ПАТЕНТНЫЙ ПОИСК В РФ
НОВЫЕ ПАТЕНТЫ, ЗАЯВКИ НА ПАТЕНТ
БИБЛИОТЕКА ПАТЕНТОВ НА ИЗОБРЕТЕНИЯ

нанокомпозит на основе никель-хром-молибден

Классы МПК:C22C19/05 с хромом
C23C4/10 оксиды, бориды, карбиды, нитриды, силициды или их смеси
C23C14/10 стекло или кремнезем
B82Y30/00 Нано-технология материалов или поверхностных эффектов, например нано-композиты
Автор(ы):, , , , ,
Патентообладатель(и):Федеральное государственное унитарное предприятие "Центральный научно-исследовательский институт конструкционных материалов "Прометей" (ФГУП "ЦНИИ КМ "Прометей") (RU),
Федеральное государственное унитарное предприятие "Центральный научно-исследовательский институт черной металлургии им. И.П. Бардина" (ФГУП "ЦНИИЧермет им. И.П. Бардина") (RU)
Приоритеты:
подача заявки:
2013-04-12
публикация патента:

Изобретение относится к области металлургии, в частности к высокопрочным сплавам на основе никеля для получения износостойких покрытий на металлические конструктивные элементы. Нанокомпозит на основе никеля для нанесения покрытий методами гетерофазного напыления содержит, мас.%: хром - 10,0-20,0, молибден - 25,0-45,0, кремний - 6,0-9,0, алюминий - 7,5-10,0, цинк - 1,5-2,0, TiC - 2,0-4,0, никель - остальное. Нанокомпозит получен при введении Al и Zn в виде лигатуры при соотношении компонентов 5:1 соответственно, а TiC - в виде наночастиц размером 60-80 нм. Повышается микротвердость и адгезионная прочность сплава на основе никеля. 1 з.п. ф-лы, 2 пр.

Изобретение относится к области создания сплавов со специальными свойствами, в частности к высокопрочным сплавам на основе никеля.

Техника сегодняшнего дня существенно ужесточает требования к условиям эксплуатации конструкций различного применения, прежде всего с точки зрения повышения срока службы за счет нанесения функциональных металлических покрытий с высокой микротвердостью и соответственно высокой износостойкостью. Такие же ужесточенные требования предъявляются и к другим материалам микрометаллургического производства (волокна, микропровода, порошки и другие), которые могут быть использованы в качестве армирующих компонентов.

С этой точки зрения весьма перспективным является создание наноструктурированных композитов системы «металл-неметалл». Такая композиция позволит оптимально сочетать пластичность металлической составляющей с высокой микротвердостью неметаллической компоненты в виде армирующих наполнителей (нитриды, оксиды, карбиды или их комбинации).

Известны высокопрочные сплавы на основе никеля, созданные на основе p-фазы, наиболее перспективной в качестве металлической матрицы для создания износостойких нанокомпозитов, в т.ч. патенты 2219279 от 04.03.2002 «Аморфный сплав на основе никеля»; ЕР 1522602 от 13.04.2005 «Высокопрочный аморфный сплав на основе никеля»; 2418091 от 05.10.2011 «Аморфный износостойкий наноструктурированный сплав на основе никеля системы Ni-Cr-Mo-WC»; 2333987 от 20.09.2008 «Сплав на основе никеля»; 2446223 от 27.03.2012 «Жаропрочный хромоникелевый сплав с аустенитной структурой»

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому эффекту является аморфный сплав на основе никеля (патент RU 2219279 С2 МПК C22C 45/04, опубликован 20.12.2003), выбранный в качестве прототипа и имеющий состав (мас.%): Cr - 10-20; Мо - 25-40; Si - 6-7,5; В - 4-5; Ce - 0,8-1,5; Ni - остальное.

Общим недостатком известных сплавов, в т.ч. и сплава-прототипа, является относительно низкая микротвердость, не превышающая 15 ГПа. Практика показывает, что для современных конструкций, использующих для защиты от износа функциональные покрытия, эффективно работающие в жестких условиях эксплуатации, необходимо, чтобы величина микротвердости была не ниже 30 ГПа.

Техническим результатом является повышение микротвердости и адгезионной прочности сплава на основе никеля для получения износостойких покрытий на металлические конструктивные элементы.

Технический результат достигается введением в высокопрочную металлическую матрицу на основе p-фазы системы Ni-Cr-Mo пластификатора для получения покрытий с высокой адгезионной прочностью и армирующих наночастиц с высокой микротвердостью в количестве, необходимом для обеспечения высокой микротвердости покрытия в целом.

В качестве металлической матрицы экспериментально выбрана тройная система состава Cr - 10-20; Mo - 25-45; Ni - остальное, структурно, составляющая p-фаза, как наиболее высокопрочная из известных составов. Однако не удается получить покрытие из этого тройного сплава перспективными методами газотермического напыления (плазменного, холодного газотермического напыления), т.к. адгезия к металлической подложке практически отсутствует.

