Способ получения композиционного порошкового материала на основе карбидов хрома и титана

(12) НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ КОМПОЗИЦИОННОГО ПОРОШКОВОГО МАТЕРИАЛА НА ОСНОВЕ КАРБИДОВ ХРОМА И ТИТАНА(71) Заявитель Государственное научное учреждение Институт порошковой металлургии(72) Авторы Беляев Андрей Васильевич Верстак Андрей Александрович Талако Татьяна Леонидовна Витязь Петр Александрович Ильющенко Александр Федорович(73) Патентообладатель Государственное научное учреждение Институт порошковой металлургии(57) 1. Способ получения композиционного порошкового материала на основе карбидов хрома и титана с содержанием карбида хрома не менее 30 мас.методом самораспространяющегося высокотемпературного синтеза, включающий приготовление смеси порошков титана, хрома и углерода, локальное воспламенение реакционной смеси и высокотемпературное реагирование компонентов в режиме горения, отличающийся тем, что готовят раздельно титан-углеродные и хром-углеродные смеси, затем их перемешивают, добавляют до 50 мас.порошка никеля и/или нихромового сплава и до 0,1-3,0 мас.активатора горения, полученную смесь подвергают механохимической активации в высокоэнергетической мельнице в течение 0,6-4,0 ч, процесс синтеза проводят с использованием предварительного подогрева реакционной смеси до 100-800 , а высокотемпературное реагирование компонентов осуществляют на воздухе или в инертной среде. 2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что в смесь дополнительно вводят молибден и/или тантал в качестве легирующей добавки.(56)2061784 1, 1996.644728, 1979.2095193 1, 1997.2066700 1, 1996.2038296 1, 1995.4988480, 1991. Изобретение относится к области порошковой металлургии, в частности к получению композиционных порошковых материалов методом самораспространяющегося высокотемпературного синтеза (СВС). Известен способ получения композиционных порошковых материалов на основе тугоплавких соединений металлов группы -,периодической системы химических 5947 1 элементов методом самораспространяющегося высокотемпературного синтеза в замкнутом объеме реактора 1. Способ позволяет получать большое число неорганических порошкообразных материалов, однако довольно сложен и дорогостоящ. В качестве прототипа выбран следующий способ получения композиционного порошкового материала для покрытий, содержащего карбидную составляющую из карбида хрома и карбида титана в виде твердого раствора карбида хрома в карбиде титана или твердого раствора указанных карбидов с карбидом хрома при содержании компонентов,мас.карбид хрома - 3-60, карбид титана - 19-81 и никель - 15-35 2 готовят смесь из порошков элементарного титана, хрома и углерода, взятых в соотношении на получение заявленного состава. Готовую смесь загружают в герметичный реактор, подводят вольфрамовую спираль в контакт с поверхностью реакционной смеси, реакционный объем продувают аргоном и воспламеняют смесь подачей тока на спираль. После прохождения фронта горения по реакционной смеси и охлаждения массы продукт синтеза выгружают. Затем продукт подвергают дроблению и классификации с целью выделения порошков зернистостью 20-40 и 40-80 мкм. После этого карбидные зерна подвергают плакированию никелем. Однако большая часть карбида С 3 С 2 в композите, полученном известным способом, находится в твердом растворе на основе карбида титана -32, и лишь незначительное количество - в виде отдельных кристаллов. Это приводит к тому, что процесс окисления полученного материала контролируется процессом окисления карбида титана,который обладает меньшей окалиностойкостью по сравнению с карбидом хрома. Техническая задача, которую решает предлагаемое изобретение, заключается в снижении стоимости процесса получения композиционного материала на основе карбидов хрома и титана и повышении стойкости покрытий к абразивному износу и эрозиикоррозии в окислительной среде. Поставленная техническая задача решается следующим образом. В известном способе титан-углеродные и хром-углеродные смеси готовят раздельно, затем их перемешивают, добавляют до 50 мас.порошка никеля и/или нихромового сплава и до 0,1-3,0 мас.активатора горения, полученную смесь подвергают механохимической активации в высокоэнергетической мельнице в течение 0,6-4 ч, процесс синтеза проводят с использованием предварительного подогрева реакционной смеси до 100-800 С, а высокотемпературное реагирование компонентов осуществляют на воздухе или в инертной среде. В реакционную смесь можно дополнительно вводить молибден и/или тантал в качестве легирующей добавки. Сущность предлагаемого изобретения заключается в следующем. Известно, что реакция образования карбида титана характеризуется высокими экзотермическим эффектом,скоростью и полнотой превращения. Система С-С относится к числу низкоэкзотермических систем, процессы взаимодействия в которых протекают менее интенсивно. Поэтому при обычных условиях горения, реализуемых в известном способе, основной фазой, формирующейся в процессе синтеза, является карбид титана. Раздельное смешивание позволяет увеличить контактную поверхность хрома и углерода. Предварительная обработка реакционной смеси в высокоэнергетической мельнице обеспечивает очистку порошков от поверхностных оксидных пленок, создание дефектной кристаллической структуры с высокой диффузионной подвижностью атомов, а также зародышей новых фаз, приводя систему в более активное состояние. Использование предварительного подогрева и активаторов горения позволяет дополнительно интенсифицировать процессы взаимодействия хрома и углерода и получать порошковые композиции на основе карбидов хрома и титана с содержанием карбида хрома не менее 30 мас.