Получение порошка сплава системы Ni–Cr–Al–Y, легированного кремнием, методом порошковой металлургии

Исследовано твердофазное взаимодействие сплава Ni–Cr–Al–Y с кремнием при температуре до 1100 °С. Установлено, что для получения сплава Ni–Cr–Al–Y+Si целесообразно использовать в качестве одной из исходных интерметаллидных составляющих сплава механолегированный кремнием никель, что позволяет избежат...

Ausführliche Beschreibung

Gespeichert in:

Bibliographische Detailangaben
Datum:	2010
Hauptverfasser:	Астахов, Е.А., Кудь, И.В., Лиходед, Л.С., Зяткевич, Д.П., Яковлева, М.С., Еременко, Л.И.
Format:	Artikel
Sprache:	Russian
Veröffentlicht:	Інститут електрозварювання ім. Є.О. Патона НАН України 2010
Schriftenreihe:	Автоматическая сварка
Schlagworte:	Научно-технический раздел
Online Zugang:	http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/101648
Tags:	Tag hinzufügen Keine Tags, Fügen Sie den ersten Tag hinzu!
Назва журналу:	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
Zitieren:	Получение порошка сплава системы Ni–Cr–Al–Y, легированного кремнием, методом порошковой металлургии / Е.А. Астахов, И.В. Кудь, Л.С. Лиходед, Д.П. Зяткевич, М.С. Яковлева, Л.И. Еременко // Автоматическая сварка. — 2010. — № 3 (683). — С. 36-39. — Бібліогр.: 7 назв. — рос.

