PL246576B1 - Method of manufacturing a composite material based on tin bronze - Google Patents

Method of manufacturing a composite material based on tin bronze Download PDF

Info

Publication number
PL246576B1
PL246576B1 PL441413A PL44141322A PL246576B1 PL 246576 B1 PL246576 B1 PL 246576B1 PL 441413 A PL441413 A PL 441413A PL 44141322 A PL44141322 A PL 44141322A PL 246576 B1 PL246576 B1 PL 246576B1
Authority
PL
Poland
Prior art keywords
tin bronze
composite material
carried out
mpa
pressure
Prior art date
Application number
PL441413A
Other languages
Polish (pl)
Other versions
PL441413A1 (en
Inventor
Joanna Kulasa
Karol Krukowski
Anna Hury
Dariusz Kołacz
Marcin LIS
Marcin Lis
Anna Brudny
Beata Cwolek
Original Assignee
Siec Badawcza Lukasiewicz Inst Metali Niezelaznych
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 Siec Badawcza Lukasiewicz Inst Metali Niezelaznych filed Critical Siec Badawcza Lukasiewicz Inst Metali Niezelaznych
Priority to PL441413A priority Critical patent/PL246576B1/en
Publication of PL441413A1 publication Critical patent/PL441413A1/en
Publication of PL246576B1 publication Critical patent/PL246576B1/en

Links

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C47/00—Making alloys containing metallic or non-metallic fibres or filaments
    • C22C47/14—Making alloys containing metallic or non-metallic fibres or filaments by powder metallurgy, i.e. by processing mixtures of metal powder and fibres or filaments
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C49/00—Alloys containing metallic or non-metallic fibres or filaments
    • C22C49/02—Alloys containing metallic or non-metallic fibres or filaments characterised by the matrix material
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C49/00—Alloys containing metallic or non-metallic fibres or filaments
    • C22C49/14—Alloys containing metallic or non-metallic fibres or filaments characterised by the fibres or filaments
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C9/00—Alloys based on copper
    • C22C9/02—Alloys based on copper with tin as the next major constituent

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Powder Metallurgy (AREA)

Abstract

Przedmiotem zgłoszenia jest sposób wytwarzania materiału kompozytowego na bazie brązu cynowego, który charakteryzuje się tym, że do proszku stopowego brązu cynowego dodaje się proszek renu w ilości do 35%, po czym miesza przez co najmniej 30 min, a następnie prasuje i/lub spieka. Prasowanie prowadzi się pod ciśnieniem min 40 MPa w czasie co najmniej 15 s. Spiekanie prowadzi się w temperaturze co najmniej 550°C przy ciśnieniu 0,1 – 200 MPa.The subject of the application is a method of producing a composite material based on tin bronze, which is characterized in that rhenium powder is added to the tin bronze alloy powder in an amount of up to 35%, then mixed for at least 30 min, and then pressed and/or sintered. Pressing is carried out under a pressure of at least 40 MPa for at least 15 s. Sintering is carried out at a temperature of at least 550°C at a pressure of 0.1 - 200 MPa.

Description

Opis wynalazkuDescription of the invention

Przedmiotem wynalazku jest sposób wytwarzania materiału kompozytowego na bazie brązu cynowego, przeznaczonych na elementy ślizgowe.The subject of the invention is a method of producing a composite material based on tin bronze intended for sliding elements.

Obecnie nie są znane materiały ślizgowe z dodatkiem metalicznego renu. Stosowane są jedynie materiały na bazie srebra z dodatkiem metalicznego renu do zastosowań w stykach elektrycznych [Dariusz Kołacz, Stanisław Księżarek, Joanna Karwan-Baczewska, Tomasz Wiśniewski, Małgorzata Kamińska, Barbara Juszczyk, Joanna Kulasa, Katarzyna Bilewska. The influence of manufacturing parameters on tribological properties of contact materials. Euro PM2020 Virtual Congress, 5-7 October 2020, Proceedings].Currently, there are no known sliding materials with the addition of metallic rhenium. Only silver-based materials with the addition of metallic rhenium are used for applications in electrical contacts [Dariusz Kołacz, Stanisław Księżarek, Joanna Karwan-Baczewska, Tomasz Wiśniewski, Małgorzata Kamińska, Barbara Juszczyk, Joanna Kulasa, Katarzyna Bilewska. The influence of manufacturing parameters on tribological properties of contact materials. Euro PM2020 Virtual Congress, 5-7 October 2020, Proceedings].

