СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ НИКЕЛИДА ТИТАНА И СПЛАВОВ НА ЕГО ОСНОВЕ Российский патент 1999 года по МПК C30B28/00 C30B29/52 C30B11/02 C22C1/02 C22C14/00 

Изобретение относится к цветной металлургии, в частности к способам получения гомогенного поликристаллического материала с определенной структурой.

Интерес к сплавам с эффектом памяти формы постоянно возрастает. В первую очередь это связано с реальной возможностью создания тепловых машин для переработки низкопотенциального тепла. Одним из наиболее перспективных материалов в качестве твердого рабочего тела тепловых машин являются сплавы TiNi и TiNiCu, получение которых в виде крупных однородных по структуре и составу блоков представляет определенные трудности.

Известны способы получения интерметаллида TiNi и сплавов на его основе методами дуговой и индукционной плавки. Но они не позволяют за одну операцию получить значительное количество гомогенного материала. Для получения химической однородности литого продукта необходим многократный его переплав, что значительно усложняет и удорожает процесс получения [1].

Большой интерес вызывает процесс получения интерметаллических соединений методом порошковой металлургии с использованием эффекта контактного плавления (прототип). Механизм процесса спекания прессовок смеси при соотношении Ti : Ni = 1 : 1 в вакууме описан в работе [2]. Сущность процесса состоит в том, что при температурах ниже эвтектических вследствие превалирования коэффициента диффузии никеля в титан над коэффициентом диффузии титана в никель последний проникает в частицы Ti, образуя преимущественно фазу Ti₂Ni, а в прежних местах его нахождения появляются поры, в то время как частицы титана разбухают. Цилиндрический образец, спрессованный сжатием в одном направлении, при спекании увеличивается в диаметре и уменьшается по высоте, пористость его возрастает в сравнении с исходной. При температуре эвтектики появляющаяся жидкая фаза вызывает резкую интенсификацию процессов диффузии. Интерметаллическая фаза, входящая в состав эвтектики, расплавляется и распространяется (растекается) по порам и дефектам, смачивая твердые частицы, а на месте ее прежнего нахождения образуется большая дырка (вторичная пористость). В результате этого объем образца резко увеличивается. Недостатком этого метода являются непропорционально возрастающие затраты на процесс прессования при получении крупных слитков, а также появление первичной и вторичной пористости и трудности, связанные с ее устранением.

Цель изобретения - устранить трудности, связанные с процессом прессования и появлением пористости, характерных для метода порошковой металлургии с использованием эффекта контактного плавления. Указанная цель достигается нагревом в вакууме смеси порошков Ti и Ni (и добавок к ним других порошков при получении сплавов) до температур, на 20-40^oC превышающих точку плавления интерметаллида TiNi, последующей выдержкой при этой температуре в пределах трех часов и последующей направленной кристаллизацией расплава.

ПРИМЕР ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ
Порошки титана и никеля с крупностью частиц 100-250 мкм перемешали и засыпали в тигель. Тигель поместили в вакуумную печь, нагрели до 1330-1350^oC, что обеспечило образование и полное расплавление интерметаллида. При последующей выдержке в течение 3 часов было достигнуто удаление всех пор, после этого тигель с расплавом опускали из высокотемпературной зоны печи со скоростью 4 мм/мин. После этого выключали печь. Полученные образцы были подвергнуты рентгено-структурному и металлографическому анализу. Результаты показали структурную и химическую однородность слитков по всей длине.

Таким образом были получены образцы сплавов TiNi и TiNiCu (3% ат.)
ПОЛОЖИТЕЛЬНЫЙ ЭФФЕКТ ПРЕДЛАГАЕМОГО СПОСОБА
1. Сравнительно небольшим повышением температуры компенсируется исключение прессования при реализации эффекта контактного плавления, обеспечивающее устойчивый процесс сплавообразования без достижения температур плавления компонентов смеси (титан - 1670, никель - 1453^oC).

2. Простая выдержка расплава в пределах трех часов (без перемешивания и без достижения высокого вакуума) устраняет первичную и вторичную пористости и позволяет получать однородные по структуре слитки.

3. Направленная кристаллизация обеспечивает получение структурно и химически однородных слитков.

ИСТОЧНИКИ ИНФОРМАЦИИ
1. М. М. Антонова, О. Т. Хорпяков, Т.В. Хомко. Объемные изменения при спекании смеси порошков титана и никеля в вакууме и в водороде: Порошковая металлургия. 1991 - N 4, стр. 34.

2. Igharo M. , Wood J.V. Compaction and sintering phenomena in titanium-nickel snape memory alloys // Powder. Met. - 1985 - 28 - N3 - p. 131-139.

Изобретение может быть использовано в цветной металлургии при получении сплавов, содержащих титан. Сущность изобретения: порошки титана и никеля перемешивают, засыпают в тигель и нагревают в вакуумной печи до температур, на 20-40^oC превышающих точку плавления интерметаллида титан - никель, выдерживают при этих температурах в пределах 3 ч, после чего осуществляют направленную кристаллизацию. Изобретение позволяет получать сплавы на основе никелида титана из смеси порошков без предварительного прессования в виде плотных однородных по составу и структуре слитков.

Способ получения интерметаллида TiNi и сплавов на его основе из смеси порошков титана, никеля и других добавок с использованием эффекта контактного плавления, отличающийся тем, что смесь порошков нагревают до температур, на 20 - 40^oС превышающих точку плавления интерметаллида титан - никель, выдерживают при этих температурах в пределах трех часов и затем осуществляют направленную кристаллизацию.