[go: up one dir, main page]

RU2756045C1 - Method for obtaining complex-alloyed material based on nickel aluminides with tungsten carbide and boride phases - Google Patents

Method for obtaining complex-alloyed material based on nickel aluminides with tungsten carbide and boride phases Download PDF

Info

Publication number
RU2756045C1
RU2756045C1 RU2020133828A RU2020133828A RU2756045C1 RU 2756045 C1 RU2756045 C1 RU 2756045C1 RU 2020133828 A RU2020133828 A RU 2020133828A RU 2020133828 A RU2020133828 A RU 2020133828A RU 2756045 C1 RU2756045 C1 RU 2756045C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
exothermic
charge
nickel
material based
tungsten
Prior art date
Application number
RU2020133828A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Хосен Ри
Эрнст Хосенович Ри
Евгений Давидович Ким
Андрей Сергеевич Живетьев
Original Assignee
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Тихоокеанский государственный университет"
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 образовательное учреждение высшего образования "Тихоокеанский государственный университет" filed Critical Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Тихоокеанский государственный университет"
Priority to RU2020133828A priority Critical patent/RU2756045C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2756045C1 publication Critical patent/RU2756045C1/en

Links

Classifications

    • 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
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C22METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22CALLOYS
    • C22C1/00Making non-ferrous alloys
    • C22C1/04Making non-ferrous alloys by powder metallurgy
    • C22C1/05Mixtures of metal powder with non-metallic powder
    • C22C1/058Mixtures of metal powder with non-metallic powder by reaction sintering (i.e. gasless reaction starting from a mixture of solid metal compounds)

Landscapes

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

Abstract

FIELD: metallurgy.SUBSTANCE: invention relates to the field of metallurgy, in particular to intermetallic alloys based on NiAl, which have high strength, heat and corrosion resistance, low specific gravity, and can be used as structural materials for energy, aviation and automotive industries. A method for obtaining a complex-doped material based on nickel aluminides (AlNi+Al2Ni3), including the preparation of an exothermic charge by mixing aluminum (Al) powders, nickel oxide (NiO), tungsten oxide (WO3) and a ballast additive in the form of calcium fluoride (CaF2) and initiating a metallothermic reaction in the exothermic charge. When preparing an exothermic mixture, boron carbide (B4C) is additionally introduced into it, the ratio of components in the exothermic mixture is provided NiO:WO3:B4C:Al:CaF2= 1:1:0,25:1,1:0,5, the metallothermic reaction in an exothermic charge is carried out without external heating in the open air to obtain a material based on nickel aluminides (AlNi+Al2Ni3) containing the strengthening phases of tungsten carbide (WC) and tungsten boride (W2B5).EFFECT: increased content of the main target material, its purity and usable yield, reduced number of technological cycles.6 cl, 2 tbl, 12 ex

Description

Изобретение относится к области металлургии. Интерметаллидные сплавы на основе NiAl сочетают высокую прочность и жаро- и коррозионную стойкость, малый удельный вес используют в качестве основы для создания новых перспективных высокотемпературных конструкционных материалов для энергетики, авиа- и автомобилестроения.The invention relates to the field of metallurgy. NiAl-based intermetallic alloys combine high strength and heat and corrosion resistance; low specific gravity is used as a basis for the creation of new promising high-temperature structural materials for power engineering, aircraft and automobile manufacturing.

Известен способ получения материала на основе алюминидов никеля (NiAl, Ni3Al) в режиме СВС-металлургии инициированием смеси порошков Ni, Al и добавки - самофлюсующиеся порошки на основе никеля. (SU 1787068 A3, B22F 3/23, С22С 1/04, 27.02.1991). Способ позволяет получать пористый материал и изделия повышенной прочности.A known method of producing a material based on nickel aluminides (NiAl, Ni 3 Al) in the SHS metallurgy mode by initiating a mixture of Ni, Al powders and additives - self-fluxing powders based on nickel. (SU 1787068 A3, B22F 3/23, C22C 1/04, 02/27/1991). The method makes it possible to obtain a porous material and products of increased strength.

Недостатком способа является то, что крупные размеры частиц материала ограничивают возможности его использования, необходим нагрев и поддержание температуры, а дополнительная стадия измельчения загрязняет продукт и удлиняет общее время синтеза до 10 часов.The disadvantage of this method is that the large particle size of the material limits the possibilities of its use, heating and maintaining the temperature is necessary, and an additional grinding stage contaminates the product and lengthens the total synthesis time up to 10 hours.

