СПЛАВ НА ОСНОВЕ ТВЕРДОГО РАСТВОРА КАРБИДА ЦИРКОНИЯ В НИКЕЛЕ Советский патент 1995 года по МПК C22C19/03 

Изобретение относится к области металлургии и предназначено для наплавки седел и штоков запорной арматуры, используемой в производстве фторсодержащих соединений.

Цель изобретения повышение твердости сплава и его коррозионной стойкости во фторсодержащей среде.

Поставленная цель достигается тем, что сплав в виде твердого раствора карбида циркония в никеле дополнительно содержит карбид циркония при следующем соотношении ингредиентов (%): Карбид циркония 3-7
Твердый раствор
карбида циркония в никеле Остальное при этом твердый раствор карбида циркония в никеле содержит 0,50-2,9% карбида циркония.

При содержании в сплаве 3-7% карбида циркония и в твердом растворе карбида циркония в никеле 0,5-2,9% карбида циркония его двухфазная структура (дисперсные равномерно распределенные в сплаве частицы карбида циркония и твердый раствор карбида циркония в никеле) имеет повышенные твердость и коррозионную стойкость во фторсодержащей среде.

Как показали проведенные исследования, при содержании карбида циркония в сплаве менее 3% и в твердом растворе карбида циркония в никеле менее 0,50% твердость сплава и его коррозионная стойкость во фторсодержащей среде не отличаются от аналогичных показателей сплава-прототипа.

При содержании карбида циркония в сплаве и в твердом растворе карбида циркония в никеле более 7,0 и 2,9% соответственно образуются волосовидные трещины, выходящие на поверхность, которые могут явиться источником развития ножевой, язвенной и межкристаллитной коррозии.

При отработке предлагаемого сплава были опробованы составы с содержанием карбида циркония в них и твердом растворе карбида циркония в никеле в количествах, соответствующих как граничным значениям его, приведенным в формуле изобретения, так и средним и выходящим за заявляемые пределы.

Сплав получали лазерной имплантацией (наплавкой) карбида циркония в поверхностный слой никеля марки НП-2, для чего на поверхность образцов (пластин размером 10х10х25 мм) наносили шликерное покрытие (пасту) толщиной 100-200 мкм, приготовленное из порошка карбида циркония дисперсностью 0,1-50 мкм на основе 5%-ного раствора канифоли в этиловом спирте.

Имплантирование производили технологической лазерной установкой Квант-15 при мощности излучения 4-12 Дж, положении фокусного пятна относительно поверхности технологической лазерной установкой Квант-15 при мощности излучения 4-12 Дж, положении фокусного пятна относительно поверхности образца 4-12 мм, перекрытии полос при имплантации по площади 100-200 мкм. Фазовый состав полученного сплава (поверхностного слоя на никеле) изучали с помощью рентгеновского дифрактометра Дрон-2 в кобальтовом монохроматизированном K_α -излучении.

Металлографические исследования проводили на оптических металлографических микроскопах типа МИМ и на растровом электронном микроскопе РЭМ-100У.

Рентгеноспектральный микроанализ проведен на всеволновом дисперсионном анализаторе спектра рентгеновского излучения ВДАР-1 на сканирующем электронном микроскопе. Измерение микротвердости сплава проводили на приборе ПМТ-3 при нагрузке 50 г с шагом измерений 30 мкм.

Проведенные исследования показали существование имплантированного карбида циркония в поверхностном слое никеля со значительным перенасыщением твердого раствора карбида циркония в никеле карбидом циркония.

Коррозионную стойкость сплава проверяли (электрохимически) в 0,1 М растворе плавиковой кислоты на потенциометре ПИ-50-11,1 с программатором ПР-8 и потенциометром ПДПИ-002 методом линейной поляризации.

В нижеследующей таблице приведены составы предлагаемого сплава, сплава-прототипа и данные по влиянию карбида циркония на твердость сплава, на его коррозионную стойкость в 0,1 М растворе плавиковой кислоты и описание микроструктуры сплава.

Как видно из таблицы, наибольшие показатели твердости сплав имеет при соответствии его заявляемым пределам по содержанию карбида циркония в сплаве и твердом растворе карбида циркония в никеле.

При содержании карбида циркония в сплаве и твердом растворе карбида циркония в никеле ниже заявляемого предела (состав 4) его твердость и коррозионная стойкость незначительно отличаются от аналогичных показателей сплава-прототипа.

При содержании карбида циркония в сплаве и твердом растворе карбида циркония в никеле выше заявляемого предела (состав 5) в микроструктуре сплава наблюдаются выходящие на поверхность образца сплава волосовидные трещины, которые могут привести к ножевой, язвенной и межкристаллитной коррозии.

Предлагаемый сплав по сравнению со сплавом-прототипом, благодаря перенасыщению твердого раствора карбида циркония в никеле карбидом циркония, имеет большую ( ≈ 2,5-3,0 раза) твердость и более ( ≈ на 15-20%) высокую коррозионную стойкость во фторсодержащей среде, что позволяет использовать его для наплавки рабочих поверхностей и штоков запорной арматуры установок производства фторсодержащих соединений и повысить их стойкость и, соответственно, срок службы запорной арматуры.

Сплав предназначен для наплавки седел и штоков запорной арматуры, используемой в производстве фторсодержащих соединений. Сплав содержит, мас. карбид циркония 3,0 7,0; твердый раствор карбида циркония в никеле с содержанием 0,5 2,9% карбида циркония остальное. Свойства сплава: твердость 5200 - 6500 МПа, коррозионная стойкость (ток коррозии) (3,12-3,36)·10^-5A/см². 1 табл.

СПЛАВ НА ОСНОВЕ ТВЕРДОГО РАСТВОРА КАРБИДА ЦИРКОНИЯ В НИКЕЛЕ, отличающийся тем, что с целью повышения твердости и коррозионной стойкости во фторсодержащей среде, твердый раствор карбида циркония в никеле содержит 0,5 - 2,9% карбида циркония, а сплав дополнительно содержит карбид циркония при следующем соотношении компонентов, мас.

Карбид циркония 3,0 7,0
Твердый раствор карбида циркония в никеле Остальное