Формованные изделия, содержащие лигатуру, и способы их изготовления и использования

Формованные изделия, содержащие лигатуру, и способы их изготовления и использования

Иллюстрации

Показать все

Реферат

ОПИСАНИЕ

Предшествующий уровень техники

Область техники

Данное изобретение относится к изделиям, содержащим лигатуру, и к конкретным способам изготовления и использования таких изделий. Более конкретно, данное изобретение относится к формованным изделиям, включающим лигатуру, которые используют для введения легирующих добавок в расплав металла, и к определенным способам изготовления и использования таких формованных изделий.

Описание предшествующего уровня техники

При изготовлении нержавеющей стали, титановых и других сплавов исходные сырьевые материалы, часто включающие лом, нагревают при высокой температуре для получения расплава, обладающего желательным базовым химическим составом. Во многих случаях одну или несколько лигатур добавляют к исходным сырьевым материалам или к расплаву для регулирования соответствующим образом базового химического состава расплава перед его отверждением с образованием слитка, биллета, порошка или каких-либо других форм. Как известно в данной области техники, лигатура представляет собой сплав, обогащенный одним или несколькими желательными легирующими добавками и вводимый в расплав металла для увеличения процентного содержания желательного компонента в расплаве. ASM Metals Handbook, Desk Edition (ASM Intern. 1998), p. 38.

Поскольку элементный состав лигатуры известен, то теоретически просто определить, какое количество лигатуры должно быть добавлено для достижения желательного химического состава расплава. Однако следует учитывать, все ли количество добавленной лигатуры будет полностью и равномерным образом распределено в расплаве. Например, если фактическое количество добавляемой лигатуры, которая плавится и равномерным образом объединяется с расплавом, меньше добавленного ее количества, то базовый химический состав расплава может не соответствовать желательному химическому составу. Соответственно, предпринимаются попытки разработки форм лигатур, которые будут легко плавиться и без затруднений равномерно соединяться с расплавом металла.

Одним из примеров специфической области, в которой имеются некоторые сложности, является введение определенных легирующих добавок в расплав титана. Например, трудно сплавить титан с кислородом. Обычно в качестве исходного сырьевого материала, обогащенного титаном, при изготовлении расплавов титановых сплавов используют титановую губку или обжимку. Обычный способ увеличения содержания кислорода в расплаве титанового сплава включает прессование титановой губки с порошкообразной лигатурой на базе диоксида титана (TiO₂). Как только лигатура на базе диоксида титана растворяется, происходит ее объединение с расплавом, это увеличивает содержание кислорода в расплавленном материале и увеличивает содержание кислорода в твердом материале, образованном из расплава. Способ, предусматривающий прессование губки и порошка диоксида титана, обладает несколькими недостатками. Например, дорого обходится отвешивание и прессование материалов. Кроме того, приготовление прессованной губки с порошком диоксида титана требует значительных затрат времени перед плавлением и процессом отверждения/литья.

Известным альтернативным способом добавления кислорода в расплав титана является простое смешивание некоторого количества неуплотненной лигатуры на базе порошкового диоксида титана с исходными сырьевыми материалами в виде титановой губки и/или обжимки в плавильной емкости перед нагреванием данных материалов. В этом способе порошковый диоксид титана в сравнительно небольшом количестве покрывает поверхности губки и/или обжимки. Если порошковый диоксид титана добавляют в сравнительно большом количестве, то он не будет полностью прилипать к исходным материалам и будет отделяться от этих материалов. Этот «свободный» порошок диоксида титана склонен к удалению потоками воздуха. При этом значительная часть неуплотненного порошка диоксида титана, собираемая в плавильном резервуаре, может неравномерно распределяться в расплаве. Соответственно, возможным следствием использования этого обычного способа добавления диоксида титана для регулирования химического состава расплава титанового сплава является нестабильная и непредсказуемая потеря диоксида титана. Конечным результатом может быть получение продукта из титанового сплава, который не обладает ожидаемым химическим составом.

