Патент на изобретение №2368684

(54) ЖАРОПРОЧНЫЙ ПОРОШКОВЫЙ СПЛАВ НА ОСНОВЕ ИНТЕРМЕТАЛЛИДА NiAl

(57) Реферат:

Изобретение относится к порошковой металлургии, в частности к жаропрочным порошковым сплавам на основе алюминида никеля. Сплав на основе интерметаллида NiAl состоит из металлической матрицы, содержащей, мас.%: алюминий 24-30, кобальт 8,0-18,0, ниобий 3-5, никель – остальное, и частиц упрочнителя Y₂O₃ в количестве от 2 до 2,5 об.%. Сплав обладает высокой прочностью при 1100°С. 1 табл.

Изобретение относится к порошковой металлургии, в частности к сплаву на основе интерметаллида NiAl, обладающему высокой жаростойкостью. Предложен жаропрочный порошковый сплав на основе интерметаллида NiAl, дополнительно включающий кобальт и ниобий.

Интерес к разработке материалов NiAl в значительной степени продиктован высокими физико-механическими показателями этих сплавов, к которым можно отнести, в частности, жаростойкость, низкую плотность и коррозионную стойкость. Совокупность перечисленных свойств делает возможным и экономически оправданным применение порошковых сплавов NiAl в качестве жаропрочных конструкционных материалов, используемых для изготовления газовых турбин и теплотехнического оборудования. В настоящее время материалы на основе NiAl используются в химической промышленности, в авиационном машиностроении и в энергетике.

Известен жаропрочный композиционный материал, описанный в патенте RU 2135619. Материал содержит (ат.%): алюминий 35-48, никель 23-48, ниобий и/или титан до 12, вольфрам и/или молибден 30-4. При этом вольфрам и/или молибден наносят на поверхность порошка NiAl перед спеканием. Сплав обладает повышенной жаропрочностью при 1100°С и стойкостью к окислению.

Технология получения материала отличается многостадийностью и требует использования дорогостоящих реагентов, таких как карбонилы вольфрама и/или молибдена, и сложного аппаратурного оформления.

Известен принятый в качестве ближайшего аналога интерметаллический порошковый сплав NiAl, раскрытый в RU 2148671. Сплав дополнительно содержит хром и тантал с суммарной долей до 12 ат.% и, по меньшей мере, один элемент из группы, включающей железо, молибден, вольфрам, ниобий и гафний с индивидуальной долей до 1 ат.% и с общей для группы долей не выше 3 ат.%. Сплав обладает прочностью выше 90 МПа при 1000°С и хорошей стойкостью к тепловому удару.

Однако с целью расширения температурного диапазона применения сплава, а также для повышения надежности и долговечности изделий из сплава в условиях высоких температур необходимо дальнейшее увеличение прочности.

Задачей настоящего изобретения является получение материала с более высокой прочностью (190 мПа) при температуре 1100°С.

Указанная задача решается путем получения порошкового сплава на основе интерметаллида NiAl, в котором для повышения жаропрочности часть никеля замещена кобальтом, а часть алюминия замещена ниобием. Дополнительное упрочнение матрицы порошкового сплава достигается за счет введения дисперсионного упрочнителя, а именно частиц оксида иттрия Y₂O₃ в количестве от 2 до 2,5 об.%.

Сплав имеет следующий состав металлической матрицы, мас.%: алюминий 24-30, кобальт 8,0-18,0, ниобий 3-5, никель – остальное, и включает дополнительно оксид иттрия Y₂О₃ в количестве от 2 до 2,5 об.%.

ПРИМЕР ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ

Исходный порошок сплава загружают в шаровую мельницу и измельчают до среднего размера частиц менее 10 мкм. На стадии измельчения подшихтовывают порошок Y₂O₃.

Продукт помещают в стальные капсулы и экструдируют с коэффициентом вытяжки не менее 15 с температурой подогрева в печи от 1000 до 1200°С. Материал капсулы (стальную оболочку) удаляют с экструдированного полуфабриката механической обработкой (на шлифовальных, токарных или фрезеровальных станках) или химическим травлением. Осуществляют механическую обработку полуфабриката на токарно-фрезерных станках или электроэрозионном оборудовании.

Полученную заготовку детали термически обрабатывают в вакуумной или газовой печи при температуре от 1450 до 1200°С в течение 1 часа.

Образцы полученного сплава испытывали на растяжение при температуре 1100°С. Данные, полученные в результате испытаний, представлены в таблице, где содержание никеля, алюминия, кобальта, ниобия в металлической матрице указано в мас.%, содержание оксида иттрия Y₂O₃ указано в об.% от общего объема сплава.

Формула изобретения

Жаропрочный порошковый сплав на основе интерметаллида NiAl, состоящий из металлической матрицы, содержащей алюминий, кобальт и никель, и частиц упрочнителя Y₂O₃, отличающийся тем, что он содержит частицы упрочнителя в количестве от 2 до 2,5 об.%, а металлическая матрица дополнительно содержит ниобий при следующем соотношении компонентов в металлической матрице, мас.%: