Монокристаллический материал интерметаллического соединения титана и алюминия и методы его получения - RU2017115945A

1. Вид монокристаллического материала интерметаллического соединения титана и алюминия, особенности которого заключаются в расчете атомной процентной концентрации, выражение состава сплава данного материала Ti_aAl_bNb_c(C,Si)_d, где 43≤b≤49, 2≤c≤10, a+b+c=100, 0≤d≤1.

2. Вид монокристаллического материала интерметаллического соединения титана и алюминия согласно п. 1 формулы изобретения, особенности которого заключаются в том, что 42≤a≤55, 43≤b≤49, 2≤c≤9, d=0.

3. Вид монокристаллического материала интерметаллического соединения титана и алюминия согласно п. 1 формулы изобретения, особенности которого заключаются в том, что 44≤a≤51, 43≤b≤47, 6≤c≤9, d=0.

4. Вид монокристаллического материала интерметаллического соединения титана и алюминия согласно п. 1 формулы изобретения, особенности которого заключаются в том, что 43≤b≤47, 6≤c≤10, a+b+c=100, 0.1≤d≤1.

5. Вид монокристаллического материала интерметаллического соединения титана и алюминия согласно любому из пп. 1-4 формулы изобретения, особенности которого заключаются в том, что способ получения данного материала включает следующие этапы:

(1) Взять каждый исходный материал с чистотой более 99.9%, согласно выражению компонентов сплава выполнить подбор состава; слиток материнского сплава расплавляется в индукционной печи с холодным тиглем для левитационной плавки при вакууме ниже 10^-3Па, затем, применяя метод гравитационного литья или литья вакуумным всасыванием, получают прутковый материнский сплав.

(2) Прутковый материнский сплав разрезается на верхнюю и нижнюю половины, которые будут использоваться соответственно в качестве пруткового исходного сырья и прутков затравочных кристаллов для зоны оптического всплывания печи направленной кристаллизации. Дистанция между прутковым исходным материалом в верхней части и прутков затравочных кристаллов в нижней части контролируется в пределах 1-5 мм. Прутковый исходный материал и прутки затравочных кристаллов соосно и вертикально размещают на горизонтальной поверхности, во время направленной кристаллизации подается защитный инертный газ. Настраивается взаимообратное направление вращения верхнего и нижнего пруткового материала, относительная скорость вращения 10-40 об/мин, включается нагрев таким образом, чтобы первыми расплавились противолежащие стороны верхних и нижних прутков; регулируется положение верхних и нижних прутков таким образом, что противолежащие стороны прутков постепенно соединяются; регулируется мощность оборудования и через 5-10 мин нагревания после того, как зона всплытия стала гладкой и равномерно расплавленной, скорость роста регулируют в пределах 2.5-30 мм/ч, после чего начинается направленная кристаллизация. После завершения затвердевания мощность постепенно снижается, одновременно медленно разделяют затвердевшие образцы и оставшиеся прутки образцов.

(3) Полученные монокристаллические прутки сплава титана и алюминия подвергаются вакуумной тепловой обработке, применяется метод холодной или горячей обработки в печи (1250-1350)°С × (12-24) ч+900°С × 30 мин.

6. Вид монокристаллического материала интерметаллического соединения титана и алюминия согласно п. 5 формулы изобретения, особенности которого заключаются в том, что на этапе (1) для индукционной левитационной плавки применяется медный тигель с водяным охлаждением, количество плавок материнского сплава не менее 3.

7. Вид монокристаллического материала интерметаллического соединения титана и алюминия согласно п. 5 формулы изобретения, особенности которого заключаются в том, что на этапе (1) размеры описываемого пруткового сплава Φ(4-8) мм × 120 мм, для описываемого литья вакуумным всасыванием применяется литье всасыванием с разностью давления, перепад давления поддерживается на уровне 3 МПа; при применении метода гравитационного литья давление защитного газа составляет 2/3 от стандартного атмосферного давления.