При указанных выше обстоятельствах производители титановых сплавов обычно используют способ легирования с добавлением неуплотненного порошкового диоксида титана в случаях получения титановых сплавов с добавлением небольшого количества кислорода. Тем не менее, даже в таких случаях конечный уровень содержания кислорода является в некоторой степени непредсказуемым. Если желательны более высокие уровни кислорода, чем те, которые могут быть легко достигнуты добавлением неуплотненного порошка диоксида титана, то часто используют способ с прессованием титановой губки/порошка диоксид титана, имеющий вышеуказанные недостатки, заключающиеся в увеличенном времени процесса и повышенных затратах.

Указанные недостатки обычных способов добавления кислорода в качестве легирующей добавки к расплавам титана следовало бы устранить предоставлением улучшенного способа легирования. В более общем виде, необходимо предоставить улучшенный способ для изготовления различных легирующих добавок для широкого ассортимента расплавов металлов.

Сущность изобретения

Для предоставления указанных выше преимуществ в соответствии с одной из особенностей данного изобретения предложено формованное изделие для введения легирующих добавок в расплавы металлов. Данное формованное изделие включает частицы лигатуры по меньшей мере одного вида и связующий материал, связывающий частицы лигатуры в формованном изделии. Связующий материал изменяет вид и освобождает частицы лигатуры при нагревании формованного изделия до заданной температуры. Предпочтительно заданная температура представляет собой температуру выше 500°F.

В соответствии с другой особенностью настоящего изобретения предложен способ изготовления изделия, используемого для легирования расплава металла. Данный способ включает подготовку по существу однородной смеси, содержащей частицы лигатуры и связующий материал. Изделие формируют по меньшей мере из части такой смеси. Изделие включает в себя частицы лигатуры, связанные в данном формованном изделии связующим материалом. Связующий материал изменяет форму и освобождает частицы лигатуры при нагревании изделия до заданной температуры. Предпочтительно заданная температура выше 500°F.

В соответствии с еще одной особенностью данного изобретения предложен способ изготовления сплава. Данный способ включает подготовку расплава, содержащего заданное количество лигатуры. Лигатуру добавляют в расплав или исходные материалы для получения расплава в виде частиц лигатуры, взаимно связанных по меньшей мере в одно формованное изделие связующим материалом, разрушающимся при заданной температуре, которая выше 500°F и освобождает частицы лигатуры. В соответствии с определенными не ограничивающими вариантами осуществления способа этап приготовления расплава включает предоставление в основном однородной смеси, содержащей множество указанных формованных изделий и остальных компонентов расплава, и нагревание по меньшей мере части такой однородной смеси до температуры выше заданной температуры.

В соответствии также с еще одной особенностью данного изобретения предложен способ регулирования состава металлического расплава. Данный способ содержит включение в расплав заданного количества материала, содержащего лигатуру, который находится в виде по меньшей мере одного формованного изделия, содержащего частицы лигатуры, взаимно связанные по меньшей мере одним органическим полимером. Лигатура содержит по меньшей мере один компонент из титана, соединений титана, никеля, соединений никеля, молибдена, соединений молибдена, палладия, соединений палладия, алюминия, соединений алюминия, ванадия, соединений ванадия, олова, соединений олова, хрома, соединений хрома, железа, оксида железа и соединений железа.

Специалист правильно оценит вышеуказанные, а также иные детали и преимущества при рассмотрении представленного ниже подробного описания конкретных не ограничивающих вариантов осуществления способов и изделий по данному изобретению. Специалист также может разобраться в определенных дополнительных преимуществах и деталях при выполнении или использовании описанных способов, изделий и частей.

Краткое описание чертежей

Особенности и преимущества описанных способов и изделий поясняются со ссылкой на сопровождающие чертежи.

Фиг.1(a)-1(f) представляют собой примеры различных не ограничивающих форм формованных изделий, которые могут быть изготовлены в соответствии с данным изобретением.

Фиг.2 представляет собой фотографию обычной сборки в виде болванки материалов из титанового лома, используемой для образования расплава титанового сплава.

