PL222465B1 - Sposób wytwarzania kompozytu o osnowie metalowej zbrojonego w sposób ciągły - Google Patents

Sposób wytwarzania kompozytu o osnowie metalowej zbrojonego w sposób ciągły

Info

Publication number
PL222465B1
PL222465B1 PL405986A PL40598613A PL222465B1 PL 222465 B1 PL222465 B1 PL 222465B1 PL 405986 A PL405986 A PL 405986A PL 40598613 A PL40598613 A PL 40598613A PL 222465 B1 PL222465 B1 PL 222465B1
Authority
PL
Poland
Prior art keywords
reinforcement
composite
porosity
metal
wax
Prior art date
Application number
PL405986A
Other languages
English (en)
Other versions
PL405986A1 (pl
Inventor
Andrzej Pawlak
Edward Chlebus
Robert Dziedzic
Original Assignee
Politechnika Wroclawska
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Politechnika Wroclawska filed Critical Politechnika Wroclawska
Priority to PL405986A priority Critical patent/PL222465B1/pl
Publication of PL405986A1 publication Critical patent/PL405986A1/pl
Publication of PL222465B1 publication Critical patent/PL222465B1/pl

Links

Landscapes

  • Manufacture Of Alloys Or Alloy Compounds (AREA)
  • Moulds For Moulding Plastics Or The Like (AREA)

