RU2401718C2 - Method of sintering of metal alloys without pressure and applying said method for producing hollow spheres - Google Patents
Method of sintering of metal alloys without pressure and applying said method for producing hollow spheres Download PDFInfo
- Publication number
- RU2401718C2 RU2401718C2 RU2008104619/02A RU2008104619A RU2401718C2 RU 2401718 C2 RU2401718 C2 RU 2401718C2 RU 2008104619/02 A RU2008104619/02 A RU 2008104619/02A RU 2008104619 A RU2008104619 A RU 2008104619A RU 2401718 C2 RU2401718 C2 RU 2401718C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- sintering
- carbon
- organic material
- particles
- temperature
- Prior art date
Links
- 238000005245 sintering Methods 0.000 title claims abstract description 17
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims description 17
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 title abstract description 6
- 229910001092 metal group alloy Inorganic materials 0.000 title abstract description 4
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 claims abstract description 27
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 26
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims abstract description 16
- 239000002923 metal particle Substances 0.000 claims abstract description 14
- 239000002245 particle Substances 0.000 claims abstract description 14
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 claims abstract description 12
- 230000005496 eutectics Effects 0.000 claims abstract description 11
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims abstract description 11
- 239000011368 organic material Substances 0.000 claims abstract description 11
- 238000002844 melting Methods 0.000 claims abstract description 10
- 230000008018 melting Effects 0.000 claims abstract description 10
- 238000000354 decomposition reaction Methods 0.000 claims abstract description 8
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 claims abstract description 6
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 claims abstract description 5
- PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N Nickel Chemical compound [Ni] PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 30
- 239000000843 powder Substances 0.000 claims description 26
- 229910052759 nickel Inorganic materials 0.000 claims description 14
- 229910000601 superalloy Inorganic materials 0.000 claims description 14
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 claims description 7
- 239000000956 alloy Substances 0.000 claims description 7
- 229910017052 cobalt Inorganic materials 0.000 claims description 6
- 239000010941 cobalt Substances 0.000 claims description 6
- GUTLYIVDDKVIGB-UHFFFAOYSA-N cobalt atom Chemical compound [Co] GUTLYIVDDKVIGB-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- 239000003292 glue Substances 0.000 claims description 5
- 239000000374 eutectic mixture Substances 0.000 claims description 4
- 239000007787 solid Substances 0.000 claims description 4
- 238000005261 decarburization Methods 0.000 claims description 3
- 239000013212 metal-organic material Substances 0.000 claims 1
- 239000000463 material Substances 0.000 abstract description 8
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract description 7
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 abstract description 6
- 238000004663 powder metallurgy Methods 0.000 abstract description 3
- 238000011109 contamination Methods 0.000 abstract 1
- 238000010327 methods by industry Methods 0.000 abstract 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 7
- LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N Ethanol Chemical compound CCO LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- 239000012798 spherical particle Substances 0.000 description 5
- CSCPPACGZOOCGX-UHFFFAOYSA-N Acetone Chemical compound CC(C)=O CSCPPACGZOOCGX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 239000011230 binding agent Substances 0.000 description 4
- 239000000758 substrate Substances 0.000 description 4
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Chemical compound O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 239000004793 Polystyrene Substances 0.000 description 3
- 238000005056 compaction Methods 0.000 description 3
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 3
- 238000001035 drying Methods 0.000 description 3
- 229920006332 epoxy adhesive Polymers 0.000 description 3
- 235000019441 ethanol Nutrition 0.000 description 3
- 229920002223 polystyrene Polymers 0.000 description 3
- 239000002904 solvent Substances 0.000 description 3
- 229920003321 Araldite® 2011 Polymers 0.000 description 2
- 238000004026 adhesive bonding Methods 0.000 description 2
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 2
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229920006335 epoxy glue Polymers 0.000 description 2
- 239000011521 glass Substances 0.000 description 2
- 239000007791 liquid phase Substances 0.000 description 2
- 239000007769 metal material Substances 0.000 description 2
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 2
- 230000005855 radiation Effects 0.000 description 2
- 238000006722 reduction reaction Methods 0.000 description 2
- 239000007790 solid phase Substances 0.000 description 2
- 239000007858 starting material Substances 0.000 description 2
- 230000009974 thixotropic effect Effects 0.000 description 2
- 206010014020 Ear pain Diseases 0.000 description 1
- 229910018106 Ni—C Inorganic materials 0.000 description 1
- 235000008331 Pinus X rigitaeda Nutrition 0.000 description 1
- 235000011613 Pinus brutia Nutrition 0.000 description 1
- 241000018646 Pinus brutia Species 0.000 description 1
- 239000004372 Polyvinyl alcohol Substances 0.000 description 1
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 description 1
- 239000000853 adhesive Substances 0.000 description 1
- 230000001070 adhesive effect Effects 0.000 description 1
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000000137 annealing Methods 0.000 description 1
- 239000007864 aqueous solution Substances 0.000 description 1
- 239000011324 bead Substances 0.000 description 1
- 230000001413 cellular effect Effects 0.000 description 1
- 239000000919 ceramic Substances 0.000 description 1
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 description 1
- 238000000576 coating method Methods 0.000 description 1
- 230000000295 complement effect Effects 0.000 description 1
- 239000002131 composite material Substances 0.000 description 1
- 239000000470 constituent Substances 0.000 description 1