Фиг.3 представляет собой фотографию изделий в виде гранул, включающих диоксид титана и связующее на базе сополимера этилена и винилацетата, которые могут быть использованы в определенных не ограничивающих вариантах осуществления способа в соответствии с данным изобретением.

Фиг.4 представляет собой фотографию экструдированных цилиндрических формованных изделий, включающих диоксид титана и связующее на базе полиэтилена низкой плотности (ПЭНП), которые изготовлены в соответствии с данным изобретением.

Фиг.5 представляет собой схематический вид поперечного сечения варианта осуществления экструдированного цилиндрического формованного изделия в соответствии с данным изобретением.

Описание конкретных не ограничивающих вариантов осуществления

Исключая примеры осуществления или те места, где указано иное, все числа, выражающие количества компонентов, условия обработки и т.п., которые использованы в данном описании и формуле изобретения, следует понимать как величины, которые могут быть модифицированы во всех случаях термином «примерно». В соответствии с этим, если не указано иначе, любые числовые параметры, приведенные далее в последующем описании и приложенной формуле изобретения, являются приближенными и могут изменяться в зависимости от желательных свойств, которые необходимо получить для формованных изделий по данному изобретению. Как минимум, и не как попытка ограничения применения доктрины эквивалентов в отношении объема формулы изобретения, каждый числовой параметр должен быть истолкован с учетом числа сообщенных значащих цифр и с использованием обычных методик округления.

Несмотря на то что интервалы числовых значений и параметры, устанавливающие далее общий объем данного изобретения, являются приблизительными, числовые величины, установленные далее в любых конкретных примерах данного описания, указываются так точно, насколько это возможно. Любые численные значения, однако, по своей природе содержат определенные ошибки, такие как, например, ошибки оператора и/или ошибки оборудования, непременным образом проистекающие из стандартного отклонения, обнаруживаемого при их соответствующих экспериментальных измерениях. Кроме того, следует понимать, что любые интервалы числовых значений, указанные здесь, предполагают включение границ интервалов и всех относящихся к ним субинтервалов. Например, интервал «от 1 до 10» предполагает включение всех субинтервалов между (и включая их) указанной минимальной величиной 1 и указанной максимальной величиной 10, т.е. имеющих минимальную величину, равную или больше 1, и максимальную величину, равную или меньше 10.

Любые патент, публикация или иное раскрытие материала, в целом или частично, о которых сказано, что они объединяются здесь путем ссылки, объединены здесь лишь в том объеме, в котором объединенный материал не вступает в противоречие с имеющимися определениями, утверждениями или иными видами раскрытия материала, изложенными далее в этом раскрытии изобретения. По существу и в пределах необходимости раскрытие данного изобретения, как это изложено далее, заменяет собой любой вступающий в противоречие материал, включенный путем ссылки. Любой материал или его часть, о котором сказано, что он включен путем ссылки, однако который вступает в противоречие с имеющимися определениями, утверждениями или иными видами раскрытия материала, изложенными далее в настоящем раскрытии изобретения, следует рассматривать лишь в том объеме, в котором отсутствуют противоречия, возникающие между данным включенным материалом и имеющимся материалом раскрытия изобретения.

