Высокотемпературные коррозионностойкие сплавы на основе ниобия
Высокотемпературные коррозионностойкие сплавы на основе ниобия содержат от 5 до 8 ат.% молибдена (Mo), от 2 до 4 ат.% тантала (Ta), от 4 до 6 ат.% титана (Ti), от 0 до 4 ат.% добавок, а остальное — ниобий (Nb). Добавки выбираются как минимум из одного из следующих элементов: гафний (Hf), цирконий (Zr), вольфрам (W), ванадий (V), хром (Cr) и углерод (C). Эти высокотемпературные коррозионностойкие сплавы на основе ниобия обладают превосходной твердостью при комнатной температуре и износостойкостью, а также отличной устойчивостью к высокотемпературной коррозии.
Сплавы на основе ниобия часто используются в качестве материалов для ракетных сопел или других компонентов благодаря своим превосходным высокотемпературным свойствам, включая температуру плавления выше 2000 °C, отличную устойчивость к ползучести при высоких температурах, высокую прочность при высоких температурах и устойчивость к эрозии высокотемпературным газовым потоком, что делает их широко используемыми в аэрокосмической и других отраслях промышленности. Однако существующие коммерчески доступные сплавы на основе ниобия содержат редкие и драгоценные металлы, такие как гафний (Hf), что увеличивает стоимость производства сплава. Кроме того, высокая аффинность гафния к азоту и кислороду значительно затрудняет высокотемпературную обработку. Высокотемпературный коррозионностойкий сплав на основе ниобия может быть получен с использованием любого из следующих процессов: вакуумная дуговая плавка, вакуумная индукционная плавка, электронагрев проволокой, индукционный нагрев, быстрое затвердевание, механическое шаровое измельчение сплава, порошковая металлургия или 3D-печать. Кроме того, высокотемпературный коррозионностойкий сплав на основе ниобия, описанный в данном изобретении, может использоваться в высокотемпературных или сверхвысокотемпературных средах, а готовые или полуфабрикаты, изготовленные из этого сплава, могут иметь любую из следующих форм: порошок, проволока, сварочный пруток, сварочная проволока с флюсовым покрытием или насыпной материал. Также высокотемпературный коррозионностойкий сплав на основе ниобия может быть обработан и нанесен на поверхность заготовки с использованием любого из следующих методов: литье, дуговая сварка, термическое напыление или термическое спекание. Затем были получены изображения образцов с помощью сканирующего электронного микроскопа (СЭМ), которые показали, что высокотемпературный коррозионностойкий сплав на основе ниобия имеет однофазную структуру. Поскольку сырье образцов 2-3 содержит углерод, можно наблюдать карбиды.
Это в основном включает гибридную силовую установку 710, которая использует 90% высококонцентрированной перекиси водорода в сочетании с твердым полипропиленовым топливом. Гибридный двигатель 710 имеет выходное отверстие для высокотемпературного газа 720 на хвостовой части. Вокруг выходного отверстия для высокотемпературного газа 720 расположен держатель образца 730 для удержания испытательного образца 740. В ходе реальных испытаний четыре испытательных образца 740 располагаются последовательно под углом 45 градусов, а не под углами 0, 90, 180 и 270 градусов, как показано на схеме, чтобы уменьшить различия во влиянии потока высокотемпературного газа на образцы, расположенные в разных местах.
Высокотемпературный коррозионностойкий сплав на основе ниобия, описанный в данном изобретении, имеет меньшую плотность и более высокую температуру солидуса по сравнению с традиционным сплавом на основе ниобия C-103. Кроме того, экспериментальная проверка показывает, что высокотемпературный коррозионностойкий сплав на основе ниобия, описанный в данном изобретении, обладает превосходной твердостью и износостойкостью по сравнению с традиционным сплавом на основе ниобия C-103. Одновременно с этим, результаты реальных испытаний на эрозию в условиях высокотемпературного газового потока, воссоздающих температурную среду сопла ракеты, подтверждают, что высокотемпературный коррозионностойкий сплав на основе ниобия, описанный в данном изобретении, обладает превосходной высокотемпературной коррозионной стойкостью. Любой специалист в данной области может внести некоторые модификации и усовершенствования, не выходя за рамки сущности и объема настоящего изобретения. Поэтому объем защиты настоящего изобретения определяется прилагаемыми пунктами формулы изобретения.