Ученые Пермского Политеха (ПНИПУ) нашли способ улучшить качество жаропрочных никелевых сплавов с помощью керамических фильтров
Важность надежных материалов в таких отраслях, как энергетика и авиакосмическая промышленность, трудно переоценить. Здесь требуется, чтобы сплав сохранял свои свойства даже при высоких температурах и в агрессивной среде.
Один из ключевых этапов выплавки металла — очистка расплава от примесей, что позволяет повысить долговечность и качество конечной продукции. Для этого традиционно используются пенокерамические фильтры, которые задерживают ненужные твердые частицы расплавленного металла. Но исследования ученых из Перми показали, что эти фильтры могут также забирать полезные элементы из сплава, создавая нежелательные соединения и ухудшая его свойства.
Пенокерамические фильтры представляют собой пористые материалы с ячеистой структурой, напоминающей губку. Их основная функция — удаление твердых частиц, таких, как пыль и шлак, которые могут ухудшать качество металла. Кроме того, они способствуют равномерному распределению легирующих элементов, которые улучшают свойства сплава.
Очистка происходит за счет адгезии — прилипания примесей к материалу фильтра. Состав фильтра может существенно повлиять на структуру сплава. Поэтому важно, чтобы фильтр был адаптирован не только к загрязнениям, но и к «полезным» компонентам сплава.
Исследование ПНИПУ позволило оптимизировать процесс фильтрации жаропрочных никелевых сплавов ВХ4Л-ВИ и ЧС70-ВИ. Эти сплавы применяются в критически важных деталях авиадвигателей и турбин. Ученые провели эксперимент с двумя популярными промышленными фильтрами — FCF-1Z и Selee. Их использовали для очистки расплавов при температуре около 1050 °С в вакууме. После фильтрации специалисты с помощью сканирующего электронного микроскопа изучили состав очищенного металла. Они пришли к выводу, что во избежание нежелательных изменений в структуре сплава стоит минимизировать контакт воздуха с фильтром FCF-1Z в процессе производства.
«Вблизи фильтров обоих типов мы обнаружили повышенную концентрацию оксидов титана и алюминия. При этом в основном сплаве количество титана снижено. Кроме этого, фильтр марки FCF-1Z вызывает образование нитридов титана и ниобия, а также интерметаллидов — химических соединений вольфрама, молибдена и хрома, которые могут снижать качество металла, так как часть полезных элементов переходит к ним. Фильтр Selee не вызывает таких изменений», — рассказывала профессор кафедры механики композиционных материалов и конструкций ПНИПУ, доктор технических наук Светлана Порозова.
Правильный выбор пенокерамического фильтра может значительно улучшить характеристики металла и качество изделий. Это особенно актуально для отраслей, где надежность материалов имеет критическое значение.