- 238000010790 dilution Methods 0.000 description 1
- 239000012895 dilution Substances 0.000 description 1
- 208000007176 earache Diseases 0.000 description 1
- 230000008020 evaporation Effects 0.000 description 1
- 238000001704 evaporation Methods 0.000 description 1
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 1
- 239000012467 final product Substances 0.000 description 1
- 230000004907 flux Effects 0.000 description 1
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 description 1
- 125000004435 hydrogen atom Chemical class [H]* 0.000 description 1
- 238000002347 injection Methods 0.000 description 1
- 239000007924 injection Substances 0.000 description 1
- 238000000462 isostatic pressing Methods 0.000 description 1
- 230000002045 lasting effect Effects 0.000 description 1
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 1
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 description 1
- 230000005499 meniscus Effects 0.000 description 1
- 229920000609 methyl cellulose Polymers 0.000 description 1
- 239000001923 methylcellulose Substances 0.000 description 1
- 235000010981 methylcellulose Nutrition 0.000 description 1
- 239000007777 multifunctional material Substances 0.000 description 1
- 239000005416 organic matter Substances 0.000 description 1
- 230000001590 oxidative effect Effects 0.000 description 1
- TWNQGVIAIRXVLR-UHFFFAOYSA-N oxo(oxoalumanyloxy)alumane Chemical compound O=[Al]O[Al]=O TWNQGVIAIRXVLR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000012856 packing Methods 0.000 description 1
- 230000035515 penetration Effects 0.000 description 1
- 239000002798 polar solvent Substances 0.000 description 1
- 229920003229 poly(methyl methacrylate) Polymers 0.000 description 1
- 239000004848 polyfunctional curative Substances 0.000 description 1
- 238000006116 polymerization reaction Methods 0.000 description 1
- 239000004926 polymethyl methacrylate Substances 0.000 description 1
- 229920002451 polyvinyl alcohol Polymers 0.000 description 1
- 239000002244 precipitate Substances 0.000 description 1
- 238000004321 preservation Methods 0.000 description 1
- 239000000047 product Substances 0.000 description 1
- 238000005086 pumping Methods 0.000 description 1
- 230000009257 reactivity Effects 0.000 description 1
- 238000004088 simulation Methods 0.000 description 1
- 238000005476 soldering Methods 0.000 description 1
- 239000011343 solid material Substances 0.000 description 1
- 238000000859 sublimation Methods 0.000 description 1
- 230000008022 sublimation Effects 0.000 description 1
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B22—CASTING; POWDER METALLURGY
- B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
- B22F3/00—Manufacture of workpieces or articles from metallic powder characterised by the manner of compacting or sintering; Apparatus specially adapted therefor ; Presses and furnaces
- B22F3/10—Sintering only
- B22F3/1003—Use of special medium during sintering, e.g. sintering aid
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B22—CASTING; POWDER METALLURGY
- B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
- B22F3/00—Manufacture of workpieces or articles from metallic powder characterised by the manner of compacting or sintering; Apparatus specially adapted therefor ; Presses and furnaces
- B22F3/10—Sintering only
- B22F3/1003—Use of special medium during sintering, e.g. sintering aid
- B22F3/1007—Atmosphere
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B22—CASTING; POWDER METALLURGY
- B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
- B22F3/00—Manufacture of workpieces or articles from metallic powder characterised by the manner of compacting or sintering; Apparatus specially adapted therefor ; Presses and furnaces
- B22F3/10—Sintering only
- B22F3/1017—Multiple heating or additional steps
- B22F3/1021—Removal of binder or filler
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B22—CASTING; POWDER METALLURGY
- B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
- B22F5/00—Manufacture of workpieces or articles from metallic powder characterised by the special shape of the product
- B22F5/10—Manufacture of workpieces or articles from metallic powder characterised by the special shape of the product of articles with cavities or holes, not otherwise provided for in the preceding subgroups
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B22—CASTING; POWDER METALLURGY
- B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
- B22F2999/00—Aspects linked to processes or compositions used in powder metallurgy
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Powder Metallurgy (AREA)
- Manufacture Of Metal Powder And Suspensions Thereof (AREA)
Abstract
Description
Область техникиTechnical field
Настоящее изобретение относится к способу соединения спеканием металлических частиц, используемых в горячих деталях авиационных двигателей.The present invention relates to a method for sintering metal particles used in the hot parts of aircraft engines.
Предшествующий уровень техникиState of the art
Звуковое излучение самолета при коммерческом использовании при взлете может достигать 155 дБ величины, большей порогового значения боли в ушах, составляющего 130 дБ. Таким образом, желательно уменьшить указанный уровень звукового излучения. Один путь для решения данной проблемы заключается в поглощении шума в одной из точек его излучения, то есть на уровне двигателей. Такая задача была решена в “холодных” частях двигателей, но “горячие” части до настоящего времени не были предметом акустической обработки. Поэтому желательно разработать материал, обладающий функцией акустического поглощения, предназначенный для горячих частей самолетных двигателей. Это возможно путем изготовления сопла, способного частично поглощать шум, производимый внутри двигателя.The sound radiation of the aircraft during commercial use during take-off can reach 155 dB values, greater than the threshold value of earache, amounting to 130 dB. Thus, it is desirable to reduce the indicated sound emission level. One way to solve this problem is to absorb noise at one of the points of its radiation, that is, at the level of the engines. This problem was solved in the “cold” parts of the engines, but the “hot” parts have not been the subject of acoustic treatment to date. Therefore, it is desirable to develop a material having an acoustic absorption function for hot parts of aircraft engines. This is possible by making a nozzle capable of partially absorbing the noise generated inside the engine.
