Московский авиационный институт (национальный исследовательский университет), Москва, Россия:

М. В. Жаров, доцент кафедры «Технологии и системы автоматизированного проектирования технологических процессов», канд. техн. наук, эл. почта: MaximZharov@mail.ru

Исследованы особенности разных методов получения гранул алюминида никеля NiAl. Выполнен анализ проблем, препятствующих широкому применению этого материала в современном авиа- и двигателестроении. Выявлено, что основными из них являются его практически нулевая пластичность при обработке давлением и трудности механической обработки деталей из него. Эти проблемы можно решить с помощью применения технологий гранульной металлургии, когда формуется практически готовое изделие, требующее минимальных объемов последующей механической обработки. Другое затруднение — отсутствие технологий получения качественных сферических гранул из рассматриваемого материала. В рамках проведенных исследований были определены критерии качества получаемых гранул, к которым можно отнести сферичность, стабильность получаемых размеров гранулированного материала, отсутствие дефектов в виде пор, сателлитов на поверхности гранул, наличие мелкодисперсной дендритной структуры материала гранул и т. д. Были рассмотрены несколько методов получения гранул алюминида никеля с точки зрения изготовления наиболее качественного сырья: распыление оплавляемой заготовки высокотемпературным потоком инертного газа (метод газовой атомизации); центробежное разбрызгивание оплавляемого электрода (метод PREP); центрифугирование расплава с помощью перфорированного тигля. Определено, что оптимальным способом получения качественного гранулята материала NiAl является центробежное разбрызгивание оплавляемого электрода. В процессе исследований было определено, что основной характеристикой этого процесса, влияющей на качество получаемых гранул, их диаметр и дендритный параметр микроструктуры гранул, служит не столько сила тока I, сколько скорость вращения оплавляемого электрода n. Определены оптимальные значения скоростей вращения электрода, которые составляют n ≈ 15 000–16 000 мин^–1 при силе тока I ≈ 1000–1500 А. Разработана технология и изготовления качественного гранулята материала NiAl, которая включает операции получения исходных заготовок NiAl методами самораспространяющегося высокотемпературного синтеза, последующего переплава полуфабрикатов, термической обработки, сепарации гранул и последующего гранулирования методом PREP.

1. Bochenek K., Basista M. Advances in processing of NiAl intermetallic alloys and composites for high temperature aerospace applications // Progress in Aerospace Sciences. 2015. Vol. 79. P. 136–146.
2. Бунтушкин В. П., Базылева О. А., Буркина В. И. Высокотемпературные жаропрочные сплавы на основе интер металлида Ni₃Al для деталей горячего тракта ГТД // Авиационная промышленность. 2007. № 2. C. 41–43.
3. Reed R. C. The superalloys fundamentals and applications. — UK, Cambridge : Cambridge University Press, 2006. — 372 p.
4. Dey G. K. Physical metallurgy of nickel aluminides // Sadhana. 2003. Vol. 28. P. 247–262.
5. Каблов Е. Н., Бунтушкин В. П., Базылева О. А. Конструкционные жаропрочные материалы на основе соединения Ni₃Аl для деталей горячего тракта ГТД // Технология легких сплавов. 2007. № 2. C. 75–80.
6. Xu G. H., Zhang K. F., Huang Z. Q. The synthesis and characterization of ultrafine grain NiAl intermetallic // Advanced Powder Technology. 2012. Vol. 23. P. 366–371.
7. Поварова К. Б., Дроздов А. А., Скачков О. А., Морозов А. Е. Физико-химические подходы к разработке сплавов на основе NiAl для высокотемпературной службы // Металлы. 2011. № 2. С. 48–62.