Известен способ получения материалов на основе алюминида никеля путем металлотермического совместного восстановления оксидов исходных металлов (Патент РФ №2354501, B22F 3/23, С22С 1/04, опубл. 10.05.2009), который включает приготовление экзотермической смеси, путем смешивания в стехиометрическом соотношении порошков алюминия и оксида никеля и по крайней мере одной легирующей добавки, выбранной из ряда, включающего оксиды металлов, в реакторе в инертной атмосфере под давлением инертного газа аргона, при этом металлотермическая реакция инициируется электрозапалом, с последующим выделением целевого продукта.A known method of obtaining materials based on nickel aluminide by metallothermal joint reduction of oxides of parent metals (RF Patent No. 2354501, B22F 3/23, C22C 1/04, publ. 05/10/2009), which includes the preparation of an exothermic mixture by mixing in a stoichiometric ratio of powders aluminum and nickel oxide and at least one alloying additive selected from the range of metal oxides in a reactor in an inert atmosphere under the pressure of an inert argon gas, while the metallothermal reaction is initiated by an electric igniter, followed by the isolation of the target product.

Недостатками способа являются большие энергозатраты, многостадийность технологических циклов, малая производительность и не всегда обеспечивается требуемое качество получаемого продукта.The disadvantages of this method are high energy consumption, multistage technological cycles, low productivity and the required quality of the resulting product is not always ensured.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является способ получения материалов на основе алюминида никеля металлотермического совместного восстановления оксидов исходных металлов (Патент РФ №2632341 С2, B22F 3/23, С22С 1/04, опубл. 04.10.2017, Бил. №8), который включает приготовление экзотермической шихты путем смешивания порошков алюминия, оксида никеля и по крайней мере одной легирующей добавки и инициирование в экзотермической шихте металлотермической реакции с обеспечением восстановления оксидов и образования алюминида никеля, согласно изобретению экзотермическую шихту готовят с добавлением балластной добавки, выполняющей роль флюса, в виде фтористого кальция, при этом порошок алюминия используют в избытке относительно стехиометрического соотношения порошков в смеси, а в качестве легирующей добавки используют оксиды хрома, или оксиды молибдена, или оксиды вольфрама, или оксиды титана в количестве не более 15 мас.%, причем металлотермическую реакцию в экзотермической шихте проводят без внешнего подогрева в реакторе или на открытом воздухе с получением материала на основе алюминида никеля в виде слитка. При этом оксид хрома или молибдена или вольфрама или титана вводят в количестве не более 15 мас.%. Металлотермическая реакция протекает без внешнего подогрева, как в реакторе, так и на открытом воздухе. Алюминий в составе шихты берется с избытком относительно расчетного, тем самым создаются необходимые для синтеза условия. Для снижения скорости горения и обеспечения полноты выхода металла в состав шихты вводят балластную добавку фтористый кальций, которая одновременно выполняет роль флюса, улучшающего условия формирования компактных слитков металлов.The closest in technical essence and the achieved result is a method for producing materials based on nickel aluminide for metallothermal joint reduction of oxides of parent metals (RF Patent No. 2632341 C2, B22F 3/23, C22C 1/04, publ. 04.10.2017, Bill. No. 8) , which includes the preparation of an exothermic charge by mixing powders of aluminum, nickel oxide and at least one alloying additive and initiation in the exothermic charge of a metallothermal reaction to ensure the reduction of oxides and the formation of nickel aluminide, according to the invention, the exothermic charge is prepared with the addition of a ballast additive acting as a flux, in the form of calcium fluoride, while the aluminum powder is used in excess relative to the stoichiometric ratio of the powders in the mixture, and chromium oxides, or molybdenum oxides, or tungsten oxides, or titanium oxides in an amount of not more than 15 wt% are used as an alloying additive, and metallothermic reaction in exotic The thermal charge is carried out without external heating in a reactor or in the open air to obtain a material based on nickel aluminide in the form of an ingot. When this oxide of chromium or molybdenum or tungsten or titanium is introduced in an amount of not more than 15 wt.%. The metallothermic reaction proceeds without external heating, both in the reactor and in the open air. Aluminum in the composition of the charge is taken in excess relative to the calculated one, thereby creating the conditions necessary for the synthesis. To reduce the burning rate and ensure the completeness of the metal yield, a ballast additive calcium fluoride is introduced into the charge composition, which simultaneously acts as a flux that improves the conditions for the formation of compact metal ingots.

Технической задачей заявленного изобретения является снижение энерго- и трудозатрат, уменьшение технологических циклов, повышение содержания основного целевого материала, его чистоты и выхода.The technical objective of the claimed invention is to reduce energy and labor costs, reduce technological cycles, increase the content of the main target material, its purity and yield.