Кроме того, чтобы дополнить функцию защиты предметов и людей, особый интерес представляет изготовление систем, способных поглощать много кинетической энергии, но имея при этом очень малый вес.In addition, to complement the function of protecting objects and people, it is of particular interest to make systems capable of absorbing a lot of kinetic energy, but at the same time having very low weight.
Система, которая может отвечать указанным различным техническим требованиям, - это использование ячеистых материалов на основе шариков.A system that can meet the various technical requirements indicated is the use of ball-based cellular materials.
Однако в настоящее время на рынке существуют только сферические частицы на основе никеля и керамические или органические сферические частицы. Соединение упомянутых элементов спеканием не позволяет варьировать до бесконечности сочетания, желательные для реализации вышеупомянутых задач, и, кроме того, температурные характеристики частиц предельно ограничены как на уровне механической прочности, так и на уровне устойчивости в окислительной и корродирующей окружающей среде в самолетных двигателях.However, currently only nickel-based spherical particles and ceramic or organic spherical particles exist on the market. The combination of the above-mentioned elements by sintering does not allow endlessly varying the combinations desirable for the implementation of the aforementioned tasks, and, in addition, the temperature characteristics of the particles are extremely limited both at the level of mechanical strength and at the level of stability in an oxidizing and corrosive environment in aircraft engines.
Порошковая металлургия позволяет формировать сплошной металлический сплав, в частности, авиационный суперсплав на основе никеля, начиная со спекания порошка. Способы уплотнения весьма многочисленны: динамическое и изостатическое прессование, трамбование и.т.д., причем упомянутые методы применяют при высокой температуре или при температуре, составляющей около двух третей от температуры плавления. Наоборот, уплотнение естественным спеканием при той же самой температуре, то есть без приложения внешнего давления, отличного от земного гравитационного поля, приводит к получению пористого сплава.Powder metallurgy allows the formation of a solid metal alloy, in particular, an aviation superalloy based on nickel, starting with sintering of the powder. Compaction methods are very numerous: dynamic and isostatic pressing, tamping, etc., and the above methods are used at high temperature or at a temperature of about two-thirds of the melting temperature. Conversely, compaction by natural sintering at the same temperature, that is, without the application of external pressure other than the Earth's gravitational field, results in a porous alloy.
Чтобы разрешить указанные трудности, было решено разработать новый металлический материал, который будет обладать следующими преимуществами:To solve these difficulties, it was decided to develop a new metal material, which will have the following advantages:
- получение, исходя из металлического суперсплава на основе никеля, путем порошковой металлургии, но уплотнение которого осуществляется без приложения внешнего давления,- obtaining, based on a metal superalloy based on nickel, by powder metallurgy, but the compaction of which is carried out without the application of external pressure,
- возможность иметь характеристики, предписываемые в технических требованиях, исходящих из моделирования,- the ability to have the characteristics prescribed in the technical requirements based on the simulation,
- возможность использовать материал, наиболее подходящий для применения,- the ability to use the material most suitable for use,
- возможность изготовить плотные стенки за одну операцию,- the ability to produce dense walls in one operation,
- возможность получения многофункционального материала.- the possibility of obtaining multifunctional material.
Краткое изложение существа изобретенияSummary of the invention
Задачей настоящего изобретения является создание способа соединения спеканием в вакууме металлических частиц, способных вступать в эвтектическую реакцию с углеродом в присутствии органического материала, выполняющего первоначально функцию связующего.An object of the present invention is to provide a method for bonding sintering in a vacuum metal particles capable of entering into a eutectic reaction with carbon in the presence of an organic material that initially performs the function of a binder.
Согласно указанному способу вышеупомянутые частицы и органический материал нагревают в вакууме ниже 10-3Па, при этом элементарный углерод, образующийся в результате разложения органического материала, восстанавливает металлическую частицу, затем нагрев осуществляют при температуре, равной или немного большей температуры образования эвтектической смеси между углеродом и металлическими компонентами вышеупомянутых частиц, чтобы получить локальное расплавление.According to the method, the above particles and the organic material are heated in vacuo below 10 -3 Pa, while the elemental carbon resulting from the decomposition of the organic material restores the metal particle, then the heating is carried out at a temperature equal to or slightly higher than the temperature of formation of the eutectic mixture between carbon and metal components of the above particles to obtain local melting.
Поддерживание температуры на величине, равной или немного большей температуры эвтектики, обеспечивает то, что жидкая фаза находится исключительно в зоне, где частицы контактируют с углеродом, при этом остальная часть частиц остается в твердой фазе, способной обеспечить механическую прочность частиц во время спекания.Maintaining a temperature equal to or slightly higher than the eutectic temperature ensures that the liquid phase lies exclusively in the zone where the particles come in contact with carbon, while the rest of the particles remain in the solid phase, which can provide mechanical strength of the particles during sintering.
Сохранение твердой фазы необходимо, в частности, при изготовлении полых частиц из зерен порошка суперсплава. В результате, диаметр полой частицы обычно в 10-100 раз больше толщины стенки, которая обычно в 2-10 раз превышает средний диаметр зерен, которые ее образуют.Preservation of the solid phase is necessary, in particular, in the manufacture of hollow particles from grains of superalloy powder. As a result, the diameter of the hollow particle is usually 10-100 times larger than the wall thickness, which is usually 2-10 times larger than the average diameter of the grains that form it.
