DE112006001603T5 - Process for the production of a composite based on aluminum - Google Patents
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Abstract
Verfahren zur Erzeugung eines Verbundstoffs auf Basis von Aluminium, umfassend das Verstärken der Aluminiumschmelze mit Fasern, dadurch gekennzeichnet, dass als Faser eine Basaltfaser mit einem Durchmesser von 16-18 Mikrometer verwendet wird, die Fasern auf dem Boden eines Tiegels in Form einer Schicht angeordnet werden, auf diese Faserschicht eine Aluminiumschicht mit ungefähr dem selben Volumen gelegt, der Tiegel mit seinem Inhalt in einen Ofen gebracht und auf 800°C bis 850°C aufgeheizt wird, wobei der Inhalt über 10 bis 15 Minuten bei genannter Temperatur vermischt wird, der Tiegel dann aus dem Ofen herausgenommen und das Erzeugnis in eine Gussform gegossen und gekühlt wird.method for producing a composite based on aluminum, comprising reinforcing the molten aluminum with fibers, characterized in that as Fiber is a basalt fiber with a diameter of 16-18 microns is used, the fibers on the bottom of a crucible in the form of a Layer are arranged on this fiber layer, an aluminum layer with approximately the same volume, the crucible with its contents in one Stove brought to 800 ° C up to 850 ° C is heated, the contents over 10 to 15 minutes at Temperature is mixed, the crucible then removed from the oven and the product is poured into a mold and cooled.
Description
Gebiet der ErfindungField of the invention
Die vorliegende Erfindung gehört dem Gebiet der Metallurgie und zwar dem Verfahren für Erzeugung eines Verbundstoffs auf Basis von Aluminium, der für die Herstellung von Baustoffen mit bestimmten verbesserten Eigenschaften verwendet. werden kann.The present invention belongs the field of metallurgy, namely the process of production a composite based on aluminum used for the production used by building materials with certain improved properties. become can.
Stand der TechnikState of the art
Die Aluminiumlegierungen und auf ihnen basierte Verbundstoffe sind heute in verschiedenen Bereichen der Technik verwendet, z.B. im Maschinen- und Flugzeugbau, in der Herstellung der Haushaltsgeräte und so weiter, was mit ihren konkreten Eigenschaften bedingt ist. Dabei, jeder einzelner Fall der vielfältigen Verwendung verlangt die verschiedenen Daten der Kennwerte. Zum Beispiel, für Erreichen der guten Betriebskennwerte der Herstellung der Flugzeugselemente haben eine große Bedeutung solche Eigenschaften wie Festigkeit und Hitzefestigkeit, die nach der in einem Analogen angeführten Lösung durch die Verankerung der Stahlfaser der Aluminiumlegierung erreicht wird (1), die aus Mischungen von Magnesium, Mangen, Silizium, Kupfer, Eisen und anderen Mischungen entsteht. Nach den anderen Analogen für Erreichen der hohen Steifigkeits-, Festigkeits-, – und Maßstabilität wird die Matrix der Aluminiumlegierung parallel der gegebenen Richtung mit den aufeinander folgenden Kohlenstofffaserschichten verankert (2). Noch in einer bekannten Analoge für Erzeugung der wärmeisolierenden Produktion wird man Zerlegung der Basaltfaser vom Durchmesser 3 Mikrometer, das Mischen der zerlegten Basaltfaser mit dem sich neu gesenkten Gel von Aluminiumhydroxid, Trocknen und Röstung auf 500°-550°C Temperatur durchgeführten (3). Noch in einer, aus dem Stand der Technik bekannten Analoge ist im Weltraum verwendbares Detail aus Verbundstoff befertigt, der auf Magnesium enthaltende Aluminiumlegierung basiert, in welchem 55-65% des Umfangs ist es ununterbrochene Kohlenstofffaser von Jungmodul der überhohen Bedeutung (4).The Aluminum alloys and composites based on them are today used in various fields of technology, e.g. in the machine and Aircraft manufacturing, in the production of household appliances and so on, what with their concrete properties is conditional. Thereby, every single case the diverse Use requires the different data of the characteristic values. For example, for reaching the have good operating characteristics of the manufacture of the aircraft elements a big Meaning such properties as strength and heat resistance, anchoring according to the solution given in an analogue the steel fiber of the aluminum alloy is achieved (1), the Mixtures of magnesium, manganese, silicon, copper, iron and others Mixtures are created. After the other analogues for achieving the high stiffness, strength, and dimensional stability is the Matrix of aluminum alloy parallel with the given direction anchored to the successive carbon fiber layers (2). Still in a known analog for production of heat-insulating Production will be decomposition of basalt fiber of diameter 3 Micrometer, mixing the decomposed basalt fiber with the new one lowered gel of aluminum hydroxide, drying and roasting to 500 ° -550 ° C temperature conducted (3). Still in an analog known in the art usable in space detail made of composite material, the based on magnesium containing aluminum alloy, in which 55-65% of the circumference it is uninterrupted carbon fiber from Young's modulus the over-high Meaning (4).