Решение поставленной задачи достигается тем, что в способе получения комплексно-легированного материала на основе алюминидов никеля (AlNi+Al2Ni3), включающего приготовление экзотермической шихты путем смешивания порошков алюминия (А1), оксида никеля (NiO), оксида вольфрама (WO3) и балластной добавки в виде фтористого кальция (CaF2) и инициирование в экзотермической шихте металлотермической реакции, согласно изобретению при приготовлении экзотермической смеси в нее дополнительно вводят карбид бора (В4С), обеспечивают соотношение компонентов в экзотермической смеси NiO:WO3:B4C:Al:CaF2 = 1 1:0,25:1,1:0,5, металлотермическую реакцию в экзотермической шихте проводят без внешнего подогрева на открытом воздухе с получением материала на основе алюминидов никеля (AlNi+Al2Ni3), содержащего упрочняющие фазы карбида вольфрама (WC) и борида вольфрама (W2B5).The solution to this problem is achieved by the fact that in the method of obtaining a complex-alloyed material based on nickel aluminides (AlNi + Al 2 Ni 3 ), including the preparation of an exothermic charge by mixing powders of aluminum (A1), nickel oxide (NiO), tungsten oxide (WO 3 ) and a ballast additive in the form of calcium fluoride (CaF 2 ) and initiation of a metallothermal reaction in the exothermic charge, according to the invention, when preparing an exothermic mixture, boron carbide (B 4 C) is additionally introduced into it, the ratio of components in the exothermic mixture NiO: WO 3 : B is provided. 4 C: Al: CaF 2 = 1 1: 0.25: 1.1: 0.5, metallothermic reaction in an exothermic charge is carried out without external heating in the open air to obtain a material based on nickel aluminides (AlNi + Al 2 Ni 3 ) containing hardening phases of tungsten carbide (WC) and tungsten boride (W 2 B 5 ).

Сущность способа поясняется примером. Готовят экзотермическую смесь исходных реагентов из порошков: оксид никеля NiO (98.9 мас.% Ni): WO3 (98,5 мас.%): В4С:Al (ПА4): CaF2(ч) = 1:1:0,25:1,1:0,5. Порошки смешивают до однородной по составу смеси. Приготовленную смесь (шихту) загружают в алундовый тигель. Тигель с шихтой помещают на асбестовый лист. Металлотермическая реакция, инициируемая электрозапалом, далее протекает на воздухе без внешнего подогрева. После окончания процесса горения тигель и продукты горения охлаждают. В результате плавки образуются продукты двух видов: металлическая фаза в форме компактного слитка и шлак, легко отделяющиеся друг от друга. По данным рентгенофазового анализа материал состоит из алюминидов никеля AlNi и Al2Ni3, карбида WC и борида вольфрама W2B5. Микротвердость NiAl соответствует 7100 МПа, карбида вольфрама WC - 19500 МПа, борида вольфрама W2B5 - 29200 МПа. Микроструктура сплава представлена фазами интерметаллидов NiAl и Ni2Al3 с отдельными мелкодисперсными включениями карбида и борида вольфрама, алюминиды никеля NiAl+Ni2Al3 имеют высокие значения нанотвердости. Химический состав синтезированного комплексно-легированного сплава:The essence of the method is illustrated by an example. An exothermic mixture of starting reagents is prepared from powders: nickel oxide NiO (98.9 wt% Ni): WO 3 (98.5 wt%): B 4 C: Al (PA4): CaF 2 (h) = 1: 1: 0 , 25: 1.1: 0.5. The powders are mixed until a mixture is homogeneous in composition. The prepared mixture (charge) is loaded into an alundum crucible. The crucible with the charge is placed on an asbestos sheet. The metallothermic reaction initiated by an electric igniter then proceeds in air without external heating. After the end of the combustion process, the crucible and the combustion products are cooled. As a result of smelting, two types of products are formed: a metal phase in the form of a compact ingot and slag, which are easily separated from each other. According to X-ray phase analysis, the material consists of nickel aluminides AlNi and Al 2 Ni 3 , WC carbide and tungsten boride W 2 B 5 . The microhardness of NiAl corresponds to 7100 MPa, tungsten carbide WC - 19500 MPa, tungsten boride W 2 B 5 - 29200 MPa. The microstructure of the alloy is represented by the phases of intermetallic compounds NiAl and Ni 2 Al 3 with individual fine inclusions of tungsten carbide and boride, nickel aluminides NiAl + Ni 2 Al 3 have high values of nanohardness. The chemical composition of the synthesized complex-alloyed alloy:

ат. %: 45,99 Ni; 39,54 Al; 11,60 W; 2,74 В; 1,25 С.at. %: 45.99 Ni; 39.54 Al; 11.60 W; 2.74V; 1.25 C.

