Сплавы на основе интерметаллидов

Конструкционная металлокерамика

Конструкционные металлокерамические материалы по­лучают методами формования порошковых масс туго­плавких соединений, с последующим их обжигом. В ка­честве материалов для изготовления металлокерамик служат соединения металлов IV…VI групп периодиче­ской системы с неметаллами (карбиды, нитриды, оксиды, бориды и др.).

Эти материалы имеют высокую твердость, очень ту­гоплавки, имеют высокую коррозионную стойкость и со­противление окислению.

Приведем температуры плавле­ния некоторых карбидов:

Карбид t_пл, ⁰С Карбид t_пл, ⁰С Карбид t_пл, ⁰С

TiC 3150 NbC 3480 TaC 3825

ZrC 3420 HfC 3830 Mo₂C 2486

W₂C 2795

Наряду с соединениями металлов с неметаллами для конструкционных керамик используют и тугоплавкие соединения неметаллических элементов, например ни­триды и карбид кремния (Si₃N₄, SiC и др.).

Все конструкционные керамики применяют, прежде всего, как высокожаропрочные и жаростойкие материа­лы. Так, керамики на основе соединений кремния явля­ются легкими износостойкими материалами, исполь­зующимися в двигателях внутреннего сгорания, рабо­тающих при температурах до 1500 °С (Si₃N₄) или даже до 1800 °С (SiC). Из этих материалов изготавливают головки блоков цилиндра, поршни и другие детали.

Недостатком конструкционных керамик является их высокая хрупкость и технологические трудности изго­товления деталей нужной формы. В Японии в последние годы освоен новый вид конст­рукционных материалов, так называемая «гибкая ке­рамика», также применяемая в двигателях внутреннего сгорания. Термин взят в кавычки потому, что гибкость этой керамики существенно ниже, чем у сталей, но ее сопротивление ударным нагрузкам значительно выше, чем у обычных керамических материалов. В научной литературе описываются различные пути повышения эластичности керамических материалов, это, главным образом, введение в керамические материалы различных металлических и неметаллических волокон.

В последние годы во многих областях техники исполь­зуют, а в науке интенсивно разрабатывают технологии изготовления сплавов на основе интерметаллидов. От­личительной чертой интерметаллидных материалов яв­ляется наличие упорядоченности кристаллического строения, что обусловливает комплекс свойств недости­жимых для неупорядоченных материалов.

Упорядоченные интерметаллидные сплавы имеют бо­лее высокое сопротивление деформированию, особенно при высоких температурах. В частности, сплавы на ос­нове Ni₃Al и NiАl используют в авиационном машино­строении, ракетной и других отраслях техники в каче­стве жаропрочных материалов. В интерметаллиде NiАl степень порядка в расположении атомов близка к 1 во всей области температур существования этого соедине­ния, поэтому при высоких температурах эксплуатации изделий из этого интерметаллида сохраняются высокие прочностные свойства. В интерметаллиде Ni₃Al механи­ческие свойства с повышением температуры эксплуатации до 700…800 °С не только не снижаются, но даже растут, что обусловлено действием спе­циальных механизмов блокировки дислокаций при их движении в упорядоченной структуре.

Во многих отраслях техники при создании различных магнитных систем, МГД-генераторов применяют сверхпроводящие сплавы на основе интерметаллидов Nb₃Ge, Nb₃А1, Nb₃Sn, V₃Si, V₃Ga и др. Так, в сверхпроводящем сплаве Nb₃(Al_0,75Ge_0,25) температура сверхпроводящего перехода T_K = 20 К.

Сплавы на основе интерметаллидов NiTi и Fe₃Pt - обладают эффектом «памяти формы» и широко исполь­зуются в технике, медицине и других областях в качестве различных соединительных деталей и других изделий.

Прецизионные сплавы на основе интерметаллидов FеСо обладают уникальными магнитными свойствами, и их применяют в приборостроении и радиотехнической промышленности. Но они хрупки, и для повышения пла­стичности их легируют добавками ванадия, хрома, мар­ганца и никеля.

На основе интерметаллических соединений редкозе­мельного элемента самария и кобальта (SmCo₅ и Sm₂Co₁₇) разработаны магнитотвердые сплавы. В ука­занных сплавах кобальт может частично заменяться же­лезом или медью, а самарий - празеодимом или цери­ем. Сплавы на основе интерметаллидов редкоземельных элементов обладают уникальными свойствами. Их маг­нитная энергия (B^.H) в два раза выше, чем в лучшем из магнитно-твердых материалов - альнико, и составля­ет 107 кДж/м³ для сплавов на основе Аl – Ni - Со, 192 кДж/м³ для SmCo₅ и 208 кДж/м³ для (Pr,Sm)Co₅.

Во многих отраслях техники, главным образом ра­дио- и приборостроительной, для изготовления деталей используются сплавы на основе интерметаллида СuАu, легированного серебром, никелем, палладием и другими элементами. Детали из этих сплавов отличаются высо­кой коррозионной стойкостью и надежностью.

Интенсивные поиски, как новых составов сплавов, так и расширения областей их использования позволят в ближайшее время более полно реализовать потен­циальные возможности этого класса материалов.