Резистивний корозійностійкий аморфний сплав на основі заліза

Реферат: Резистивний корозійностійкий аморфний сплав на основі заліза, що містить хром, бор, кремній, ванадій, молібден, вольфрам, ніобій, тантал, мідь, нікель, РЗМ, залізо та додатково містить кобальт, фосфор і вуглець. UA 86157 U (12) UA 86157 U UA 86157 U 5 10 15 20 25 30 Корисна модель належить до галузі металургії та електротехніки, а саме високоміцних, корозійностійких та резистивних аморфних сплавів у вигляді стрічок для їх застосування в приладобудуванні, зокрема при виготовленні теплових панелей низькотемпературних промислових та побутових нагрівачів, малогабаритного різального інструменту, мембран запірно-пускових пристроїв. Відомий резистивний аморфний сплав, що вміщує (в ат. %) Fe-76-80, Si-20-24 [Iron-Based Alloy Ribbon, Nanostructures and Amorphous Materials, Inc., Houston, USA, http://www.nanoamor.com/amorphous_ribbons]. Сплав має високе значення електричного опору 130 мкОм/см при товщині стрічки 30±5 мкм. Недоліками сплаву є невисокі корозійна стійкість (0,025 мм/рік) та міцність (1850 МПа). Найбільш близьким аналогом є високоміцний корозійностійкий аморфний сплав [Патент України № 3988, МПК С22С 38/54, 27.12.1994], що вміщує, ат. %: Ni 15,0-45,0 Сr 2,0-8,5 W 0,3-2,0 V та/або Мо 0,5-5,5 Si 4,5-10,0 B 10,0-16,0 Сu 0,1-1,5 Nb та/або Та 0,1-1,5 РЗМ 0,001-0,005 Fe основа, причому сумарний вміст Cr, V та/або Mo, W, Nb та/або Та - 5,0-10,5, В і Si - 18,0-21,0 ат. %. Відомий сплав має високі значення корозійної стійкості - 0,015 мм/рік та межі міцності 3450 МПа при товщині стрічки до 45 мкм. Недоліком відомого сплаву є невисокий електроопір (120 мкОм/см). В основу корисної моделі поставлена задача розробити резистивний корозійностійкий аморфний сплав на основі заліза шляхом додавання до його складу кобальту, фосфору і вуглецю, що дозволить отримати одночасно високі значення межі міцності, корозійної стійкості, електричного опору та здатності до аморфізації. Поставлена задача вирішується тим, що в резистивний корозійностійкий аморфний сплав на основі заліза, що містить хром, бор, кремній, ванадій, молібден, вольфрам, ніобій, тантал, мідь, нікель, РЗМ, залізо, згідно з корисною моделлю, містить кобальт, фосфор і вуглець при наступному співвідношенні компонентів, ат. %: нікель 12,0-24,0 хром 4,0-13,0 вольфрам 0,3-2,0 ванадій 0,05-4,8 кремній 2,5-13,0 бор 10,0-16,0 мідь 0,1-1,0 ніобій 0,1-2,0 тантал 0,1-0,2 молібден 0,1-2,5 кобальт 1,0-11,0 фосфор 0,02-4,8 вуглець 0,02-4,5 РЗМ 0,01-2,0 залізо основа, причому сумарний вміст бору, фосфору, вуглецю та кремнію не перевищує 29,0 ат. %. В таблиці 1 наведено хімічний склад сплавів (% ат.) у порядку їх розглядання в описі. Для сплавів системи Fe-Ni-Cr-W-V-Si-B-Cu-Nb-Ta-Co-Mo-P-C-PЗM виконуються три емпіричні правила, необхідні для досягнення високого ступеня здатності багатокомпонентного сплаву до аморфізації, а саме: сплав складається щонайменше із трьох типів елементів; значна різниця атомних розмірів (більше 12 %) серед основних складових сплаву і відповідні від'ємні теплоти змішування серед основних складових елементів. Вказані сплави містять елементи VIII періоду Таблиці Менделєєва (Fe, Ni, Co), елементи VI періоду (Cr, W, Мо) та елементи III-V -12 періодів - металоїди (Si, В, Р, С). Атомні розміри послідовно зменшуються у ряді: W (193·10 м) -12 - Мо-Сr-Fe-Ni-Si-Р-В-С (67·10 м) - більше, ніж на 12 %. Теплоти змішування від'ємні для 1 UA 86157 U 5 10 15 20 25 30 35 40 атомних пар елементів VIII періоду - VI періоду, VI періоду - В (Р), VIII періоду - В (Р) і знаходяться у діапазоні 1-45 кДж. Додавання до складу сплаву (крім відомих легуючих елементів - хрому, бору, кремнію, ванадію, вольфраму, ніобію, танталу, молібдену) кобальту, та вуглецю забезпечує високу його міцність. Хром утворює оксидні плівки, що захищають стрічку від корозії. Корозійну стійкості сплаву забезпечують також нікель, вольфрам, мідь, тантал та ніобій. Введення фосфору, кобальту і вуглецю додатково збільшує корозійну стійкість сплаву. При наведеному співвідношенні заліза і легуючих