Preview

Izvestiya vuzov. Poroshkovaya metallurgiya i funktsionalʹnye pokrytiya

Расширенный поиск

ПОЛУЧЕНИЕ ПОРОШКА СПЛАВА NB–16SI МЕТОДОМ МЕХАНИЧЕСКОГО ЛЕГИРОВАНИЯ И СФЕРОИДИЗАЦИИ В ТЕРМИЧЕСКОЙ ПЛАЗМЕ ЭЛЕКТРОДУГОВОГО РАЗРЯДА ДЛЯ АДДИТИВНЫХ ТЕХНОЛОГИЙ

https://doi.org/10.17073/1997-308X-2017-3-32-40

Полный текст:

Аннотация

Создание новых более тугоплавких жаропрочных материалов для газотурбинных двигателей является одной из важнейших задач современного материаловедения. Это связано с тем, что используемые в настоящее время для этих целей ни- келевые суперсплавы имеют низкую температуру плавления ~1400 °С, которая ограничивает их собственную максимальную рабочую температуру интервалом 1100–1150 °С. Заменой Ni-сплавам могут стать естественные композиты, в которых матрицей являются тугоплавкие металлы, а интерметаллидными упрочнителями – их силициды. Среди бинарных систем «тугоплавкий металл–кремний» только три из них проявляют стабильность к силициду Me5Si3: Nb5Si3, Re5Si3 и W5Si3. С точки зрения сочетания высокой температуры плавления и низкой плотности соединение Nb5Si3 является оптимальным среди остальных силицидов. Значительный интерес представляет использование сплавов системы Nb–Si в машинах аддитивного производства. В работе представлены результаты экспериментальных исследований по обработке порошка сплава Nb–16ат.%Si, полученного с помощью механического легирования элементарных порошков Nb и Si, в потоке термической плазмы. Порошок сплава Nb–16Si был получен механическим легированием порошков чистых элементов в планетарной мельнице Fritsch Pulverisette 4. Процесс сфероидизации порошка проводился в плазменной установке на базе электродугового генератора термической плазмы с вихревой стабилизацией разряда. На основе результатов комплекса выполненных экспериментальных исследований показана принципиальная возможность процесса плазменной сфероидизации частиц порошка сплава Nb–16Si, полученных механическим легированием. Показано, что поверхность частиц после сфероидизации является неровной и отображает литую структуру материала. На микрошлифах выявлены три фазовые составляющие Nb5Si3, Nb3Si и Nbтв.р-р, имеющие различный оптический контраст, что подтверждается результатами рентгенофазового анализа.

Об авторах

А. А. Попович
Санкт-Петербургский политехнический университет Петра Великого» (СПбПУ)
Россия

докт. техн. наук, профессор кафедры технологии и исследования материалов (ТИМ);

директор Института металлургии, машиностроения и транспорта,

195251, г. Санкт-Петербург, ул. Политехническая, 29



Н. Г. Разумов
Санкт-Петербургский политехнический университет Петра Великого» (СПбПУ)
Россия
канд. техн. наук, вед. инженер лаборатории функциональных материалов


А. В. Григорьев
Санкт-Петербургский политехнический университет Петра Великого» (СПбПУ); ОАО «Климов»
Россия

аспирант кафедры ТИМ;

ген. конструктор,

194100, г. Санкт-Петербург, ул. Кантемировская, 11



А. В. Самохин
Институт металлургии и материаловедения им. А.А. Байкова (ИМЕТ РАН)
Россия

канд. техн. наук, вед. науч. сотрудник лаборатории плазменных процессов в металлургии и обработке металлов (№ 16),

119991, г. Москва, Ленинский пр-т, 49



В. Ш. Суфияров
Санкт-Петербургский политехнический университет Петра Великого» (СПбПУ)
Россия
канд. техн. наук, вед. науч. сотрудник лаборатории функциональных материалов


И. С. Гончаров
Санкт-Петербургский политехнический университет Петра Великого» (СПбПУ)
Россия
аспирант кафедры ТИМ


А. А. Фадеев
Институт металлургии и материаловедения им. А.А. Байкова (ИМЕТ РАН)
Россия
мл. науч. сотрудник


М. А. Синайский
Институт металлургии и материаловедения им. А.А. Байкова (ИМЕТ РАН)
Россия
мл. науч. сотрудник


Список литературы

1. Светлов И.Л. Высокотемпературные Nb—Si-композиты // Материаловедение. 2010. No. 9. С. 29—38.

2. Карпов М.И. Современные направления исследований и достижения в области создании новых жаропрочных материалов на основе тугоплавких металлов с интерметаллидным и карбидным упрочнением // Нанотехнологии функциональных материалов (НФМ’16): Тр. междунар. науч.-техн. конф. (г. Санкт-Петербург, 21—25 июня 2016 г.). СПб.: Изд-во Политехн. ун-та. 2016. С. 350—354.

3. Drawin S., Justin J.F. Advanced lightweight silicide and nitride based materials for turbo-engine applications // Aerospace Lab. 2011. Vol. 3. Р. 1—13.

4. Zhao J.-C., Bewlay B.P., Jackson M.R. Determination of Nb—Hf—Si phase equilibria // Intermet. 2001. Vol. 9. No. 8. Р. 681—689.

5. Drawin S. Ultra high temperature materials for turbines // European framework programme fp6 — specific targeted research project (STREP) Priority T4 — Aeronautics and space: Final activity report. 2008.

