СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ЛИТОГО СПЛАВА НА ОСНОВЕ КОБАЛЬТА В РЕЖИМЕ ГОРЕНИЯ
METHOD OF RECEIVING MOLTEN ALLOY ON BASIS OF COBALT IN COMBUSION

Изобретение относится к порошковой металлургии, в частности к способам получения литых сплавов на основе кобальта, которые могут быть использованы для получения защитных покрытий на деталях машин и механизмов, работающих в условиях интенсивного износа, высокой температуры и воздействия агрессивных сред, в области авиационного двигателестроения для получения защитных покрытий на бандажных полках лопаток газотурбинного двигателя (ГТД), на магистральных трубопроводах при транспортировке газа, а также при производстве электроэнергии и в области железнодорожного транспорта.
Известен способ получения многослойного сплава на никелевой или кобальтовой основе путем нанесения на элемент, образованный из никеля или кобальта, металла-наполнителя, состоящего из порошкового реактива или порошка суперсплава, соответствующего интерметаллическому соединению, с последующим проведением реакции синтеза в камере, которая находится под гидростатическим давлением инертного газа до 1,5 ГПа. Регулирование температуры до 1200°С при скорости повышения 5-120 град/мин, обеспечивается с помощью нагревательных элементов и способствует установлению перепада температур в 200°С от одного конца к другому (JP 10237507, 08.09.1998 г.).
Недостатком известного способа является сложность получения сплава, необходимость использования дорогостоящего оборудования и дорогостоящих металлических легирующих компонентов, невысокая производительность и большие энергозатраты.
Наиболее близким аналогом к заявляемому является способ получения литого сплава на основе кобальта в режиме горения (RU 2270877 С1, 27.02.2006). Способ включает приготовление реакционной смеси исходных компонентов, содержащей оксид молибдена, алюминий, углерод, оксид хрома III, оксид ниобия, оксид вольфрама и оксид кобальта, помещение реакционной смеси в тугоплавкую форму с размещенным между исходной смесью и стенкой формы функциональным слоем из оксида алюминия, размещение формы на центрифуге, воспламенение смеси и проведение синтеза в режиме горения при центробежном ускорении 30-50 g с последующим отделением литого сплава на основе кобальта от продукта синтеза, при этом исходную смесь готовят при следующем соотношении компонентов, мас.%: оксид молибдена 1,1-1,8, алюминий 20,0-23,5, углерод 2,2-2,8, оксид хрома III 15,0-19,0, оксид ниобия 13,0-16,0, оксид вольфрама 1,0-2,8, оксид кобальта 35,0-45,0. Температура эксплуатации известного сплава не выше 1000°С. Основная область его использования - для конструктивного упрочнения бандажных полок в лопатках газотурбинных двигателей.
Техническим результатом заявляемого изобретения является повышение выхода целевого продукта, снижение содержания примесей в сплаве, повышение однородности структуры, повышение температуры эксплуатации сплава до 1100°С, что расширяет области использования сплава.
Технический результат достигается тем, что способ получения литого сплава на основе кобальта в режиме горения включает приготовление реакционной смеси исходных компонентов, содержащей оксид хрома III, оксид ниобия, оксид вольфрама, оксид молибдена, алюминий, углерод, оксид кобальта, рений и/или рутений, помещение реакционной смеси в тугоплавкую форму с размещенным между исходной смесью и стенкой формы функциональным слоем из оксида алюминия, размещение формы на центрифуге, воспламенение смеси и проведение синтеза в режиме горения при центробежном ускорении 50-100 g, при следующем соотношении исходных компонентов, мас.%:
Оксид хрома III
15,0-25,0
Оксид ниобия
13,0-22,0
Оксид вольфрама
0,7-4,8
Оксид молибдена
1,0-1,7
Алюминий
20,0-26,0
Углерод
2,2-4,5
Рений и/или рутений
0,5-2,0,
Оксид кобальта
Остальное
Заявляемая в формуле совокупность признаков позволяет получать литой жаропрочный многокомпонентный сплав на основе кобальта, который может быть использован для получения защитных покрытий на деталях машин и механизмов, работающих в условиях интенсивного износа, высокой температуры и воздействия агрессивных сред, в области авиационного двигателестроения для получения защитных покрытий на бандажных полках лопаток газотурбинного двигателя (ГТД), на магистральных трубопроводах при транспортировке газа, а также в области железнодорожного транспорта.