Экспериментально установлено, что пластичность сплава и соответственно существенное улучшение технологичности при нанесении покрытий достигается при комплексном введении двойной лигатуры Al-Zn в количестве 9-12% при соотношении Al:Zn=5:1. Введение только Al, нестойкого с точки зрения коррозионного разрушения, приводит к коррозионному растрескиванию полученных покрытий. Поэтому для исключения этого нежелательного эффекта в качестве пластификатора используется коррозионно-стойкая лигатура Al-Zn. Оптимальным сочетанием пластичности и коррозионной стойкости обладает лигатура при соотношении Al:Zn=5:1, а количество лигатуры от 9 до 12%. При меньших количествах, чем 9%, не наблюдается увеличения пластичности; при больших, чем 12% - уменьшается прочность сплава.

Для улучшения адгезии предлагаемого сплава к металлической подложке (из стали или титановых сплавов) дополнительно вводится кремний в количестве от 6 до 9%. Эффект увеличения адгезии за счет уменьшения межфазного натяжения наблюдается, начиная с введения 6% Si, при содержании Si более 9% наблюдается существенное охрупчивание сплава и растрескивание наносимых покрытий.

Однако микротвердость сплава Ni-Cr-Mo-(Al+Zn) не достигает требуемых значений, не превышая 18 ГПа.

Существенное повышение микротвердости, как показывает практика, может быть достигнуто при введении армирующих наполнителей в виде наноразмерных частиц с высокой микротвердостью, прежде всего определенной объемной доли карбидных соединений.

Наибольшей микротвердостью из химических соединений, которые легко когерентно связываются с металлической матрицей системы Ni-Cr-Mo, обладает TiC. Эффект существенного увеличения микротвердости (до значений более 30 ГПа) наблюдается начиная с 2,0% TiC. При содержании более 4,0% происходит охрупчивание сплава и растрескивание наносимых из него покрытий.

С точки зрения технологичности сплава при нанесении покрытий газотермическими методами наилучшие результаты получены при использовании наночастиц TiC фракции 60-80 нм. То выбранное количество наночастиц, которое определяет в конечном счете критериальные свойства материала, достаточно для его определения как нанокомпозит.

Таким образом, оптимальный состав предлагаемого композитного сплава следующий (мас.%):

Хром 10,0-20,0
Молибден 25,0-45,0
Кремний 6,0-9,0
Алюминий 7,5-10,0
Цинк 1,5-2,0
TiC 2,0-4,0
Никель остальное

Обязательным условием получения покрытий с уровнем свойств, достигнутых в исходном нанокомпозитном материале, является использование высокоскоростных методов гетерофазного переноса, прежде всего микроплазменного газодинамического напыления и др.

В качестве вариантов практической реализации изобретения приводится два примера.

Пример 1.

Выплавка сплава производится с помощью высокочастотной установки типа ВУ-2М в алундовых тиглях при следующей последовательности введения шихтовых компонентов:

Niнанокомпозит на основе никель-хром-молибден, патент № 2525878 Crнанокомпозит на основе никель-хром-молибден, патент № 2525878 Moнанокомпозит на основе никель-хром-молибден, патент № 2525878 (Al+Zn)нанокомпозит на основе никель-хром-молибден, патент № 2525878 Siнанокомпозит на основе никель-хром-молибден, патент № 2525878 TiC

Карбид титана вводится в расплав в виде наноразмерных частиц фракции 60-80 нм. Выплавляется слиток весом 1 кг. Затем с помощью двухэтапной обработки на щековой дробилке и дезинтеграторе типа ДЕЗИ-15 производится дробление слитка на порошок фракции 50-80 мкм, оптимальной для получения покрытий методом микроплазменного напыления.

Химический состав сплава определяется с помощью установки Niton 7000 и составляет (мас.%) Cr - 10; Mo - 25; Si - 6; Al - 7,5; Zn -1,5; TiC - 2,0; Ni - остальное.

Нанесение покрытий толщиной 100±10 мкм производится на установке типа УГПН-3/3350. Технологичность сплава удовлетворительная, адгезия к подложке из стали Х18Н9Т составляет 20 МПа, микротвердость - 32 ГПа, а пористость не превышает 2%.

Пример 2.

Выплавка сплава производится с помощью высокочастотной установки типа ВУ-2М в алундовых тиглях при следующей последовательности введения шихтовых компонентов:

Niнанокомпозит на основе никель-хром-молибден, патент № 2525878 Crнанокомпозит на основе никель-хром-молибден, патент № 2525878 Moнанокомпозит на основе никель-хром-молибден, патент № 2525878 (Al+Zn)нанокомпозит на основе никель-хром-молибден, патент № 2525878 Siнанокомпозит на основе никель-хром-молибден, патент № 2525878 TiC

Карбид титана вводится в расплав в виде наноразмерных частиц фракции 60-80 нм. Выплавляется слиток весом 1 кг. Затем с помощью двухэтапной обработки на щековой дробилке и дезинтеграторе типа ДЕЗИ-15 производится дробление слитка на порошок фракции 60-70 мкм, оптимальной для получения покрытий методом сверхзвукового холодного газодинамического напыления.