Конкретные не ограничивающие варианты осуществления в соответствии с данным изобретением направлены на формованные изделия, содержащего некоторое количество лигатуры в виде частиц, связанных в формованном изделии связующим материалом. Как указано, термин «формованное изделие» относится к изделию, которое изготовлено способом, включающим приложение механических усилий. Неограничивающие примеры таких способов включают литье, прессование и экструзию. В определенных вариантах осуществления формованные изделия в соответствии с данным изобретением могут быть добавлены к исходным сырьевым материалам, используемым для приготовления расплава металла. В определенных других вариантах осуществления формованные изделия могут быть добавлены к расплавленному материалу в виде имеющегося расплава металла. Определенные варианты осуществления формованных изделий по данному изобретению могут быть использованы в любом из этих способов. Как указано, выражение «расплав металла» относится к расплаву металла и, факультативно, металла и неметаллических легирующих добавок, который затем отверждают с образованием сплава. Без намерения ограничения применения описанных здесь разработок для приготовления любых специфических сплавов возможные сплавы, которые могут быть изготовлены при использовании компонентов расплава металла, включающих одно или несколько формованных изделий в соответствии с данным изобретением, включают в себя титановые сплавы, циркониевые сплавы, алюминиевые сплавы и нержавеющие стали. Принимая во внимание данное изобретение, средние специалисты в данной области техники смогут легко определить другие сплавы, которые могут быть изготовлены из расплавов металлов, полученных из компонентов, включающих одно или несколько формованных изделий по данному изобретению.

Формованные изделия по настоящему изобретению включают по меньшей мере одну желательную легирующую добавку в концентрации и/или в количестве, поддающихся количественному определению, и одно или несколько формованных изделий может быть добавлено к исходным сырьевым материалам, образующим расплав металла, или к самому расплаву металла, чтобы регулировать состав расплава и обеспечить получение отвержденных изделий или материала, образованных из такого расплава с желательным химическим составом. Поскольку описанные формованные изделия содержат связующий материал, имеющий свойства, описанные выше, то варианты осуществления формованных изделий могут быть выполнены с предоставлением выгодных формы, плотности и/или размера. Например, формованные изделия могут быть изготовлены так, что они имеют обычные размер и форму, выбранные таким образом, что данные изделия будут равномерным образом смешиваться с остальными материалами, из которых образуют расплав, и не будут проявлять неприемлемую тенденцию к отделению от образованной смеси или к сегрегации внутри нее.

Как указано выше, варианты осуществления формованных изделий по данному изобретению включают некоторое количество лигатуры в виде частиц. Частицы лигатуры могут иметь любые размеры и форму, которые подходят в качестве легирующей добавки для конкретного расплава металла, представляющего интерес. В определенных не ограничивающих вариантах осуществления, например, лигатура в виде частиц будет в форме порошка, образованного дискретными частицами лигатуры с размером в интервале, например, от субмикронного размера до примерно 20 мм.

В одном из характерных не ограничивающих вариантов осуществления формованного изделия в соответствии с данным изобретением, лигатура представляет собой порошок палладиевой губки с размером частиц в диаметре в интервале от примерно 1 мкм до примерно 20 мм. Предпочтительно диаметр таких частиц лигатуры палладия не превышает примерно 5 мм и более предпочтительно не превышает примерно 0,1 мм. Формованные изделия в соответствии с данным изобретением, включающие лигатуру палладия в виде частиц с указанными размерами, находят применение, например, в расплавах титановых сплавов. Поскольку температура плавления палладия сравнительно низкая по сравнению с титаном, то металлический палладий быстро плавится в расплаве титана, и не создаются проблемы, связанные с тем, что лигатуры палладия останутся нерасплавленными. Другие металлические лигатуры, обладающие температурами плавления вблизи или выше температуры плавления доминирующего металла расплава, предпочтительно являются частицами со сравнительно малым размером, чтобы способствовать полному плавлению. Особенно предпочтительным размером частиц у таких других лигатур для обеспечения полного расплавления является величина примерно 1 мкм или менее.

В другом не ограничивающем варианте осуществления формованного изделия в соответствии с данным изобретением лигатура представляет собой диоксид титана в виде частиц или подобное оксидное соединение, и в таком случае частицы предпочтительно составляют менее примерно 100 мкм в диаметре, более предпочтительно менее 1 мкм в диаметре. Такие формованные изделия могут быть использованы, например, в расплавах титановых сплавов, чтобы добавить кислород к расплавленному материалу и получающемуся в результате твердому сплаву. Сравнительно малый размер частиц диоксида титана в таких формованных изделиях лучше обеспечивает полное растворение в расплаве. Неполное растворение приводит к заниженной степени легирования и, что более существенно, к образованию весьма нежелательных дефектных частиц (включений) в конечном отвержденном продукте.