Institution

Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine

id	irk-123456789-101648
record_format	dspace
spelling	irk-123456789-1016482016-06-07T03:02:41Z Получение порошка сплава системы Ni–Cr–Al–Y, легированного кремнием, методом порошковой металлургии Астахов, Е.А. Кудь, И.В. Лиходед, Л.С. Зяткевич, Д.П. Яковлева, М.С. Еременко, Л.И. Научно-технический раздел Исследовано твердофазное взаимодействие сплава Ni–Cr–Al–Y с кремнием при температуре до 1100 °С. Установлено, что для получения сплава Ni–Cr–Al–Y+Si целесообразно использовать в качестве одной из исходных интерметаллидных составляющих сплава механолегированный кремнием никель, что позволяет избежать присутствия свободного кремния в сплаве и гарантирует равномерное распределение кремния по объему порошка. The influence of solid-phase interaction of Ni–Cr–Al–Y alloy with silicon at up to 1100 оC temperatures was studied. It is established that to produce Ni–Cr–Al–Y+Si alloy it is rational to use nickel mechanically alloyed with silicon as one of the initial intermetallic components of the alloy, thus preventing presence of free silicon in the alloy and guaranteeing a uniform distribution of silicon through powder volume. 2010 Article Получение порошка сплава системы Ni–Cr–Al–Y, легированного кремнием, методом порошковой металлургии / Е.А. Астахов, И.В. Кудь, Л.С. Лиходед, Д.П. Зяткевич, М.С. Яковлева, Л.И. Еременко // Автоматическая сварка. — 2010. — № 3 (683). — С. 36-39. — Бібліогр.: 7 назв. — рос. 0005-111X http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/101648 621.681.952:620-193.2 ru Автоматическая сварка Інститут електрозварювання ім. Є.О. Патона НАН України
institution	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
collection	DSpace DC
language	Russian
topic	Научно-технический раздел Научно-технический раздел
spellingShingle	Научно-технический раздел Научно-технический раздел Астахов, Е.А. Кудь, И.В. Лиходед, Л.С. Зяткевич, Д.П. Яковлева, М.С. Еременко, Л.И. Получение порошка сплава системы Ni–Cr–Al–Y, легированного кремнием, методом порошковой металлургии Автоматическая сварка
description	Исследовано твердофазное взаимодействие сплава Ni–Cr–Al–Y с кремнием при температуре до 1100 °С. Установлено, что для получения сплава Ni–Cr–Al–Y+Si целесообразно использовать в качестве одной из исходных интерметаллидных составляющих сплава механолегированный кремнием никель, что позволяет избежать присутствия свободного кремния в сплаве и гарантирует равномерное распределение кремния по объему порошка.
format	Article
author	Астахов, Е.А. Кудь, И.В. Лиходед, Л.С. Зяткевич, Д.П. Яковлева, М.С. Еременко, Л.И.
author_facet	Астахов, Е.А. Кудь, И.В. Лиходед, Л.С. Зяткевич, Д.П. Яковлева, М.С. Еременко, Л.И.
author_sort	Астахов, Е.А.
title	Получение порошка сплава системы Ni–Cr–Al–Y, легированного кремнием, методом порошковой металлургии
title_short	Получение порошка сплава системы Ni–Cr–Al–Y, легированного кремнием, методом порошковой металлургии
title_full	Получение порошка сплава системы Ni–Cr–Al–Y, легированного кремнием, методом порошковой металлургии
title_fullStr	Получение порошка сплава системы Ni–Cr–Al–Y, легированного кремнием, методом порошковой металлургии
title_full_unstemmed	Получение порошка сплава системы Ni–Cr–Al–Y, легированного кремнием, методом порошковой металлургии
title_sort	получение порошка сплава системы ni–cr–al–y, легированного кремнием, методом порошковой металлургии
publisher	Інститут електрозварювання ім. Є.О. Патона НАН України
publishDate	2010
topic_facet	Научно-технический раздел
url	http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/101648
citation_txt	Получение порошка сплава системы Ni–Cr–Al–Y, легированного кремнием, методом порошковой металлургии / Е.А. Астахов, И.В. Кудь, Л.С. Лиходед, Д.П. Зяткевич, М.С. Яковлева, Л.И. Еременко // Автоматическая сварка. — 2010. — № 3 (683). — С. 36-39. — Бібліогр.: 7 назв. — рос.
series	Автоматическая сварка
work_keys_str_mv	AT astahovea polučenieporoškasplavasistemynicralylegirovannogokremniemmetodomporoškovojmetallurgii AT kudʹiv polučenieporoškasplavasistemynicralylegirovannogokremniemmetodomporoškovojmetallurgii AT lihodedls polučenieporoškasplavasistemynicralylegirovannogokremniemmetodomporoškovojmetallurgii AT zâtkevičdp polučenieporoškasplavasistemynicralylegirovannogokremniemmetodomporoškovojmetallurgii AT âkovlevams polučenieporoškasplavasistemynicralylegirovannogokremniemmetodomporoškovojmetallurgii AT eremenkoli polučenieporoškasplavasistemynicralylegirovannogokremniemmetodomporoškovojmetallurgii
first_indexed	2025-07-07T11:11:47Z
last_indexed	2025-07-07T11:11:47Z
_version_	1836986359537991680