дополнительные характеристики изобретения изложены ниже.additional characteristics of the invention are set forth below.
Вакуум ниже 10-4 Па.Vacuum below 10 -4 Pa.
Спекание осуществляют при отсутствии механического напряжения.Sintering is carried out in the absence of mechanical stress.
Частицы представляют собой зерна порошка.Particles are grains of powder.
В вакууме при указанной температуре нагревают смесь металлического порошка и органического связующего, содержащую, в известных случаях, растворитель.In vacuum at this temperature, a mixture of a metal powder and an organic binder is heated, containing, in known cases, a solvent.
В вакууме при указанной температуре нагревают множество твердых зародышей из органического материала, каждый из которых покрыт смесью металлического порошка и органического клея, с получением множества полых металлических частиц, имеющих в основном форму и размеры исходных зародышей, связанных между собой спеканием.In vacuum at this temperature, many solid nuclei of organic material are heated, each of which is coated with a mixture of metal powder and organic glue, to obtain many hollow metal particles having mainly the shape and size of the initial nuclei, interconnected by sintering.
В вакууме при указанной температуре нагревают множество полых металлических частиц, связанных между собой при помощи органического клея, при этом спекание заменяют на склеивание.In a vacuum at this temperature, many hollow metal particles are bonded together using organic glue, and sintering is replaced by gluing.
После спекания проводят обезуглероживающую обработку.After sintering, decarburization treatment is carried out.
Металлические частицы состоят из никеля и/или кобальта или их сплавов, в частности, суперсплавов на основе никеля и/или кобальта.The metal particles consist of nickel and / or cobalt or their alloys, in particular nickel and / or cobalt-based superalloys.
Согласно одному аспекту изобретения, конечное изделие получают в форме или заготовке, в которую вводят металлический порошок, полученный таким образом, чтобы образовать массу или пасту, или любую другую легко инжектируемую тиксотропную смесь.According to one aspect of the invention, the final product is obtained in the form or preform into which a metal powder is prepared so as to form a paste or paste, or any other easily injectable thixotropic mixture.
Согласно другому аспекту изобретения, металлический порошок наносят на поверхность частиц, таких как шарики, для этого наклеивают порошок сплава, требуемого для изготовления корпуса, на поверхность сферических частиц.According to another aspect of the invention, a metal powder is applied to the surface of particles, such as balls, for this purpose, the alloy powder required for the manufacture of the body is glued onto the surface of spherical particles.
Таким образом, изобретение содержит следующие этапы:Thus, the invention comprises the following steps:
приготавливают смесь порошка металлического сплава с органическим исходным веществом с получением тиксотропной смеси, пригодной для инжектирования в форму или в заготовку,preparing a mixture of a metal alloy powder with an organic starting material to obtain a thixotropic mixture suitable for injection into a mold or into a workpiece,
наносят полученную смесь для формирования полой сферы,applying the resulting mixture to form a hollow sphere,
осуществляют защиту по выбору материала путем алюминирования (алитирования).carry out protection at the choice of material by aluminization (aluminization).
В случае изготовления полых сфер можно использовать технологии размещения навалом, не обращаясь к публикации FR 2585445 A.In the case of the manufacture of hollow spheres, you can use the technology of placing in bulk, without resorting to publication FR 2585445 A.
Следующие предпосылки использовались для создания изобретения.The following premises were used to create the invention.
1. Органическое вещество, состоящее из молекул на основе химии углерода, когда его подвергают воздействию высокого вакуума (P<10-3 Па) и высокой температуры (Т>150°С), переходит из твердого (или жидкого) состояния в парообразное состояние либо путем прямого испарения или сублимации, либо путем разложения на одно или несколько элементарных веществ, которые также способны переходить в парообразное состояние. Для соответствующим образом выбранных органических веществ это справедливо для более 90% материала, подвергнутого воздействию высокой температуры в вакууме. Но, если имеет место разложение, на поверхности емкости, содержащей органическое вещество, могут остаться следы элементарного углерода, имеющего высокую реакционную способность по отношению к кислороду.1. An organic substance consisting of molecules based on carbon chemistry, when it is exposed to high vacuum (P <10 -3 Pa) and high temperature (T> 150 ° C), passes from a solid (or liquid) state to a vapor state or by direct evaporation or sublimation, or by decomposition into one or more elementary substances, which are also able to transform into a vaporous state. For suitably selected organic substances, this is true for more than 90% of the material exposed to high temperature in vacuum. But, if decomposition takes place, traces of elemental carbon having high reactivity with oxygen may remain on the surface of the container containing organic matter.
2. Окисленный металлический элемент, то есть покрытый слоем оксидов, самопроизвольно образующихся в результате контактирования данного материала при комнатной температуре с атмосферой, богатой кислородом и водяным паром, приведенный в контакт с элементарным углеродом в вакууме, ниже 10-3 Па и при температуре выше 500°С, самопроизвольно восстанавливается согласно следующим реакциям:2. An oxidized metal element, that is, coated with a layer of oxides that spontaneously form as a result of contacting this material at room temperature with an atmosphere rich in oxygen and water vapor, brought into contact with elemental carbon in vacuum, below 10 -3 Pa and at a temperature above 500 ° C, spontaneously restored according to the following reactions:
MxOy+yC→xM+yCO ↑M x O y + yC → xM + yCO ↑
MxOy+yCO→xM+yCO2 ↑M x O y + yCO → xM + yCO 2 ↑
Это является первой функцией углерода.This is the first function of carbon.