Другие возможные размеры и формы лигатур в виде частиц включают лигатуры в форме дроби. Как использовано здесь, термин «дробь» относится к частицам, которые являются в основном сферическими и имеют диаметр в интервале от примерно 0,5 мм вплоть до примерно 5 мм. Некоторые другие возможные формы лигатур в виде частиц, применимые в формованных изделиях по данному изобретению, могут иметь размер «обжимки», который относится к широкому ассортименту материалов в виде лома, включая смятые и скрученные листы, крепежные детали, кусочки от зачистки при различных производственных процессах с изготовлением промежуточных изделий, бракованные изделия и любые исходные материалы в этом интервале размеров, все из которых имеют максимальный размер по одному любому направлению в интервале от примерно 1 мм вплоть до примерно 100 мм. Соответственно, здесь может иметь место частичное перекрывание по размеру между тем, что рассматривается как «дробь», и тем, что рассматривается как «обжимка». Вышеуказанные размеры и формы частиц лигатуры не должны рассматриваться в качестве ограничений в отношении раскрытого здесь материала, и лигатура в виде частиц может иметь любой размер частиц независимо от того, меньше он или больше указанных здесь конкретных размеров, который предоставляет возможность лигатуре в формованных изделиях удовлетворительно растворяться в расплаве и объединяться с образованием конечного сплава. Соответственно, ссылка на лигатуру «в виде частиц» или на «частицы» лигатуры не подразумевает какого-либо размера частиц или интервала размеров частиц или какой-либо конкретной формы. Вместо этого ссылка на выражения «в виде частиц», «частицы» или т.п. просто указывает, что большое число кусочков конкретной лигатуры взаимно связаны в формованном изделии связующим материалом. Кроме того, как это видно при рассмотрении данного изобретения, формы лигатуры, применимые в данных формованных изделиях, не ограничиваются теми конкретными формами, которые указаны. Другие возможные формы лигатуры, которые могут быть использованы в формованных изделиях по данному изобретению, будут очевидны средним специалистам в данной области техники при принятии во внимание данного изобретения, и все такие формы лигатур охвачены прилагаемой формулой изобретения.

Химические составы одной или нескольких лигатур, которые могут быть включены в формованные изделия в соответствии с данным изобретением, могут быть любыми желательными и подходящими химическими составами лигатур. Например, как описано далее, в одном из не ограничивающих вариантов осуществления формованного изделия в соответствии с данным изобретением лигатура представляет собой диоксид титана в виде частиц, который является лигатурой, используемой ранее, например, для добавления кислорода в расплавы титановых сплавов. Несомненно, средние специалисты в данной области техники смогут подобрать один или несколько конкретных химических составов лигатур на основе желательного эффекта легирования во взаимосвязи с конкретным расплавом металла, подлежащим приготовлению. Поэтому отсутствует необходимость в приведении исчерпывающего описания возможных материалов лигатур в виде частиц, применимых для образования расплавов конкретных сплавов. Неполный список примеров лигатур, применимых в виде частиц, которые могут быть использованы в формованных изделиях, описанных в данном изобретении, включает: лигатуры на базе палладия, используемые при изготовлении, например, титановых сплавов по ASTM B 348, таких как сплавы титана следующих классов по ASTM: 7 (Ti-0,15Pd), 11 (Ti-0,15Pd), 16 (Ti-0,05Pd), 17 (Ti- 0,15Pd), 18 (Ti-3Al-2,5V-0,05Pd), 20 (Ti-3Al-8V-6Cr-4Mo-4Zr-0,05Pd), 24 (Ti-6Al-4V-0,05Pd) и 25 (Ti-6Al-4V-0,5Ni-0,05Pd); лигатуры на базе соединения палладия; лигатуры на базе никеля и молибдена (используемые при изготовлении, например, титана класса 12 по ASTM (Ti-0,3Mo-0,8Ni); лигатуры на базе алюминия и соединения алюминия; лигатуры на базе ванадия и соединения ванадия; лигатуры на базе олова и соединения олова; лигатуры на базе хрома и соединения хрома; и лигатуры на базе железа, оксида железа (используемые при изготовлении, например, титана CP, включая классы 1, 2, 3 и 4 по ASTM) и другого соединения железа.