fulltext	УДК 621.681.952:620-193.2 ПОЛУЧЕНИЕ ПОРОШКА СПЛАВА СИСТЕМЫ Ni–Cr–Al–Y, ЛЕГИРОВАННОГО КРЕМНИЕМ, МЕТОДОМ ПОРОШКОВОЙ МЕТАЛЛУРГИИ Е. А. АСТАХОВ, д-р техн. наук (Ин-т электросварки им. Е. О. Патона НАН Украины), И. В. КУДЬ, Л. С. ЛИХОДЕД, Д. П. ЗЯТКЕВИЧ, кандидаты техн. наук, М. С. ЯКОВЛЕВА, Л. И. ЕРЕМЕНКО, инженеры (Ин-т проблем материаловедения им. И. Н. Францевича НАН Украины) Исследовано твердофазное взаимодействие сплава Ni–Cr–Al–Y с кремнием при температуре до 1100 °С. Установлено, что для получения сплава Ni–Cr–Al–Y+Si целесообразно использовать в качестве одной из исходных интерме- таллидных составляющих сплава механолегированный кремнием никель, что позволяет избежать присутствия сво- бодного кремния в сплаве и гарантирует равномерное распределение кремния по объему порошка. К л ю ч е в ы е с л о в а : детонационное напыление, порошки, жаростойкий сплав Ni–Cr–Al–Y, механическое легирование кремнием, твердофазное взаимодействие, фазовый состав, распределение элементов легирования Жаропрочные сплавы на основе никеля широко используют для изготовления деталей, работаю- щих в экстремальных условиях при воздействии высоких температур и агрессивных сред [1]. Раз- работка новых материалов защитных покрытий путем введения в состав стандартных сплавов ле- гирующих добавок для повышения эксплуата- ционных характеристик таких, как жаро- и кор- розионная стойкость весьма актуальна. В соответствии с диаграммой зависимости жа- ро- и коррозионной стойкости покрытий от со- держания в них хрома [2] выбранный для иссле- дования сплав (состав, мас. %: 79,0 Ni; 15 Cr; 5,8 Al; 0,2 Y) относится к наиболее жаростойким и одним из путей повышения его функциональных характеристик жаро- и термостойкости является легирование активными добавками. Среди легиру- ющих элементов (бор, магний, цирконий, гафний и др.) кремний упоминается не часто, хотя он дол- жен играть важную роль как элемент покрытий, который при окислении образует прочную и плот- ную самопассивирующуюся оксидную пленку. Не- которые исследователи изучали влияние кремния на стойкость сплавов при повышенных темпера- турах [3, 4], однако эти работы имеют противо- речивый характер и не содержат обобщений отно- сительно механизма защиты покрытий, на осно- вании которых можно было бы выбрать количество легирующих добавок или соединений, содержащих необходимые элементы, и назначить способ их вве- дения в сплав. Цель настоящей работы — исследование твер- дофазного взаимодействия исходных компонен- тов сплава Ni–Cr–Al–Y с кремнием в интервале эксплуатационных температур (до 1100 °С). При получении сплавов использован метод порошко- вой металлургии. Существует несколько способов введения легирующих примесей [5]. Кремний можно добавлять в исходную смесь порошков ни- келя, хрома и алюминия с последующими опе- рациями порошковой металлургии (смешивание, размол или механоактивация, термообработка и др.) или сначала получить соединения кремния с одной или несколькими исходными составля- ющими с дальнейшим смешиванием с другими компонентами сплава. Способ легирования опре- деляется технологическими особенностями пос- ледующих процессов. В данной работе исследо- ваны несколько методов введения кремния. Одной из разновидностей введения примеси кремния в сложный сплав на никелевой основе является его добавление в процессе получения по- рошка стандартного сплава совместно с оксидом иттрия. Оксид иттрия и кремний (до 4 мас. %) добавляется на стадии смешивания к смеси по- рошков Ni3Al и (Cr)Ni, предварительно получен- ных твердофазным синтезом в вакууме. Затем по технологической схеме, разработанной нами, при вакуумной термообработке следует ожидать про- хождения диффузионных процессов взаимодейс- твия между кремнием и основными фазами сплава Ni3Al и (Cr)Ni. После вакуумной термообработки при темпе- ратуре 1000 °С в течение 2 ч продукты взаимо- действия были изучены с привлечением рентге- новского анализа и сканирующей электронной микроскопии. Согласно данным рентгеновского анализа синтезированный материал состоит из смеси основных фаз — Ni3Al, (Cr)Ni и кремния, который находится в свободном состоянии. Дан- © Е. А. Астахов, И. В. Кудь, Л. С. Лиходед, Д. П. Зяткевич, М. С. Яковлева, Л. И. Еременко, 2010 36 3/2010 ные сканирующей электронной микроскопии и энергодисперсионного метода, представленные на рис. 1 и в табл. 1, свидетельствуют о неравно- мерном распределении кремния по объему. Как видно, максимальное количество кремния скон- центрировано на поверхности частиц. Элементный состав полученного порошка мак- симально приближен к составу выбранного стан- дартного порошка. Исследования показали, что введение легиру- ющей примеси на стадии смешивания предвари- тельно синтезированных порошков Ni3Al, Ni(Cr) и Y2O3 с последующей термообработкой в