Istotą wynalazku jest sposób wytwarzania materiału kompozytowego na bazie brązu cynowego, który charakteryzuje się tym, że do proszku stopowego brązu cynowego dodaje się proszek renu w ilości do 35%, po czym miesza przez co najmniej 30 min, a następnie prasuje i/lub spieka. Prasowanie prowadzi się pod ciśnieniem min. 40 MPa w czasie co najmniej 15 s.The essence of the invention is a method of producing a composite material based on tin bronze, which is characterized in that rhenium powder is added to the tin bronze alloy powder in an amount of up to 35%, then mixed for at least 30 min, and then pressed and/or sintered. Pressing is carried out under a pressure of at least 40 MPa for at least 15 s.

Spiekanie prowadzi się w temperaturze co najmniej 550°C przy ciśnieniu 0,1-200 MPa. Prasowanie prowadzi się metodą CIP lub na prasie hydraulicznej.Sintering is carried out at a temperature of at least 550°C at a pressure of 0.1-200 MPa. Pressing is carried out by the CIP method or on a hydraulic press.

Zagęszczanie prowadzi się metodą HIP.Compaction is carried out using the HIP method.

Proszki, stopowy CuSn10P lub metalicznej miedzi, metalicznej cyny oraz metalicznego renu po odpowiednim naważeniu poddaje się mieszaniu lub mechanicznej syntezie w wysokoenergetycznych młynkach lub w mieszalnikach bębnowych w czasie minimum 30 min. Operacja mieszania jest prowadzona aż do momentu równomiernego rozprowadzenia metalicznego renu w proszku stopowym. W procesie mieszania korzystnie dodaje się środki poślizgowe i środki zwilżające. Kontrolę prawidłowości mieszania proszków wsadowych prowadzi się przez obserwację mikroskopową mieszaniny.Powders, alloyed CuSn10P or metallic copper, metallic tin and metallic rhenium after appropriate weighing are subjected to mixing or mechanical synthesis in high-energy mills or in drum mixers for at least 30 minutes. The mixing operation is carried out until the metallic rhenium is evenly distributed in the alloy powder. During the mixing process, lubricants and wetting agents are preferably added. The control of the correct mixing of the input powders is carried out by microscopic observation of the mixture.

Dodanie w określonej ilości metalicznego proszku renu powoduje obniżenie współczynnika tarcia w materiale CuSn10P. Badania tribologiczne wykazały spadek średniego współczynnika tarcia (badania tribologiczne) dla kompozytu z 10% dodatkiem Re w stosunku do materiału bazowego (materiał CuSn10P) o 15%.Adding a certain amount of metallic rhenium powder causes a decrease in the friction coefficient in the CuSn10P material. Tribological tests have shown a decrease in the average friction coefficient (tribological tests) for the composite with 10% Re addition in relation to the base material (CuSn10P material) by 15%.

Pozytywny wpływ renu wynika z jego właściwości fizycznych i chemicznych. Ren w obecności tlenu w niskiej temperaturze utlenia się do postaci tlenku, który szybko się topi, tworząc na powierzchni warstewkę cieczy metalicznej. Powoduje to możliwość użycia omawianego materiału bez użycia dodatkowych środków poślizgowych w postaci wszelkiego rodzaju smarów, co wpływa na jego konkurencyjność w stosunku do obecnie używanych.The positive effect of rhenium is due to its physical and chemical properties. In the presence of oxygen at low temperature, rhenium oxidizes to form an oxide, which quickly melts, creating a layer of liquid metal on the surface. This makes it possible to use the discussed material without the use of additional lubricants in the form of any type of grease, which affects its competitiveness in relation to those currently used.

Proszki stopowe charakteryzują się następującymi medianami uziarnienia:Alloy powders are characterized by the following median grain sizes:

- dla stopowego CuSn10P w zakresie od 0,5 μm do 150 μm,- for alloyed CuSn10P in the range from 0.5 μm to 150 μm,

- dla metalicznego renu w zakresie od 0,05 μm do 100 μm.- for rhenium metal in the range from 0.05 μm to 100 μm.

Wynalazek ilustrują poniższe przykłady wykonania, niestanowiące jego ograniczenia.The invention is illustrated by the following non-limiting embodiments.