Naheliegend zu der angebotenen Erfindung ist es Verfahren für Erzeugung mit Faserstoff verankerter Verbundsstoffe, das die periodische Zugabe der mit Verteiler getrenntes Borfaser im Aluminiumschmelzgut von Matrizenmetall A7, Formung des Verbundsstoffes und sein weiteres Herausheben vorsieht (5).obvious to the invention offered it is process for production with pulp anchored composites containing the periodic addition of the splitter-separated Borfaser in aluminum smelting material of matrix metal A7, shaping of the composite material and its further emphasis (5).
In bekannten Analogen genannte alle Objekte sind mit mehreren Nachteilen gekennzeichnet, und zwar für ihre Verwirklichung ist es komplizierte Ausrüstung, teuere Stoffe, schwere technologische Prozesse nötig und was sehr wichtig ist, nach den Angaben der Analoge hat die erzeugte Produktion keine hohe Härte.In known analogues called all objects are with several disadvantages marked, for their realization is complicated equipment, expensive fabrics, heavy technological processes needed and what is very important, according to the data of the analogues has generated Production no high hardness.
Technisches ErgebnisTechnical result
Also, die Aufgabe der vorliegenden Erfindung und entsprechend das technische Ergebnis ist es Erarbeitung des vereinfachtes Verfahrens für Erzeugung auf dem Aluminium basiertes Verbundstoffes der hohen Härte.So, the object of the present invention and according to the technical The result is the elaboration of the simplified procedure for generation on the aluminum-based composite of high hardness.
Einer von Vorteilen des nach der Erfindung vorliegenden Verfahrens ist es, dass sie keine besondere Ausrüstung benötigt und sie mit solchen Analogen verwirklicht werden kann, die in der Technik breit verwendet sind.one of advantages of the present invention is the method that she does not need any special equipment and she uses such analogs can be realized, which are widely used in the art.
ErfindungswesenInventions
Das angebotene Verfahren wird folgenderweise verwirklicht: Die im voraus befertigte Basaltfaser mit der Länge 10-15 Millimeter und mit dem Durchmesser 16-18 Mikrometer werden auf Tiegelboden nach der im voraus ausgewählten Schichtendicke (z.B. 8-10 mm) untergebracht, auf diese Faserschicht legt man die Schicht aus Aluminiumstoff mit ungefähr demselben Umfang, der Tiegel wird mit dem gennaten Innere in den Ofen gelegt und bis 800°-850°C geheizt, innerhalb 10-15 Minuten wird die ständige Mischung mit dem Mixer in den Bedingungen der genannten Temperatur geführt. Dann wird der Tiegel aus dem Ofen herausgenommen, von dem erzeugten Produkt wird die Schlacke weggenommen, er wird in die Formen gegossen und gekühlt. Für die bessere Härte beträgt optimaler Gehalt vom Basalt 9-13%, seine Regelung wird mit der Änderung der Korrelation der Masse von Aluminium und Basalt leicht erreicht.The The procedures offered are implemented in the following way: The advance prepared basalt fiber with the length 10-15 mm and with the diameter 16-18 microns on pan bottom after the preselected layer thickness (e.g. 8-10 mm), on this fiber layer is placed the layer of alumina with approximately the same The crucible is placed in the oven with the inside and heated to 800 ° -850 ° C, within 10-15 minutes is the constant mix with the blender conducted in the conditions of said temperature. Then the crucible turns off removed from the furnace, from the product produced is the slag taken away, it is poured into the molds and cooled. For the better Hardness is optimal Salary of basalt 9-13%, its regulation will change with the correlation of the mass of aluminum and basalt easily reached.
Beim Bedarf ist es möglich im Tiegel einige Paar von Schichten vom Basalt und Aluminium nacheinander unterzubringen.At the It is possible in the crucible several pairs of layers of basalt and aluminum in succession accommodate.
Entsprechend einer Variante der Ausführung der Erfindung ist es möglich den Tiegel aus Gusseisen oder Graphit zu verwenden. Ihr Vorzug besteht darin, dass sie billig sind und praktisch keine Adhäsion mit dem Zielprodukt haben.Corresponding a variant of the execution of Invention it is possible to use the crucible made of cast iron or graphite. Your preference is to that they are cheap and have virtually no adhesion to the target product.
