[go: up one dir, main page]

RU2658566C2 - Способ получения компактных материалов, содержащих диборид титана, методом самораспространяющегося высокотемпературного синтеза - Google Patents

Способ получения компактных материалов, содержащих диборид титана, методом самораспространяющегося высокотемпературного синтеза Download PDF

Info

Publication number
RU2658566C2
RU2658566C2 RU2016123476A RU2016123476A RU2658566C2 RU 2658566 C2 RU2658566 C2 RU 2658566C2 RU 2016123476 A RU2016123476 A RU 2016123476A RU 2016123476 A RU2016123476 A RU 2016123476A RU 2658566 C2 RU2658566 C2 RU 2658566C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
reaction mixture
ferroboron
ferrotitanium
weight
mass
Prior art date
Application number
RU2016123476A
Other languages
English (en)
Other versions
RU2016123476A (ru
Inventor
Павел Георгиевич Овчаренко
Андрей Юрьевич Лещев
Евгений Васильевич Кузьминых
Original Assignee
Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Удмуртский федеральный исследовательский центр Уральского отделения Российской академии наук
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Удмуртский федеральный исследовательский центр Уральского отделения Российской академии наук filed Critical Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Удмуртский федеральный исследовательский центр Уральского отделения Российской академии наук
Priority to RU2016123476A priority Critical patent/RU2658566C2/ru
Publication of RU2016123476A publication Critical patent/RU2016123476A/ru
Application granted granted Critical
Publication of RU2658566C2 publication Critical patent/RU2658566C2/ru

Links

Classifications

    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C22METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22CALLOYS
    • C22C29/00Alloys based on carbides, oxides, nitrides, borides, or silicides, e.g. cermets, or other metal compounds, e.g. oxynitrides, sulfides
    • C22C29/14Alloys based on carbides, oxides, nitrides, borides, or silicides, e.g. cermets, or other metal compounds, e.g. oxynitrides, sulfides based on borides
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22FWORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F3/00Manufacture of workpieces or articles from metallic powder characterised by the manner of compacting or sintering; Apparatus specially adapted therefor ; Presses and furnaces
    • B22F3/23Manufacture of workpieces or articles from metallic powder characterised by the manner of compacting or sintering; Apparatus specially adapted therefor ; Presses and furnaces involving a self-propagating high-temperature synthesis or reaction sintering step

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Adhesives Or Adhesive Processes (AREA)
  • Powder Metallurgy (AREA)

Abstract

Группа изобретений относится к получению компактных материалов, содержащих диборид титана, с использованием самораспространяющегося высокотемпературного синтеза (СВС). Способ по варианту 1 включает приготовление реакционной смеси из порошкообразных ферробора и ферротитана, компактирование реакционной смеси и инициирование СВС. Используют ферротитан с содержанием титана не менее 60 мас.% и ферробор с содержанием бора не менее 6 мас.%, при этом реакционную смесь готовят с отношением массы ферротитана к массе ферробора от 0,1 до 0,8 и добавляют к реакционной смеси клеевое связующее в количестве, не превышающем 40 мас.% от массы реакционной смеси. В способе по варианту 2 к реакционной смеси добавляют легирующие добавки в количестве до 80 мас.% от массы реакционной смеси и клеевое связующее в количестве, не превышающем 40 мас.% от массы реакционной смеси. Обеспечивается получение компактных материалов, содержащих диборид титана, без применения специальных реакторов и приложения внешних воздействий на реакционную смесь в ходе синтеза. 2 н. и 2 з.п. ф-лы, 1 пр.

