Получение сферических порошков из сплавов на основе алюминида никеля NiAl для аддитивных технологий

Разработана инновационная интегральная технология получения сферических порошков на основе NiAl, включающая синтез полуфабриката сплава методом центробежной СВС-металлургии из оксидного сырья, последующий индукционный переплав СВС-полуфабриката для формирования крупногабаритной прутковой заготовки и ее плазменное центробежное распыление с целью получения сферических гранул регламентированной зернистости. Выявлены закономерности фазо- и структурообразования новых сложнолегированных сплавов на основе систем NiAl - Cr -Co - Hf, NiAl - Cr - Co - Hf - B и NiAl - Mo - Cr - B - Mn - Hf на всех технологических переделах. Установлен экстремальный характер зависимости предела прочности при сжатии от соотношения Cr/Co в СВС-сплавах на основе системы NiAl - Cr - Co - Hf при их суммарном содержании 18%, проявляющийся в том, что при увеличении соотношения Cr/Co в сплаве от 0,5 до 2 наблюдается рост предела прочности за счет выделения в интерметаллидной матрице NiAl упрочняющей дисперсной фазы на основе хрома, а дальнейшее увеличение их соотношения до 3,5 приводит к уменьшению предела прочности, что обусловлено формированием толстых разупрочняющих хромовых прослоек на границе интерметаллидных зерен. Методом просвечивающей электронной микроскопии высокого разрешения выявлены структурные превращения в сплаве Ni₄₁Al₄₁Cr₁₂Co₆ в процессе нагрева. Предложен механизм растворения включений на основе хрома в интерметаллидной матрице NiAl: в интервале температур 20 - 500°С наблюдается уширение диффузионной зоны на границе раздела фаз Cr - NiAl, а при дальнейшем нагреве до 750°С происходит фрагментация хромовых выделений на нанокристаллиты размером 20 - 100 нм, что увеличивает скорость растворения частиц хрома за счет интенсификации зернограничной диффузии. Выявлены эффект измельчения фазы (Mo, Cr)B и повышение однородности ее распределения в интерметаллидной матрице сплава системы NiAl - Mo - Cr - B - Mn - Hf при добавлении наночастиц ZrO₂ в количестве от 0,5 до 1,5 об.% в процессе индукционного переплава за счет увеличения количества выделений тугоплавких дисперсных боридов (Hf, Zr)B, являющихся центрами кристаллизации для фазы (Mo, Cr)B. Установлено снижение скорости ползучести сплава Ni₄₁Al₄₁Cr₁₂Co₆ после индукционного переплава, что обусловлено укрупнением зерна моноалюминида никеля NiAl, увеличением сопротивления диффузионной ползучести Кобла и ростом когезионной прочности границ зерен в результате более равномерного распределения по границам зерен фазы на основе гафния. На основании экспериментальных данных разработан лабораторный регламент на процесс получения гранул на основе NiAl, по которому получена партия гранул, обладающих гомогенной структурой, низким содержанием газовых примесей, высокими показателями текучести и насыпной плотности. По результатам испытаний выявлено, что полученные гранулы удовлетворяет требованиям технологий аддитивного производства и могут быть использованы для изготовления изделий методами гранульной металлургии, селективного электронно-лучевого сплавления и прямого лазерного нанесения материала.