Никель-хромистый алюминид и способ его получения

(594 С 22 С 1 02 ЕТ ЕЛЬСТВУ аучеталегЯувИзобретен носится к новьм хи конкретно к нииду состава может быть упрочняющегоо легирования укционных станени мическим соеди кель-хромистом 11 А 1 ( Оз С го,4 ю использован в материала для различных мар лей. торыи качеств лазерно к конст обретения го химиче состоит в полукого соединения миния состава Цель ичении новникель-хр0Вьппеннойпользоват омистого алюго 4 котортвердостью,ь это соедидля лазерн ьп обладает по- позволяющей исение в качестве о легировани материал конструкСпосо ионных стале инен ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЫТИЯПРИ ГКНТ СССР ОПИСАНИЕ И К АВТОРСКОМУ СВИДЕ(71) Институт химии Уральскогоного центра АН СССР и Институтлургии Уральского научного ценАН СССР(56) Тау 1 ог А., Поу 1 е И.Л. ГигЯгпйев о 2 Ье ИсЕе 1 А 1 цшпш1 еш. Л. Арр 1. Сгувйа 11 ояг. 197ч. 5, У 3, р. 201-209. получения предлагаемог заключается в следующ 2(54) НИКЕЛБ-РО 11 ИСТЫП АЛ 11 ИИЕ 1 Д И СПОСОБ ЕГО ПОЛУЧЕНИЯ(54) Изобретение относится к новому химическому соединению - никель-хромистому алюминиду состава ИА 1, Сг, и способу его получения, который может быть использован в качестве упрочняющего материала для лазерного легирования изделий иэ конструкционных сталей. Никель-хромистый алюминид получают путем сплавления никеля, алюминия и хрома в соотношении 1: 1, 03:О, 14 при 1475-1525 С в вакууме (10 4- 5 ф 10 4) мм рт.ст, в течение 30-40 мин, охлаждения со скоростью 10-100 С/с с последующим отжигом при,1190-1210 С в течение 20- 22 ч. 2 с.п. ф"лы, 1 табл. Исходные материалы чистотой неменее 99,99% по основному металлупомещают в алундовый тигель и сплавляют. Температура плавки составляет 1475-1525 С,время выдержки расплава 30-40 мин, вкуум (1-5) 10 мм рт,ст., скорость охлаждения алундового тигля с расплавом 10-100 С/с без снятия вакуума до комнатной температуры. Затем проводят вакуумный отжиг при 11901210 С с выдержкой в течение 20-22 ч.В результате такой обработки обра зуется компактный, хрупкий, блестящий материал, обладающий высокой микро- твердостью, равной 900+10 кгс/мм 2.Полученный монолитньп 1 материалзатем подвергается механическому измельчению с последующей классифика 3 138932цией по крупности от - 120 до + 50 мкмдля проведения газотермического(плазменного) нанесения на подложкуиз сложной хромо-никелевой стали.Газотермическое нанесение материалана стальную подложку состоит из операций дробоструйной очистки рабочейповерхности металла, ее обезжиривания, нагрева до 140-150"С и нанесения покрытия толщиной 250-300 мкм изпорошка указанной крупности за несколько проходов головки плазматрона.Зта операция обеспечивает адгезиюнапыленного слоя к плоской матрице 15не менее 4 (5) кгс/мм с последующим удержанием его на металле в зонелазерной обработки, проводимой с помощью лазера типа ЛТНили СО -Флазера типа ЛТ. 20Получение никель-хромистого алюминида и его применение для лазерноголегирования сложной хромо-никелевойстали иллюстрируется следующими примерами.25П р и м е р 1. В алундовый тигельпомещают навески чистых компонентовникеля в количестве 6,250 г, хрома0,800 г, алюминия 2,950 г. Тигельставят в вакуумную индукционную печь 30с кварцевой трубой и медным водоох-лаждаемым индуктором. Создают вакуум,равный 1 10 мм рт,ст., расплавляютнавеску, доводя содержимое тигля дотемпературы 1475 С, и проводят выдержку в течение 40 мин для полнойгомогенизации расплава, Затем, снимая электрическую навеску и сдвигаяиндуктор, охлаждают расплав в тиглесо скоростью 10 С/с. После этого , 40проводят гомогенизирующий отжиг ввакууме, равном 1 10 амм рт.