ваку- уме при температуре 1000 °С не обеспечивает полного прохождения диффузионных процессов и получения продуктов без свободного кремния. Это не дает возможности полностью воспроиз- вести элементный состав материала в покрытиях, получаемых детонационным напылением вслед- ствие фракционирования. В связи с упомянутым выше, а также с учетом данных о довольно зна- чительной растворимости кремния в никеле (5 %) при комнатной температуре с образованием твер- дого раствора целесообразно было использовать в качестве одного из исходных компонентов спла- ва никель, легированный в процессе механосин- теза, кремнием. В работе [6] этот раствор иден- тифицируют как α-раствор, а в работе [7] — как γ-раствор. В наших исследованиях обозначим его как γ-Ni по аналогии с твердыми растворами аус- тенитного класса. Исследование процесса твердофазного взаимо- действия никеля и кремния при механосинтезе (механолегировании) включало оценку процесса от технологических факторов: силовой нагрузки (соотношения массы порошка к массе размольных тел) и продолжительности процесса. Для изучения механосинтеза смесь порошков никеля и кремния (в расчете на получение 4 мас. % Si в никеле) предварительно смешивали в пла- нетарной мельнице в реверсном режиме в течение 2 ч в спирте для гомогенизации реакционной сме- си и после сушки подвергали высокоэнергетичес- кой обработке. Механосинтез представляет собой высокоэнер- гетическое дробление, в процессе которого в твер- дом теле возникают внутренние напряжения, что вызывает деформацию межатомных связей, фор- мирование дефектов кристаллического строения, возбуждение электронной подсистемы кристалла. При этом в каждом конкретном случае преобла- дают определенные каналы релаксации накоплен- ной энергии. Так, при формировании новых гра- ничных поверхностей энергетические затраты для перестройки структуры минимальны, а атомы, на- ходящиеся в поверхностном слое, имеют большой запас избыточной энергии, что создает благоп- риятные условия для химических превращений контактирующих веществ. Процесс проведен в импульсном режиме, что способствовало изменению энергии кристалли- ческой решетки за счет формирования различных дефектов структуры (дислокаций, вакансий), в ре- зультате чего аккумулированная в системе энер- гия при определенных технологических парамет- рах стимулирует диффузионные процессы. Продукты механосинтеза исследованы при по- мощи рентгенофазового анализа (табл. 2, рис. 2). Анализ полученных экспериментальных дан- ных свидетельствует о значительном влиянии энергонапряженности процесса, которая при пос- тоянной скорости вращения реактора является функцией технологических параметров. При си- ловой нагрузке 1:5 независимо от продолжитель- ности процесса продукты размола являются смесью исходных компонентов. Незначительное изменение характера дифрак- ционных максимумов никеля и кремния свиде- тельствует о протекании первой стадии дефор- мации порошка (рис. 2, кривая 1). Усиление си- ловой нагрузки до 1:10 сопровождается частичной аморфизацией кремния, на что указывает резкое Рис. 1. Микроструктура частицы синтезированного порошка ИПМ (а) и распределение кремния в ней (в отраженных электронах) (б) Т а б л и ц а 1. Химический состав порошка сплава Ni– Cr–Al–Y, мас. % Изготовитель порошка O Al Si Cr Ni Y ИПМ 0,15 5,38 3,60 14,90 76,15 0,21 Коммерческий (Индия) 0 11,54 0,00 31,91 55,73 0,82 3/2010 37 уменьшение и размытость его дифракционных максимумов. Увеличение дефектности и напря- женности никеля обнаруживается в расширении на больших углах его дифракционных отображе- ний (рис. 2, кривая 2). Увеличение продолжитель- ности процесса до 60 мин приводит к началу об- разования твердого раствора кремния в никеле (γ-Ni), о чем свидетельствует изменение периода решетки никеля. Силовая нагрузка 1:20 сопровождается еще более заметной интенсификацией процесса. Сог- ласно данным рентгеновского анализа изменяется не только количественный состав продуктов вза- имодействия, но и наблюдается искривление кар- тины дифракционных максимумов γ-Ni, что сви- детельствует о напряженном и неравновесном состоянии системы (рис. 2, кривая 3). При про- должительности процесса 60 мин продуктом ме- ханосинтеза является твердый раствор кремния в никеле. Таким образом, проведенное исследование поз- волило установить технологический режим меха- носинтеза, продуктом которого является порошок твердого раствора кремния в никеле (γ-Ni). Согласно технологическому процессу получе- ние порошка сплава Ni–Cr–Al–Y+Si, который пре- дусматривает использование после низкотемпера- турного твердофазного синтеза индивидуальных интерметаллидов Ni3Al и Ni(Cr) с последующим их смешиванием с оксидом иттрия, грануляцией и термообработкой в вакууме. На стадии