Description

Способ получения компактных материалов, содержащих диборид титана, методом самораспространяющегося высокотемпературного синтеза
Изобретение относится к металлургии, а именно к способам получения неорганических материалов, в том числе содержащих диборид титана, методом самораспространяющегося высокотемпературного синтеза.
Из уровня техники известен способ получения тугоплавких неорганических материалов методом самораспространяющегося высокотемпературного синтеза, включающий приготовление реакционных смесей, их прессование и инициирование синтеза (Левашов Е.А., Рогачев А.С., Юхвид В.И., Боровинская И.П. Физико-химические и технологические основы самораспространяющегося высокотемпературного синтеза. М.: «Издательство БИНОМ», 1999 г. - 176 с.). Для получения компактных материалов данные способы включают наложение внешнего воздействия на реакционные смеси в ходе синтеза (газостатическое прессование, гидравлическое прессование и др.), что влечет применение дополнительного оборудования, усложнение процесса и снижает применимость способа.
Из уровня техники известен способ получения сплава, включающий раздельное приготовление двух или более различных по составу и прочности оксидов металлов смесей с восстановителем и неметаллом, локальное воспламенение одной из смесей с последующим воспламенением образовавшимся расплавом других смесей под давлением газообразной среды до образования сплава необходимого состава (Патент РФ №2469816, МПК B22F 3/23, 20.12.2012). Недостатком данного способа является трудность контролирования протекающих реакций самораспространяющегося высокотемпературного синтеза каждой из последовательно воспламеняемых расплавом смесей, что приводит к сложности получения сплава заданного состава, применение специальных реакторов для осуществления процесса синтеза под давлением газообразной среды.
Наиболее близким по технической сущности является способ получения материалов, содержащих диборид титана методом самораспространяющегося высокотемпературного синтеза, включающий приготовление реакционной смеси из порошка ферротитана с содержанием титана 65,79%, 73,69% и порошка ферробора с содержанием бора 14,88%, компактирование и инициирование синтеза (US 4673550 А, B22F 1/00, 15.06.1987). Недостатком известного способа является применение ограниченного количества составов системы ферротитан - ферробор за счет использования в качестве исходных реагентов ферротитана (65,79%, 73,69% Ti) и ферробора (14,88% В), что не позволяет в полной мере обеспечить формирование свойств получаемого материала (состав, структура, плотность, твердость, прочностные характеристики) и получить достаточно прочные скомпактированные порошкообразные составы.
Все это снижает универсальность известного способа.
Предлагаемый способ является более универсальным по отношению к прототипу.
Повышение универсальности способа выражается в том, что он позволяет получать, с одной стороны, компактные материалы, содержащие диборид титана, методом самораспространяющегося высокотемпературного синтеза с формированием требуемого комплекса характеристик (содержание боридных составляющих титана и железа, прочностные свойства, твердость, износостойкость, структура, плотность) за счет применения в качестве исходных реагентов ферротитана и ферробора различных марок с выполнением соотношения массы ферротитана к массе ферробора от 0,1 до 0,8, с другой - обеспечить повышенную прочность скомпактированных составов за счет введения в реакционную смесь клеевого связующего.
Способ осуществляется следующим образом.
Реакционную смесь, состоящую из порошкообразных ферротитана, с содержанием титана не менее 60%, и ферробора с содержанием бора не менее 6%, взятых в отношении массы ферротитана к массе ферробора от 0,1 до 0,8, компактируют любым доступным способом (гидравлическое прессование, изостатическое прессование, компактирование при помощи шнека и др.), после чего инициируют протекание самораспространяющегося высокотемпературного синтеза (СВС). Для улучшения компактирования способ предусматривает добавление к порошкообразной реакционной смеси клеевого связующего в количестве, не превышающем 40% от массы сухой смеси. Добавление клеевого связующего в количестве, превышающем 40% от массы сухой смеси, приводит к значительному газовыделению в ходе синтеза и, как следствие, к появлению трещин и пор в материале.
Инициирование реакции СВС осуществляют различными способами, в зависимости от технического оснащения - путем объемного нагрева смеси в индукционных печах, либо печах сопротивления, путем локального нагрева искровым, дуговым либо плазменным разрядом и др. Применение ферросплавов позволяет получать компактные материалы, содержащие диборид титана методом СВС без приложения внешних воздействий на систему в ходе синтеза, поскольку железо, входящее в состав ферросплавов, служит связкой и препятствует развитию усадочных процессов и возникновению трещин. Применение ферротитана с содержанием титана менее 60% не позволяет инициировать реакцию СВС в реакционной смеси. Применение ферробора с содержанием бора менее 6% затрудняет начало синтеза между компонентами реакционной смеси; недостаток бора приводит к получению материала, содержание диборида титана в котором минимально, что снижает его твердость и ухудшает свойства. Реакционная смесь с отношением массы ферротитана к массе ферробора, равным 0,1, позволяет применять для получения компактных материалов ферротитан с содержанием титана более 60% и ферробор с содержанием бора 6%. В данной системе титан, взаимодействуя с бором, образует диборид титана (TiB2), а его избыток, взаимодействуя с железом (компонентом ферросплавов), образует интерметаллид FeTi. Реакционная смесь с отношением массы ферротитана к массе ферробора, равным 0,8, позволяет применять для получения компактных материалов ферротитан с содержанием титана 60% и ферробор с содержанием бора 20%. Данная система оказывается более обогащенной диборидом титана за счет значительного содержания бора в реакционной смеси. Варьирование отношения массы ферротитана к массе ферробора от 0,1 до 0,8 позволяет получать компактные материалы методом СВС с различным содержанием диборида титана. Для улучшения условий протекания синтеза в реакционной системе, способ допускает применение порошкообразных ферросплавов с крупностью частиц не более 1 мм. Применение порошкообразных материалов с размером частиц более 1 мм значительно ухудшает протекание синтеза.
Для получения компактных материалов, содержащих диборид титана с минимальной пористостью, и расширения области применения за счет формирования других структурных составляющих, способ предусматривает добавление к реакционной смеси, наряду с клеевым связующим, порошкообразных легирующих добавок в количестве до 80% от массы реакционной смеси. Применение в качестве легирующих добавок порошкообразных никеля или меди позволяют повысить пластичность материала; добавление хрома и феррохрома - формировать, наряду с диборидом титана, бориды хрома.
Готовую реакционную смесь компактируют и инициируют реакцию СВС. После протекания синтеза образуется компактный материал, содержащий диборид титана.
Пример конкретного исполнения
Реакционную смесь, содержащую 70% ферротитана и 17% ферробора, взятых в отношении массы ферротитана к массе ферробора равным 0,52, компактировали в пресс-форме на гидравлическом прессе в цилиндры диаметром 20 мм и высотой 10 мм. Для улучшения компактирования и предохранения от разрушения спрессованной порошкообразной реакционной смеси, в нее до компактирования дополнительно ввели клеевое связующее - раствор жидкого стекла в количестве 10% от массы сухой реакционной смеси. После компактирования спрессованный материал, содержащий клеевое связующее, предварительно прогрели в печи при температуре 300°C, после чего инициировали синтез путем объемного нагрева. Полученный в ходе синтеза компактный материал (цилиндры диаметром 20 мм и высотой 10 мм) имел незначительную пористость и содержал диброид титана (TiB2), бориды железа (Fe2B, FeB) и незначительное количество интерметаллида FeTi. За счет образования боридных составляющих материал обладал значительной твердостью - 897÷1163 HV0,05 (67÷71 HRC).