елементів - хрому, нікелю, кобальту, кремнію, вуглецю, фосфору і бору забезпечується високе значення електричного опору сплаву. Здатність до аморфізації (що характеризується критичною товщиною аморфної стрічки) збільшують кобальт, молібден, бор, фосфор, вуглець та кремній, причому сумарний склад останніх чотирьох має не перевищувати 29,0 ат. %. При встановленні концентраційних співвідношень легуючих елементів прийняті до уваги такі обставини: При вмісті молібдену менше 0,1 ат. %, а також при сумарному вмісті хрому та молібдену менше 4,1 ат. % сплав має знижені міцнісні характеристики. При вмісті хрому менше 4,0 ат. %, молібдену < 0,1 ат. %, вольфраму < 0,3 ат. %, ніобію та/або танталу < 0,1 % та сумарній концентрації хрому, ванадію та/або молібдену, вольфраму, ніобію та/або танталу менше 4,5 ат. % також спостерігається зменшення міцності сплаву. При концентрації нікелю менше 12,0 ат. % зменшується корозійна стійкість сплаву. При веденні його у сплав більше 24,0 ат. % значного покращення характеристик не встановлено. При сумарній концентрації хрому та молібдену більше 15,5 ат. % знижується здатність до аморфізації сплаву. При вмісті бору менше 10,0 ат. % і більше 16,0 ат. %, кремнію менше 2,5 ат. % і більше 13,0 ат. % знижується здатність сплаву до аморфізації. При введенні вуглецю до 4,5 ат. % та/або фосфору до 4,8 ат. % здатність до аморфізації сплаву істотно підвищується. Запропонований сплав перевіряли наступним чином. Приклад. Будь-яким відомим способом виготовляли сплав із наступним співвідношенням компонентів, ат. %: Fe-44,06; Ni-19,4; Cr-5,7; W-0,3; V-0,05; Si-5,5; В - 14,0; Сu-0,2; Nb-0,2; Та 0,1; Mo-1,9; Co-8,5; P-0,02; С - 0,02; PЗM-0,05, із якого методом спінінгування одержували стрічку шириною 30,0 мм і товщиною 45 мкм. Визначена величина межі міцності на розрив становила 3800 МПа. Визначене значення корозійної стійкості становило 0,015 мм/рік. Виміряне значення питомого опору становило 130 мкОм/см. В таблиці 2 наведено властивості досліджених сплавів, хімічний склад яких вказано у таблиці 1. Номера сплавів наведено у порядку їх розглядання в описі. Із таблиці 2 видно, що запропонований резистивний корозійностійкий аморфний сплав на основі заліза має одночасно високі значення межі міцності, корозійної стійкості, електричного опору і здатності до аморфізації. Резистивний корозійностійкий сплав на основі заліза у вигляді аморфної стрічки може бути використаний в приладобудуванні, зокрема при виготовленні теплових панелей низькотемпературних промислових та побутових нагрівачів, малогабаритного різального інструменту, мембран запірно-пускових пристроїв. Таблиця 1 Хімічний склад сплавів Компоненти, ат. % Fe Ni Cr W V Si В Si+B Cu Сплави II Основа 15,0-45,0 2,0-8,5 0,3-2,0 0,5-5,5 4,5-10,0 10,0-16,0 0,1-1,5 I 76,0-80,0 20,0-24,0 45 2 III Основа 12,0-24,0 4,0-13,0 0,3-1,0 0,05-4,8 2,5-13,0 10,0-16,0 0,1-1,0 UA 86157 U Продовження таблиці 1 Хімічний склад сплавів Компоненти, ат. % Nb Та Mo Co P С PЗM Сплави II 0,1-1,5 0,1-1,5 0,5-5,5 0,001-0,005 I III 0,1-1,0 0,1-0,2 0,1-2,5 1,0-11,0 0,02-4,8 0,02-4,5 0,01-2,0 Таблиця 2 Властивості сплавів Сплав І II III Максимальна Межа міцності σ, Корозійна стійкість Електричний опір ρ, товщина аморфної МПа П, мм/рік мкОм/см стрічки d, мкм 1850 0,025 130 35 3450 0,015 120 45 3800 0,015 135 45 ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 5 10 Резистивний корозійностійкий аморфний сплав на основі заліза, що містить хром, бор, кремній, ванадій, молібден, вольфрам, ніобій, тантал, мідь, нікель, РЗМ, залізо, який відрізняється тим, що він додатково містить кобальт, фосфор і вуглець при наступному співвідношенні компонентів, ат. %: нікель 12,0-24,0 хром 4,0-13,0 вольфрам 0,3-2,0 ванадій 0,05-4,8 кремній 2,5-13,0 бор 10,0-16,0 мідь 0,1-1,0 ніобій 0,1-2,0 тантал 0,1-0,2 молібден 0,1-2,5 кобальт 1,0-11,0 фосфор 0,02-4,8 вуглець 0,02-4,5 РЗМ 0,01-2,0 залізо основа, причому сумарний вміст бору, фосфору, вуглецю та кремнію не перевищує 29,0 ат. %. Комп’ютерна верстка Л. Ціхановська Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 3