Связующие материалы, которые могут быть использованы в формованных изделиях по данному изобретению, могут быть любым подходящим отдельным материалом или комбинацией материалов, которые будут легко смешиваться с одной или несколькими лигатурами в виде частиц и соответственно связывать данные частицы с образованием желательного формованного изделия. Конкретные связующие материал или материалы должны обладать такими свойствами, что они будут разрушаться при соответствующих условиях; это означает, что при рабочих условиях плавильного оборудования один или несколько связующих материалов образуют летучие компоненты, которые могут или абсорбироваться расплавленным материалом или выводиться из плавильного оборудования вакуумной системой. С учетом того, что данное изобретение направлено на легирование расплавов металлов, выбранный связующий материал или материалы должны разлагаться и освобождать связанные частицы лигатуры, когда формованное изделие подвергается воздействию высокой температуры. Предпочтительно такая высокая температура выше 500°F.

В качестве примера, во время приготовления расплавов титановых сплавов при использовании обычного оборудования для электронно-лучевой плавки высокие рабочие температуры (примерно 1670°C для титана) и очень низкие давления (примерно 1×10^-3 мм рт.ст.) в достаточной степени обеспечивают испарение многих связующих материалов, которые предполагаются для использования в вариантах осуществления формованных изделий в соответствии с данным изобретением. При воздействии на них указанных условий эти связующие материалы плавятся и затем испаряются или же испаряются непосредственно из твердого состояния, образуя газообразные компоненты, которые могут растворяться в расплавленном титане. Когда связующее разлагается таким образом, связанные частицы лигатуры освобождаются и могут быть легко абсорбированы расплавом.

Связующие материалы также должны удовлетворять определенным требованиям. Далее описано лишь ограниченное число примеров возможных связующих материалов, и следует понимать, что средние специалисты в данной области техники смогут легко подобрать дополнительные подходящие связующие материалы. Такие дополнительные связующие, хотя и не указаны конкретным образом, входят в объем данного изобретения и охвачены прилагаемой формулой изобретения.

Одним из классов связующих материалов, которые могут быть использованы в формованных изделиях, являются органические полимеры. В зависимости от конкретного расплава металла, подлежащего приготовлению, не ограничивающие примеры возможных подходящих связующих материалов на базе органических полимеров включают сополимер этилена и винилацетата (EVA), полиэтилен низкой плотности (ПЭНП), полиэтилен высокой плотности (ПЭВП), мочевино-формальдегидный полимер и другие формальдегидные соединения. В общем смысле подходящие связующие материалы включают любой отдельный органический углеводородный полимер или комбинации органических углеводородных полимеров, которые могут быть соответствующим образом сформованы с образованием самоподдерживающегося профиля и удовлетворяют другим требованиям к связующим материалам, указанным далее. Применимые органические углеводородные полимеры включают, например, различные термоотверждающиеся и термопластичные углеводородные полимеры, обычно имеющиеся в распоряжении и используемые в производстве пластмас. Смеси термоотверждающихся и термопластичных углеводородных полимеров также могут быть использованы в качестве связующих материалов. Термоотверждающиеся и термопластичные материалы или их смеси должны быть в состоянии объединять лигатуру в виде частиц и также должны удовлетворять некоторым другим описанным требованиям. Предпочтительно термоотверждающийся или термопластичный связующий материал или смеси, используемые для изготовления формованных изделий по данному изобретению, обладают высокой способностью к формованию и экструзии, а также достаточно малым поверхностным натяжением и низкой вязкостью для образования покровного слоя на частицах лигатуры. Полимеры, имеющие высокую способность к смачиванию и образованию покровного слоя, предпочтительны, поскольку лучше покрытые частицы лигатуры обеспечивают более высокое значение процентного содержания частиц, объединенных в формованные изделия. Неполностью покрытые частицы лигатуры могут приводить к чрезмерному износу формовочного оборудования и недостаточной структурной целостности конечных формованных изделий. Должна также иметься способность к полному и равномерному перемешиванию термоотверждающегося и/или термопластичного связующего материала с частицами лигатуры. Любой используемый термоотверждающийся связующий материал предпочтительно также должен обладать высокой способностью к схватыванию и отверждению, чтобы изготовить формованные изделия удовлетворительной прочности для поддержания достаточной целостности во время обращения с ними.