Claims (4)

1. Способ получения компактных материалов, содержащих диборид титана, методом самораспространяющегося высокотемпературного синтеза (СВС), включающий приготовление реакционной смеси из порошкообразных ферробора и ферротитана, компактирование реакционной смеси и инициирование СВС, отличающийся тем, что используют ферротитан с содержанием титана не менее 60 мас.% и ферробор с содержанием бора не менее 6 мас.%, при этом реакционную смесь готовят с отношением массы ферротитана к массе ферробора от 0,1 до 0,8 и добавляют к реакционной смеси клеевое связующее в количестве, не превышающем 40 мас.% от массы реакционной смеси.
2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что крупность порошкообразных компонентов реакционной смеси не превышает 1 мм.
3. Способ получения компактных материалов, содержащих диборид титана, методом СВС, включающий приготовление реакционной смеси из порошкообразных ферробора и ферротитана, добавление к реакционной смеси порошкообразных легирующих добавок, компактирование полученной смеси и инициирование СВС, отличающийся тем, что используют ферротитан с содержанием титана не менее 60 мас.% и ферробор с содержанием бора не менее 6 мас.%, при этом реакционную смесь готовят с отношением массы ферротитана к массе ферробора от 0,1 до 0,8, добавляют к реакционной смеси легирующие добавки в количестве до 80 мас.% от массы реакционной смеси и клеевое связующее в количестве, не превышающем 40 мас.% от массы реакционной смеси.
4. Способ по п. 3, отличающийся тем, что крупность компонентов реакционной смеси и легирующих добавок не превышает 1 мм.
RU2016123476A 2016-06-14 2016-06-14 Способ получения компактных материалов, содержащих диборид титана, методом самораспространяющегося высокотемпературного синтеза RU2658566C2 (ru)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2016123476A RU2658566C2 (ru) 2016-06-14 2016-06-14 Способ получения компактных материалов, содержащих диборид титана, методом самораспространяющегося высокотемпературного синтеза

