PL224907B1

PL224907B1 - Sposób otrzymywania stabilnego włóknistego kompozytu stopu Al-Cu-Co z frakcją fazy kwazikrystalicznej

Info

Publication number: PL224907B1
Application number: PL393441A
Authority: PL
Inventors: Włodzimierz Bogdanowicz
Original assignee: Univ Śląski W Katowicach
Priority date: 2010-12-28
Filing date: 2010-12-28
Publication date: 2017-02-28
Also published as: PL393441A1

Description

Przedmiotem wynalazku jest sposób otrzymywania stabilnego włóknistego kompozytu stopu Al-Cu-Co, w którym jako faza zbrojąca występują włókna kwazikrystalicznej, dekagonalnej fazy

AI65.5CU177C016.8·

Kwazikrystaliczne fazy są coraz szerzej wykorzystywane jako składowe wielofazowych stopów na bazie aluminium. Najbardziej zaawansowanymi technologicznie materiałami z frakcją fazy kwazikrystalicznej są kompozyty włókniste, w których główną składową włókien jest faza kwazikrystaliczna.

W stopach Al-Cu-Co występuje kwazikrystaliczna faza o strukturze dekagonalnej. Specyfika tej struktury powoduje wyraźną anizotropię przewodnictwa cieplnego; wzdłuż jednego kierunku przew odnictwo to jest istotnie wyższe niż w pozostałych kierunkach. W kompozytach włóknistych o włóknach utworzonych z takiej fazy powinno występować podwyższone tempo odprowadzania ciepła w kierunku włókien. Ponieważ dodatkowo faza dekagonalna ma bardzo niski współczynnik tarcia dynamicznego jest stabilna w wysokich temperaturach, to kompozyty tego typu mogą być użyteczne jako wysok otemperaturowe materiały frykcyjne o ukierunkowanym odprowadzaniu ciepła. Mogą one znaleźć zastosowanie w produkcji elementów komór spalania silników.

Z dotychczasowego stanu techniki znane są sposoby wytwarzania kompozytów z kwazikrystaliczną fazą umacniającą w postaci proszku [F. Masa, I. Akihisa, K. Hisamichi, „An aluminum based Allom having high heat resistance and having high strength, Japanese Patent JP 2006274311 (2006)].

Jednakże jak dotąd nie opublikowano metody otrzymywania kompozytów włóknistych.

Zagadnieniem technicznym wymagającym rozwiązania jest opracowanie sposobu otrzymywania stabilnego włóknistego kompozytu w postaci płytki stopu Al-Cu-Co, zawierającego jako fazę wzmacniającą włókna dekagonalną fazę kwazikrystaliczną Al₆₄Cu₂₀Co₁₆, a jako osnowę tetragonalną fazę krystaliczną AI₇₂Cu₂₇Co₁.

Sposób otrzymywania stabilnego włóknistego kompozytu stopu Al-Cu-Co z frakcją fazy kwazikrystalicznej, w którym jako faza zbrojąca występują włókna kwazikrystalicznej, dekagonalnej fazy Al₆₅.₅Cu₁₇.₇Co₁₆.₈, a jako osnowa tetragonalna faza krystaliczna AI₇₂Cu₂₇Co₁, zgodnie z niniejszym wynalazkiem polega na tym, że w pierwszym etapie przeprowadza się poprzez stopienie składników syntezę stopu Al-Cu-Co w piecu indukcyjnym, przy czym wyjściowy skład chemiczny stopu powinien być taki, aby temperatura jego topnienia była od 15 do 25°C, korzystnie 20°C niższa od temperatury perytektycznej. W drugim etapie z tego stanu przeprowadza się szybką krystalizację stopu poprzez wylanie go do miedzianej wlewnicy wstępnie ochłodzonej, korzystnie ciekłym azotem, otrzymując wlewek w postaci płytki o grubości od 4 do 8 mm, korzystnie 6 mm. Następnie w trzecim etapie, z wlewka poprzez szlifowanie przygotowuje się płytkę wsadu o grubości od 1,5 do 3,5 mm, korzystnie mm, o zaostrzonym asymetrycznie końcu, po czym w czwartym etapie przeprowadza się kierunk ową krystalizację płytki wsadu przy wartości poziomej składowej gradientu temperatury 6 K/mm oraz przy prędkości obniżania temperatury 2 K/min. Z otrzymanej w ten sposób płytki trójwarstwowej, w której górna faza jest monokwazikryształem dekagonalnej fazy kwazikrystalicznej AI₆₄Cu₂₀Co₁₆, środkowa - warstwą kompozytu zawierającego jako fazę wzmacniającą włókna dekagonalnej fazy kwazikrystalicznej AI₆₄Cu₂₀Co₁₆, a jako osnowę tetragonalną fazę krystaliczną AI₇₂Cu₂₇Co₁, natomiast dolna jest porowatą warstwą resztkową, w piątym etapie zeszlifowuje się warstwy górną i dolną pozostawiając jedynie środkową warstwę kompozytową.

Do otrzymywania według wynalazku kompozytu w postaci płytki stopu Al-Cu-Co, zawierającego jako fazę wzmacniającą włókna dekagonalnej fazy kwazikrystalicznej AI₆₄Cu₂₀Co₁₆, a jako osnowę tetragonalną fazę krystaliczną AI₇₂Cu₂₇Co₁, może być wykorzystane urządzenie znane z polskiego zgłoszenia patentowego P-382618, służące pierwotnie do otrzymywania płytkowych, dwublokowych monokwazikryształów.