Химический состав сплава определяется с помощью установки Niton 7000 и составляет (мас.%) Cr-20; Мо-45; Si-9; Al-10; Zn-2; TiC-4; Ni - остальное.

Нанесение покрытий толщиной 150±10 мкм производится на установке типа УГПН-3/3350. Технологичность сплава удовлетворительная, адгезия к подложке из титанового сплава ВТ-6 составляет 32 МПа, микротвердость - 34 ГПа, а пористость не превышает 1,5%.

ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ

1. Нанокомпозит на основе никеля для нанесения покрытий методами гетерофазного напыления, содержащий хром, молибден и кремний, отличающийся тем, что он дополнительно содержит алюминий, цинк и карбид титана при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Хром 10,0-20,0
Молибден 25,0-45,0
Кремний 6,0-9,0
Алюминий 7,5-10,0
Цинк 1,5-2,0
TiC 2,0-4,0
Никель остальное,


причем нанокомпозит получен при введении Al и Zn в виде лигатуры при соотношении компонентов 5:1 соответственно, а TiC - в виде наночастиц размером 60-80 нм.

2. Нанокомпозит по п.1, отличающийся тем, что он представляет из себя порошок фракции 50-80 мкм.


Скачать патент РФ Официальная публикация
патента РФ № 2525878

patent-2525878.pdf
Патентный поиск по классам МПК-8:

Класс C22C19/05 с хромом

Патенты РФ в классе C22C19/05:
сплав на основе никеля для нанесения износо- и коррозионностойких покрытий микроплазменным или холодным сверхзвуковым напылением -  патент 2527543 (10.09.2014)
жаропрочный сплав на основе никеля -  патент 2525952 (20.08.2014)
жаропрочный сплав на основе никеля для литья рабочих лопаток газотурбинных установок -  патент 2525883 (20.08.2014)
жаропрочный сплав на основе никеля для литья рабочих лопаток газотурбинных установок -  патент 2524515 (27.07.2014)
металлическое покрытие со связующим веществом с высокой температурой перехода гамма/гамма' и деталь -  патент 2523185 (20.07.2014)
металлическое связующее покрытие с высокой гамма/гамма' температурой перехода и компонент -  патент 2521925 (10.07.2014)
сплав, защитный слой и деталь -  патент 2521924 (10.07.2014)
сплав на основе интерметаллида ni3al и изделие, выполненное из него -  патент 2521740 (10.07.2014)
жаропрочный никелевый сплав, обладающий высоким сопротивлением к сульфидной коррозии в сочетании с высокой жаропрочностью -  патент 2520934 (27.06.2014)
жаропрочный сплав на основе никеля для литья деталей горячего тракта газотурбинных установок -  патент 2519075 (10.06.2014)

Класс C23C4/10 оксиды, бориды, карбиды, нитриды, силициды или их смеси

Патенты РФ в классе C23C4/10:
сплав на основе никеля для нанесения износо- и коррозионностойких покрытий микроплазменным или холодным сверхзвуковым напылением -  патент 2527543 (10.09.2014)
способ электровзрывного напыления композиционных износостойких покрытий системы tic-mo на поверхности трения -  патент 2518037 (10.06.2014)
корундовая микропленка и способ ее получения /варианты/ -  патент 2516823 (20.05.2014)
способ нанесения теплозащитного электропроводящего покрытия на углеродные волокна и ткани -  патент 2511146 (10.04.2014)
способ диспергирования наноразмерного порошка диоксида кремния ультразвуком -  патент 2508963 (10.03.2014)
способ получения покрытия нитрида титана -  патент 2506344 (10.02.2014)
способ получения эрозионностойких теплозащитных покрытий -  патент 2499078 (20.11.2013)
композиционные материалы для смачиваемых катодов и их использование при производстве алюминия -  патент 2487956 (20.07.2013)
блок цилиндров и газотермический способ напыления покрытия -  патент 2483139 (27.05.2013)
способ получения неприлипающего покрытия на основе карбида кремния -  патент 2479679 (20.04.2013)

Класс C23C14/10 стекло или кремнезем

Класс B82Y30/00 Нано-технология материалов или поверхностных эффектов, например нано-композиты

Патенты РФ в классе B82Y30/00:
способ получения железного порошка -  патент 2529129 (27.09.2014)
способ получения композиционных материалов на основе диоксида кремния -  патент 2528667 (20.09.2014)
режущая пластина -  патент 2528288 (10.09.2014)
способ получения термоэлектрического материала -  патент 2528280 (10.09.2014)
ветошь для чистки ствола огнестрельного оружия -  патент 2527577 (10.09.2014)
способ упрочнения металлических изделий с получением наноструктурированных поверхностных слоев -  патент 2527511 (10.09.2014)
способ получения наноматериала на основе рекомбинантных жгутиков археи halobacterium salinarum -  патент 2526514 (20.08.2014)
керамический композиционный материал на основе алюмокислородной керамики, структурированной наноструктурами tin -  патент 2526453 (20.08.2014)
износостойкий композиционный керамический наноструктурированный материал и способ его получения -  патент 2525538 (20.08.2014)
способ получения поликристаллического композиционного материала -  патент 2525005 (10.08.2014)


Наверх