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2016123476A RU2658566C2 (ru) 2016-06-14 2016-06-14 Способ получения компактных материалов, содержащих диборид титана, методом самораспространяющегося высокотемпературного синтеза

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2016123476A RU2016123476A (ru) 2017-12-19
RU2658566C2 true RU2658566C2 (ru) 2018-06-21

Family

ID=60718459

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2016123476A RU2658566C2 (ru) 2016-06-14 2016-06-14 Способ получения компактных материалов, содержащих диборид титана, методом самораспространяющегося высокотемпературного синтеза

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2658566C2 (ru)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2697139C1 (ru) * 2018-11-29 2019-08-12 Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт структурной макрокинетики и проблем материаловедения им. А.Г. Мержанова Российской академии наук Способ получения магнитно-абразивного порошка
RU2737185C1 (ru) * 2020-02-20 2020-11-25 Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт структурной макрокинетики и проблем материаловедения им. А.Г. Мержанова Российской академии наук Способ изготовления композиционных материалов на основе Ti-B-Fe, модифицированных наноразмерными частицами AIN
RU2792903C1 (ru) * 2022-03-16 2023-03-28 Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Удмуртский федеральный исследовательский центр Уральского отделения Российской академии наук Способ получения композиционных алюмоматричных материалов, содержащих карбид титана, методом самораспространяющегося высокотемпературного синтеза

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4673550A (en) * 1984-10-23 1987-06-16 Serge Dallaire TiB2 -based materials and process of producing the same
SU1830393A1 (ru) * 1989-12-14 1993-07-30 Tom I Strukturnoj Makrokinetik Способ получения композиционных борсодержащих сплавов для легирования сталей
RU2365467C2 (ru) * 2007-07-09 2009-08-27 Игорь Михайлович Шатохин Способ получения борсодержащего сплава для легирования стали
CN102226279A (zh) * 2011-06-13 2011-10-26 山东电力研究院 一种制备二硼化钛和碳化钛强化铁基耐磨复合涂层的方法
RU2469816C2 (ru) * 2010-05-04 2012-12-20 Открытое акционерное общество "Научно-исследовательский институт металлургической технологии" Способ получения сплава

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4673550A (en) * 1984-10-23 1987-06-16 Serge Dallaire TiB2 -based materials and process of producing the same
SU1830393A1 (ru) * 1989-12-14 1993-07-30 Tom I Strukturnoj Makrokinetik Способ получения композиционных борсодержащих сплавов для легирования сталей
RU2365467C2 (ru) * 2007-07-09 2009-08-27 Игорь Михайлович Шатохин Способ получения борсодержащего сплава для легирования стали
RU2469816C2 (ru) * 2010-05-04 2012-12-20 Открытое акционерное общество "Научно-исследовательский институт металлургической технологии" Способ получения сплава
CN102226279A (zh) * 2011-06-13 2011-10-26 山东电力研究院 一种制备二硼化钛和碳化钛强化铁基耐磨复合涂层的方法