Description

(21) Numer zgłoszenia: 405986
Urząd Patentowy Rzeczypospolitej Polskiej (22) Data zgłoszenia: 12.11.2013 (51) Int.Cl.
B22D 19/00 (2006.01) B22D 21/04 (2006.01) B22D 27/20 (2006.01) B22C 9/04 (2006.01) C22C 1/00 (2006.01) (54) Sposób wytwarzania kompozytu o osnowie metalowej zbrojonego w sposób ciągły (73) Uprawniony z patentu:
POLITECHNIKA WROCŁAWSKA, Wrocław, PL (43) Zgłoszenie ogłoszono:
01.09.2014 BUP 18/14 (45) O udzieleniu patentu ogłoszono:
29.07.2016 WUP 07/16 (72) Twórca(y) wynalazku:
ANDRZEJ PAWLAK, Iwanowice, PL EDWARD CHLEBUS, Wrocław, PL ROBERT DZIEDZIC, Żabia Wólka, PL (74) Pełnomocnik:
rzecz. pat. Katarzyna Paprzycka
PL 222 465 B1
Opis wynalazku
Przedmiotem wynalazku jest sposób wytwarzania kompozytu o osnowie metalowej zbrojonego w sposób ciągły metalowymi belkowymi strukturami przestrzennymi znajdujący zastosowanie w aplikacjach wymagających ciągłego materiału, niskiej masy oraz jednocześnie ich wysokiej wytrzymałości.
Z chińskiego zgłoszenia patentowego nr CN102909908, znany jest sposób wytwarzania kompozytów tłumiących, składających się z metalowego piramidalnego zbrojenia, w osnowie żywicy epoksydowej. Metalowa struktura piramidalna jest zalewana w tej metodzie płynną żywicą epoksydową, w celu otrzymania kanapkowej struktury izolującej wibracje.
Z polskiego opisu patentowego nr PL190605 znany jest sposób wytwarzania kompozytu o osnowie metalicznej, odlewanego razem z cząstkami w formie brykietu zawierającego węgiel lub bor, oraz metale z grupy tytan, cyrkon, hafn, wanad, niob, tantal, chrom, molibden, wolfram, aluminium lub metale ziem rzadkich, a także wypełniacz, będący proszkiem metalu identycznego jak osnowa syntetyzowanego kompozytu. Tak przygotowany materiał osnowy na bazie aluminium, magnez, miedź lub ich stopów, wraz z dodatkami poddaje się odlewaniu.
Natomiast polskie zgłoszenie patentowe nr P390252 dotyczy sposobu wytwarzania odlewanego kompozytu metalowego, składającego się z proszku metalowego o innym oporze niż ciekły metal osnowy w który wprowadza się cząsteczki zbrojenia. Ciekła zawiesina odlewana jest do formy z materiału nie przewodzącego a następnie poddawana jest działaniu zmiennego pola elektromagnetyczn ego, działającego na cząsteczki w zawiesinie i zagęszczającego je w sposób zmienny, odpowiadający gęstości wytworzonego pola magnetycznego.
Z japońskiego zgłoszenia patentowego nr JP2008126312 znany jest sposób wytwarzania kompozytu metalowego, poprzez zalewanie trójwymiarowej struktury rusztowania, w ceramicznej formie stopem metali lekkich, otrzymując budowę pasmową.
Istotą wynalazku jest sposób wytwarzania kompozytu o osnowie metalowej zbrojonego w sposób ciągły, który polega na tym, że uprzednio przygotowane w technologii przyrostowej zbrojenie o otwartej porowatości ze stopów metali na bazie tytanu i żelaza zalewa się woskiem i przygotowuje się formę gipsową do odlewania metodą modelu traconego, którą następnie wygrzewa się w temperaturze 100-200°C, po czym formę gipsową z pozostałym w niej zbrojeniem ze stopu metalu o otwartej porowatości zalewa się aluminium, magnezem, tytanem, miedzią lub ich stopami w procesie precyzyjnego odlewania próżniowego w wyniku czego po usunięciu odlewu z formy, otrzymuje się kompozyt o osnowie metalicznej z regularnym zbrojeniem metalowym.
Korzystnie stosuje się formę silikonową, która wykorzystywana jest do wykonania woskowego modelu geometrii wyrobu finalnego wykonanego z kompozytu, poprzez zalanie bryły przedmiotu silikonem i następnie wypełnienie jej woskiem po wcześniejszym umieszczeniu wewnątrz pustej formy zbrojenia kompozytu.
Korzystnie stosuje się zbrojenie o porowatości powyżej 50% ukierunkowane na uzyskanie małych gęstości otrzymanego kompozytu.
Korzystnie stosuje się zbrojenie o porowatości od 20 do 50% ukierunkowane na uzyskanie optymalnego stosunku gęstości do wytrzymałości otrzymanego kompozytu.
Korzystnie stosuje się zbrojenie o porowatości poniżej 20% ukierunkowane na uzyskanie wysokiej wytrzymałości, odporności na ścieranie, odporności korozyjnej oraz odporności termicznej.
