RU2841749C2

RU2841749C2 - Method of producing multicomponent alloy

Info

Publication number: RU2841749C2
Application number: RU2023133665A
Authority: RU
Inventors: Эрнст Хосенович Ри; Кирилл Владимирович Дорошенко; Евгений Давидович Ким; Виктория Сергеевна Попова; Максим Игоревич Борец
Filing date: 2023-12-13
Publication date: 2025-06-17

Abstract

FIELD: metallurgy.

SUBSTANCE: invention relates to powder metallurgy, particularly, to production of multicomponent alloy of Al-Fe-Cr-Co-Ni system. Mixture containing powders of aluminium and nickel, chromium, cobalt and iron oxides is prepared by mechanical mixing in a ceramic container in presence of inert liquid at rate of 200–500 rpm, followed by drying at 70–90°C. This allows mechanical intrusion of oxide particles into aluminium. Obtained charge is subjected to metallothermic synthesis to produce single-phase multicomponent alloy.

EFFECT: single-phase solid-solution alloy with 85% yield.

1 cl, 2 dwg, 1 ex

Description

Изобретение относится к области металлургии и может быть использовано как способ получения многокомпонентного сплава, синтезированного СВС-металлургией из оксидных фаз компонентов.The invention relates to the field of metallurgy and can be used as a method for producing a multicomponent alloy synthesized by SHS metallurgy from oxide phases of components.

Известен способ (RU 2032496, опубл. 10.04.1995) получения алюминидов переходных металлов, преимущественно никеля, тантала, титана, ниобия, железа, включающий приготовление экзотермической смеси порошков переходного металла и алюминия, брикетирование смеси, разогрев брикетов до инициирования реакции самораспространяющегося высокотемпературного синтеза (СВС) и последующее горячее деформирование продуктов синтеза.A method is known (RU 2032496, published 10.04.1995) for producing aluminides of transition metals, primarily nickel, tantalum, titanium, niobium, and iron, which includes preparing an exothermic mixture of transition metal and aluminum powders, briquetting the mixture, heating the briquettes to initiate a self-propagating high-temperature synthesis (SHS) reaction, and subsequent hot deformation of the synthesis products.

Недостатком данного способа являются высокие энергозатраты, высокая стоимость исходных порошков металлов-реагентов, повышенные требования к чистоте исходных порошков по примесям: кислороду, азоту, углероду и др., что зачастую трудно реализовать на практике.The disadvantages of this method are high energy costs, high cost of the initial powders of metal reagents, increased requirements for the purity of the initial powders in terms of impurities: oxygen, nitrogen, carbon, etc., which is often difficult to implement in practice.

Известен способ (RU 2523049, опубл. 20.07.2014) получения литого сплава на основе гамма-алюминида титана, предназначенного для получения фасонных отливок, включающий получение смеси из порошков чистых металлов, содержащих титан, алюминий и ниобий, получение брикета с относительной плотностью 50-85%, проведение термовакуумной обработки брикета при температуре 550-650°С в течение 10-40 мин, скорости нагрева 5-40°С/мин и давлении 10^-1-10^-3 Па, а СВС проводят при начальной температуре 560-650°С.A method is known (RU 2523049, published 20.07.2014) for producing a cast alloy based on gamma-titanium aluminide, intended for producing shaped castings, which includes producing a mixture of powders of pure metals containing titanium, aluminum and niobium, producing a briquette with a relative density of 50-85%, conducting thermal vacuum treatment of the briquette at a temperature of 550-650°C for 10-40 min, a heating rate of 5-40°C/min and a pressure of 10 ^-1 -10 ^-3 Pa, and SHS is carried out at an initial temperature of 560-650°C.

Недостатком данного способа также являются высокие энергозатраты, высокая стоимость исходных порошков металлов-реагентов, повышенные требования к чистоте исходных порошков по примесям: кислороду, азоту, углероду и др., что зачастую трудно реализовать на практике.The disadvantage of this method is also high energy consumption, high cost of the initial powders of metal reagents, increased requirements for the purity of the initial powders in terms of impurities: oxygen, nitrogen, carbon, etc., which is often difficult to implement in practice.

Известен способ получения жаропрочных сплавов (RU 2534325, опубл. 27.11.2014), который включает приготовление реакционной смеси порошков исходных компонентов, содержащей оксиды никеля, кобальта, хрома III, молибдена, титана, чистый алюминий, а также углерод, бор, цирконий, помещение реакционной смеси в тугоплавкую форму, размещение формы на центрифуге, воспламенение смеси и проведение синтеза в режиме горения при центробежном ускорении 200-300g с последующим отделением литого сплава на основе алюминидов никеля, при этом готовят смесь при следующем соотношении компонентов, вес.%: оксид никеля 40,0-43,7, оксид кобальта 12,0-13,2, оксид хрома 2,9-4,3, оксид молибдена 3,1-3,9, оксид титана 1,3-2,4, углерод, бор и цирконий.A method for producing heat-resistant alloys is known (RU 2534325, published 27.11.2014), which includes preparing a reaction mixture of powders of the initial components containing oxides of nickel, cobalt, chromium III, molybdenum, titanium, pure aluminum, as well as carbon, boron, zirconium, placing the reaction mixture in a refractory mold, placing the mold on a centrifuge, igniting the mixture and carrying out synthesis in combustion mode at a centrifugal acceleration of 200-300g with subsequent separation of the cast alloy based on nickel aluminides, while preparing a mixture with the following ratio of components, wt.%: nickel oxide 40.0-43.7, cobalt oxide 12.0-13.2, chromium oxide 2.9-4.3, molybdenum oxide 3.1-3.9, titanium oxide 1.3-2.4, carbon, boron and zirconium.