Органический полимер или другой связующий материал может быть использован в любой форме, пригодной для смешивания с лигатурой в виде частиц. ПЭНП и ПЭВП, например, так же как и многочисленные другие органические полимеры, доступны в виде твердых гранул, которые могут быть легко смешаны лигатурой в виде частиц. Предпочтительно используемый конкретный связующий материал или комбинацию связующих материалов получают в формах, которые могут быть легко, полным образом и равномерно смешаны с лигатурой в виде частиц, с тем чтобы такой связующий материал мог эффективным образом объединять частицы лигатуры при обработке смеси.

Многие органические полимеры, которые по определению включают значительное количество углерода, хорошо подходят для использования в качестве связующих материалов для формованных изделий в соответствии с настоящим изобретением, включая, например, формованные изделия, применимые для приготовления расплавов сплавов на основе титана. Может быть допущено добавление некоторого количества углерода в расплав титана, и это, вплоть до некоторого уровня концентрации, будет выгодным образом увеличивать прочность получаемого титанового сплава. Можно легко определить элементный состав связующего материала, используемого в конкретном формованном изделии, изготовленном в соответствии с данным изобретением, и тем самым определить, может ли быть допущен данный связующий материал и его элементный состав, или, возможно, будет выгодно, при определенных уровнях добавления, его разложение и абсорбция расплавом.

В дополнение к соответствующему разложению при температуре расплава связующие материалы, применимые в различных формованных изделиях по данному изобретению, предпочтительно не выделяют газов при загрузке в систему подачи и при транспортировке в зону, близкую к ванне с жидким металлом, или, в других обстоятельствах, перед загрузкой в зону, близкую к ванне с жидким металлом. В специфическом случае, в котором сырьевые материалы для образования расплава плавятся в оборудовании для электронно-лучевой плавки, формованные изделия по данному изобретению должны разлагаться и выделять газы (испаряться) при воздействии электронного пучка, чтобы растворяться в расплаве, однако изделия предпочтительно не выделяют газов в вакуумном окружении электронно-лучевого оборудования при температуре окружающей среды (такой как 10-120°F).

Другой необходимой характеристикой органического полимера или другого связующего материала является то, что он не должен преждевременно терять структурную целостность или разлагаться и тем самым освобождать частицы лигатуры раннее необходимого времени, при котором компоненты лигатуры формованного изделия соответствующим образом абсорбируются расплавом. Органический полимер или другой связующий материал предпочтительно обеспечивает изготовление формованного изделия, которое в достаточной степени устойчиво в обращении, к ударным и другим усилиям, так что формованное изделие не разваливается до неприемлемой степени во время обращения с ним и не образует мелкие частицы или иные сравнительно небольшие кусочки, которые могли бы быть потеряны или легко расслаиваться в смеси исходных сырьевых материалов расплава.

Кроме того, в химический состав органического полимера или другого связующего материала не могут быть включены элементы в концентрациях, которые не могут быть допущены в конкретном расплаве металла и результирующем литейном сплаве. Например, при приготовлении определенных сплавов на базе титана связующий материал не должен иметь неприемлемые уровни содержания кремния, хлора, магния, бора, фтора или других элементов, которые были бы нежелательны в расплаве и результирующем литейном сплаве. Несомненно, средние специалисты в данной области техники смогут легко определить пригодность конкретного связующего материала или комбинации связующих материалов посредством испытаний, знания составов связующего материала и желательного результирующего сплава, осведомленности о несовместимости определенных элементов в желательном сплаве и при помощи других средств.