8. Вид монокристаллического материала интерметаллического соединения титана и алюминия согласно п. 5 формулы изобретения, особенности которого заключаются в том, что на этапе (2) описываемый инертный газ - аргон или азот, при направленной кристаллизации расход подаваемого газа 3-5 л/мин.

9. Вид монокристаллического материала интерметаллического соединения титана и алюминия согласно п. 5 формулы изобретения, особенности которого заключаются в том, что на этапе (1) чистота описываемого сырья алюминия, титана, углерода или кремния более 99.999%, чистота металлического ниобия более 99.9%.

10. Вид монокристаллического материала интерметаллического соединения титана и алюминия согласно п. 5 формулы изобретения, особенности которого заключаются в том, что на этапе (1) длина прутков затравочных кристаллов в нижней части 20-30 мм, длина пруткового исходного материала в верхней части менее 190 мм.

11. Вид монокристаллического материала интерметаллического соединения титана и алюминия согласно любому из пп. 1-4 формулы изобретения, особенности которого заключаются в том, что способ получения данного материала включает следующие этапы:

Этап 1: Выбрать каждый вид исходного сырья с чистотой более 99.999%, провести подбор состава, исходя из выражения состава сплава; в условиях вакуума менее 10^-3Па в индукционной печи с холодным тиглем для левитационной плавки выполняется плавка материнского сплава, после 3-4 плавок состав сплава выравнивается, далее методом литья вакуумным всасыванием получается прутковый материал с направленной кристаллизацией.

Этап 2: Испытательный образец сплава титана и алюминия помещают в корундовый тигель с покрытием на основе оксида иттрия высокой чистоты, выполняют направленную кристаллизацию, выполняется вакуумирование до 5×10^-3 Па, затем в систему подают защитный газ аргон высокой чистоты.

Этап 3: Регулируя мощность индукционного электропитания, выполняют нагрев испытательных образцов, поддерживается температура 1450-1650 К, время нагревания 15-30 мин, после чего начинают выполнять направленную кристаллизацию, скорость вытягивания контролируется в пределах 5-20 мкм/с, рост продолжается до длины образца 50 мм, затем запускается быстрое остужение для выполнения быстрого охлаждения испытательных образцов направленной кристаллизации, оставляется поверхность разделения твердой и жидкой фаз.

12. Вид монокристаллического материала интерметаллического соединения титана и алюминия согласно п. 11 формулы изобретения, особенности которого заключаются в том, что на первом этапе размеры пруткового материала направленной кристаллизации Φ(4-6) мм × 100 мм. На этапе 2 размеры корундового тигля на основе покрытия из оксида иттрия высокой чистоты составляют Ф(7-9) мм × 100 мм, давление защитного газа аргона высокой чистоты 0.04-0.06 МПа.

13. Метод получения монокристаллического материала интерметаллического соединения титана и алюминия согласно любому из пп. 1-4 формулы изобретения, особенности которого заключаются в том, что метод включает следующие этапы:

(1) Взять каждый исходный материал с чистотой более 99.9%, согласно выражению компонентов сплава выполнить подбор состава; слиток материнского сплава расплавляется в индукционной печи с холодным тиглем для левитационной плавки при вакууме ниже 10^-3 Па, затем, применяя метод гравитационного литья или литья вакуумным всасыванием, получают прутковый материнский сплав.

(2) Прутковый материнский сплав разрезается на верхнюю и нижнюю половины, которые будут использоваться соответственно в качестве пруткового исходного сырья и прутков затравочных кристаллов для зоны оптического всплывания печи направленной кристаллизации. Расстояние между прутковым исходным материалом в верхней части и прутками затравочных кристаллов в нижней части 1-5 мм. Прутковый исходный материал и прутки затравочных кристаллов соосно и вертикально размещают на горизонтальной поверхности, во время направленной кристаллизации подается защитный инертный газ. Настраивается взаимообратное направление вращения верхнего и нижнего пруткового материала, относительная скорость вращения 10-40 об/мин, включается нагрев таким образом, чтобы первыми расплавились противолежащие стороны верхних и нижних прутков, после чего регулируется положение верхних и нижних прутков таким образом, что противолежащие стороны прутков постепенно соединяются; затем регулируется мощность оборудования и через 5-10 мин нагревания после того, как зона всплытия стала гладкой и равномерно расплавленной, регулируют скорость роста в пределах 2.5-30 мм/ч, после чего начинается направленная кристаллизация. После завершения затвердевания мощность постепенно снижается, одновременно медленно разделяют затвердевшие образцы и оставшиеся прутки образцов.

