Исследователи Пермского Политеха (ПНИПУ) установили, что фильтры могут не только очищать расплав, но и выводить из него полезные элементы, одновременно насыщая новыми, что приводит к образованию нежелательных соединений и ухудшению характеристик материала. Полученные данные помогут усовершенствовать процесс фильтрации промышленных жаропрочных никелевых сплавов и повысить качество выпускаемой продукции.
В энергетической, аэрокосмической и оборонной отраслях промышленности требуются материалы, способные сохранять устойчивость при высоких температурах и в агрессивных средах.
В связи с этим надежность и долговечность используемых металлических сплавов приобретают особое значение.
Важнейшим этапом их производства является очистка расплава от различных примесей.
Традиционно для этого применяют пенокерамические фильтры - пористый материал, задерживающий твердые включения в расплавленном металле.
Пенокерамические фильтры представляют собой пористые материалы с ячеистой структурой, напоминающей губку.
Их используют для очистки расплавов металлов перед изготовлением заготовок для промышленных деталей.
Использование ПФ позволяет:
снизить количество дефектов, таких как трещины и пустоты;
удалить из сплава вредные примеси - твердые частицы, включая оксиды, шлак и пыль;
более равномерно распределить легирующие элементы, к которым относятся хром и титан.
Основной механизм очистки основан на адгезии - прилипании примесей к материалу фильтра.
Однако помимо очищающего эффекта состав фильтра может существенно изменять структуру и свойства сплава за счет внесения в него нежелательных компонентов.
Фильтрующий материал должен быть совместим не только с загрязнениями, но и с компонентами сплавов, чтобы не изменять структуру и свойства сплава за счет внесения в него нежелательных компонентов.
Обычно их производят из огнеупорных соединений: диоксида циркония, оксида алюминия, циркона и других химических добавок.
Специалисты ПНИПУ провели масштабное исследование влияния пенокерамических фильтров на микроструктуру жаропрочных никелевых сплавов ВХ4Л-ВИ и ЧС70-ВИ, используемых в ответственных узлах авиационных двигателей и турбин. В эксперименте применяли 2 распространенных промышленных фильтра марок FCF-1Z и Selee.
Этапы работ:
анализ фазового состава поверхности фильтров:
в образце FCF-1Z преобладали циркон, фосфат, оксид магния и небольшая доля диоксида циркония (ZrO2),
фильтр Selee состоял преимущественно из диоксида циркония с незначительной примесью циркона,
оба фильтра использовали для очистки расплавов при температурах приблизительно 1050 °C в вакуумных условиях.
затем элементный состав металла исследовали с помощью сканирующего электронного микроскопа.
С. Порозова, профессор кафедры механики композиционных материалов и конструкций ПНИПУ, д.т.н:
вблизи обоих типов фильтров наблюдалось увеличение концентрации оксидов титана и алюминия;
содержание титана в основном объеме сплава снижалось;
фильтр марки FCF-1Z способствовал образованию нитридов титана и ниобия, а также интерметаллических соединений вольфрама, молибдена и хрома, что может ухудшать качество металла из-за перехода части полезных элементов в эти соединения;
фильтр Selee подобных изменений не вызывал.
Для уменьшения негативного воздействия исследователи рекомендуют ограничить контакт фильтра FCF-1Z с воздухом в процессе производства, что позволит избежать нежелательных изменений в структуре сплава.
Исследование показало, что правильный выбор пенокерамического фильтра может значительно повлиять на характеристики металла и, следовательно, на качество готовых изделий.
Полученные результаты помогут оптимизировать процесс фильтрации никелевых сплавов, улучшив их микроструктуру и эксплуатационные свойства.
Кроме того, они будут способствовать разработке усовершенствованных отечественных фильтров для промышленного применения.
https://neftegaz.ru/news/Oborudovanie/886808-uchenye-pnipu-vyyavili-vliyanie-keramicheskikh-filtrov-na-svoystva-promyshlennykh-splavov/
г.Казань, ул. Ершова, д. 29а