ст.,при температуре 1190 С с выдержкойв течение 20 ч и охлаждением спечью. 45По данным химического и рентгенографического анализа получают никель-хромистый алюминиад состава МзА 1 1 сз Сг о,1 акристаллизующийся 50 в гексагональной сингонии с периодао ми решетки а = 4,029 + 0,005 А, с = 4,901 + 0,005 А.Рентгенографические характеристи 55 ки соединения И 1 А 1 с Сгс,а представлены ниже.Рентгеиографические характеристики заявляемого соединенияМикРотвеРДость ИА 1 с Сг 1 а равна 890 кгс/мм. Затем полученный материал подвергают механическому измельчению и классификации по крупности от - 120 до + 50 мкм. Далее порошок указанной крупности путем газотермического (плазменного) напыления наносят на предварительно обработанную и нагретую до 150 С поверхность стали марки 4 ХНЗВФ, получают покрытие толщиной 250 мкм и с помощью твердотельного лазера типа ЛТНпроводят лазерное легирование этой стали. При этом, как видно из таблицы, в поверхностном слое металла образовалась обычная для данного вида процесса зона интенсивного массообмена с коэффициентом легирования основного металла около 0,3 (за счет элементов покрытия) и расположенная под ней зона микродиффузии основной матрицы, обогащенная никелем. Глубина этой зоны составляет 540 мкм средняя микротвердость 720 кгс/мм, против 447 кгс/мм у глубинных слоев матричного металла ст,4 ХНЗВФ.П р и м е р 2. Проводят все, как описано в примере 1, но создают ва"4куум 5 10 мм рт,ст., доводят темпе 5И 1 АТ Сг4,93,482,832,011,866 1, 745 1,646 1,478 1,420 1,320 1, 273 1, 224 1,192 1,162 1, 133 1,046 1,025 1,008 1,006 1,003 0,988 0,901 0,899 а = 4,02915 13893ратуру тигля до 1525 С и выдерживаютего в течение 30 мин, охлаждают расплав со скоростью 10 С/с. Гомогенизирующий отжиг проводят в вакууме-4 55 10 мм рт.ст, при температуре1210 С в течение 22 ч.Получают никель-хромистый алюминидсостава ИдА 1, Сг . кристиллизующийся в гексагональной сингонии спериодами решетки а = 4,029 + 0,005 А,с = 4, 90 1 + О, 005 А (см,таблицу) .Микротвердость соединенияБдА 1,р,Сгр равна 900 кгс/ммСредняя микротвердость зоны микро-диффузии, полученная при лазерномлегировании ст.4 ХНЗВФ этим соединением, равна 790 кгс/мм ,Только указанные условия обеспечивают получение однофазного соединения состава БдА 1, Сг р, . Так, сниожение температуры плавки ниже 1475 С,уменьшение времени выдержки менее30 мин и скорости охлаждения менее10 С/с приводит к неоднофазности 25кристаллизующегося сплава (количество второй фазы по данным микрорентгеновского анализа превышало 2-37).Повышение температуры плавки выше1525 С и увеличение времени выдержкиболее 40 мин, а скорости охлаждениясвыше 10 С/с приводит к существен 2 оному отклонению от заданного содержания алюминия и вновь к выпадениювторой фазы при кристаллизации, чтоотмечалось и при рентгенографическоманализе полученного сплава.П. р и м е р 3. В алундовый тигельпомещают навески чистых компонентовникеля в количестве 6, 250 г, хрома0,800 г, алюминия 2,950 г. Тигельставят в вакуумную индукционную печьс кварцевой трубой и медным водоохлаждаеим индуктором. Создают вакуум,равный 3 1 О мм рт.