композиционный материал

Формула изобретения

Композиционный материал, содержащий металлическую матрицу из сплава на основе хрома и армирующие волокна, отличающийся тем, что в качестве армирующих волокон он содержит волокна из оксида иттрия при следующем соотношении компонентов, об.

Волокна из оксида иттрия 5-30

Сплав на основе хрома Остальное

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к созданию композиционных материалов (КМ), а именно КМ с металлической матрицей на основе хрома, армированной волокнами, применяемых для изготовления деталей горячего тракта ГТД и других высокотемпературных конструкций, длительно или кратковременно работающих при температурах до 1600^oС.

Известен КМ, содержащий матрицу из сплава на основе хрома, упроченный волокнами карбида кремния.

Недостатком материала является интенсивное взаимодействие между хромовой матрицей и карбидом кремния при температурах выше 1000^oС, что приводит к деградации материала [1]

Наиболее близким к заявляемому по технической сущности и достигаемому эффекту является композиционный материал, содержащий матрицу на основе хрома, дополнительно легированную железом, иттрием и молибденом при следующем соотношении компонентов, мас. Fe 1,0 35,0; Y 0,01 1,3; Mo 0,5 7,0; Cr остальное и проволоку на основе вольфрама в количестве 30-90 об. содержащую 0,9 мас. окиси тория [2]

К недостаткам этого материала относятся:

большая, по сравнению с хромом плотность. Так, пикнометрическая плотность хрома 7,16 г/см³, при введении 30 90 об. вольфрама плотность КМ увеличивается до 11 18 г/см³, что снижает удельные прочностные характеристики материала.

вольфрамовое волокно нежаростойко, поэтому изделия (для предохранения от выхода волокна наружу) приходится защищать напыленным слоем сплава на основе хрома толщиной 100 200 мкм. Это обстоятельство нежаростойкость волокна и необходимость напыления защитного слоя, снижает надежность материала при эксплуатации, т. к. в случае отслаивания или повреждения защитного слоя наступает катастрофическое разрушение КМ.

в состав матричного сплава приходится вводить иттрий (или лантан) для предохранения от газовой коррозии, связанной с азотированием сплава. Окись иттрия, входя в состав окалины, предотвращает проникновение азота. Операция введения иттрия в расплав хрома технологически сложна и непроизводительна.

Целью изобретения является снижение плотности КМ и повышение его жаростойкости.

Указанная цель достигается тем, что КМ содержит волокно из окиси иттрия в количестве 5 30 об.

Для получения КМ, методом экстракции висячей капли расплава из предварительно спеченного штабика из окиси иттрия получены волокна толщиной 20 50 мкм и длиной от 10 до 20 мм. На полученные волокна методом магнетронного напыления нанесен слой сплава, аналогичного составу матричного сплава, толщиной 5 100 мкм. Волокна, покрытые слоем хрома, смешивали с порошком хромового сплава в количестве, необходимом для достижения заданной объемной доли оксидного волокна. Смесь подвергали горячему прессованию в глухую матрицу и газостатированию.

Примеры составов композиционного материала:

1. Композиционный материал на основе сплава ВХ-1И (хром основа, иттрия 0,3 1,0 мас.) содержит 5 объемных процентов дискретных волокон окиси иттрия.

2. Композиционный материал на основе сплава ВХ-2 (хром основа, титан - 0,1 0,2 мас. ванадий 0,1 0,35) содержит 10 объемных процентов дискретных волокон окиси иттрия.

3. Композиционный материал на основе сплава ВХ-2У (хром основа, ванадий 1,5 иттрий 0,2 0,7 бор 0,05) содержит 20 объемных процентов дискретных волокон окиси иттрия.

Сравнительные данные по плотности и жаростойкости КМ (Cr-W) и КМ (Cr-Y₂O₃) приведены в таблице 1.