СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ТИТАНО-НИКЕЛЕВОГО СПЛАВА, БЛИЗКОГО К ЭКВИАТОМНОМУ СОСТАВУ Российский патент 1997 года по МПК B22F9/02 C22C1/04 

Изобретение относится к порошковой металлургии, в частности к способам получения порошка титано-никелевого сплава, близкого к эквиатомному составу,
никелида титана, обладающего уникальными свойствами эффекта запоминания формы (ЭЗФ) и высокого демпфирования.

Известны способы получения порошков титано-никелевых сплавов синтезом исходных компонентов (порошковых смесей) при термическом и(или) механическом внешнем воздействии. Однако каждый из них имеет свои недостатки. Так, например, способ получения порошка титано-никелевого сплава никелида титана совместным восстановлением оксидов гидридом кальция (Жигунов В.В. Котенев В. И. Диффузное взаимодействие при получении порошков никелида титана. Диффузионные процессы в металлах Сб. научных трудов. Тула: ТПИ, 1986, с.67-71) технологически очень сложный, дорогой и не обеспечивает высокое качество порошку сплава из-за загрязнения элементами технологических сред ( кислород, водород, азот, кальций). Эксперименты по его спеканию в вакууме ≈10^-3Па показали появление (на поверхности брикетов) желтого цвета, характерного при образовании нитридов титана.

Другой известный способ получения порошка титано-никелевого сплава - никелида титана (патент Японии N 59-280901, опублик. 19.07.86) наиболее простой и дешевый, но он также не обеспечивает высокого качества порошка сплава из-за повышенного наклепа его частиц (что снижает прессуемость порошка ) в результате длительного размола порошковой смеси никеля и титана в течение более 300 ч, а также загрязнения его элементами газовой среды и мелкодисперсными частицами с истираемых поверхностей оборудования и инструмента.

Данных недостатков лишен выбранный в качестве прототипа способ получения титано-никелевого сплава эвтектического состава [1] позволяющий в условиях глубокого вакуума 10^-3Па синтезировать в виде порошка чистый титано-никелевый сплав, обладающий хорошей прессуемостью. Данное изобретение осуществляется следующим образом. В смеситель загружают порошок титана (70 мас.) и порошок никеля (30 мас.) и перемешивают полученную смесь в течение 3 ч. Тщательно перемешанную смесь помещают в вакуумную печь и отжигают при 600^oC в течение 10 ч до полной дегазации смеси, доводя вакуум до 10^-3Па, после чего производят размол полученного малопрочного спека в порошок. Затем повышают на 30-50^oC температуру каждого последующего отжига, начиная с температуры 700 ± 30^oC до 800 ± 30^oC, причем при температуре 800 ± 30^oC смесь подвергают вакуумному отжигу трижды, увеличивая время изотермической выдержки с 0,5 до 2,0 ч, а далее повышают температуру на 30 50^oC до завершения образования гомогенного сплава за счет взаимной диффузии компонентов порошковой смеси в твердом состоянии при нагреве до 900 ± 30^oC и осуществляют изотермическую выдержку в течение 0, 5 2,0 ч с целью обеспечения прохождения диффузионных процессов сплавообразования и сохранения материала в высокопористом состоянии. После каждого цикла отжига высокопористый спек размалывают в порошок.

Недостатком этого способа является то, что он наиболее эффективен только при получении эвтектического титано-никелевого сплава, имеющего самую низкую температуру плавления (955^oC). При получении значительно более тугоплавких титано-никелевых сплавов, в частности близкого к эквиатомному никелида титана, способ хоть и приемлем, но не обеспечивает достаточной гомогенности сплава, так как температура начала активной диффузии в сплавах зависит от температуры плавления (≈ 0,8Т_пл,К), поэтому требует доработки.

Поставлена задача разработать такой способ получения дисперсного титано-никелевого сплава, состав которого был бы близок к эквиатомному соотношению компонентов, а структура и свойства соответствовали гомогенному интерметаллиду никелиду титана, обладающего уникальным свойством ЭЗФ.