3. Когда металлические элементы восстановлены на стадии 2, они находятся в непосредственном контакте с углеродом. Эвтектического плавления можно добиться, поднимая температуру и используя углерод в качестве флюса. Это является второй функцией углерода. Осуществляют, в частности, эвтектическую реакцию с углеродом: Co (Tпл=1320°С), Cr (Tпл=1534 °С), Fe (Tпл=1153°С), Ni (Tпл=1326°С), Pd (Tпл=1504°С). Таким образом, можно легко осуществить спекание, то есть в данном случае локальное плавление любого порошкообразного сплава, в частности, на основе никеля и/или кобальта, начиная с температуры, превышающей на несколько градусов температуру соответствующей эвтектики. Без восстановления плавление при указанных температурах происходить не может.3. When the metal elements are reduced in stage 2, they are in direct contact with carbon. Eutectic melting can be achieved by raising the temperature and using carbon as a flux. This is the second function of carbon. In particular, a eutectic reaction with carbon is carried out: Co (T pl = 1320 ° C), Cr (T pl = 1534 ° C), Fe (T pl = 1153 ° C), Ni (T pl = 1326 ° C), Pd (T pl = 1504 ° C). Thus, it is easy to carry out sintering, that is, in this case, local melting of any powder alloy, in particular, based on nickel and / or cobalt, starting from a temperature that is several degrees higher than the temperature of the corresponding eutectic. Without reduction, melting at the indicated temperatures cannot occur.
Для этого достаточно перевести сплав, который хотят получить, в порошок (преимущественно, но необязательно, около 40 мкм), приготовить массу на основе порошка, к которому добавлено связующее, которое может представлять собой, например, эпоксидный клей, разведенный этиловым спиртом, полиметилметакрилат, растворенный в ацетоне, или метилцеллюлозу в водном растворе. Полученную таким образом смесь сушат в сушильном шкафу (Т>80°С) для того, чтобы удалить растворитель (этиловый спирт, ацетон или воду, или любой полярный растворитель). Затем смесь помещают в камеру с вакуумом ниже 10-3 Па и отжигают при температуре, выше температуры плавления эвтектики металл-углерод. По окончании реакции получают первоначальный сплав и химические анализы, проведенные на полученном небольшом слитке, показывают, что загрязнение углеродом остается в пределах допуска. Данная технология применима для изготовления полых сфер из суперсплава.To do this, it is enough to transfer the alloy that you want to get into powder (mainly, but not necessarily, about 40 microns), prepare a mass based on the powder, to which a binder is added, which can be, for example, epoxy adhesive diluted with ethyl alcohol, polymethyl methacrylate, dissolved in acetone, or methyl cellulose in an aqueous solution. The mixture thus obtained is dried in an oven (T> 80 ° C) in order to remove the solvent (ethyl alcohol, acetone or water, or any polar solvent). Then the mixture is placed in a chamber with a vacuum below 10 -3 Pa and annealed at a temperature above the melting point of the metal-carbon eutectic. Upon completion of the reaction, an initial alloy is obtained and chemical analyzes carried out on the resulting small ingot show that carbon pollution remains within tolerance. This technology is applicable for the manufacture of hollow spheres from superalloy.
Изобретение иллюстрируется ниже примерами, не носящими ограничительного характера.The invention is illustrated below by non-limiting examples.
Пример 1Example 1
Спекали порошок Astroloy, суперсплава на соснове никеля, состав которого в мас.%, следующий: Cr 15, Co 17, Mo 5,3, Al 4,0, Ti 3,5, C 0,06, B 0,03, Ni, остальное - до 100, чтобы получить исходный суперсплав. Температура эвтектической смеси Astroloy с углеродом составляет 1250°С.Sintered powder Astroloy, a superalloy on a pine nickel, the composition of which in wt.%, The following: Cr 15, Co 17, Mo 5.3, Al 4.0, Ti 3.5, C 0.06, B 0.03, Ni , the rest is up to 100 to get the original superalloy. The temperature of the Astroloy eutectic mixture with carbon is 1250 ° C.
Для этого смешивали порошок с поливиниловым спиртом с водой в качестве растворителя. Полученная масса содержит 60 об.% металлического порошка. После горячей сушки в течение 16 часов при 80°С для удаления воды систему помещали в камеру с вакуумом ниже 10-3 Па. Медленно (приблизительно 1°С в минуту) нагревали систему до достижения температуры разложения органического связующего (около 450°С). После, приблизительно, двухчасового горизонтального участка систему затем нагревали до 1250°С при скорости подъема температуры 100°С в минуту. После горизонтального участка, продолжительностью 10 минут, систему быстро охлаждали до комнатной температуры.For this, the powder was mixed with polyvinyl alcohol with water as a solvent. The resulting mass contains 60 vol.% Metal powder. After hot drying for 16 hours at 80 ° C to remove water, the system was placed in a chamber with a vacuum below 10 -3 Pa. Slowly (approximately 1 ° C per minute), the system was heated until the decomposition temperature of the organic binder was reached (about 450 ° C). After an approximately two-hour horizontal section, the system was then heated to 1250 ° C at a rate of temperature rise of 100 ° C per minute. After a horizontal section lasting 10 minutes, the system was rapidly cooled to room temperature.