8. Сентюрина Ж. А. Получение сферических порошков из сплавов на основе алюминида никеля NiAl для аддитив ных технологий : дис. … канд. техн. наук. — М. : МИСИС, 2016. — 168 с.
9. Шевцова Л. И. Структура и механические свойства материалов на основе алюминида никеля, полученных по технологии искрового плазменного спекания порошковых смесей : дис. … канд. техн. наук. — Новосибирск : НГТУ, 2015. — 198 с.
10. Angelo P. C., Subramanian R. Powder metallurgy: science, technology and applications. — Delhi : PHI Learning Pvt. Ltd., 2008. — 312 p.
11. Bojarevics V., Roy A., Pericleous K. Numerical model of electrode induction melting for gas atomization // The International Journal for Computation and Mathematics in Electrical and Electronic Engineering. 2011. Vol. 30, Iss. 5. P. 1455–1466.
12. Xia Y., Khezzar L., Alshehhi M., Hardalupas Y. Droplet size and velocity characteristics of water-air impinging jet atomizer // International Journal of Multiphase Flow. 2017. Vol. 94. P. 31–43.
13. Ario Sunar Baskoro, Sugeng Supriadi Dharmanto. Review on plasma atomizer technology for metal powder // MATEC Web of Conferences. 2019. Vol. 269. 05004. DOI: 10.1051/matecconf/201926905004.
14. Samal S. Thermal plasma technology: the prospective future in material processing // Journal of cleaner production. 2017. Vol. 142. P. 3131–3150.
15. Galkin E. V., Zharov M. V. The prospective technology of production of metal materials grains with extra high rate of solidification // IOP Conference Series: Materials Science and Engineering. 17^th International School-Conference “New Materials: Advanced Technologies”. 2020. 012020.
16. Жаров М. В. Исследование свойств гранулированных материалов системы Al – Cu – Mg, прессуемых из гранул, полученных с применением технологии центрифугования при сверхвысоких скоростях охлаждения // Научно-технический журнал «Технология Машиностроения». 2021. № 4. С. 5–9.
17. Zharov M. V. Investigation of the features of crystallization of granules of high-strength aluminum alloys of the Al – Zn – Mg – Cu system at ultra-high cooling rates // PNRPU Mechanics Bulletin. 2021. No. 4. P. 71–82.
18. ТУ 6-09-4272–84. Реактивы, хром(III) оксид (дирхом триоксид) чистый, чистый для анализа. Технические условия. — Введ. 01.01.1985.
19. ТУ 48-4-176–85. Порошок гафниевый. — Введ. 01.01.1986.
20. ГОСТ 6058–73. Порошок алюминиевый. Технические условия. — Введ. 01.01.1975.
21. ГОСТ 20899–98. Порошки металлические. Определение текучести с помощью калиброванной воронки (прибора Холла). — Введ. 01.07.2001.
22. ГОСТ 19440–94. Порошки металлические. Определение насыпной плотности. — Введ. 01.01.1997.
23. ГОСТ 25279–93. Порошки металлические. Определение плотности после утряски. — Введ. 01.01.1997.
24. Zhu H., Tong H., Yang F., Cheng C. Plasma-assisted preparation and characterization of spherical stainless steel powders // Journal of Materials Processing Technology. 2018. Vol. 252. P. 559–566.
25. Mohanty T., Tripathi B., Mahata T., Sinha P. Arc plasma assisted rotating electrode process for preparation of metal pebbles // Discharges and Electrical Insulation in Vacuum (ISDEIV). International Symposium. 2014. P. 741–744.
26. Entezarian M., Allaire F., Tsantrizos P., Drew R. A. Plasma atomization: a new process for the production of fine, spherical powders // The Journal of the Minerals, Metals & Materials Society. 1996. Vol. 48. P. 53–55.
27. Телешов В. В. Фундаментальная закономерность изменения структуры при кристаллизации алюминиевых сплавов с разной скоростью охлаждения // Технология легких сплавов. 2015. № 2. С. 13–18.
28. Xu G. N., Zhang K. F., Huang Z. Q. The synthesis and characterization of ultrafine grain NiAl intermetallic // Advanced Powder Technology. 2012. Vol. 23. P. 366–371.
29. Пат. 2117556 РФ. Способ получения металлических гранул / М. Б. Силин, М. В. Жаров ; опубл. 20.08.1998.