Przykład 1Example 1

Stopowy proszek CuSn10P o średniej wielkości ziarna 30 μm mieszano z metalicznym proszkiem renu o średniej wielkości ziarna 4 μm w proporcji: CuSn10P (90% mas) i Re (10% mas). Następnie mieszankę proszkową umieszczono w pojemniku lateksowym i wstępnie zagęszczano na stole wibracyjnym, czas wibracji wynosił 120 s. Dalej prowadzono proces prasowania z wykorzystaniem prasy izostatycznej CIP (z ang. Cold Isostatic Pressing) pod ciśnieniem 200 MPa w czasie 60 sekund. Po zakończeniu tego procesu wypraski spiekano w temperaturze wynoszącej 750°C w sylitowym piecu przelotowym w atmosferze argonu w czasie 120 min.The CuSn10P alloy powder with an average grain size of 30 μm was mixed with rhenium metal powder with an average grain size of 4 μm in the proportions of CuSn10P (90% by weight) and Re (10% by weight). Then the powder mixture was placed in a latex container and pre-compacted on a vibrating table, the vibration time was 120 s. The pressing process was then carried out using a CIP (Cold Isostatic Pressing) press at a pressure of 200 MPa for 60 seconds. After completion of this process, the compacts were sintered at a temperature of 750°C in a continuous silite furnace in an argon atmosphere for 120 min.

P rzy kła d 2Example 2

Stopowy proszek CuSn10P o średniej wielkości ziarna 30 μm mieszano z metalicznym proszkiem renu o średniej wielkości ziarna 4 μm w proporcji: CuSn10P (90% mas) i Re (10%. mas). Następnie mieszankę proszkową umieszczano w pojemniku lateksowym, gdzie ją zagęszczano na stole wibracyjnym, czas wibracji wynosił 120 s. Następnie prasowano z wykorzystaniem prasy izostatycznej CIP (z ang. Cold Isostatic Pressing) pod ciśnieniem 200 MPa w czasie 60 sekund. Po zakończeniu tego procesu wypraski spiekano w atmosferze gazu ochronnego - argonu. Temperatura spiekania wynosiła 750°C przy ciśnieniu 1 MPa w czasie 30 min. Spieki studzono z piecem w atmosferze ochronnej argonu do temperatury otoczenia.The CuSn10P alloy powder with an average grain size of 30 μm was mixed with rhenium metal powder with an average grain size of 4 μm in the proportions of CuSn10P (90% by weight) and Re (10% by weight). Then the powder mixture was placed in a latex container, where it was compacted on a vibrating table, the vibration time was 120 s. Then it was pressed using a CIP (Cold Isostatic Pressing) press at a pressure of 200 MPa for 60 seconds. After completing this process, the compacts were sintered in a protective gas atmosphere - argon. The sintering temperature was 750°C at a pressure of 1 MPa for 30 min. The sinters were cooled with the furnace in an argon protective atmosphere to ambient temperature.

P rzy kła d 3Example 3

Stopowy proszek CuSn10P o średniej wielkości ziarna 30 μm miesza się z metalicznym proszkiem renu o średniej wielkości ziarna 4 μm w proporcji: CuSn10P (90% mas) i Re (10% mas). Proszki mieszano w mieszalniku butelkowym w czasie 120 min. Następnie prasowano dwustronnie na prasie hydraulicznej pod ciśnieniem 100 MPa w czasie 15 s, w matrycach stalowych na wypraski o średnicy 20 mm i wysokości około 7 mm. Po zakończeniu tego procesu wypraski spiekano w atmosferze gazu ochronnego - argonu w sylitowym piecu przelotowym w czasie 120 min. Temperatura spiekania wynosiła 750°C.The CuSn10P alloy powder with an average grain size of 30 μm is mixed with rhenium metal powder with an average grain size of 4 μm in the proportion of: CuSn10P (90% by weight) and Re (10% by weight). The powders were mixed in a bottle mixer for 120 min. Then they were pressed on both sides on a hydraulic press at a pressure of 100 MPa for 15 s, in steel dies for compacts with a diameter of 20 mm and a height of about 7 mm. After completion of this process, the compacts were sintered in a protective gas atmosphere - argon in a continuous silite furnace for 120 min. The sintering temperature was 750°C.