Entsprechend anderer Variante der Ausführung der Erfindung ist es möglich der Mixer und Gussformen aus rostfreiem Stahl zu verwenden. Ihr Vorteil ist es hohe Verwendbarkeit.Corresponding another variant of the design The invention is possible to use the mixer and molds made of stainless steel. Your advantage is it high availability.
Das erzeugte Produkt ist mit hoher Härte gekennzeichnet. Die nach der Brinnelmethode durchgeführte Prüfung hat gezeigt, dass entsprechend dem angebotenen Verfahren erzeugte Verbundstoff wesentlich höhere Härte als Anfangsaluminium hat, zwar, die Härte wächst mindestens achtmal. Außerdem das erzeugte Produkt ist praktisch einheitlich, aber seine Eigenschaften sind bedeutend von dem Charakter der existierten Wechselwirkung zwischen Aluminium und Basalt abhängig. Aus den mit dem Mikroskop durchgeführten Analysenergebnissen ist es zu sehen, dass im Stoff angeordnete Körner von Basaltfaser mit Aluminium stark verbunden sind. Vermutlich kann man das nicht nur mit physischen Diffusion der Aluminiummoleküle im Basalt erklären, sondern auch damit, wie sich die chemische Reaktion verläuft, und zwar es wird Wiederherstellung der im Basalt existierenden Oxiden mittels Aluminiums durchgeführt, also in ihren Zusammensetzung existierende Atome von solchen Metallen, wie Magnesium, Eisen, Mangen, werden mit Aluminiumatomen substituiert. Dann werden die wiederhergestellten Metallatome im Aluminiumumfang diffundiert. Im Folge des entstandenen engen Verbundes ist die Haftkraft zwischen Basalt und Aluminium sehr stark, was zweifellos positiv auf den mechanischen Eigenschaften des angebotenen Stoffes wirkt. Die gute mechanischen Eigenschaften des angebotenen Stoffes sind vermutlich auch damit erklärt, dass die Wichte von Aluminium und Basalt nah sind (ihr Wert bei 800°-850°C ist es ca von 2,3 bis 2,8 g/cm3) und während des Schmelzprozesses wird bei dem ständigen Mischen die hohe Einheitlichkeit des Verbundstoffes erreicht.The product produced is characterized by high hardness. The Brinnel method test has shown that the composite produced according to the process offered has much higher hardness than the initial aluminum, although the hardness grows at least eight times. Except the product produced is practically uniform, but its properties are significantly dependent on the character of the existing interaction between aluminum and basalt. From the results of the analysis with the microscope, it can be seen that grains of basalt fiber arranged in the fabric are strongly bonded to aluminum. Presumably, this can be explained not only by the physical diffusion of the aluminum molecules in the basalt, but also by how the chemical reaction proceeds, namely, the recovery of the oxides existing in the basalt by means of aluminum, ie, atoms of such metals existing in their composition, such as magnesium, iron, manganese, are substituted with aluminum atoms. Then the restored metal atoms are diffused in the aluminum periphery. As a result of the resulting close bond, the adhesion between basalt and aluminum is very strong, which undoubtedly has a positive effect on the mechanical properties of the substance offered. The good mechanical properties of the substance offered are probably also explained by the fact that the weight of aluminum and basalt are close (their value at 800 ° -850 ° C is about 2.3 to 2.8 g / cm 3 ) and during In the melt process, the high consistency of the composite is achieved with continuous mixing.
Es ist zu merken, dass die Größe der Basaltkörner, ihre Einfluss auf die Härte und auch die mechanische Eigenschaften des erzeugten Produkts sind nicht bis Ende erlernt und die weitere Forschung benötigen.It It should be noted that the size of the basalt grains, their Influence on the hardness and also the mechanical properties of the product produced do not finish learning and need further research.
Ausführungsbeispieleembodiments
Beispiel 1.Example 1.
Der Prozess der Aluminiumsverankerung führt man innerhalb 10 Minuten durch (die mit der Erfindung vorgesehene minimale Betriebsdauer), dabei ist es Verhältnis zwischen Basalt und Aluminium minimal (für 1 kg Aluminium ist es 0,1 kg Basalt genommen). Die Härte des erzeugten Produkts ist es 1 Gpa.Of the Aluminum anchoring process is carried out within 10 minutes by (the minimum operating time provided by the invention), it's the ratio between basalt and aluminum is minimal (for 1 kg of aluminum it is 0.1 kg basalt taken). The hardness of the product produced is 1 Gpa.
Beispiel 2.Example 2.