При изъятии из печи получали сплошной материал без пор. Металлографическое исследование обнаруживает классическую структуру исходного суперсплава, а именно, матрицу из гамма-никеля, в которой диспергированы осадки гамма-прим N3(Al, Ti). Химический анализ соответствует анализу исходного материала.Upon removal from the oven, pore-free solid material was obtained. A metallographic study reveals the classical structure of the initial superalloy, namely, a gamma-nickel matrix in which precipitates of gamma-prim N 3 (Al, Ti) are dispersed. Chemical analysis corresponds to the analysis of the starting material.
Если был обнаружен избыток углерода, содержание данного элемента могло бы быть уменьшено обезуглероживающей обработкой, такой как термообработка в атмосфере влажного водорода, хорошо известная специалистам в данной области.If an excess of carbon was detected, the content of this element could be reduced by decarburization treatment, such as heat treatment in an atmosphere of moist hydrogen, well known to specialists in this field.
Пример IIExample II
Использовали технологию, заключающуюся в приклеивании порошков суперсплава непосредственно на поверхность шариков. По сравнению с композиционным электролитическим покрытием технология приклеивания позволяет получить сферы, состав которых намного ближе к составу суперсплава. Технология обеспечивает бесконечную возможность варьирования химических составов, которые связаны с природой используемого порошка.We used the technology of gluing superalloy powders directly onto the surface of the balls. Compared with a composite electrolytic coating, bonding technology allows to obtain spheres whose composition is much closer to the composition of the superalloy. The technology provides an endless possibility of varying the chemical compositions that are related to the nature of the powder used.
Порошки непосредственно наклеивают на поверхность сферических основ из полистирола согласно следующей методике.Powders are directly glued onto the surface of spherical polystyrene substrates according to the following procedure.
Cмешивали на часовом стекле около 90 см3 порошка Astroloy D50≈10 мкм и 10 см3 эпоксидного клея марки ARALDITE 2011 при помощи пистолета-аппликатора, который позволяет дозировать различные количества клея и отвердителя с получением оптимальной смеси, рекомендуемой производителем.About 90 cm 3 of Astroloy D 50 ≈10 μm powder and 10 cm 3 of ARALDITE 2011 epoxy adhesive were mixed on a watch glass using an applicator gun that allows you to dispense various quantities of adhesive and hardener to obtain the optimal mixture recommended by the manufacturer.
На второй стадии добавляли сотню шариков из полистирола.In a second step, a hundred polystyrene beads were added.
Затем при помощи второго часового стекла катали шарики из смеси порошок+эпоксидный клей.Then, using a second watch glass, balls were rolled from a mixture of powder + epoxy glue.
Как только вся поверхность сферических основ покрыта, шарики, покрытые таким образом, размещали на перфорированной пластине и помещали в сушильный шкаф для сушки при 60°С.As soon as the entire surface of the spherical substrates is coated, the balls coated in this way were placed on a perforated plate and placed in an oven for drying at 60 ° C.
Полученная толщина слоя порошок+клей составляла около 0,1 мм.The resulting powder + glue layer thickness was about 0.1 mm.
Чтобы сохранить достаточную механическую прочность сферических частиц, становящихся полыми при удалении основы, был разработан способ термообработки нового типа. Для этого шарики помещали на подложку соответствующей формы, в зависимости от конечной структуры, которую хотели получить, например, подложку в форме двугранного угла, чтобы достичь плотной укладки, затем помещали в вакуумную печь в тигле из оксида алюминия, снабженном крышкой с отверстиями, предназначенной для сохранения шариков на месте во время операций откачки. Как только вакуум достигал 10-3 Па, проводили следующую термообработку.In order to maintain sufficient mechanical strength of the spherical particles becoming hollow when the base is removed, a new type of heat treatment method has been developed. To do this, the balls were placed on a substrate of the appropriate shape, depending on the final structure, which we wanted to obtain, for example, a diagonal-shaped substrate in order to achieve a tight packing, then they were placed in a vacuum furnace in an aluminum oxide crucible equipped with a lid with holes for keeping balls in place during pumping operations. As soon as the vacuum reached 10 −3 Pa, the following heat treatment was carried out.
Поднимали температуру со скоростью 0,5°С в минуту до температуры 450 °С.Raised the temperature at a speed of 0.5 ° C per minute to a temperature of 450 ° C.
Горизонтальный участок температурной кривой составлял 120 минут.The horizontal portion of the temperature curve was 120 minutes.
Осуществляли подъем температуры со скоростью 100°С в минуту до температуры 1250°С.The temperature was raised at a rate of 100 ° C per minute to a temperature of 1250 ° C.
Горизонтальный участок температурной кривой составлял 20 минут.The horizontal portion of the temperature curve was 20 minutes.
Осуществляли быстрое охлаждение (от 1250°С до 600°С в течение 20 минут).Rapid cooling was carried out (from 1250 ° C to 600 ° C for 20 minutes).
Данная процедура была выбрана из-за легкости, допускающей минимальное число стадий, ввиду возможности создания промышленной технологии для определенного применения. Во время отжига в вакууме полистирол и эпоксидный клей вносят свой вклад в обогащение поверхности каждого зерна порошка небольшим количеством элементарного углерода. Как только углерод образовался, проходит реакция восстановления каждого зерна порошка. Наконец, после достижения температуры плавления эвтектической смеси, образуемой углеродом с Ni и другими составляющими элементами суперсплава, или 1250 °С, происходит частичное плавление поверхности каждого зерна порошка. Кроме того, благодаря присутствию жидкой фазы шарики в ходе формирования соединяются между собой. Данная технология позволяет получить структуру, образованную из множества шариков из суперсплава на основе никеля.This procedure was chosen because of the ease of allowing a minimum number of stages, due to the possibility of creating industrial technology for a specific application. During vacuum annealing, polystyrene and epoxy glue contribute to enriching the surface of each powder grain with a small amount of elemental carbon. As soon as carbon has formed, a reduction reaction of each grain of the powder takes place. Finally, after reaching the melting temperature of the eutectic mixture formed by carbon with Ni and other constituent elements of the superalloy, or 1250 ° C, a partial melting of the surface of each powder grain occurs. In addition, due to the presence of a liquid phase, the balls are interconnected during formation. This technology allows you to get a structure formed of many balls of nickel-based superalloy.
