Способ получения порошкового материала на основе алюминидов титана

(51) МПК (2006) НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ПОРОШКОВОГО МАТЕРИАЛА НА ОСНОВЕ АЛЮМИНИДОВ ТИТАНА(71) Заявитель Государственное научное учреждение Институт порошковой металлургии(72) Авторы Талако Татьяна Леонидовна Лецко Андрей Иванович Беляев Андрей Васильевич Ильющенко Александр Федорович Гасак Татьяна Владимировна(73) Патентообладатель Государственное научное учреждение Институт порошковой металлургии(57) Способ получения порошкового материала на основе алюминидов титана, включающий приготовление реакционной смеси порошков алюминия и титана, ее механохимическую активацию в энергонапряженной мельнице, загрузку смеси в контейнер,самораспространяющийся высокотемпературный синтез и размол продуктов синтеза,отличающийся тем, что в реакционную смесь дополнительно вводят измельченный в энергонапряженной мельнице до ультрадисперсного состояния порошок хрома, при этом компоненты берут в следующем соотношении, ат.алюминий 46-54 хром 2-10 титан остальное. 10752 1 2008.06.30 Изобретение относится к области порошковой металлургии, в частности к получению порошковых материалов методом самораспространяющегося высокотемпературного синтеза (СВС). Известен способ получения алюминидов переходных металлов, преимущественно никеля, тантала, титана, ниобия, железа, включающий приготовление экзотермической смеси порошков переходного металла и алюминия, брикетирование смеси и разогрев брикетов до инициирования реакции самораспространяющегося высокотемпературного синтеза 1. Однако из-за невысокого экзотермического эффекта реакций в системе даже при стехиометрическом соотношении компонентов продукт синтеза содержит смесь алюминидов титана, а при использовании крупных порошков - еще и непрореагировавшие исходные компоненты, что ведет к значительному снижению механических свойств и жаростойкости продуктов синтеза. Известно, что одним из эффективных методов повышения жаростойкости гаммаалюминидов титана является легирование хромом 2. Недостатком традиционных технологий получения легированных гамма-алюминидов титана из расплавов является высокая стоимость процессов. Кроме того, гамма-сплавы очень чувствительны даже к незначительным изменениям химического состава, особенно по отношению к алюминию. Известен способ получения сплавов на основе системы- А 1, включающий механическое сплавление в течение 20 ч в планетарной мельнице, футеровка барабана которой и размольные тела выполнены из сплавов титана, исходной порошковой смеси, состоящей из порошка алюминия, легированного скандием, и титана с содержанием - 44(ат.) с последующим горячим изостатическим прессованием 3. Недостатком данного метода, помимо высокой энергоемкости процесса, низкой производительности, повышенного износа оборудования и размольных тел, является сложность контроля химического состава продукта в процессе синтеза, т.к. химический состав, соответствующий в равновесных условиях интерметаллиду 3, достигается путем намола титана в процессе механического сплавления, что, в свою очередь, предъявляет повышенные требования к материалу, форме и размерам размольных тел. Наиболее близким по технической сущности предлагаемому техническому решению(прототип) является способ получения алюминидов титана, включающий приготовление смеси порошков титана и алюминия, механоактивацию реакционной смеси в энергонапряженной мельнице, загрузку смеси в контейнер и самораспространяющийся высокотемпературный синтез 4. Недостатком данного метода является недостаточно высокая жаростойкость продукта синтеза. Техническая задача, которую решает предлагаемое изобретение, заключается в создании способа изготовления порошкового материала на основе алюминидов титана с повышенными механическими свойствами и жаростойкостью. Поставленная техническая задача решается тем, что в известном способе, заключающемся в приготовлении реакционной смеси порошков алюминия и титана, ее механохимической активации в энергонапряженной мельнице, загрузке смеси в контейнер,самораспространяющемся высокотемпературном синтезе и размоле продуктов синтеза, в реакционную смесь дополнительно вводят измельченный в энергонапряженной мельнице до ультрадисперсного состояния порошок хрома, при этом компоненты берут в следующем соотношении, ат.алюминий 46-54 хром 2-10 титан остальное. Предлагаемый способ поясняется фиг. 1 и 2. На фиг. 1 и 2 представлены, соответственно, микроструктура и рентгенограмма порошка -46-8 (ат. ), полученного по предлагаемому способу. 