Резистивний корозійностійкий аморфний сплав на основі заліза

Реферат: Винахід належить до металургії та електротехніки і стосується високоміцних, корозійностійких та резистивних аморфних сплавів у вигляді стрічок. Сплав містить, 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 - решта, причому сумарний вміст бору, фосфору, вуглецю та кремнію не перевищує 29 ат. %. Технічний результат: високі значення межі міцності, корозійної стійкості, електричного опору та здатності до аморфізації. UA 104983 C2 (12) UA 104983 C2 UA 104983 C2 5 10 15 20 25 30 35 Винахід належить до галузей 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, httр://www.nаnоаmоr.соm/аmоrphous_rіbbоns]. 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 за технічною суттю та результатом, що досягається, до сплаву, що заявляється, є високоміцний корозійностійкий аморфний сплав [Патент України № 3988, МПК С22С 38/54, 27.12.1994], що містить, 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 В 10,0-16,0 Сu 0,1-1,5 Nb та/або Та 0,1-1,5 РЗМ 0,001-0,005 Fe решта, причому сумарний вміст Сr, 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 винаходу 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 винаходом, додають 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 решта, 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-P3M виконуються три емпіричні правила, необхідні для досягнення високого ступеню 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 періоду -12 металоїди (Si, В, Р, С). Атомні розміри послідовно зменшуються у ряді: W (193·10 м) - Мо - Сг -12 Fe-Ni-Si - Р - В - С (67·10 м) - більше ніж на 12 %. Теплоти змішування від'ємні для атомних 1 UA 104983 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 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 стійкість 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 введенні 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; Co8,5; P-0,02; С-0,02; P3M-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. 45 2 UA 104983 C2 Таблиця 1 Хімічний склад сплавів Компоненти, % ат. Fe Ni Cr W V Si В Si+B Cu Nb Та Mo Co P С P3M I 76,0-80,0 20,0-24,0 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 0,1-1,5 0,1-1,5 0,5-5,5 0,001-0,005 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 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 Межа міцності Корозійна стійкість Електричний опір ρ, σ, МПа П, мм/рік мкОм·см 1850 0,025 130 3450 0,015 120 3800 0,015 135 Максимальна товщина аморфної стрічки d, мкм 35 45 45 ФОРМУЛА ВИНАХОДУ 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 решта, причому сумарний вміст бору, фосфору, вуглецю та кремнію не перевищує 29,0 ат. %. 3 UA 104983 C2 Комп’ютерна верстка С. Чулій 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 4