Пример IIIExample III
В данном примере осуществляли эвтектическую пайку, просто загрязняя изделия из чистого никеля углеродом. Более конкретно, следовало соединить полые сферические частицы из никеля, поставляемые фирмой ATECA.In this example, eutectic soldering was carried out simply by contaminating pure nickel products with carbon. More specifically, the hollow spherical nickel particles supplied by ATECA should be combined.
Шарики склеивали эпоксидным клеем ARALDITE 2011, разбавленным спиртом, данное разбавление имеет целью увеличить время манипулирования с шариками перед полимеризацией. После сушки в сушильном шкафу на воздухе при температуре 80°С в течение 2 часов шарики помещали в камеру с вакуумом ниже 10-3 Па. Затем систему подвергали следующей программе нагрева: подъем температуры со скоростью 100°С в минуту до температуры 1350°С, или температуры, на 25°С большей температуры эвтектики Ni-C, затем горизонтальный участок температурной кривой в течение 10 минут, быстрое охлаждение (от 1350°С до 600°С за 25 минут, приблизительно). После охлаждения констатировали, что шарики спаяны между собой, как это показывают мениски, образовавшиеся в точках их контактов. Шарики невозможно разделить.The balls were glued with ARALDITE 2011 epoxy adhesive diluted with alcohol, this dilution is intended to increase the time of handling the balls before polymerization. After drying in an oven in air at a temperature of 80 ° C for 2 hours, the balls were placed in a chamber with a vacuum below 10 -3 Pa. Then the system was subjected to the following heating program: raising the temperature at a speed of 100 ° C per minute to a temperature of 1350 ° C, or a temperature 25 ° C higher than the temperature of the Ni-C eutectic, then a horizontal section of the temperature curve for 10 minutes, rapid cooling (from 1350 ° C to 600 ° C in 25 minutes, approximately). After cooling, it was noted that the balls were welded together, as shown by the menisci formed at the points of their contacts. Balls cannot be divided.
Для сравнения, сферические частицы из той же самой партии были тщательно обезжирены и подвергнуты такой же термообработке в вакууме. По окончании эксперимента в точках контакта никакой мениск не образовался. Наблюдалось только небольшое взаимное проникновение в тех же самых точках контакта, но шарики легко разделялись.For comparison, spherical particles from the same batch were thoroughly degreased and subjected to the same heat treatment in vacuum. At the end of the experiment, no meniscus formed at the contact points. Only a slight mutual penetration was observed at the same contact points, but the balls were easily separated.
Естественно, изобретение можно применять к другим металлическим материалам, отличным от материалов, упомянутых в примерах, приведенных выше, и, в частности, ко всем суперсплавам на основе никеля и/или кобальта.Naturally, the invention can be applied to other metallic materials other than the materials mentioned in the examples above, and, in particular, to all nickel and / or cobalt-based superalloys.
Claims (8)
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| FR0507256A FR2888141B1 (en) | 2005-07-07 | 2005-07-07 | METHOD FOR PRESSURE-FREE SINKING OF METAL ALLOYS; APPLICATION TO THE MANUFACTURE OF HOLLOW SPHERES |
| FR0507256 | 2005-07-07 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2008104619A RU2008104619A (en) | 2009-08-20 |
| RU2401718C2 true RU2401718C2 (en) | 2010-10-20 |
Family
ID=36101713
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2008104619/02A RU2401718C2 (en) | 2005-07-07 | 2006-07-07 | Method of sintering of metal alloys without pressure and applying said method for producing hollow spheres |
Country Status (7)
| Country | Link |
|---|---|
| EP (1) | EP1907153B1 (en) |
| JP (1) | JP2008545064A (en) |
| CA (1) | CA2614007C (en) |
| DE (1) | DE602006004059D1 (en) |
| FR (1) | FR2888141B1 (en) |
| RU (1) | RU2401718C2 (en) |
| WO (1) | WO2007006946A1 (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2588207C2 (en) * | 2011-12-28 | 2016-06-27 | Аркам Аб | Method and device for increasing resolution in additive-made 3d articles |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN111318693B (en) * | 2018-12-13 | 2022-03-11 | 株洲欧科亿数控精密刀具股份有限公司 | Vacuum sintering process for hard alloy saw teeth |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2039631C1 (en) * | 1993-08-27 | 1995-07-20 | Всероссийский научно-исследовательский институт авиационных материалов | Method of manufacturing abradable material |
| RU2128100C1 (en) * | 1994-06-02 | 1999-03-27 | Хеганес Аб | Lubricants for metal powder compositions, metal powder composition containing lubricant, process of winning of sintered products with use of lubricant |
| US6299664B1 (en) * | 1998-02-04 | 2001-10-09 | Mitsubishi Denki Kabushiki Kaisha | Method of manufacturing sliding part and vortex flow generator for injection valve manufactured by that method |
Family Cites Families (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS572861A (en) * | 1980-06-06 | 1982-01-08 | Sumitomo Electric Ind Ltd | Manufacture of sintered product of cast iron powder |