Как было указано, связующие материалы на базе органического полимера обязательно имеют значительное содержание углерода. Концентрация углерода должна приниматься во внимание при выборе подходящего связующего, хотя также должна приниматься во внимание и концентрация связующего в формованных изделиях. При изготовлении титановых сплавов и при использовании связующих материалов на базе органического полимера, предпочтительно максимальная концентрация углерода в связующем составляет, например, около 50 мас.%. В зависимости от концентрации связующего в формованных изделиях концентрации углерода связующего материала более 50 мас.% могут привести к добавлению избыточного углерода к расплаву титанового сплава, поскольку в большинстве технических спецификаций для титановых сплавов предельное содержание углерода составляет не более 0,04 мас.%. Добавление формованных изделий, изготовленных в соответствии с данным изобретением и включающих лигатуру в виде частиц диоксида титана и определенные связующие материалы на базе органического полимера с высоким содержанием углерода, может увеличить содержание углерода в расплаве до допустимого максимума без добавления значительного количества кислорода в расплав.

Азот является другим элементом, который может присутствовать в связующих материалах, применимых в формованных изделиях по данному изобретению. Добавление азота может улучшать свойства некоторых сплавов. Например, азот увеличивает прочность титана примерно в 2,5 раза более эффективно, чем кислород, в расчете на массу. Соответственно, например, возможно изготовление формованного изделия в соответствии с данным изобретением, включающего один или несколько азотсодержащих связующих материалов как средства добавления азота в качестве легирующей добавки к расплаву титана и повышения прочности титанового сплава. Один или несколько азотсодержащих связующих материалов могут содержать, например, до 50 мас.% азота или более. Концентрация кислородсодержащей лигатуры в виде частиц в таком формованном изделии может быть уменьшена, поскольку азотсодержащий связующий материал также улучшает прочность результирующего титанового сплава. Это обеспечивает специфическую степень упрочнения титанового сплава при использовании меньшего количества кислородсодержащей лигатуры, чем это потребовалось бы без азотсодержащего связующего материала. Естественно, может также оказаться желательным добавление азота к расплаву сплава, иному чем титановый сплав, или по иным причинам, чем упрочнение. К тому же имеется сравнительно небольшое число азотсодержащих лигатур. Использование азотсодержащего связующего материала в формованных изделиях, изготовленных в соответствии с данным изобретением, направлено на удовлетворение этих потребностей.

Возможные азотсодержащие связующие материалы, применимые в формованных изделиях в соответствии с данным изобретением, включают мочевино-формальдегидный полимер, а также другой подходящий азотсодержащий органический углеводородный материал, который может быть сформован с приданием требуемого профиля и связывает лигатуру в виде частиц, включая азотсодержащие термоотверждающиеся и термопластичные материалы.

Подходящий интервал концентраций связующего в формованных изделиях в соответствии с данным изобретением будет зависеть от множества факторов, включающих в себя те из них, которые рассмотрены выше. Ограничивающим фактором для минимальной концентрации связующего материала является способность данной концентрации выбранного связующего материала связывать лигатуру в виде частиц с образованием формованного изделия, имеющего желательные форму, размер и/или плотность при подходящей прочности, так что с формованными изделиями можно обращаться без их неприемлемого повреждения. Соответственно, наряду с тем, что максимальная концентрация связующего материала может определяться химическим составом, механические ограничения могут определять минимальную концентрацию связующего материала. Например, при изготовлении формованного изделия определенного типа в соответствии с данным изобретением, включающего отдельную лигатуру на базе диоксида титана в виде частиц и связующие материалы на базе ПЭНП, было найдено, что использование менее примерно 18 мас.% ПЭНП приводит к тому, что лигатура в изделиях не связывается полностью, и некоторая часть лигатуры остается в изделиях в виде несвязанного порошка. Кроме того, смешиван