Zaletą kompozytu o osnowie metalowej zbrojonego w sposób ciągły według wynalazku jest otrzymywanie metalicznych kompozytów zbrojonych w sposób regularny, ciągły i ustrukturyzowany poprzez wprowadzenie do metalowej osnowy zbrojenia w formie regularnej przestrzennej struktury belkowej. Zbrojenie kompozytu z wysokowytrzymałego stopu, podnosi wytrzymałość tak przygotowanego materiału kompozytowego, a osnowa metaliczna ze stopu o niskiej gęstości dodatkowo zabezpiecza jego charakterystyki udarnościowe i zmęczeniowe. W wyniku procesu projektowania i wytwarzania możliwe jest otrzymanie struktur o zadanej porowatości, oraz dopasowanych właściwościach mechanicznych, odporności korozyjnej, chemicznej oraz odporności na zużycie ścierne w zależności do przeznaczenia.
Przedmiot wynalazku przedstawiony jest w przykładach wykonania oraz na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia etapy sposobu wytwarzania kompozytu o osnowie metalowej, fig. 2 przedstawia przestrzenną strukturę belkową wytworzoną w technologii przyrostowej, stanowiącą zbrojenie kompozytu, fig. 3 przedstawia schemat struktury belkowej stanowiącej zbrojenie, wypełnionej osnową metaPL 222 465 B1 lową, a fig. 4 przedstawia etapy przygotowania elementu z materiałem kompozytowym lokalnie zbrojonego strukturą wpasowaną w geometrię wytwarzanego obiektu.
P r z y k ł a d 1
W pierwszej kolejności przygotowuje się model struktury, w którym określa się geometrię struktury na kształt sześciennej kostki z belkami wpisanymi w jej krawędzie, wielkość komórki elementarnej ustala się na 2500 μm i średnicę belek na 500 μm. Tak przygotowany projekt komórki elementarnej powiela się projektując zbrojenie wytwarzanego materiału kompozytowego. Model struktury wyposaża się w elementy podpierające, niezbędne w procesie wytwarzania przyrostowego do zachowania orientacji w przestrzeni. Model struktury wraz elementami podpierającymi dzielony jest na warstwy, które kolejno wytwarza się w procesie laserowej mikrometalurgii poprzez przetapianie nanoszonych warstw proszku stali nierdzewnej o grubości 20 μm. Przetapianie kolejnych warstw modelu prowadzi się wiązką lasera włóknowego na bazie ytterbu. Wytworzony na podstawie modelu struktury przedmiot, odcina się od elementów podpierających. Wewnętrzne kanały otrzymanej struktury zalewa się roztopionym woskiem, aby zamknąć jej porowatość. Zalana struktura umieszczana jest we flanszy formy gipsowej, wyposażonej w kanały wlewowe i zalewana jest gipsem. Tak przygotowana forma ze strukturą z woskowym wypełnieniem, wygrzewana jest w piecu w temperaturze 150°C w celu wytopienia woskowego wypełnienia zbrojenia kompozytu. Następnie forma gipsowa z porowatą strukturą zbrojenia kompozytu, zalewana jest w technologii odlewania próżniowego, ciekłym stopem aluminium AISi11, wypełniającym jej pory. Po wystudzeniu pieca, forma gipsowa jest niszczona strumieniem wody pod c iśnieniem, pozwalającym usunąć otrzymany kompozyt o osnowie stopu aluminium AISi11 zbrojony regularną strukturą kratową wykonaną ze stali nierdzewnej.
P r z y k ł a d 2
W pierwszej kolejności przygotowuje się model struktury, w którym określa się geometrię struktury na kształt oktahedronu, wielkość komórki elementarnej ustala się na 10 mm i średnicę belek na 1 mm. Tak przygotowany projekt komórki elementarnej powiela się projektując zbrojenie elementu wytwarzanego z materiału kompozytowego. Model struktury wyposaża się w elementy podpierające, niezbędne w procesie wytwarzania, do zachowania orientacji w przestrzeni. Model struktury wraz elementami podpierającymi dzielony jest na warstwy, które kolejno wytwarza się w procesie laserowej mikrometalurgii poprzez przetapianie nanoszonych warstw proszku stopu tytanu o grubości 50 μm. Przetapianie kolejnych warstw modelu prowadzi się wiązką elektronów. Wytworzony na podstawie modelu struktury przedmiot, odcina się od elementów podpierających. Geometria zewnętrzna wytwarzanego przedmiotu z materiału kompozytowego, wykonywana jest w formie prototypu z wykorzystaniem technik przyrostowych lub konwencjonalnych technik obróbki ubytkowej Fig. 4 [1]. Geometria ta zalewana jest silikonem Fig. 4 [2], Silikonowa forma dzielona jest na części zgodnie z płaszczyznami podziałowymi Fig. 4 [3]. Po usunięciu modelu z formy silikonowej Fig. 4 [4], umieszcza się w niej wytworzoną strukturę zbrojącą materiał kompozytowy wytwarzanego elementu Fig. 4 [5]. Formę silikonową z umieszczonym zbrojeniem kompozytu, zalewa się roztopionym woskiem, tak aby zamknąć jej porowatość i uzyskać