработка реакционной смеси более 4 часов может приводить к началу взаимодействия непосредственно в мельнице. При этом теряется часть химической энергии, падает общее тепловыделение, температура и скорость горения, приводя к неполноте превращения в системе. Изобретение дает возможность получать СВС - порошковые материалы на основе моноалюминида железа с повышенной прочностью и пластичностью при комнатной температуре. Сущность изобретения иллюстрируется следующими примерами. Пример 1. Готовили железо-алюминиевые смеси с относительным содержанием алюминия 45 мас. . Смесь подвергали механохимической активации в аттриторе в течение 1,5 часов при скорости вращения импеллера 190 об/мин и соотношении массы шаров и порошка 41. Реакционную смесь засыпали в контейнер, уплотняли, помещали последний в нагревательное устройство и осуществляли нагрев до температуры воспламенения. После окончания реагирования и остывания материала контейнер разгружали, спек подвергали дроблению на щековой дробилке с последующим размолом и классификацией. Структура полученного порошка представлена на фотографии. Фазовый состав материала согласно РСА и МРСА включаети еА 2. Микротвердость материала составляет в среднем 6,0 ГПа (по сравнению с 2,5-4,7 ГПа для чистого моноалюминида железа (прототипа). При этом не наблюдается характерного длярастрескивания при индентировании. Пример 2. В условиях примера 1 вместо порошка железа использовали порошок хромистой легированной стали 45 Х. Введение хрома не оказывает существенного влияния на структуру продукта. При этом формируется легированный моноалюминид железа, обладающий повышенной стойкостью к водородному охрупчиванию. Кроме того, тонкие включения карбидов хрома-железа, формирующихся в процессе синтеза, дополнительно упрочняют материал. Источники информации 1.4915905, МПК 7 С 22 1/00,22 С 32/00, 1990. 2.2032496, МПК 7 В 22 3/14, С 22 С 1/05, 1995 // Бюл.10. 3.5269830, МПК 7 В 22 9/00, 1993 (прототип). Национальный центр интеллектуальной собственности. 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20.