полу- чения порошков интерметаллидов в качестве од- ного из исходных компонентов используется ме- ханосинтезированный порошок твердого раствора кремния в никеле. Особое внимание уделено изу- чению влияния легированного никеля на темпе- ратурно-временные режимы синтеза интерметал- лидных фаз Ni3Al, Ni(Cr). Данные рентгеновского анализа синтезирован- ных в вакууме интерметаллидов Ni3Al и Ni(Cr), которые являются основой сплава Ni–Cr–Al– Y+Si, указывают на отсутствие в них свободного кремния. Фазовый, элементный состав и морфология по- лученного порошка определена методами рент- геновского анализа, сканирующей электронной микроскопии с использованием энергодиспер- сионного анализа. Как видно из рис. 3, а полученный порошок состоит из равноосных частиц, средний размер которых составляет примерно 60 мкм, что отве- чает требованиям, предъявленным к порошкам для детонационного напыления. Микрорентгеновский анализ эксперименталь- но полученного порошка (рис. 4, а, табл. 3) под- Т а б л и ц а 2. Характеристики продуктов механосинтеза в системе Ni–Si Силовая наг- рузка — соот- ношение масс порошок:шары Продолжитель- ность, мин Фазовый состав Период решетки никеля, нм 1:5 30 Ni, Si 0,352 60 Ni, Si 0,353 1:10 30 Ni, Si 0,352 60 γ-Ni, Si 0,350 1:20 30 γ-Ni, Si 0,349 60 γ-Ni 0,347 Рис. 2. Дифрактограммы продуктов механосинтеза в системе Ni–Si в зависимости от силовой нагрузки при продолжитель- ности процесса 60 мин: 1 — 1:5; 2 — 1:10; 3 — 1:20 Рис. 3. Морфология порошков, полученных в ИПМ (а) и на фирме «Stark» (б) 38 3/2010 твердил присутствие в нем кремния. Энергодис- персионное сканирование полученного порошка сплава Ni–Cr–Al–Y, легированного кремнием, указывает на равномерность распределения всех элементов по объему частицы (рис. 5). Таким образом, проведенная работа по оценке твердофазного взаимодействия исходных компо- нентов сплава Ni–Cr–Al–Y с кремнием в интер- валах эксплуатационных температур (до 1100 °С) позволила установить, что непосредственное ле- гирование кремнием интерметаллидных составля- ющих Ni3Al и Ni(Cr) сплава Ni–Cr–Al–Y при термообработке в вакууме при температуре 1100 °С приводит к нежелательному присутствию свободного кремния в продуктах термофазного вза- имодействия, а также к неравномерному распре- делению его в сплаве. При получении порошков сплава Ni–Cr–Al–Y–Si целесообразно использовать в качестве одной из исходных интерметаллидных составляющих сплава механолегированный крем- нием никель, что позволяет избежать нежелатель- ного присутствия свободного кремния в сплаве и гарантирует равномерное распределение кремния в объеме порошка. 1. Суперсплавы II: Жаропрочные материалы для аэрокос- мических и промышленных энергоустановок / Под ред. Ч. Т. Симса, Н. С. Столоффа, У. К. Хагеля. — М.: Ме- таллургия, 1995. — Кн. 1. — 384 с. 2. Improvement of oxidation resistance of NiCrAlY coatings by application of CrN or CrON interlayer / W. Z. Li, Y. Yao, Q. M. Wang, X. Jiang et al. // J. Mater. Res. — 2008. — 23, № 2. — P. 341–352. 3. Brodin H., Eskner M. The influence of oxidation on mecha- nical and fracture behavior of an air plasma-sprayed NiCoC- rAlY bondcoat // Surface Coat. Technol. — 2004. — 187. — P. 113–121. 4. Thermal stability of phases in a NiCoCrAlY coating alloy / J. J. Liang, H. Wei, G. C. Hou et al. // J. Mater. Res. — 2008. — 23, № 8. — P. 2264–2274. 5. Суперсплавы II: Жаропрочные материалы для аэрокос- мических и промышленных энергоустановок / Под ред. Ч. Т. Симса, Н. С. Столоффа, У. К. Хагеля. — М.: Ме- таллургия, 1995. — Кн. 2. — 384 с. 6. Самсонов Г. В., Дворина Л. А., Рудь Б. М. Силициды. — М.: Металлургия, 1979. — 271 с. 7. Шапк Ф. Структура двойных сплавов. — М.: Металлур- гия, 1973. — 760 с. The influence of solid-phase interaction of Ni–Cr–Al–Y alloy with silicon at up to 1100 оC temperatures was studied. It is established that to produce Ni–Cr–Al–Y+Si alloy it is rational to use nickel mechanically alloyed with silicon as one of the initial intermetallic components of the alloy, thus preventing presence of free silicon in the alloy and guaranteeing a uniform distribution of silicon through powder volume. Поступила в редакцию 16.06.2009 Рис. 4. Элементный состав порошков, полученных в ИПМ (Ni–Cr–Al–Y+Si) (а) и на фирме «Stark» (Ni–Cr–Al–Y) (б) Т а б л и ц а 3. Химический состав порошков, мас. % Изготовитель порошка O Al Si Cr Ni Y ИПМ 0,15 5,38 2,6 15,4 76,26 0,21 Фирма «Stark» — 9,54 — 21,91 67,73 0,82 Рис. 5. Микроструктура частиц порошка из механолегиро- ванного сплава Ni–Cr–Al–Y (а) и распределение в них крем- ния (в отраженных электронах) (б) 3/2010 39

Получение порошка сплава системы Ni–Cr–Al–Y, легированного кремнием, методом порошковой металлургии

Institution

Ähnliche Einträge