Der Prozess der Aluminiumsverankerung führt man innerhalb 10 Minuten durch (die mit der Erfindung vorgesehene minimale Betriebsdauer), dabei ist es Verhältnis zwischen Basalt und Aluminium maximal (für 1 kg Aluminium ist es 0,15 kg Basalt genommen). Die Härte des erzeugten Produkts ist es 1,6 Gpa.Of the Aluminum anchoring process is carried out within 10 minutes by (the minimum operating time provided by the invention), it's the ratio between basalt and aluminum maximum (for 1 kg of aluminum it is 0.15 kg basalt taken). The hardness of the product produced is 1.6 Gpa.
Beispiel 3.Example 3.
Der Prozess der Aluminiumsverankerung führt man innerhalb 15 Minuten durch (die mit der Erfindung vorgesehene maximale Betriebsdauer), dabei ist es Verhältnis zwischen Basalt und Aluminium minimal (für 1 kg Aluminium ist es 0,1 kg Basalt genommen). Die Härte des erzeugten Produkts ist es 1,2 Gpa.Of the Aluminum anchoring process is carried out within 15 minutes by (the maximum operating time provided by the invention), it's the ratio between basalt and aluminum is minimal (for 1 kg of aluminum it is 0.1 kg basalt taken). The hardness of the product produced is 1.2 Gpa.
Beispiel 4.Example 4.
Der Prozess der Aluminiumsverankerung führt man innerhalb 15 Minuten durch (die mit der Erfindung vorgesehene maximale Betriebsdauer), dabei ist es Verhältnis zwischen Basalt und Aluminium maximal (für 1 kg Aluminium ist es 0,15 kg Basalt genommen). Die Härte des erzeugten Produkts ist es 1,9 Gpa.Of the Aluminum anchoring process is carried out within 15 minutes by (the maximum operating time provided by the invention), it's the ratio between basalt and aluminum maximum (for 1 kg of aluminum it is 0.15 kg basalt taken). The hardness of the product produced is 1.9 Gpa.
Aus den Ergebnissen der durchgeführten Beispiele ist es zu sehen, dass bei der beliebigen Änderung der Kennwertbedeutung in den mit der Erfindung vorgesehenen Grenzen das erzeugte Produkt große Härte hat.Out the results of the examples carried out it can be seen that at any change of characteristic value meaning in the limits provided by the invention, the product produced has high hardness.
Die vorliegende Erfindung ist auf Grund der speziellen Verwirklichungsbeispiele erörtet, die am meisten praktische und vorzügliche Variante sind, dabei aber ist es verständlich, dass erörterte Verwirklichungsbeispiele illustrierende Charakter tragen und damit die Erfindung nicht begrenzt ist. Es sind die verschiedenen Variante der Verwirklichung, Modifizierungen und Verbesserungen möglich, die die Rahmen des Schutzes nicht überschreiten.The The present invention is based on the specific implementation examples erörtet, the most practical and exquisite variant are there but is it understandable that was discussed Realization examples bear illustrative character and thus the invention is not limited. These are the different variants the realization, modifications and improvements possible, the do not exceed the scope of protection.
ZusammenfassungSummary
Die vorliegende Erfindung gehört dem Gebiet der Metallurgie und zwar dem Verfahren für Erzeugung vom Verbundsstoff auf Grund des Aluminiums und kann für Herstellung der Baustoffe mit bestimmten verbesserten Eigenschaften verwendet.The present invention belongs the field of metallurgy, namely the process of production from the composite due to the aluminum and can for manufacturing used the building materials with certain improved properties.
Das Verfahren sieht im Schmelzgut die Aluminiumverankerung mit den Fasern vor, als Faser sind die Basaltfaser mit Durchmesser 16-18 Mikrometer verwendet, die auf den Boden vom Tiegel als eine Schicht mit der Dicke 8-10 mm untergebracht werden, auf dieser Schicht der Faser wird Aluminiumsschicht von demselben Umfang gelegt, der Tiegel wird mit dem genannten Innere in den Ofen gelegt und bis 850°-880°C Temperatur geheizt, innerhalb 10-15 Minuten bei genannter Temperatur wird ständige Mischung mit dem Mixer durchgeführt, dann wird der Tiegel aus dem Ofen herausgenommen, das erzeugte Zielprodukt wird in Gußform gegossen und gekühlt.The Process sees in the melt the aluminum anchoring with the fibers before, as fiber are the basalt fiber with diameter 16-18 microns used on the bottom of the crucible as a layer with the Thickness 8-10 mm can be accommodated on this layer of fiber Aluminum layer is laid of the same circumference, which becomes crucible with the said interior placed in the oven and up to 850 ° -880 ° C temperature heated, within 10-15 minutes at said temperature will be constant mixture performed with the mixer, then the crucible is removed from the oven, the target product produced is in mold poured and cooled.
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