Сущность способа поясняется примерами.
Пример 1.
Готовят реакционную смесь исходных компонентов при следующем соотношении, мас.%: оксид хрома III 15,0; оксид ниобия 14,4; оксид вольфрама 0,7; оксид молибдена 1,7; алюминий 20,0; графит 2,2; оксид кобальта - 45,0; рений 1,0.
Предварительно в тугоплавкую графитовую форму устанавливают тонкостенный цилиндр из цветного металла или плотной бумаги с зазором от его стенки до внутренней поверхности графитовой формы 5 мм. Готовую смесь засыпают в цилиндр, а в зазор между цилиндром и формой засыпают функциональный слой из оксида алюминия. Цилиндр извлекают, а снаряженную форму из реакционной смеси и функционального слоя толщиной 5 мм помещают в центробежную установку. Ротор центрифуги приводят во вращение и создают перегрузку 50 g, после чего реакционную смесь воспламеняют электрической спиралью.
2
3
После завершения процесса горения продукт синтеза охлаждают и извлекают из реакционной формы. Продукт синтеза состоит из двух слоев: нижний - целевой продукт в виде литого жаропрочного твердого сплава на основе кобальта (Co-Cr-Nb-W-Mo-Al-Re-C), и верхний - литой оксидный материал AlO (корунд). Слои легко отделяются друг от друга.
Содержание элементов в целевом продукте составляет мас:%: Cr - 19, Nb - 15, W - 2,7, Mo - 1,9, Al - 0,9, Re - 1,3, С - 1,95, Со - остальное.
Содержание примесей в сплаве 0,02 мас.%.
Примеры осуществления способа представлены в таблице 1. Свойства целевого материала по примерам представлены в таблице 2.
Для примера 2 содержание рения в сплаве составляет 1,5 мас.%, рутения 1,2 мас.%; для примера 3 содержание рутения в сплаве составляет 0,9 мас.%.
Толщина функционального слоя зависит от массы и объема исходной смеси и может изменяться в широких пределах. Указанные примеры не ограничивают возможности способа относительно толщины функционального слоя. Специалистам, работающим в области СВС, это хорошо известно.
Полученный заявленным способом литой сплав содержит не более 0,02% примесей, в сплаве отсутствуют ликвационные неоднородности, выход его составляет не менее 97%. Сплав имеет однородную структуру с равномерным распределением элементов по объему, стойкость его при эксплуатации составляет 1100°С. Указанные свойства сплава расширяют области его использования по сравнению с известным и распространяются на такие области, как машиностроение, магистральные трубопроводы, железнодорожный транспорт и пр.
Таблица 1
№ примера
Состав реакционной смеси компонентов, мас.%
Величина гравитации, g
Толщина слоя засыпки, мм
оксид хрома III
оксид ниобия
оксид вольфрама
оксид молибдена
алюминий
Графит
оксид кобальта
Рений и/или рутений
1
15
14,4
0,7
1,7
20
2,2
45
1,0(Re)
50
5
2
16
13
1,1
1,1
26
2,2
38,6
2,0(1 Re + 1 Ru)
75
6
3
25
22
4,8
1,0
21,5
4,5
20,7
0,5(Ru)
100
10
Таблица 2
№ примера
Характеристики целевого продукта
Содержание примесей, мас.%
Выход годного сплава по химическому составу, %
Наличие ликвации
1
0,02
97
Отсутствует
2
0,04
98
Отсутствует
3
0,05
99
Отсутствует