СТАДИЙНЫЙ ПРОЦЕСС ПОЛУЧЕНИЯ Fe/NiAl ЭЛЕКТРОДОВ ИЗ СВС СПЛАВА ДЛЯ ЦЕНТРОБЕЖНОГО РАСПЫЛЕНИЯ И ПОЛУЧЕНИЯ СФЕРИЧЕСКИХ КОМПОЗИЦИОННЫХ МИКРОГРАНУЛ ДЛЯ АДДИТИВНЫХ ТЕХНОЛОГИЙ Текст научной статьи по специальности «Технологии материалов»

СТАДИЙНЫЙ ПРОЦЕСС ПОЛУЧЕНИЯ Fe/NiAl ЭЛЕКТРОДОВ ИЗ СВС СПЛАВА ДЛЯ ЦЕНТРОБЕЖНОГО РАСПЫЛЕНИЯ И ПОЛУЧЕНИЯ СФЕРИЧЕСКИХ КОМПОЗИЦИОННЫХ МИКРОГРАНУЛ ДЛЯ АДДИТИВНЫХ ТЕХНОЛОГИЙ

Санин1 В.В. молодой ученый, Филонов1 М.Р., Левашов1 Е.А., Икорников2 Д.М., Юхвид2 В.И., Сентюрина3 Ж.А.

1- Национальный исследовательский технологический университет «МИСиС», Москва, sanin@misis.ru 2- Институт структурной макрокинетики и проблем материаловедения

РАН, Черноголовка 3 Открытое акционерное общество «Композит», Королев

DOI: 10.24411/9999-004A-2018-10030

В настоящее время высоколегированные сплавы на основе М, ^ или Fe, являются базовой основой при разработке многих материалов, эксплуатируемых в экстремальных (повышенных температурах и нагрузках) условиях. Известные технологии получения таких материалов зачастую не позволяют достичь требуемого набора свойств и кроме того - сложны, многостадийны, энергозатратны.

Одним из эффективных направлений в решении проблемы получения изделий из хрупких и труднообрабатываемых материалов, является гранульная металлургия. В России и за рубежом развиваются аддитивные технологии селективного лазерного (SLM) и электронно-лучевого сплавления (EBM), а также технологии прямого лазерного нанесения материала (DMLS).

Для реализации новейших технологий необходимы исходные материалы -порошки (микрогранулы) заданного химического и гранулометрического состава, к которым предъявляются высокие требования: сферичность частиц, отсутствие дефектов на поверхности, а также отсутствие ликвации по объему частиц. На сегодняшний день в России и за рубежом частично освоено производство сферических порошков из стандартных никелевых суперсплавов, ряда титановых сплавов, а также сплавов на основе железа и алюминия.

В данной работе предлагается метод получения композиционных микрогранул, состоящих из интерметаллидного сплава плюс материала (Me) оболочки кристаллизатора. Изделия, полученные из таких микрогранул будут сочетать в себе свойства интерметаллидных сплавов, сохраняя при этом пластичность. Предлагаемый метод получения показан на примере разливки интерметаллидного сплава в железную (Fe) трубу-кристаллизатор.

Технологический процесс получения композиционных микрогранул состоит из трех основных этапов: (1)- синтез (ЛШМ) интерметаллидного сплава на основе NiAl с регламентированным химическим составом методом

центробежной СВС-металлургии, (2)- одностадийная металлургическая обработка (индукционный переплав в вакууме или инертной среде) синтезированных СВС-материалов (ЛШМ) с последующей заливкой в специально подготовленную, стальную трубу-кристаллизатор. (3)-центробежное распыление (PREP), полученного электрода в стальной оболочке для получение сферических композиционных микрогранул.

Первоначально проведена серия экспериментов по оптимизации условий синтеза многокомпонентного интерметаллидного сплава. Анализ образцов в исследуемом интервале значений g (рис.1) показал, что слитки сплава, синтезированные при 50-150(±5g), обладали массой, близкой к расчетной (~ 98 мас.%), а ее потеря (разброс) в процессе горения не превышала 1,5 мас.%. Все образцы, полученные при заданной перегрузке, имели литой вид, и наблюдалось четкое разделение на 2 слоя - целевой сплав и оксидный слой (A12O3). Видно, что на поперечном сколе слитка при условии синтеза более 50g остаточная пористость не обнаружена (рис. 2).

(а)

и,см/с

121086420-

Щ , ■

■ /—

U

■ / ■Щ

/ ---

^1% П2,% 100

-95 -90 -85 -80

-4

-3 -2 -1 0

0

100

200

300

(и)-скорость горения,

(^2)- выход металлической фазы в слиток,

(п1)-разброс смеси при горении

1 g

15 g

50 g

150 g

Рис. 1. (а) Влияние величины центробежного ускорения (g) на синтез сплава на основе NiAl, и (б) внешний вид, полученных при различных перегрузках (g).

(а) (б) (в)

Рис. 3. Экспериментальные образцы кристаллизаторов с различными толщинами стенок. (а)-3мм, (б)-5мм, (в)-6мм.

g

Следующим этапом был одностадийный ВИП полученных СВС-заготовок сплава и разливка сплава в трубу, с последующей кристаллизацией и сохранением данного сплава в этой цилиндрической форме. Предварительно проводились исследования по режимам переплава данных сплавов [1].

Была проведена серия плавок и разливка в различные диаметры труб (рис. 3). Оптимальным вариантом был выбран цилиндрический кристаллизатор с толщиной стенки 6 мм. На рис. 3в представлен полученный длинномерный образец. Выявлено, что при разливки химического взаимодействие сплава на основе NiAl с в внутренней частью стенки трубы нет. Удержание сплава в трубе происходит только за счет КТР и механического взаимодействия с помощью предварительно нанесенных на внутреннюю часть трубы насечек. Далее были получены методом плазменной плавки и центробежного распыление быстровращающейся литой заготовки (PREP) и исследованы композиционные микрогранулы (рис.4).

Рис. 4. Карта распределения элементов в полученных микрогранулах.

Список литературы:

1. V.V. Sanin, Yu. A. Anikin, V. I. Yukhvid, and M. R. Filonov. Structural Heredity of Alloys Produced by Centrifugal SHS: Influence of Remelting Temperature. ISSN 1061-3862, International Journal of Self-Propagating High-Temperature Synthesis, 2015, Vol. 24, No. 4, pp. 210-214. DOI: 10.3103/S106138621504010X.

Исследование выполнено при финансовой поддержке РФФИ в рамках научного проекта № 18-38-00932.