Przykład 4Example 4

Stopowy proszek CuSn10P o średniej wielkości ziarna 30 μm miesza się z metalicznym proszkiem renu o średniej wielkości ziarna 4 μm w proporcji; CuSn10P (90% mas) i Re (10% mas). Następnie mieszankę proszkową umieszczano w pojemniku lateksowym, gdzie wstępnie zagęszczano ją na stole wibracyjnym, czas wibracji wynosił 2 min. Następnie prasowano z wykorzystaniem prasy izostatycznej CIP (z ang. Cold Isostatic Pressing) pod ciśnieniem 200 MPa w czasie 15 sekund. Po zakończeniu tego procesu wypraski spiekano w atmosferze gazów ochronnych argonu. Temperatura spiekania wynosiła 750°C przy ciśnieniu 1 MPa w czasie 30 min. Spieki studzono z piecem w atmosferze ochronnej argonu do temperatury otoczenia.The CuSn10P alloy powder with an average grain size of 30 μm is mixed with rhenium metal powder with an average grain size of 4 μm in the proportion of CuSn10P (90% by weight) and Re (10% by weight). Then the powder mixture was placed in a latex container, where it was initially compacted on a vibrating table, the vibration time was 2 min. Then it was pressed using a CIP (Cold Isostatic Pressing) press at a pressure of 200 MPa for 15 seconds. After completion of this process, the compacts were sintered in an argon protective gas atmosphere. The sintering temperature was 750°C at a pressure of 1 MPa for 30 min. The sinters were cooled with the furnace in an argon protective atmosphere to ambient temperature.

P rzy kła d 5Example 5

Stopowy proszek CuSn10P o średniej wielkości ziarna 30 μm miesza się z metalicznym proszkiem renu o średniej wielkości ziarna 4 μm w proporcji: CuSn10P (90% mas) i Re (10% mas). Proszki mieszano w mieszalniku butelkowym w czasie 120 min. Następnie mieszankę proszkową spiekano pod ciśnieniem w procesie SPS (z ang. Spark Plasma Sintering). Spiekanie prowadzono w temperaturze 750°C i ciśnieniu 35 MPa w czasie 10 minut w atmosferze gazu ochronnego - argonu lub próżni (<1 hPa). Po procesie ze spieków usunięto papier grafitowy, który stanowi ochronę materiału i matrycy grafitowej przed zjawiskiem dyfuzji i ułatwia usunięcie materiału z matrycy.The CuSn10P alloy powder with an average grain size of 30 μm is mixed with rhenium metal powder with an average grain size of 4 μm in the proportions of CuSn10P (90% by weight) and Re (10% by weight). The powders were mixed in a bottle mixer for 120 min. Then the powder mixture was sintered under pressure in the SPS (Spark Plasma Sintering) process. Sintering was carried out at a temperature of 750°C and a pressure of 35 MPa for 10 min in a protective gas atmosphere - argon or vacuum (<1 hPa). After the process, the graphite paper was removed from the sinters, which protects the material and the graphite matrix against the diffusion phenomenon and facilitates the removal of the material from the matrix.

Claims (6)

1. Sposób wytwarzania materiału kompozytowego na bazie brązu cynowego znamienny tym, że do proszku stopowego brązu cynowego dodaje się proszek renu w ilości do 35%, po czym miesza przez co najmniej 30 min, a następnie prasuje i/lub spieka.1. A method of manufacturing a composite material based on tin bronze, characterized in that rhenium powder is added to the tin bronze alloy powder in an amount of up to 35%, mixed for at least 30 minutes, and then pressed and/or sintered. 2. Sposób wytwarzania materiału kompozytowego na bazie brązu cynowego według zastrzeżenia 1 znamienny tym, że prasowanie prowadzi się pod ciśnieniem min 40 MPa w czasie co najmniej 15 s.2. A method of producing a composite material based on tin bronze according to claim 1, characterized in that the pressing is carried out under a pressure of at least 40 MPa for at least 15 s. 3. Sposób wytwarzania materiału kompozytowego na bazie brązu cynowego według zastrzeżenia 1 znamienny tym, że spiekanie prowadzi się w temperaturze co najmniej 550°C przy ciśnieniu 0,1-200 MPa.3. A method of producing a tin bronze-based composite material according to claim 1, characterized in that sintering is carried out at a temperature of at least 550°C at a pressure of 0.1-200 MPa. 4. Sposób wytwarzania materiału kompozytowego na bazie brązu cynowego według zastrzeżenia 1 znamienny tym, że prasowanie prowadzi się metodą CIP.4. A method of producing a tin bronze-based composite material according to claim 1, characterized in that the pressing is carried out by the CIP method. 5. Sposób wytwarzania materiału kompozytowego na bazie brązu cynowego według zastrzeżenia 1 znamienny tym, że prasowanie prowadzi się na prasie hydraulicznej.5. A method of producing a tin bronze-based composite material according to claim 1, characterized in that the pressing is carried out on a hydraulic press. 6. Sposób wytwarzania materiału kompozytowego na bazie brązu cynowego według zastrzeżenia 1 znamienny tym, że zagęszczanie prowadzi się metodą HIP.6. A method of producing a tin bronze-based composite material according to claim 1, characterized in that the densification is carried out by the HIP method.
PL441413A 2022-06-07 2022-06-07 Method of manufacturing a composite material based on tin bronze PL246576B1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
PL441413A PL246576B1 (en) 2022-06-07 2022-06-07 Method of manufacturing a composite material based on tin bronze