(3) Полученные монокристаллические прутки сплава титана и алюминия подвергаются вакуумной тепловой обработке, применяется метод холодной или горячей обработки в печи (1250-1350)°С × (12-24) ч+900°С × 30 мин.

14. Метод, описываемый в соответствии с п.13 формулы изобретения, особенности которого заключаются в том, что на этапе (1) для индукционной левитационной плавки применяется медный тигель с водяным охлаждением, количество плавок материнского сплава не менее 3.

15. Метод, описываемый в соответствии с п.13 формулы изобретения, особенности которого заключаются в том, что на этапе (1) размеры описываемого пруткового материнского сплава Φ(4-8) мм × 120 мм; для описываемого литья вакуумным всасыванием применяется литье всасыванием с разностью давления, перепад давления поддерживается на уровне 3 МПа; при применении метода гравитационного литья давление защитного газа составляет 2/3 от стандартного атмосферного давления.

16. Метод, описываемый в соответствии с п.13 формулы изобретения, особенности которого заключаются в том, что на этапе (1) чистота описываемого сырья алюминия, титана, углерода или кремния более 99.999%, чистота металлического ниобия более 99.9%.

17. Метод, описываемый в соответствии с п.13 формулы изобретения, особенности которого заключаются в том, что на этапе (1) длина прутков затравочных кристаллов в нижней части 20-30 мм, длина пруткового исходного материала в верхней части менее 190 мм.

18. Метод, описываемый в соответствии с п.13 формулы изобретения, особенности которого заключаются в том, что на этапе (2) описываемый инертный газ - аргон или азот, при направленной кристаллизации расход подаваемого газа 3-5 л/мин.

19. Метод получения монокристаллического материала интерметаллического соединения титана и алюминия согласно любому из пп. 1-4 формулы изобретения, особенности которого заключаются в том, что метод включает следующие этапы:

Этап 1: Выбрать каждый вид исходного сырья с чистотой более 99.9%, провести подбор состава, исходя из выражения состава сплава; в условиях вакуума менее 10^-3Па в индукционной печи с холодным тиглем для левитационной плавки выполняется плавка материнского сплава, после 3-4 плавок состав сплава выравнивается, методом литья вакуумным всасыванием получается прутковый материал с направленной кристаллизацией.

Этап 2: Испытательный образец сплава титана и алюминия помещают в корундовый тигель с покрытием на основе оксида иттрия высокой чистоты, выполняют направленную кристаллизацию, выполняется вакуумирование до 5×10^-3 Па, затем в систему подают защитный газ аргон высокой чистоты.

Этап 3: Регулируя мощность индукционного электропитания, выполняют нагрев испытательных образцов, поддерживается температура 1450-1650 К, время нагревания 15-30 мин, после чего начинают выполнять направленную кристаллизацию, скорость вытягивания контролируется в пределах 5-20 мкм/с, рост продолжается до длины образца 50 мм, затем запускается быстрое остужение для выполнения быстрого охлаждения испытательных образцов направленной кристаллизации, оставляется поверхность разделения твердой и жидкой фаз.

20. Метод, описываемый в соответствии с п.19 формулы изобретения, особенности которого заключаются в том, что на первом этапе размеры пруткового материала направленной кристаллизации Φ(4-6) мм × 100 мм. На этапе 2 размеры корундового тигля на основе покрытия из оксида иттрия высокой чистоты составляют Ф(7-9) мм × 100 мм, давление защитного газа аргона высокой чистоты 0.04-0.06 МПа.