Регистрация / Вход
Прислать материал

Разработка инновационной технологии получения сферических гранул из распыляемого порошкового электрода на основе системы Ti-Al, модифицированного частицами Y2O3, предназначенных для получения деталей газотурбинных двигателей с применением метода селективного лазерного спекания

ФИО: Капланский Ю. Ю.

Направление: Современные материалы и технологии их создания (У.М.Н.И.К.)

Научный руководитель: ст. пр., к.т.н. Зайцев А.А.

Институт: Институт экотехнологий и инжиниринга

Кафедра: Кафедра Порошковой металлургии и функциональных покрытий

Академическая группа: МФП-14-1

Аддитивные технологии являются одними из самых перспективных направлений для изготовления деталей сложной формы из жаропрочных интерметаллидных сплавов на основе TiAl и NiAl. Основной материаловедческой задачей, без решения которой, реализации процесса получения изделий по аддитивным технологиям будет невозможна, является получение исходных материалов в виде гранул сферической формы с заданным фракционным составом.

Гранулы сферической формы получают путем распыления предварительно выплавленного электрода заданного состава, методом центробежного распыления или распыления энергоносителем (инертный газ – аргон) в камере с защитной атмосферой. Изделия, создаваемые с помощью метода селективного лазерного спекания, должны обладать гомогенной микро- и макроструктурой, которая полностью зависит от однородности химического состава и технологии получения исходного материала – гранул. Основной сложностью в их получении из сплавов на основе системы Ti-Al и Ni-Al легированных тяжелыми элементами, с применением литейных технологий, является предотвращение объемной ликвации по высоте выплавляемого электрода возникающей в процессе кристаллизации расплава. Применение порошковых технологий при изготовления распыляемых электродов позволит полностью избежать объемных ликваций и получить порошковый электрод с относительной плотностью близкой к единице и обладающий гомогенной структурой.

Целью настоящей работы являлось получение порошкового электрода с пористостью менее 2% из сплава на основе системы Ti-Al, модифицированного тугоплавкими частицами Y2O3 предназначенного для последующего получения гранул методом центробежного распыления. В качестве базового материала использовался порошок сплава 4822 (Ti – 47%Al – 2%Nb – 2%Cr (масс. %)) полученный гидридно-кальциевым методом, в который добавлялся субмикронный порошок Y2O3 в количестве не превышающим 1,5 об. %. Предполагается, что модифицирующее действие частиц Y2O3, приводящее к измельчению структуру электрода и тем самым к повышению его эксплуатационных свойств, будет наблюдаться и в получаемых гранулах.

К интерметаллидным сплавам предъявляются жесткие требования по кислороду, его содержание в изделие не должно превышать 0,2%, тем не менее смесь порошка сплава 4822 и добавки частиц Y2O3 должна быть гомогенной для обеспечения однородности структуры и механических свойств изделия после спекания, поэтому были проведены работы по оптимизации способов и режимов смешивания с применением планетарной и шаровой мельницы. По результатам анализа на кислород смесей, обработанных в планетарной (ПЦМ) и шаровой мельнице (ШВМ) показано, что смешивание порошка 4822 в ПЦМ в течение 3 минут приводит к увеличению окисленности порошка на 0,1–0,2% масс, в то время как обработка смесей в ШВМ при времени 8 ч. увеличивает содержание кислорода относительно исходного порошка менее чем на 0,1% масс. По результатам РЭМ обработка смеси 4822+Y2O2 в ШВМ в течение 8 ч обеспечивает равномерное распределение оксидных частиц по объему смеси, что позволило выбрать этот режим смешивания для дальнейших исследований. Прессование порошковых смесей проводилось в стальной цилиндрической пресс-форме Ø12 мм по двухсторонней схеме приложения нагрузки в интервале давлений 1–17 т/см2. Показано, что полученные смеси обладают плохой формуемостью при давлениях менее 12 т/см2, что связано с низкой пластичность интерметаллидных порошков. Спекание прессовок проводилось в вакуумной печи при температуре от 1100 до 1300°С и временах выдержки 1–3 ч. Спекание по оптимальному режиму позволило получить компактные образцы с пористостью менее 2%, состоящие из фаз TiAl и Ti3Al.