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
PL441413A PL246576B1 (en) 2022-06-07 2022-06-07 Method of manufacturing a composite material based on tin bronze

Publications (2)

Publication Number Publication Date
PL441413A1 PL441413A1 (en) 2023-12-11
PL246576B1 true PL246576B1 (en) 2025-02-10

Family

ID=89123607

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PL441413A PL246576B1 (en) 2022-06-07 2022-06-07 Method of manufacturing a composite material based on tin bronze

Country Status (1)

Country Link
PL (1) PL246576B1 (en)

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6042781A (en) * 1991-12-04 2000-03-28 Materials Innovation, Inc. Ambient temperature method for increasing the green strength of parts
WO2016199571A1 (en) * 2015-06-12 2016-12-15 三菱マテリアル株式会社 Porous copper body, and porous copper composite member
CN106544571A (en) * 2016-12-09 2017-03-29 钦州市钦南区科学技术情报研究所 Copper alloy with self-lubricating function and preparation method
US10473160B2 (en) * 2012-12-24 2019-11-12 Mahle International Gmbh Sliding bearing with lining layer comprising carbon nanostructures

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6042781A (en) * 1991-12-04 2000-03-28 Materials Innovation, Inc. Ambient temperature method for increasing the green strength of parts
US10473160B2 (en) * 2012-12-24 2019-11-12 Mahle International Gmbh Sliding bearing with lining layer comprising carbon nanostructures
WO2016199571A1 (en) * 2015-06-12 2016-12-15 三菱マテリアル株式会社 Porous copper body, and porous copper composite member
CN106544571A (en) * 2016-12-09 2017-03-29 钦州市钦南区科学技术情报研究所 Copper alloy with self-lubricating function and preparation method

Also Published As

Publication number Publication date
PL441413A1 (en) 2023-12-11

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Humail et al. Tensile behavior change depending on the varying tungsten content of W–Ni–Fe alloys
Cardinal et al. Microstructure and mechanical properties of TiC–TiN based cermets for tools application
Tuncer et al. Designing compressive properties of titanium foams
Godlewska et al. FeAl materials from intermetallic powders
Eroglu et al. Effects of powder mixing technique and tungsten powder size on the properties of tungsten heavy alloys
Tsai et al. Sintering of binderless tungsten carbide
Mula et al. Structure and mechanical properties of Al–Ni–Ti amorphous powder consolidated by pressure-less, pressure-assisted and spark plasma sintering
Srivatsan et al. The microhardness and microstructural characteristics of bulk molybdenum samples obtained by consolidating nanopowders by plasma pressure compaction
Prieto et al. Novel high entropy alloys as binder in cermets: from design to sintering
Astacio et al. Fracture toughness of cemented carbides obtained by electrical resistance sintering
Garbiec et al. Spark plasma sintering of WC-Ti powder mixtures and properties of obtained composites
Yusefi et al. WCu functionally graded material: Low temperature fabrication and mechanical characterization
Zhao et al. Effect of Y2O3 on the mechanical properties of open cell aluminum foams
Teja et al. Development and characterization of Ti-TiC composites by powder metallurgy route using recycled machined Ti chips
Boonyongmaneerat Effects of low-content activators on low-temperature sintering of tungsten
Lou et al. Improving the uniformity in mechanical properties of a sintered Ti compact using a trace amount of internal lubricant
de Medeiros Tavares et al. Microstructure and properties of WC-11.5% Fe-4% NbH-0.5% C cemented carbides produced by spark plasma sintering
Dai et al. Effects of rare earth and sintering temperature on the transverse rupture strength of Fe-based diamond composites
PL246576B1 (en) Method of manufacturing a composite material based on tin bronze
PL246186B1 (en) Method of manufacturing a composite material based on tin bronze
Nigarura et al. Manufacturing process and mechanical properties of BJ3DP tungsten heavy alloy components
Rahimi et al. Microstructure and mechanical properties of brass/Mo composites processed via pressureless and spark plasma sintering
Siemiaszko et al. The influence of large particles of iron powder on the microstructure and properties of FeAl intermetallic phase
Paulin et al. Synthesis of aluminium foams by the powder-metallurgy process: compacting of precursors
Miranda et al. Microstructural evolution of composite 8 WC-(Co, Ni): effect of the addition of SiC