с никелем непосредственно в процессе СВС без использования герметичного реактора и продувки реакционного объема аргоном, а также без дополнительных операций, связанных с плакированием карбидной составляющей никелем. В качестве активаторов горения используют фтористые соли щелочных и щелочноземельных металлов. Добавки активатора менее 0,1 мас.не оказывают существенного 2 5947 1 влияния на процесс синтеза. Введение в реакционную смесь более 3,0 мас.активатора не приводит к дальнейшему увеличению содержания карбидов хрома в конечном продукте. Установленное ограничение на относительное содержание порошка никеля и/или нихромового сплава в реакционной смеси связано с тем, что при более высоком его содержании выделяемой тепловой энергии недостаточно для обеспечения самоподдерживающейся реакции. Уменьшение времени механохимической активации менее 0,6 ч ведет к снижению уровня дефектности частиц, уменьшению диффузионных потоков и снижению относительного содержания карбидов хрома в продукте. Обработка реакционной смеси более 4 ч практически не влияет на реакционную способность системы, следовательно, проводить ее нецелесообразно. Предварительный подогрев реакционной смеси до температуры ниже 100 С не обеспечивает требуемой полноты превращения. Увеличение температуры подогрева свыше 800 С приводит к неконтролируемому процессу объемного горения. Изобретение дает возможность получать порошковые композиции на основе карбидов хрома и титана с содержанием карбида хрома не менее 30 мас.с никелем непосредственно в процессе СВС без использования герметичного реактора, продувки реакционного объема аргоном и без дополнительных операций, связанных с плакированием карбидной составляющей никелем, а также повысить стойкость покрытий к абразивному износу и эрозии-коррозии в окислительной среде за счет повышения относительного содержания карбида хрома в продукте. Сущность изобретения иллюстрируется следующими примерами. Пример 1. Готовили титан-углеродные и хром-углеродные смеси из расчета стехиометриии С 3 С 2. Полученные смеси перемешивали, добавляя порошок никеля при соотношении компонентов, необходимом для получения материала, содержащего в мас.60,30 С 3 С 2, 10. В смесь дополнительно вводили 0,5 калия гексафторосиликата. Полученную смесь подвергали механохимической активации в аттриторе в течение 1,5 ч при скорости вращения импеллера 190 об/мин и соотношении массы шаров и порошка 201. Реакционную смесь засыпали в контейнер, помещали последний в нагревательное устройство, подводили вольфрамовую спираль в контакт с поверхностью смеси, нагревали шихту до температуры 100 С и осуществляли воспламенение смеси на воздухе подачей через спираль кратковременного импульса тока. После окончания реагирования и остывания материала контейнер разгружали, спек подвергали дроблению на щековой дробилке с последующим размолом и классификацией. Окалиностойкость полученной композиции определяли путем выдержки порошка фракции менее 50 мкм на воздухе при температуре 500-1000 С в течение 2 ч. В качестве характеристики стойкости к окислению использовали приведенную по плотности величину прироста массы. Сравнительные данные приведены в таблице. Пример 2. Готовили хром-углеродные и титан-углеродные смеси как в примере 1. Смеси перемешивали при соотношении 7030, добавляя 25 порошка ПХ 20 Н 80, 5 порошка молибдена, 0,5 порошка тантала и 1 порошка калия гексафторосиликата. Реакционную смесь подвергали механохимической активации в аттриторе в течение 2,5 ч при скорости вращения импеллера 280 об/мин и соотношении массы шаров и порошка 301. Дальнейшую обработку осуществляли, как в примере 1, с использованием предварительного подогрева до 800 С. Соотношение карбидов хрома и титана в конечном продукте,определенное с помощью рентгеноструктурного фазового анализа, составило соответственно 7030. Порошок фракции 5-50 мкм наносили методом высокоскоростного газопламенного напыления на образцы среднеуглеродистой стали. Полученные покрытия обладают хорошей жаростойкостью при температурах до 1000 С и высокой стойкостью к 5947 1 абразивному износу и эрозии-коррозии в окислительной среде при температурах до 700 С (в 1,2-1,6 раза выше по сравнению с лучшими промышленными аналогами). Окалиностойкость композиционного порошкового материала на основе карбидов титана и хрома Способ получения материала Прототип Предлагаемое изобретение Национальный центр интеллектуальной собственности. 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20. 4