мас. %: 61,12 Ni; 24,15 Al; 11,39 W; 3,15 В; 0,1 С.wt. %: 61.12 Ni; 24.15 Al; 11.39 W; 3.15V; 0.1 C.

Таким образом, показана возможность получения на открытом воздухе и без внешнего подогрева порошков интерметаллидов NiAl и Ni2Al3 с отдельными мелкодисперсными включениями карбида и борида вольфрама при использовании карбида бора в составе экзотермической шихты, что позволяет решить техническую задачу изобретения.Thus, the possibility of obtaining in the open air and without external heating of powders of intermetallic compounds NiAl and Ni 2 Al 3 with separate finely dispersed inclusions of tungsten carbide and boride using boron carbide as part of an exothermic charge, which makes it possible to solve the technical problem of the invention.

Claims (1)

Способ получения комплексно-легированного материала на основе алюминидов никеля (AlNi+Al2Ni3), включающий приготовление экзотермической шихты путем смешивания порошков алюминия (Al), оксида никеля (NiO), оксида вольфрама (WO3) и балластной добавки в виде фтористого кальция (CaF2) и инициирование в экзотермической шихте металлотермической реакции, отличающийся тем, что при приготовлении экзотермической смеси в нее дополнительно вводят карбид бора (В4С), обеспечивают соотношение компонентов в экзотермической смеси NiO:WO3:B4C:Al:CaF2 = 1:1:0,25:1,1:0,5, металлотермическую реакцию в экзотермической шихте проводят без внешнего подогрева на открытом воздухе с получением материала на основе алюминидов никеля (AlNi+Al2Ni3), содержащего упрочняющие фазы карбида вольфрама (WC) и борида вольфрама (W2B5).A method of obtaining a complex-alloyed material based on nickel aluminides (AlNi + Al 2 Ni 3 ), including the preparation of an exothermic charge by mixing powders of aluminum (Al), nickel oxide (NiO), tungsten oxide (WO 3 ) and ballast additive in the form of calcium fluoride (CaF 2 ) and the initiation of a metallothermal reaction in the exothermic charge, characterized in that when preparing the exothermic mixture, boron carbide (B 4 C) is additionally introduced into it, the ratio of the components in the exothermic mixture NiO: WO 3 : B 4 C: Al: CaF is provided 2 = 1: 1: 0.25: 1.1: 0.5, the metallothermic reaction in the exothermic charge is carried out without external heating in the open air to obtain a material based on nickel aluminides (AlNi + Al 2 Ni 3 ) containing hardening carbide phases tungsten (WC) and tungsten boride (W 2 B 5 ).
RU2020133828A 2020-10-13 2020-10-13 Method for obtaining complex-alloyed material based on nickel aluminides with tungsten carbide and boride phases RU2756045C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2020133828A RU2756045C1 (en) 2020-10-13 2020-10-13 Method for obtaining complex-alloyed material based on nickel aluminides with tungsten carbide and boride phases

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2020133828A RU2756045C1 (en) 2020-10-13 2020-10-13 Method for obtaining complex-alloyed material based on nickel aluminides with tungsten carbide and boride phases

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2756045C1 true RU2756045C1 (en) 2021-09-24

Family

ID=77852037

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2020133828A RU2756045C1 (en) 2020-10-13 2020-10-13 Method for obtaining complex-alloyed material based on nickel aluminides with tungsten carbide and boride phases

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2756045C1 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN118834069A (en) * 2024-09-24 2024-10-25 山东理工大学 W2B5Composite material/C and preparation method thereof

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CA2127490A1 (en) * 1993-09-03 1995-03-04 Kenneth F. Ii Lowrance Method of manufacturing a shaped article from a powdered precursor
RU2346997C2 (en) * 2006-11-15 2009-02-20 Федеральное государственное унитарное предприятие "Всероссийский научно-исследовательский институт авиационных материалов" (ФГУП "ВИАМ") Method of fabricating item out of heat resistant composite material
RU2354501C1 (en) * 2007-09-21 2009-05-10 Учреждение Российской академии наук Институт структурной макрокинетики и проблем материаловедения РАН Method of nickel aluminide or titanium aluminide-based powder materials production
JP5176197B2 (en) * 2006-12-01 2013-04-03 独立行政法人産業技術総合研究所 Method for producing hard material using aluminum liquid and molded body thereof
WO2017014675A1 (en) * 2015-07-23 2017-01-26 National University Of Science And Technology "Misis" A method for obtaining electrodes from alloys based on nickel aluminide
RU2632341C2 (en) * 2016-03-09 2017-10-04 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Тихоокеанский государственный университет" Method for producing nickel aluminide-based materials

