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

Изобретение относится к области металлургии и предназначено для наплавки седел и штоков запорной арматуры, применяемой 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 карбида ванадия в никеле дополнительно содержит карбид ванадия при следующем соотношении ингредиентов, мас. Карбид ванадия 1,0-3,0
Твердый раствор карбида
ванадия в никеле Остальное
при этом твердый раствор карбида ванадия в никеле содержит 0,3-2,9 (мас. ) карбида ванадия.

При содержании в сплаве 1,0-3,0 (мас.) карбида ванадия и в твердом растворе карбида ванадия в никеле 0,3-2,9 (мас.) карбида ванадия его двухфазная структура (дисперсные равномерно распределенные в сплаве частицы карбида ванадия и твердый раствор карбида ванадия в никеле) имеет повышенные твердость и коррозионную стойкость во фторсодержащей среде.

Как показали проведенные исследования при содержании карбида ванадия в сплаве менее 1,0 (мас.) и твердом растворе карбида ванадия в никеле менее 0,3 (мас.) твердость сплава и его коррозионная стойкость во фторсодержащей среде практически не отличаются от аналогичных показателей сплава-прототипа.

При содержании карбида ванадия в сплаве и твердом растворе карбида ванадия в никеле более 3,0 и 2,9 (мас.) соответственно образуются выходящие на поверхность образца из сплава волосовидные трещины, которые могут явиться источником развития ножевой, язвенной и межкристаллитной коррозии.

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

Сплав получали в лаборатории сварки Пермского политехнического института с использованием образцов размером 10х10х25 мм из никеля марки НП-2 и комплексного электролитического покрытия (КЭП) системы никель-карбид ванадия. КЭП наносили на образцы в электролите следующего состава (г/л): NiSО₄ 170; NiCl 35; Na₂SО₄ 70; борная кислота 30; карбид ванадия 10. Режим процесса: плотность тока (i_k)= 2,5-7,5 А/дм²; Т электролита 53-55^оС. Перемешивание раствора постоянное с помощью магнитной мешалки ММ-3М. Предварительная обработка образцов перед нанесением покрытия включала: химическое обезжиривание в венской извести; химическое активирование в смеси кислот Н₂SО₄ и НСl (50: 50). В качестве анода использовали никель марки НПА-2.

Комплексное электролитическое покрытие (никель-карбид ванадия), нанесенное на поверхность пластин слоем 100-200 мкм, оплавляем с помощью технологической лазерной установки "Квант-15" при помощи излучения 4-12 Дж, положении фокусного пятна относительно поверхности пластины на расстоянии 4-12, перекрытии поло при имплантации (наплавке) по площади 100-200 мкм.

Фазовый состав полученного сплава изучали с помощью рентгеновского дифрактометра "Дрон-2" в кобальтовом монохроматизированном К α -излучении.

На сканирующем электронном микроскопе и всеволновом дисперсионном анализаторе спектра рентгеновского излучения ВДАР-1 проводили рентгеноспектральный микроанализ сплава.

Измерение микротвердости металла сплава проводили на приборе ПМТ-3 при нагрузке 50 г с шагом измерений 30 мкм.

Коррозионную стойкость сплава определяли 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. Циклические потенциодинамические поляризационные кривые снимали в диапазоне потенциалов ±10 мВ при скоростях развертки потенциала 1˙10^-2, 5˙10^-3, 2˙10^-3, 1˙10^-3, 5˙10^-4 В/с.

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

В нижеследующей таблице приведены составы предлагаемого сплава (составы 1-3), сплава-прототипа (состав 6) и данные по влиянию карбида ванадия на твердость сплава, его коррозионную стойкость в 0,1 М растворе плавиковой кислоты и описание микроструктуры сплава.

Влияние карбида ванадия на твердость сплава и его коррозионную стойкость в 0,1 М растворе плавиковой кислоты.

Как видно из таблицы, наибольшие показатели твердости сплав имеет при соответствии его заявляемым пределам содержания карбида ванадия в сплаве и твердом растворе карбида ванадия в никеле (составы 1-3).

При содержании карбида ванадия в сплаве и твердом растворе карбида ванадия в никеле ниже заявляемых пределов (состав 4) твердость и коррозионная стойкость сплава во фторсодержащей среде практически не отличаются от твердости и коррозионной стойкости сплава-прототипа (состав 6).

При содержании карбида ванадия в сплаве и твердом растворе карбида ванадия в никеле выше верхнего предела, указанного в формуле изобретения (состав 5) в микроструктуре сплава наблюдается неравномерное распределение частиц карбида ванадия в сплаве, а также отдельные конгломерированные частицы, что, очевидно, приводит к неравномерной и повышенной в сравнении со сплавом прототипа коррозии.

Предлагаемый сплав, благодаря в 1,2-2,2 раза большей (по сравнению со сплавом-прототипом) твердости и на 20-30% большей коррозионной стойкости во фторсодержащей среде, обладает большей эрозионной стойкостью и может быть использован для наплавки седел и штоков запорной арматуры установок производства фторсодержащих соединений для повышения сроков ее службы.

Сплав предназначен для наплавки седел и штоков запорной арматуры, применяемой в производстве фторсодержащих соединений. Сплав содержит, в мас. карбид ванадия 1,0 3,0, твердый раствор карбида ванадия в никеле с содержанием 0,3 2,9% карбида ванадия остальное. Свойства сплава: микротвердость 2680 5050 МПа, коррозионная стойкость с (ток коррозии) (2,9-3,7)·10^-5A/cм² 1 табл.

СПЛАВ НА ОСНОВЕ ТВЕРДОГО РАСТВОРА КАРБИДА ВАНАДИЯ В НИКЕЛЕ, отличающийся тем, что, с целью повышения твердости и коррозионной стойкости во фторсодержащей среде, твердый раствор карбида ванадия в никеле содержит 0,3 - 2,9% карбида ванадия, а сплав дополнительно содержит карбид ванадия при следующем соотношении компонентов, мас.

Карбид ванадия 1,0 3,0
Твердый раствор карбида ванадия в никеле Остальное