Високоміцний корозійностійкий аморфний сплав на основі заліза

Изобретение относится к области металлургии, а именно к металлургическим сплавам на основе железа, и может быть использовано при получении микропровода и аморфных лент для композиционных материалов, малогабаритного режущего инстр умента и мембран запорно-пусковых устройств. Известен аморфный железосодержащий сплав [1], отвечающий формуле FeaCrbMcQd (где Μ - молибден и/или вольфрам, а - углерод), содержащий (ат.%); а=28-82, b £ 20 , с=4-25, d=15-26, железо остальное. Основным недостатком этого сплава является его низкая способность к аморфизации. Наиболее близким по технической сущности является высокопрочный аморфный сплав на основе железа, стойкий к общей, точечной и щелевой коррозии, коррозионному растрескиванию под напряжением в неагрессивных средах [2], включающий (ат.%): 1-40 хрома, 7-35 фосфора, углерода и/или бора и содержащий в качестве дополнительных компонентов: 0,01-40 кобальта; 0,01-20 молибдена, циркония, титана, кремния, алюминия, платины, марганца и/или палладия; 0,01-10 ванадия, ниобия, тантала, вольфрама, германия и/или бериллия; 0,01-5 золота, меди, цинка, кадмия, олова, мышьяка, сурьмы, висмута и/или серы: при общем их содержании 0,01-75,остальное - железо. Основным недостатком этого сплава с точки зрения конкретного применения является его низкая технологичность, недостаточная прочность, коррозионная стойкость в aгрессивных средах. В основу изобретения поставлена задача создать аморфный сплав с повышенной технологичностью, коррозионной стойкостью и способностью к аморфизации при сохранении высокой пластичности сплава. Поставленная задача достигается за счет того. что в высокопрочный коррозионностойкий аморфный сплав на основе железа, содержащий хром, бор, кремний, ванадий и/или молибден, вольфрам, ниобий и/или тантал и медь дополнительно введены никель и РЗМ при следующи х соотношениях компонентов, ат.%; причем суммарное содержание хрома, ванадия и/или молибдена, вольфрама, ниобия и/или тантала равно 5,010,5, бора и кремния-18-21. Вводимые в предлагаемый сплав на основе железа легирующие элементы дают следующий те хнический результат: технологичность сплава повышает бор, кремний, никель, медь и РЗМ; повышению прочности способствуют хром, бор, кремний, ванадий, вольфрам, ниобий, тантал, молибден; коррозионную стойкость увеличивают хром, никель, ванадий, вольфрам, медь, тантал, молибден и ниобий; все элементы (кроме меди) в указанных пределах концентраций способствуют аморфизации сплава. Концентрационные пределы введения элементов при этом установлены на основании следующего. При содержании хрома менее 2,0 ат.%, ванадия и/или молибдена < 0,5 ат.%, вольфрама < 0,3 ат.%, ниобия и/или тантала 5,5 ат.%, вольфрама > 2,0 ат.%, ниобия и/или тантала > 1,5 ат.% и суммарном содержании хрома, ванадия и/или молибдена, вольфрама, ниобия и/или тантала более 10,5 ат.% снижается способность сплава к аморфизации. При концентрации бора менее 10 ат.%, кремния - 4,5 ат.% и суммарном содержании металлоидов ниже 18 ат.% способность сплава к аморфизации ухудшается. Аналогичная картина наблюдается, если в сплаве более 16 ат.% и 10 ат.% кремния и суммарное содержание этих элементов превышает 21 ат.%. При содержании в сплаве менее 15,0 ат.% Никеля уменьшается коррозионная стойкость сплава. Превышение концентрации никеля более 45 ат.% приводит к снижению прочностных характеристик сплава. Не установлено положительного влияния меди, если концентрация ее менее 0,1 ат.%, а повышение более 1,5 ат,% снижает способность сплава к аморфизации. Влияние на сплав РЗМ при концентрации менее 0,001 ат.% не установлено. Превышение концентрации 0,05 ат.% ведет к снижению способности сплава к аморфизации и ухудшению его технологичности. Способ получения аморфного коррозионностойкого сплава включает выплавку предварительного сплава и резкое охлаждение расплава. Выплавка предварительного сплава осуществлялась из ингредиентов в элементарном состоянии с помощью высокочастотной электропечи в защитной среде инертного газа. Состояние и чистота исходных элементов соответствовали; железо карбонильное особо чистое класса 13-2 по ТУ 6-093000-78, хром электролитический ЭРХ по ТУ 1-4576-76, ниобий вакуумной плавки по ТУ 48-19-284-78, молибден высокой чистоты по ТУ 48-69-73, кремний монокристаллический по ТУ 48-4-293-82, бор аморфный Б 99 по ТУ 602-923-74, Концентрация примесей в никеле, ванадии, вольфраме, тантале, меди и РЗМ не превышала содержание их в материалах высокой чистоты. Для получения сплава в аморфном состоянии применялся способ закалки из жидкого состояния по методу спинингования расплава литьем плоской струи на внешнюю цилиндрическую поверхность быстровращающего диска [3], позволяющий достигать скоростей охлаждения до 106 град/сек. Такой способ позволяет получать аморфные сплавы, например, в виде длинных лент толщиной 10-50мкми шириной, например, от 5 до 50 мкм. С помощью описанного выше способа были получены аморфные сплавы Составов, приведенных в табл. 1, в виде лент толщиной от 10 до 45 мкм и шириной от 15 до 30 мкм. По данным рентгеновских дифракционных исследований, ленты сплавов № 1-8, 13-17, 20-26 по табл. 1 обладают рентгено-аморфной структурой. На дифракционных картинах лент сплавов № 9-12, 18-19, наблюдались линии отражения от кристаллических фаз. Ме ханические испытания аморфных сплавов на растяжение проводились на разрывной машине Р-05 согласно стандартной методике по ГОСТ 7875-74. Пластичность материала оценивалась с помощью испытаний на изгиб между двумя параллельными пластинами и определялась величиной критической деформации e f = t /(L - t ) , где t - толщина ленты, L расстояние между пластинами в момент, когда деформация становится неупругой. Коррозионная стойкость оценивалась с помощью измерителя скорости коррозии P 5035 в 6Н растворе H2SO4 при 20°С после выдержки образца в течение одного часа. Технологичность сплава определялась визуально по 5-бальной шкале:при наличии одного из дефектов на лентах (неровные края, вздутия, заметная шероховатость поверхности, пористость, обрывы) оценка соответственно снижалась на единицу. Статистически усредненные характеристики аморфных сплавов соответствующи х табл.1, приведены в табл. 2. Ленты,изготовленные из предложенного сплава №2-8, 13-15, 21-26 по сравнению с лентами, изготовленными из известного сплава № 27-30, как видно из табл. 2, имеют более высокую технологичность, более высокий предел прочности (на 15-80 кгс/мм 2), Коррозионная стойкость предложенного сплава увеличивается более чем на порядок, и на 30-50% возрастает способность сплава к аморфизации. Высокопрочный коррозионностойкий аморфный сплав может найти широкое применение в промышленности и народном хозяйстве для изготовления микропроводов и аморфных лент для композиционных материалов, малогабаритного режущего инстр умента и мембран запорнопусковых устройств.