Sposób według wynalazku zostanie bliżej objaśniony w oparciu o rysunek, na którym fig. 1 przedstawia w rzucie aksonometrycznym kształt wsadu, z którego poprzez krystalizację kierunkową otrzymuje się kompozyt, natomiast fig. 2 i fig. 3 przedstawiają strukturę i ułożenie włókien w kompozycie.

Przykładowy sposób otrzymania stabilnego włóknistego kompozytu stopu Al-Cu-Co z frakcją fazy kwazikrystalicznej, w którym jako faza zbrojąca występują włókna kwazikrystalicznej, dekagonalnej fazy Al₆₅.₅Cu₁₇.₇Co₁₆.₈, a jako osnowa tetragonalna faza krystaliczna AI₇₂Cu₂₇Co₁ polega na tym, że w pierwszym etapie przeprowadza się poprzez stopienie w temperaturze 1600°C glinu, miedzi i kobaltu syntezę stopu Al-Cu-Co w piecu indukcyjnym. Otrzymany stop posiada procentowy skład atomowy

PL 224 907 B1

Al73_]5Cui7.₅Co₉.o. W drugim etapie z tego stanu przeprowadza się szybką krystalizację stopu poprzez wylanie go do miedzianej wlewnicy ochłodzonej wstępnie ciekłym azotem, w wyniku czego powstaje wlewek w postaci płytki o grubości 6 mm. W trzecim etapie z wlewka poprzez szlifowanie przygotowuje się płytkę wsadu o grubości 2 mm, o zaostrzonym asymetrycznie końcu i kształcie przedstawionym na fig. 1 rysunku. W czwartym etapie, w urządzeniu opisanym w zgłoszeniu patentowym P-382618 przeprowadza się kierunkową krystalizację płytki wsadu przy wartości poziomej składowej gradientu temperatury 6 K/mm oraz przy prędkości obniżania temperatury 2 K/min. W wyniku krystalizacji otrzymuje się płytkę trójwarstwową, w której górna faza jest monokwazikryształem dekagonalnej fazy kwazikrystalicznej AI₆₄Cu₂₀Co₁₆, środkowa - warstwą kompozytu zawierającego jako fazę wzmacniającą włókna dekagonalnej fazy kwazikrystalicznej AI₆₄Cu₂₀Co₁₆, a jako osnowę tetragonalną fazę krystaliczną AI₇₂Cu₂₇Co₁, natomiast dolna jest porowatą warstwą resztkową. W piątym etapie zeszlifowuje się warstwy górną i dolną pozostawiając jedynie warstwę kompozytową. W warstwie tej włókna fazy wzmacniającej są równoległe do osi X w płaszczyźnie XY oraz są nachylone pod kątem około 30° względem osi X w płaszczyźnie XZ. Ułożenie włókien przedstawiają fig. 2 i fig. 3 rysunku.

Otrzymane sposobem według wynalazku kompozyty w postaci płytki stopu Al-Cu-Co, zawierającego jako fazę wzmacniającą włókna dekagonalnej fazy kwazikrystalicznej AI₆₄Cu₂₀Co₁₆, a jako osnowę tetragonalną fazę krystaliczną AI₇₂Cu₂₇Co₁ wykazują się stosunkowo wysoką stabilnością i co najmniej kilka lat nie ulegają kruszeniu, rozpadowi. Kompozyty takie mogą znaleźć zastosowanie jako lekkie, wysokotemperaturowe materiały frykcyjne o ukierunkowanym odprowadzaniu ciepła. Mogą one być wykorzystywane jako materiały konstrukcyjne, między innymi mogą tworzyć bazę do konstruowania komór spalania silników o kierunkowym odprowadzaniu ciepła, co może stanowić podstawę siln ików adiabatycznych.

Claims

Sposób otrzymywania stabilnego włóknistego kompozytu stopu Al-Cu-Co z frakcją fazy kwazikrystalicznej, w którym jako faza zbrojąca występują włókna kwazikrystalicznej, dekagonalnej fazy Al₆₅.₅Cu₁₇.₇Co₁₆.₈, a jako osnowa tetragonalna faza krystaliczna AI₇₂Cu₂₇Co₁, przy czym wyjściowy skład chemiczny stopu jest taki, że temperatura jego topnienia jest od 15 do 25°C, korzystnie 20°C niższa od temperatury perytektycznej, znamienny tym, że w pierwszym etapie przeprowadza się poprzez stopienie składników syntezę stopu Al-Cu-Co w piecu indukcyjnym, w drugim etapie z tego stanu przeprowadza się szybką krystalizację stopu poprzez wylanie go do miedzianej wlewnicy wstępnie ochłodzonej, korzystnie ciekłym azotem, otrzymując wlewek w postaci płytki o grubości od 4 do 8 mm, korzystnie 6 mm, następnie w trzecim etapie z wlewka poprzez szlifowanie przygotowuje się płytkę wsadu o grubości od 1,5 do 3,5 mm, korzystnie 2 mm, po czym w czwartym etapie przeprowadza się kierunkową krystalizację płytki wsadu przy wartości poziomej składowej gradientu temperatury 6 K/mm oraz przy prędkości obniżania temperatury 2 K/min, a z otrzymanej w ten sposób płytki trójwarstwowej, w piątym etapie zeszlifowuje się warstwy górną i dolną pozostawiając jedynie środkową warstwę kompozytową.