pożądaną geometrię wytwarzanego elementu Fig. 4 [6]. Geometria woskowa ze strukturą zbrojenia Fig. 4 [7] umieszczana jest we flanszy formy gipsowej, wyposażonej w kanały wlewowe i zalewana jest gipsem Fig. 4 [8], Tak przygotowana forma ze strukturą z woskowym wypełnieniem, wygrzewana jest w piecu w temperaturze 800°C w celu wytopienia woskowego modelu i wypełnienia zbrojenia kompozytu Fig. 4 [9]. Następnie forma gipsowa z porowatą strukturą zbrojenia kompozytu, zalewana jest w technologii odlewania próżniowego, ciekłym stopem magnezu, wypełniającym jej pory Fig. 4 [10]. Po wy studzeniu pieca, forma gipsowa jest niszczona strumieniem wody pod ciśnieniem, pozwalającym usunąć otrzymany kompozyt o osnowie stopu magnezu zbrojonym regularną przestrzenną strukturą belkową wykonaną ze stopu tytanu Ti6Al4V Fig. 4 [11].
P r z y k ł a d 3
W pierwszej kolejności przygotowuje się model struktury, w którym określa się geometrię struktury na kształt sześciennej kostki ze sferycznymi porami wpisanymi w sześcian, wielkość komórki elementarnej ustala się na 1000 μm i średnicę sfery na 1250 μm. Tak przygotowany projekt komórki elementarnej powiela się projektując zbrojenie wytwarzanego materiału kompozytowego. Model struktury wyposaża się w elementy podpierające, niezbędne w procesie wytwarzania przyrostowego do zachowania orientacji w przestrzeni. Model struktury wraz elementami podpierającymi dzielony jest na warstwy, które kolejno wytwarza się w procesie laserowej mikrometalurgii poprzez przetapianie nanoszonych warstw proszku stopu z grupy Inconel o grubości 75 μm. Przetapianie kolejnych warstw modelu prowadzi się wiązką lasera włóknowego na bazie ytterbu. Wytworzony na podstawie modelu
PL 222 465 B1 struktury przedmiot, odcina się od elementów podpierających. Wewnętrzne kanały otrzymanej struktury zalewa się roztopionym woskiem, aby zamknąć jej porowatość. Zalana struktura umieszczana jest we flanszy formy gipsowej, wyposażonej w kanały wlewowe i zalewana jest gipsem. Tak przygotowana forma ze strukturą z woskowym wypełnieniem, wygrzewana jest w piecu w temperaturze 100°C w celu wytopienia woskowego wypełnienia zbrojenia kompozytu. Następnie forma gipsowa z porowatą strukturą zbrojenia kompozytu, zalewana jest w technologii odlewania próżniowego, ciekłym stopem miedzi, wypełniającym jej pory. Po wystudzeniu pieca, forma gipsowa jest niszczona strumieniem wody pod ciśnieniem, pozwalającym usunąć otrzymany kompozyt o osnowie miedzi zbrojony regularną strukturą porowatą wykonaną ze stopu z grupy Inconel.
P r z y k ł a d 4
W pierwszej kolejności przygotowuje się model struktury, w którym określa się geometrię struktury na kształt sześciennej kostki ze sferycznymi porami których środki znajdują się w narożnikach sześcianu, wielkość komórki elementarnej ustala się na 2000 μm i średnicę sfery na 1500 μm. Tak przygotowany projekt komórki elementarnej powiela się projektując zbrojenie wytwarzanego materiału kompozytowego. Model struktury wyposaża się w elementy podpierające, niezbędne w procesie wytwarzania przyrostowego do zachowania orientacji w przestrzeni. Model struktury wraz elementami podpierającymi dzielony jest na warstwy, które kolejno wytwarza się w procesie laserowej mikrometalurgii poprzez przetapianie nanoszonych warstw proszku stopu stali nierdzewnej 316 L o grubości 50 μm. Przetapianie kolejnych warstw modelu prowadzi się wiązką lasera włóknowego na bazie ytterbu. Wytworzony na podstawie modelu struktury przedmiot, odcina się od elementów podpierających. Wewnętrzne kanały otrzymanej struktury zalewa się roztopionym woskiem, aby zamknąć jej porowatość. Zalana struktura umieszczana jest we flanszy formy gipsowej, wyposażonej w kanały wlewowe i zalewana jest gipsem. Tak przygotowana forma ze strukturą z woskowym wypełnieniem, wygrzewana jest w piecu w temperaturze 180°C w celu wytopienia woskowego wypełnienia zbrojenia kompozytu. Następnie forma gipsowa z porowatą strukturą zbrojenia kompozytu, zalewana jest w technologii odlewania próżniowego, ciekłym stopem cynku, wypełniającym jej pory. Po wystudzeniu pieca, forma gipsowa jest niszczona strumieniem wody pod ciśnieniem, pozwalającym usunąć otrzymany kompozyt o osnowie stopu cynku zbrojony regularną strukturą kratową wykonaną ze stopu stali nierdzewnej 316 L.