10752 1 2008.06.30 Сущность технического изобретения заключается в следующем. Известно, что введение в порошковую смесь на основе железа ультрадисперсного порошка легирующего элемента приводит к его активной диффузии в твердой фазе уже при низких температурах,причем жидкая фаза не образуется в течение всего процесса спекания даже вблизи критических температур. Благодаря высокой активности ультрадисперных частиц происходит быстрая гомогенизация шихты, что приводит к приобретению спеченной сталью механических свойств, которые в условиях обычного смешивания достигаются лишь при использовании предварительно легированных порошков в качестве исходных материалов 5. При введении ультрадисперсного порошка хрома, предварительно измельченного в энергонапряженной мельнице, в реакционную смесь - в количестве до 10 атомных процентов, обладающие высокой реакционной активностью ультрадисперсные частицы хрома частично растворяются с образованием твердых растворов на основе исходных металлов, главным образом алюминия, уже на стадии механохимической активации. Механообработка обеспечивает также гомогенное распределение компонентов по объему смеси, формирование дефектной кристаллической структуры с высокой взаимной растворимостью и увеличение контактной поверхности между реагентами, что, в свою очередь,обеспечивает снижение температуры и повышение скорости последующего синтеза. В результате хром не успевает диффундировать из решеток металлов, а продукт синтеза характеризуется тонкодисперсной многофазной структурой на основе алюминидов титана,легированных хромом. Установленные ограничения на относительное содержание алюминия в реакционной смеси связаны с тем, что в этой области составов формируется многофазная структура на основе гамма-алюминида титана. Установленные ограничения на относительное содержание хрома в реакционной смеси связаны с тем, что при содержании хрома менее 2 процентов эффект упрочнения порошкового материала заметно не проявляется. При содержании хрома более 10 процентов снижается относительное содержание гамма-фазы в продукте из-за значительной балластировки реакционной смеси хромом. Изобретение дает возможность получать порошковый материал на основе алюминидов титана, обладающий повышенной жаростойкостью и механическими свойствами. Сущность изобретения поясняется следующим примером. Пример. Порошок хрома предварительно диспергировали в аттриторе А-2 в среде этилового спирта при скорости вращения вала импеллера 360 мин-1 и соотношении массы шаров к массе обрабатываемого материала 201 до ультрадисперсного размера в течение 5 ч. Затем готовили титан-хром-алюминиевую смесь (смесь порошков титана, алюминия в состоянии поставки и диспергированного до ультрадисперсного размера хрома) при соотношении- 46 А - 8 (ат. ) в четырехбаночном смесителе при соотношении масс шихты и шаров 13 в течение 4 ч. Смесь подвергали механохимической активации в аттриторе в течение 3 ч при скорости вращения импеллера 360 мин-1 и соотношении массы шаров и порошка 101. 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 фиг. 1. В соответствии с результатами рентгеноструктурного анализа порошок является многофазным (фиг. 2). На дифрактограмме идентифицируются, главным образом, алюминиды титана, причем все интерметаллиды легированы хромом - содержит до 5 ат.хрома, 2 -Т 3 А - порядка 2 ат.хрома, фаза 0,670,080,25 - 7-12 ат.хрома. В структуре порошка соединение 0,670,080,25 присутствует в виде тонких вторичных выделений размером менее 0,5 мкм в зернах моноалюминида титана. Несмотря на высокое содержание хрома формирования 3 10752 1 2008.06.30 хрупкого интерметаллида 2 в материале не наблюдается. Избыточный хром выпадает в составе металлических выделений, содержащих от 46 до 53 ат.алюминия, 45-60 ат.хрома и 3-5 ат.титана. Полученный порошок характеризуется повышенной по сравнению с известными материалами на основе гамма-алюминидов титана микротвердостью средняя величина микротвердости при нагрузке 25 г составила 3,13 ГПа (по сравнению с 1,55-2,80 ГПа для известных гамма-сплавов), а максимальное значение - 5,72 ГПа соответственно. При этом трещин, в том числе образующихся при индентировании, в синтезированных порошках не обнаружено. Повышенные механические свойства обусловлены формированием дисперсно-упрочненной многофазной структуры с когерентной связью между упрочняющими и матричной фазами и дополнительным твердорастворным упрочнением алюминидов титана хромом. Наличие растворенного в алюминидах титана хрома обеспечивает повышенную жаростойкость материала (до 900 С). Источники информации 1. Итин В.И., Найбороденко Ю.С. Высокотемпературный синтез интерметаллических соединений. - Томск Изд-во Томского госуниверситета, 1989. - С. 149-156. 2. Оликер В.Е., Трефилов В.И., Кресанов , Гридасова Т.Я. Влияние скандия и хрома на структуру и жаростойкость сплавов на основе - // Порошковая металлургия(Киев). - 2000. -9/10. - С. 77-78. 3. Оликер В.Е., Кресанов , Сироватка В.Л. и др. Механохимический синтез, структура и свойства сплавов на основе системы - // Порошковая металлургия (Киев). 2003. -1/2. - С. 43-56. 4.Е.,.,.//361. - 2003. - . 23-28. 5.,,.//2004, , , 17-21 . - 2004. - .1. . 135-140. Национальный центр интеллектуальной собственности. 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20. 4