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CA2127490A1 (en) * 1993-09-03 1995-03-04 Kenneth F. Ii Lowrance Method of manufacturing a shaped article from a powdered precursor
RU2346997C2 (en) * 2006-11-15 2009-02-20 Федеральное государственное унитарное предприятие "Всероссийский научно-исследовательский институт авиационных материалов" (ФГУП "ВИАМ") Method of fabricating item out of heat resistant composite material
JP5176197B2 (en) * 2006-12-01 2013-04-03 独立行政法人産業技術総合研究所 Method for producing hard material using aluminum liquid and molded body thereof
RU2354501C1 (en) * 2007-09-21 2009-05-10 Учреждение Российской академии наук Институт структурной макрокинетики и проблем материаловедения РАН Method of nickel aluminide or titanium aluminide-based powder materials production
WO2017014675A1 (en) * 2015-07-23 2017-01-26 National University Of Science And Technology "Misis" A method for obtaining electrodes from alloys based on nickel aluminide
EA035488B1 (en) * 2015-07-23 2020-06-24 Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский технологический университет "МИСиС" Method for obtaining electrodes from alloys based on nickel aluminide
RU2632341C2 (en) * 2016-03-09 2017-10-04 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Тихоокеанский государственный университет" Method for producing nickel aluminide-based materials

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Астапов И.А. и др., Получение сплавов на основе алюминидов никеля металлотермией оксидов. Ученые заметки ТОГУ, 2013, т.4, N 4, с.1019-1023. *

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN118834069A (en) * 2024-09-24 2024-10-25 山东理工大学 W2B5Composite material/C and preparation method thereof

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP3495513B1 (en) Aluminum thermal self-propagation gradient reduction and slag washing and refining-based method for preparing titanium alloy
Fairbank et al. Ultra-high temperature intermetallics for the third millennium
RU2618038C2 (en) Method for obtaining a heat-resistant alloy based on niobium
RU2756045C1 (en) Method for obtaining complex-alloyed material based on nickel aluminides with tungsten carbide and boride phases
CN103131921B (en) Aldural of a kind of carbonization nickel process and preparation method thereof
RU2354501C1 (en) Method of nickel aluminide or titanium aluminide-based powder materials production
Majumdar et al. A study on preparation of Mo–30W alloy by aluminothermic co-reduction of mixed oxides
CN108251670B (en) Preparation method of high-temperature-resistant intermetallic compound alloy
Ma et al. Fabrication of (TiB2− TiC) p/AZ91 magnesium matrix hybrid composite
RU2632341C2 (en) Method for producing nickel aluminide-based materials
Kumar et al. Synthesis of V-Ti-Cr alloys by aluminothermy co-reduction of its oxides
RU2341578C2 (en) Method of receiving of nitrogen-bearing alloy for steel alloying and nitrogen-bearing alloy for steel alloying
Gostishchev et al. High-temperature synthesis of composites based on nickel aluminides
Dey et al. Micropyretic synthesis of NiAl containing Ti and B
Yukhvid et al. Centrifugal SHS-metallurgy of nitrogen steels
Gostishchev et al. Exothermic synthesis of cast nickel aluminide alloys with tungsten and molybdenum carbides
RU2841749C2 (en) Method of producing multicomponent alloy
Andreev et al. Cast alloy production on the basis of titanium aluminide with centrifugal SHS method
Dastjerdi et al. Effect of Cr2O3 purity on the microstructure and hardness of AlTiVCr high entropy alloy prepared by self-propagating high-temperature synthesis
RU2792903C1 (en) Method for producing composite aluminium-matrix materials containing titanium carbide by self-propagating high-temperature synthesis
RU2822644C1 (en) METHOD OF PRODUCING ALLOY IN Ti-Al-Si SYSTEM
Ziatdinov Thermally coupled combustion synthesis of composite ferroalloys
Khimukhin et al. High temperature synthesis of nickel aluminide alloys with tungsten carbide
JPH0215618B2 (en)
CN115927889B (en) Preparation method of self-propagating combustion synthetic fusion casting high-entropy alloy