Эта задача решена следующим образом. Берутся исходные порошки и смешиваются в соотношении 55 57 мас. никеля и остальное титана, далее осуществляют процесс в соответствии с прототипом, но не завершают его как в прототипе последним циклом термообработки при 900 ± 30^oC а продолжают циклическую диффузионную термообработку с последующими размолами продукта до температуры 1050 ± 30^oC с выдержкой при температурах циклического нагрева 950, 1000 и 1050^oC по 1 ч.

Для интенсификации процесса размола спека и последующего процесса диффузии при нагреве свободнонасыпанного порошка, а также свободнонасыпанного дисперсного сплава полезна добавка в исходную порошковую смесь порошка карбида титана в количестве 0,5 мас.

Пример. Проводился режим термоциклической обработки титано-никелевых смесей, близкого к эквиатомному составу (55 мас. никеля и остальное титан; 56 мас. никеля и остальное титан; 57 мас. никеля и остальное титан), каждый до температуры 900 ±30^oC включительно (циклического нагрева с последующим размолом спека) выполнялся в соответствии с ранее приведенным режимом прототипа, а далее циклическая термообработка продолжена нагревом до 950 ±30^oC c выдержкой 1 ч охлаждение размол. Нагрев до 1000 ± 30^oC выдержка 1 ч охлаждение размол. Нагрев до 1050 ±30^oC выдержка 2 ч охлаждение размол.

Данный режим термоциклической обработки был повторен для всех титано-никелевых смесей при добавке 0,5 мас. порошка карбида титана, что позволило сохранить высокую пористость спеков и ускорить процесс их деспергирования в порошок размолом.

Рентгено-структурный анализ порошков сплава, полученного по разработанному термоциклическому режиму за счет вакуумного твердофазного синтеза в результате прохождения процесса взаимной диффузии, показал наличие на дифрактограммах только линий отражений от плоскостей кристаллической решетки никелида титана и присутствующих включений фазы Ti₂Ni при полном отсутствии линий, соответствующих отражениям от исходных компонентов, что соответствует интерметаллидному сплаву никелида титана в указанных пределах концентраций. Основная масса частиц (более 80%) полученного порошка имеет размеры 60 мкм и менее.

Введение в титано-никелевые смеси добавки порошка карбида титана позволяет, не меняя выбранный режим термоциклической обработки, существенно уменьшить время размола высокопористого спека, который из-за присутствия карбидных частиц малопрочен, так как при термообработке смесь плохо спекается и не склонна к усадке. При этом при высоких температурах термоциклической обработки частицы карбида титана разлагаются, рафинируя синтезированный сплав за счет взаимодействия углерода с остатками кислорода и эвакуации газообразного продукта реакции вакуумированием.

Использование: в области порошковой металлургии для получения порошка титано-никелевого сплава, близкого к эквиатомному составу - никелида титана, обладающего эффектом запоминания формы и высокого демпфирования. Сущность изобретения: смешивают порошки никеля и титана в соотношении 55 - 57 мас.% никеля, остальное - титан, полученную смесь подвергают в состоянии свободной насыпки циклической диффузионной термообработке, начиная с нагрева до температуры 600^oC c подъемом температуры на 50^oC в каждом следующем цикле до температуры 1050^oC с выдержкой 1 ч, начиная с температуры 950^oC в вакууме 10^-3 Па. При этом в исходную смесь добавляют 0,5 мас.% карбида титана. 1 з. п. ф-лы.

1. Способ получения титано-никелевого сплава, близкого к эквиатомному составу в дисперсном состоянии, включающий приготовление смеси порошков никеля и титана и последующую циклическую диффузионную термообработку в вакууме 10^- 3 Па, начиная с 600^oС, с подъемом температуры на 50^o в каждом следующем цикле, охлаждением и размолом продукта после каждого цикла, отличающийся тем, что приготавливают смесь, содержащую 55 57 мас. никеля, остальное титан, а циклическую диффузионную термообработку ведут до 1050^oС с выдержкой 1 ч, начиная с 950^oС. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что при приготовлении смеси добавляют порошок карбида титана в количестве 0,5 мас.