6. Карпов М.И., Внуков В.И., Коржов В.П., Строганова Т.С., Желтякова И.С., Прохоров Д.В., Гнесин И.Б., Кийко В.М., Колобов Ю.Р., Голосов Е.В., Некрасов А.Н. Структура и механические свойства жаропрочного сплава системы Nb—Si эвтектического состава, полученного методами направленной кристаллизации // Деформация и разрушение материалов. 2012. No. 12. C. 2—8.

7. Светлов И.Л., Кузьмина Н.А., Нейман А.В., Исходжанова И.В., Карпов М.И., Строганова Т.С., Коржов В.П., Внуков В.И. Влияние скорости кристаллизации на микроструктуру, фазовый состав и прочность in-situ-композита Nb/Nb5Si3 // Изв. РАН. Сер. физ. 2015. Т. 79. No. 9. C. 1294—1297.

8. Drawin S., Monchoux J.P., Raviart J.L., Couret A. Microstructural properties of Nb—Si based alloys manufactured by powder metallurgy // Adv. Mater. Res. 2011. Vol. 278. No. 4. P. 533—538.

9. Drawin S. P/M manufacturing of niobium silicide based materials // Proceedings — 18 Plansee Seminar 2013 — Inter. Conf. on refractory metals and hard materials (Reutte/Austria, 3—7 June, 2013). RM105.

10. Wang X.L., Wang G.F., Zhang K.F. Effect of mechanical alloying on microstructure and mechanical properties of hot-pressed Nb—16Si alloys // Mater. Sci. Eng. A. 2010. Vol. 527. P. 3253—3258.

11. Wang X.L., Zhang K.F. Mechanical alloying, microstructure and properties of Nb—16Si alloy // J. Alloys Compd. 2010. Vol. 490. P. 677—683.

12. Бутягин П.Ю. Проблемы и перспективы механохимии // Успехи химии. 1994. Т. 63. C. 1031—1043.

13. Suryanarayana C. Mechanical alloying and milling // Prog. Mater. Sci. 2001. Vol. 46. P. 1—184.

14. Болдырев В.В. Механохимия и механическая активация твердых веществ // Успехи химии. 2006. Т. 75. No. 3. C. 203—216.

15. Frazier W.E. Metal Additive Manufacturing: A Review // J. Mater. Eng. Perform. 2014. Vol. 23. No. 6. P. 1917—1928.

16. Зверев С.Г. Разработка и исследование высокочастотной плазменной установки для обработки тугоплавких дисперсных материалов: Дис. ... канд. тех. наук. С.-Петербург: СПбГПУ, 2002.

17. Алексеев Н.В., Самохин А.В., Цветков Ю.В. Плазменная установка для получения нанодисперсных порошков: Пат. 2311225 (РФ). 2007.

18. Kumar S., Selvarajan V. Plasma spheroidization of iron powders in a non-transferred DC thermal plasma jet // Mater. Characterization. 2008. Vol. 59. No. 6. P. 781—785.

19. Chaturvedi V., Ananthapadmanabhan P. V., Chakravarthy Y., Bhandari S., Tiwari N., Pragatheeswaran A., Das A.K. Thermal plasma spheroidization of aluminum oxide and characterization of the spheroidized alumina powder // Ceram. Int. 2014. Vol. 40. No. 6. P. 8273—8279.

20. Самохин А.В., Алексеев Н.В., Цветков Ю.В. Плазмохимические процессы создания нанодисперсных порошковых материалов // Химия высоких энергий. 2006. Т. 40. No. 2. С. 120—125.

21. Zhu H.L., Tong H.H., Yang F.Z., Wang Q., Cheng C.M. A comparative study on radio-frequency thermal plasma spheroidization for two types of alumina ceramic powder // Adv. Mater. Res. 2014. Vol. 1058. P. 221—225.

22. Tong J.B., Lu X., Liu C.C., Wang L.N., Qu X.H. Fabrication of micro-fine spherical high Nb containing TiAl alloy powder based on reaction synthesis and RF plasma spheroidization // Powder Technol. 2015. Vol. 283. P. 9—15.


Для цитирования:


Попович А.А., Разумов Н.Г., Григорьев А.В., Самохин А.В., Суфияров В.Ш., Гончаров И.С., Фадеев А.А., Синайский М.А. ПОЛУЧЕНИЕ ПОРОШКА СПЛАВА NB–16SI МЕТОДОМ МЕХАНИЧЕСКОГО ЛЕГИРОВАНИЯ И СФЕРОИДИЗАЦИИ В ТЕРМИЧЕСКОЙ ПЛАЗМЕ ЭЛЕКТРОДУГОВОГО РАЗРЯДА ДЛЯ АДДИТИВНЫХ ТЕХНОЛОГИЙ. Izvestiya vuzov. Poroshkovaya metallurgiya i funktsionalʹnye pokrytiya. 2017;(3):32-40. https://doi.org/10.17073/1997-308X-2017-3-32-40

For citation:


Popovich A.A., Razumov N.G., Grigoriev A.V., Samokhin A.V., Sufiiarov V.S., Goncharov I.S., Fadeev A.A., Sinaiskii M.A. PREPARATION OF SPHERICAL NB-16SI ALLOY POWDERS FOR ADDITIVE TECHNOLOGIES BY MECHANICAL ALLOYING AND SPHEROIDIZATION IN ELECTRIC ARC THERMAL PLASMA. Izvestiya Vuzov. Poroshkovaya Metallurgiya i Funktsional’nye Pokrytiya (Universitiesʹ Proceedings. Powder Metallurgy аnd Functional Coatings). 2017;(3):32-40. (In Russ.) https://doi.org/10.17073/1997-308X-2017-3-32-40

Просмотров: 301


ISSN 1997-308X (Print)
ISSN 2412-8767 (Online)