Недостатком способа является то, что он не позволяет получать длинномерные электроды заданной геометрии.The disadvantage of this method is that it does not allow obtaining long electrodes of a given geometry.

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 металло-термической реакции с обеспечением восстановления оксидов и образования алюминида никеля.The closest in technical essence and achieved result is the method for obtaining materials based on nickel aluminide by metallothermic joint reduction of oxides of the original metals (Patent of the Russian Federation No. 2632341 C2, B22F 3/23, C22C 1/04, published 04.10.2017, Bill No. 8), which includes the preparation of an exothermic batch by mixing powders of aluminum, nickel oxide and at least one alloying additive and the initiation of a metallothermic reaction in the exothermic batch to ensure the reduction of oxides and the formation of nickel aluminide.

Недостатком данного способа является неоднородность сплава, что ограничивает использование полученного материала в качестве конечного продукта.The disadvantage of this method is the heterogeneity of the alloy, which limits the use of the resulting material as a final product.

Технической задачей, на решение которой направлено заявленное изобретение является обеспечение получения однофазных многокомпонентных твердорастворных сплавов с выходом годного 85 мас. %.The technical problem that the claimed invention is aimed at solving is to ensure the production of single-phase multicomponent solid solution alloys with a yield of 85 wt.%.

Поставленная задача достигается тем, что в способе получения многокомпонентного сплава системы Al-Fe-Cr-Co-Ni, включающем приготовление шихты, содержащей порошки алюминия и оксида никеля, и металлотермический совместный синтез согласно изобретения, шихту, дополнительно содержащую порошки оксидов хрома, кобальта, железа, готовят путем механического смешивания в керамической емкости в присутствии инертной жидкости со скоростью 200-500 об/мин с последующей сушкой при 70-90°С, обеспечивая механическое внедрение частиц оксидов в алюминий.The stated task is achieved in that in the method for producing a multicomponent alloy of the Al-Fe-Cr-Co-Ni system, including the preparation of a charge containing aluminum and nickel oxide powders, and metallothermic joint synthesis according to the invention, the charge, additionally containing chromium, cobalt, and iron oxide powders, is prepared by mechanical mixing in a ceramic container in the presence of an inert liquid at a speed of 200-500 rpm, followed by drying at 70-90°C, ensuring the mechanical introduction of oxide particles into aluminum.

Пример реализации способа. Готовят шихту следующего состава (масс. %): оксид никеля NiO - 12,6; оксид хрома Cr₂O₃ - 12.6; оксид кобальта СоО - 12,6; оксид железа Fe₂O₃ - 12,6; нитрат натрия NaNO₃ - 9; фторид кальция CaF₂ - 30; порошковый алюминий А1 - 10,5. Шихтовые материалы, в виде порошка, смешивают в планетарной мельнице в керамическом стакане в среде изопропилового спирта в течение 3 минут, затем просушивают при температуре 75°С для удаления изопропилового спирта в течение 1 часа в сушильном шкафу. Исходную шихту загружают в отдельный многократно используемый конический тигель из графита, покрытый огнеупорной краской, с отверстием в донной части. После производят поджог шихты сверху с помощью вольфрамовой проволоки с обдувом аргоном.Example of method implementation. A batch of the following composition is prepared (wt. %): nickel oxide NiO - 12.6; chromium oxide Cr ₂ O ₃ - 12.6; cobalt oxide CoO - 12.6; iron oxide Fe ₂ O ₃ - 12.6; sodium nitrate NaNO ₃ - 9; calcium fluoride CaF ₂ - 30; powdered aluminum Al - 10.5. The batch materials, in the form of powder, are mixed in a planetary mill in a ceramic beaker in an isopropyl alcohol medium for 3 minutes, then dried at a temperature of 75 ° C to remove isopropyl alcohol for 1 hour in a drying cabinet. The original batch is loaded into a separate reusable conical crucible made of graphite, coated with refractory paint, with a hole in the bottom. Afterwards, the charge is set on fire from above using a tungsten wire with argon blowing.

Далее производят разливку металлического расплава в охлаждаемые изложницы. Это обеспечивает отсутствие ликвации и однородную структуру слитка.Next, the metal melt is poured into cooled molds. This ensures the absence of liquation and a uniform structure of the ingot.

По результатам количественного элементного и фазового анализа, состав слитка представлен гомогенным твердым раствором системы Al-Fe-Cr-Co-Ni.According to the results of quantitative elemental and phase analysis, the composition of the ingot is represented by a homogeneous solid solution of the Al-Fe-Cr-Co-Ni system.

Таким образом, способ позволяет обеспечить однофазных многокомпонентных твердорастворных сплавов с выходом годного 85 мас. %.Thus, the method allows to provide single-phase multicomponent solid solution alloys with a yield of 85 wt.%.

Claims

A method for producing a multicomponent alloy of the Al-Fe-Cr-Co-Ni system, including the preparation of a charge and metallothermic synthesis, characterized in that the charge, containing powders of aluminum and oxides of nickel, chromium, cobalt and iron, is prepared by mechanical mixing in a ceramic container in the presence of an inert liquid at a speed of 200-500 rpm, followed by drying at 70-90°C, ensuring the mechanical introduction of oxide particles into aluminum.