| JPS57171644A (en) * | 1981-04-14 | 1982-10-22 | Sumitomo Electric Ind Ltd | Manufacture of sintered co superalloy |
| JPS5839704A (en) * | 1981-09-03 | 1983-03-08 | Sumitomo Electric Ind Ltd | Production of ni-base sintered hard alloy |
| JPH0257621A (en) * | 1988-08-22 | 1990-02-27 | Kawasaki Steel Corp | Method for decarbonizing sintered compact |
| JPH0647683B2 (en) * | 1989-07-06 | 1994-06-22 | 住友セメント株式会社 | Metal powder sintering method |
| US6322746B1 (en) * | 1999-06-15 | 2001-11-27 | Honeywell International, Inc. | Co-sintering of similar materials |
| WO2005084854A1 (en) * | 2004-03-09 | 2005-09-15 | National University Corporation Kagawa University | Hollow metallic sphere structure body, hollow metallic sphere formed body, and method of producing hollow metallic shpere structure body |
-
2005
- 2005-07-07 FR FR0507256A patent/FR2888141B1/en not_active Expired - Fee Related
-
2006
- 2006-07-07 WO PCT/FR2006/001645 patent/WO2007006946A1/en not_active Ceased
- 2006-07-07 JP JP2008519968A patent/JP2008545064A/en active Pending
- 2006-07-07 DE DE602006004059T patent/DE602006004059D1/en active Active
- 2006-07-07 RU RU2008104619/02A patent/RU2401718C2/en not_active IP Right Cessation
- 2006-07-07 EP EP06778818A patent/EP1907153B1/en active Active
- 2006-07-07 CA CA2614007A patent/CA2614007C/en active Active
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2039631C1 (en) * | 1993-08-27 | 1995-07-20 | Всероссийский научно-исследовательский институт авиационных материалов | Method of manufacturing abradable material |
| RU2128100C1 (en) * | 1994-06-02 | 1999-03-27 | Хеганес Аб | Lubricants for metal powder compositions, metal powder composition containing lubricant, process of winning of sintered products with use of lubricant |
| US6299664B1 (en) * | 1998-02-04 | 2001-10-09 | Mitsubishi Denki Kabushiki Kaisha | Method of manufacturing sliding part and vortex flow generator for injection valve manufactured by that method |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2588207C2 (en) * | 2011-12-28 | 2016-06-27 | Аркам Аб | Method and device for increasing resolution in additive-made 3d articles |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CA2614007C (en) | 2013-04-16 |
| DE602006004059D1 (en) | 2009-01-15 |
| EP1907153B1 (en) | 2008-12-03 |
| WO2007006946A1 (en) | 2007-01-18 |
| FR2888141B1 (en) | 2008-08-29 |
| EP1907153A1 (en) | 2008-04-09 |
| JP2008545064A (en) | 2008-12-11 |
| CA2614007A1 (en) | 2007-01-18 |
| FR2888141A1 (en) | 2007-01-12 |
| RU2008104619A (en) | 2009-08-20 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Bakan | A novel water leaching and sintering process for manufacturing highly porous stainless steel | |
| US3888663A (en) | Metal powder sintering process | |
| JPS617537A (en) | Method of producing porous nonevaporation getter unit improved and getter unit produced by same method | |
| US4104782A (en) | Method for consolidating precision shapes | |
| JPH06510090A (en) | Target element for cathode sputtering | |
| CN1842387A (en) | Method for making components from nickel-based alloys and components made therefrom | |
| CN113102753B (en) | Indirect 3D printing tungsten-based alloy part degreasing sintering method | |
| CN114086111A (en) | A kind of high temperature resistant iridium hafnium oxide composite material and preparation method thereof | |
| RU2401718C2 (en) | Method of sintering of metal alloys without pressure and applying said method for producing hollow spheres | |
| CN106903316A (en) | Titanium foam and its production and use | |
| US6805906B2 (en) | Method of application of a protective coating to a substrate | |
| US7544322B2 (en) | Process for the pressureless sintering of metal alloys; and application to the manufacture of hollow spheres | |
| CN109943755A (en) | A kind of preparation method of aluminum matrix composite used for electronic packaging | |
| CN110732671B (en) | Foam metal nickel and preparation method thereof | |
| CN109825829B (en) | A kind of preparation method of dual-phase carbide cermet solar selective absorption composite coating | |
| RU2414328C2 (en) | Method of producing and jointing together balls made from super alloy, and articles made thereof | |
| KR101041888B1 (en) | Manufacturing method of iron powder for thermal battery heating material using spray pyrolysis process | |
| US20110174183A1 (en) | Pyrophoric material | |
| CN116813383A (en) | Tantalum carbide coating and preparation method thereof | |
| CN116944514A (en) | A method of laser 4D printing titanium nickel hafnium shape memory alloy parts | |
| CN116022839A (en) | A preparation method for preparing micro-nano structure at one time, micro-nano structure and application thereof | |
| JP2018016869A (en) | Aluminum-based porous body and method for producing the same | |
| JPS599102A (en) | Production of thermet-metal composite | |
| JP3788929B2 (en) | Method for sintering metal powder compact | |
| CN119870469A (en) | Preparation method of iron-aluminum hierarchical pore material |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20140708 |