Claims (5)

  1. Zastrzeżenia patentowe
    1. Sposób wytwarzania kompozytu o osnowie metalowej zbrojonego w sposób ciągły, znamienny tym, że uprzednio przygotowane w technologii przyrostowej zbrojenie o otwartej porowatości ze stopów metali na bazie tytanu i żelaza zalewa się woskiem i przygotowuje się formę gipsową do odlewania metodą modelu traconego, którą następnie wygrzewa się w temperaturze 100-200°C, po czym formę gipsową z pozostałym w niej zbrojeniem ze stopu metalu o otwartej porowatości zal ewa się aluminium, magnezem, tytanem, miedzią lub ich stopami w procesie precyzyjnego odlewania próżniowego w wyniku czego po usunięciu odlewu z formy, otrzymuje się kompozyt o osnowie metalicznej z regularnym zbrojeniem metalowym.
  2. 2. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że stosuje się formę silikonową, która wykorzystywana jest do wykonania woskowego modelu wyrobu, poprzez zalanie jej woskiem po wcześniejszym umieszczeniu wewnątrz zbrojenia kompozytu.
  3. 3. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że stosuje się zbrojenie o porowatości powyżej 50% ukierunkowane na uzyskanie małych gęstości otrzymanego kompozytu.
  4. 4. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że stosuje się zbrojenie o porowatości od 20 do 50% ukierunkowane na uzyskanie optymalnego stosunku gęstości do wytrzymałości otrzymanego kompozytu.
  5. 5. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że stosuje się zbrojenie o porowatości poniżej 20% ukierunkowane na uzyskanie wysokiej wytrzymałości, odporności na ścieranie, odporności korozyjnej oraz odporności termicznej.
PL405986A 2013-11-12 2013-11-12 Sposób wytwarzania kompozytu o osnowie metalowej zbrojonego w sposób ciągły PL222465B1 (pl)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
PL405986A PL222465B1 (pl) 2013-11-12 2013-11-12 Sposób wytwarzania kompozytu o osnowie metalowej zbrojonego w sposób ciągły

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
PL405986A PL222465B1 (pl) 2013-11-12 2013-11-12 Sposób wytwarzania kompozytu o osnowie metalowej zbrojonego w sposób ciągły

Publications (2)

Publication Number Publication Date
PL405986A1 PL405986A1 (pl) 2014-09-01
PL222465B1 true PL222465B1 (pl) 2016-07-29

Family

ID=51417815

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PL405986A PL222465B1 (pl) 2013-11-12 2013-11-12 Sposób wytwarzania kompozytu o osnowie metalowej zbrojonego w sposób ciągły

Country Status (1)

Country Link
PL (1) PL222465B1 (pl)

Also Published As

Publication number Publication date
PL405986A1 (pl) 2014-09-01

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP7345450B2 (ja) ベリリウムを含有する物品の付加製造
Yan et al. Microstructure and mechanical properties of aluminium alloy cellular lattice structures manufactured by direct metal laser sintering
Mohammadi et al. Achieving low surface roughness AlSi10Mg_200C parts using direct metal laser sintering
Song et al. Process parameter selection for selective laser melting of Ti6Al4V based on temperature distribution simulation and experimental sintering
Amirjan et al. Effect of scanning strategy and speed on the microstructure and mechanical properties of selective laser melted IN718 nickel-based superalloy
US20220119926A1 (en) Method for manufacturing a part from aluminium alloy, the alloy comprising at least zirconium and magnesium
Manfredi et al. Laser powder bed fusion of aluminum alloys
US11325206B2 (en) Additive manufactured interpenetrating phase composite
EP3185253A1 (en) Nickel base super alloys and methods of making the same
CN107008902A (zh) 快速固化高温铝铁硅合金
CN106687234B (zh) 用于制造由具有无定型相的金属合金制成的构件的方法
Meisel et al. Lightweight metal cellular structures via indirect 3D printing and casting
WO2016040095A1 (en) Methods and systems for making a three-dimensional object
JP7216437B2 (ja) 高硬度3dプリント鋼鉄製生成物
Adjamskyi et al. Influence of technological parameters of SLM-process on porosity of metal products
Wang et al. A novel method of indirect rapid prototyping to fabricate the ordered porous aluminum with controllable dimension variation and their properties
US20230416893A1 (en) Structured amorphous metals (sam) feedstock and products thereof
WO2017195695A1 (ja) 複合部材の製造方法及び複合部材
Zhou et al. Comparisons on microstructure, mechanical and corrosion resistant property of S136 mold steel processed by selective laser melting from two pre-alloy powders with trace element differences
WO2016013494A1 (ja) 溶融積層造形に用いる合金粉末及び合金粉末の製造方法
CN109926582B (zh) 一种医用钛铌合金制品的制备方法
Piekło et al. Use of selective laser melting (SLM) as a replacement for pressure die casting technology for the production of automotive casting
Fabrizio et al. Replication casting of open-cell AlSi7Mg0. 3 foams
PL222465B1 (pl) Sposób wytwarzania kompozytu o osnowie metalowej zbrojonego w sposób ciągły
Shahriyari et al. Effect of unit cell topologies on mechanical properties of cylindrical lattice structures fabricated by indirect additive manufacturing