ст., расплавляютЬ 5навеску, доводя содержимое тигля дотемпературы 1500 С, и проводят выдержку в течение 35 мин. Затем, снимая электрическую нагрузку и сдвигаяиндуктор, охлаждают расплав в тиглесо скоростью 5 10 С/с, После этогопроводят гомогецизирующий отжиг вФвакууме, равном 3 10 мм рт,ст. при 25температуре 1200 С вылержкой и течение 21 ч и последующим охлаждением с печью. По данным химического ц рентгенографического ацализа получают никель-хромистый алюмицид состава ИгА 1, Сгр, , кристаллизующийся в гексагоцальцой сицгоции с периодами решетки а = 4,029 + + 0,005 А, с = 4,901 + 0,05 А. Микротвердость соединения МгЛ 1,р Сг, равна 900 кгс/мм . Средняя микротвердость зоны микродиффузии, полученная при лазерном легировации ст. 4 ХНЗВФ этим соединением, равна 700 кгс/ммТаким образом, новое химическое соединение никель-хромистый алюмицид состава ИдА 1 , Сг рпозволяет упрочнить поверхностный слой конструкционных сталей при использовании его в качестве легирующего материала при лазерном легировациистали,Средняя микротвердость ст,4 ХНЗВФ составляет , 380 кгс/мм2средняя микротвердость поверхностнойзоны этой стали после простой лазерной закалки равна 506 кгс/мм(притолщине закаленного слоя 210 мкм).Средняя микротвердоть зоны микролегирования этой же стали после лазерного легирования с использованиемникель-хромистого алюмицида лредла -гаемого состава равна 720 кгс/ммпри глубине слоя 540 мкм (при томже режиме лазерной обработки),Формула и з о б р е т е н и я 1. Никель-хромистый алюминид состава БдА 1 р Сгр, в качестве материала для лазерного легировация конструкционных сталей.2. Способ получения цикель-хромистого алюминида, заключающийся в сплавлении никеля, алюмицця и хрома в соотношении 1:1,03:О, 14 лри 1475- 1525 С в вакууме (10-5 10 мм. рт.ст. в течение 30-40 миц, охлажо денни со скоростью 10-100 С/с и последующим гомогецизцруюшем отжиге при 1190-1210 С в течение 20-22 ч.1389325 Химический состав зон металла, полученный зондом диаметром1 мкм при няпряжении 25 кВ, при точечном сканировании зонылазерного легирования в сопоставлении с замерами микротвердости Состав металла, мас.% Рас- стояние отпоВ тоМикротвердостьНо,кгс РасстояЗоны металла чек зонние подиро- вания верх- ности верх- ности А 1 меметалла,мкм талла,мкм0,4 0,1 Зона интенсив. ного массооб 0,2 0,1 0,2 0,1 мена - напы"ленный слой "матричный .металл 3 0,3 0,1 0,3 01 6 550 1, 1 94,8 О, 1 3,3 7 620 1,2 95,0 - 3,0 2,8 720 1,2 95,5 930 1,2 95,7 930 1,2 95,7" -2,7 2,6 10 2,1 1020 1,1 95,8 1120 1,1 96 О Глубинныеслои матричного металла 2,7 12 1210 1,1 95,6 2,7 13 2,7 1320 1,1 95,6 1410 1, 1 95,7 14 2,7Среднее - 720среднее - 447Средний прирост микротвердости зоны микродиффузии к твердостиглубинных слоев металла составляет 61, 1%,глубина зоЛы 540 мкм Составитель О.ГолыкниковаТехред И.Ходанич Коректор Т.Палий Редактор Е.Месропова Заказ 4911 Тираж 576 Подписное ВЩПНП 1 Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва, Ж-З 5, Раушская наб., д, 4/5 11 1Производственно-издательский комбинат Патент . г.ужгород, ул, Гагарина,101 150 3,3 65,3 1,3 29,5 250 ЗфЗ 651 1 1 эЗ ЗОэО 350 3 3 67 О 1 4 78 О 420 Зэ 2 6418 1 ф 9 29 ф 1 450 3, 1 68,3 1,5 26)7 44 306 120 258 183 258 258 258 357 306 397 579 429 157 0,3 О, 1 483 757 0,6 О, 1 546 579 О 4 О 1 630 .757 0,4 0,2 765 757 0,3 О, 1 828 757 918 673