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2697139C1 (ru) * 2018-11-29 2019-08-12 Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт структурной макрокинетики и проблем материаловедения им. А.Г. Мержанова Российской академии наук Способ получения магнитно-абразивного порошка
RU2737185C1 (ru) * 2020-02-20 2020-11-25 Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт структурной макрокинетики и проблем материаловедения им. А.Г. Мержанова Российской академии наук Способ изготовления композиционных материалов на основе Ti-B-Fe, модифицированных наноразмерными частицами AIN
RU2792903C1 (ru) * 2022-03-16 2023-03-28 Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Удмуртский федеральный исследовательский центр Уральского отделения Российской академии наук Способ получения композиционных алюмоматричных материалов, содержащих карбид титана, методом самораспространяющегося высокотемпературного синтеза
RU2809611C2 (ru) * 2022-04-27 2023-12-13 Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Удмуртский федеральный исследовательский центр Уральского отделения Российской академии наук Способ получения металлокерамических, в том числе объёмнопористых материалов, содержащих нитрид титана, методом самораспространяющегося высокотемпературного синтеза
RU2793662C1 (ru) * 2022-06-10 2023-04-04 Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Удмуртский федеральный исследовательский центр Уральского отделения Российской академии наук Способ получения композиционных алюмоматричных материалов, содержащих борид титана, методом самораспространяющегося высокотемпературного синтеза
RU2809613C1 (ru) * 2022-11-30 2023-12-13 Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Удмуртский федеральный исследовательский центр Уральского отделения Российской академии наук Способ получения композиционных алюмоматричных материалов, содержащих боридные составляющие хрома, методом самораспространяющегося высокотемпературного синтеза

Also Published As

Publication number Publication date
RU2016123476A (ru) 2017-12-19

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Yan et al. Microstructure and mechanical properties of in-situ synthesized TiB whiskers reinforced titanium matrix composites by high-velocity compaction
Jie-Cai et al. In-situ combustion synthesis and densification of TiC–xNi cermets
Zhang et al. Combustion synthesis and densification of large-scale TiC–xNi cermets
RU2658566C2 (ru) Способ получения компактных материалов, содержащих диборид титана, методом самораспространяющегося высокотемпературного синтеза
Liang et al. Preparation and characterization of TiC particulate locally reinforced steel matrix composites from Cu–Ti–C system with various C particles
Yeh et al. Combustion synthesis of TiC–TiB2 composites
RU2448178C2 (ru) Способ получения литейного композиционного сплава алюминий-карбид титана
CN106747365A (zh) 低气孔高强锆铬刚玉砖及其制造方法
RU2637198C1 (ru) Способ получения компактных материалов, содержащих карбиды хрома и титана, методом самораспространяющегося высокотемпературного синтеза (варианты)
RU2733524C1 (ru) Способ получения керамико-металлических композиционных материалов
RU2581336C1 (ru) Способ легирования поверхности отливок из железоуглеродистых сплавов
RU2555321C2 (ru) Способ получения литого алюмоматричного композиционного сплава
RU2612864C1 (ru) Способ легирования поверхности отливок из железоуглеродистых сплавов
RU2809611C2 (ru) Способ получения металлокерамических, в том числе объёмнопористых материалов, содержащих нитрид титана, методом самораспространяющегося высокотемпературного синтеза
Andriyanov et al. Development of porous composite self-propagating high-temperature ceramics of the Ti-BC system
RU2477337C2 (ru) Способ получения боридных покрытий из борной кислоты
RU2793662C1 (ru) Способ получения композиционных алюмоматричных материалов, содержащих борид титана, методом самораспространяющегося высокотемпературного синтеза
RU2809613C1 (ru) Способ получения композиционных алюмоматричных материалов, содержащих боридные составляющие хрома, методом самораспространяющегося высокотемпературного синтеза
RU2737185C1 (ru) Способ изготовления композиционных материалов на основе Ti-B-Fe, модифицированных наноразмерными частицами AIN
RU2755353C1 (ru) Композиционный материал на основе алюминия или алюминиевого сплава и способ его получения
RU2792903C1 (ru) Способ получения композиционных алюмоматричных материалов, содержащих карбид титана, методом самораспространяющегося высокотемпературного синтеза
RU2612476C1 (ru) Способ легирования поверхности отливок из железоуглеродистых сплавов
RU2069650C1 (ru) Способ взрывного компактирования керамического материала
RU2365467C2 (ru) Способ получения борсодержащего сплава для легирования стали
RU2580584C1 (ru) Способ легирования поверхности отливок из железоуглеродистых сплавов

Legal Events

Date Code Title Description
HZ9A Changing address for correspondence with an applicant
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20200615