RO106391B1 - Procedeu de obtinere a corpurilor compozite cu matrice metalica - Google Patents

Description

Prezenta invenție se referă ia un procedeu de obținere a unui corp compozit, cu matrice metalică, prin infiltrarea spontană a metalului matricei într-o masă/preformă de umplutură permeabilă.

Se știe că produsele compozite care conțin o matrice metalică și o fază de rigidizare, cum sunt macroparticulele ceramice, bavuri, fibre sau ingrediente similare, prezintă perspective pentru o multitudine de aplicații, întrucât acest tip de produse cumulează o parte din rigiditatea și rezistența la uzură aferentă fazei de armare, cu ductilitatea și tenacitatea matricei metalice. în general, un corp compozit cu matrice metalică, va prezenta îmbunătățiri, în ceea ce privește unele proprietăți ca rezistența, rigiditatea, rezistența la uzură de contact, precum și menținerea rezistenței la căldură, în comparație cu metalul în formă monolită. Gradul în care una din aceste proprietăți poate fi îmbunătățit, depinde în mare măsură de constituenții specifici, de fracția în volum sau în greutate a acestora, precum și de modul de prelucrare a acestor constituenți pentru obținerea structurii compozite. în unele cazuri greutatea corpurilor compozite, poate să fie mai mică decât greutatea metalului matricei în sine. Corpurile compozite cu matrice de aluminiu și care sunt armate cu produse ceramice și mai ales cu carbură de siliciu sub formă de granule, lamele sau bavuriwiskers-uri, de exemplu, prezintă interes datorită rigidității lor ridicate, a rezistenței la uzură și a termorezistenței mai ridicate decât a aluminiului.

Sunt cunoscute diferite procedee metalurgice de obținere a corpurilor compozite cu matrice de aluminiu, incluzând procedeele bazate pe tehnica metalurgiei pulberilor și pe tehnica infiltrării metalului lichid, folosindu-se turnarea sub presiune, turnarea în vid, agitarea și agenți umectanți (de reticulare).

Prin tehnicile metalurgiei pulberilor, metalul în formă de pulbere și materialul de armare în formă de pulbere, bavuri, filamente, fibre tăiate etc., sunt amestecate și apoi are loc fie presarea la rece urmată de sinterizare, fie presarea la cald. Fracția în volum maximă de constituenți ceramici în matricea de aluminiu (în cazul corpurilor compozite cu matrice de aluminiu), cu armături din carbură de siliciu, realizate în acest mod, s-a situat la 25% în volume, în cazul filamentelor (bavuri-wiskers) și la aproximativ 40% în volum, în cazul macroparti culelor.

Producția compozitelor cu matrice metalică prin tehnica metalurgiei pulberilor, utilizând procesele convenționale, impune limitări legate de caracteristicile produselor ce se pot realiza. Fracția în volum a fazei ceramice în compozit este limitată specific în cazul macroparticulelor, la aproximativ 40% în volum. Prin urmare, operația de presare reprezintă o limită în ceea ce privește mărimea produsului ce se poate obține. Se pot realiza, în aceste condiții, doar forme relativ simple de produse, fără să fie necesară o prelucrare ulterioară (uzinarea) sau fără să se recurgă la presări complexe. în aceste condiții poate să apară o contracție neuniformă și o neuniformitate a microstructurii, datorită segregării în (compușii) compacți și în creșterea granulelor.

în brevetul US nr. 3970136 este descris un procedeu de obținere a unui compozit cu matrice metalică, ce încorporează o rigidizare fibroasă ceramică, adică filamente din carbură de siliciu sau alumină, având un model predeterminat al orientării fibrelor. Compozitul este realizat prin plasarea unor saltele paralele sau a unor straturi de fibre coplanare într-o formă de turnare, având un rezervor de metal-matrice topit, cum este aluminiul, între cel puțin unele din aceste saltele aplicându-se, apoi, presiune, pentru a se forța penetrarea metalului topit în aceste saltele și pentru a înconjura fibrele orientate. Metalul topit poate fi turnat pe această stivă de saltele, în timp ce este forțat - sub presiune - să curgă printre aceste saltele. S-au realizat încărcări de până la 50% în volume fibre de armare în materialul compozit. Procesul de infiltrare descris mai sus, datorită dependenței sale de presiunea exterioară, pentru a forța pătrunderea metalului topit în stiva de saltele fibroase este supus fluctuațiilor proceselor de curgere induse de presiune, ceea ce înseamnă o posibilă neuniformitate a formării matricei, porozitate etc. Poate să apară o neomogenitate a proprietăților, chiar și în cazul în care metalul topit este introdus prin multitudine de locuri, în direcția de orientare a fibrelor. Ca urmare, se impune asigurarea unei dispuneri complicate saltea/rezervor și trasee de curgere, pentru a se putea obține o penetrare uniformă și adecvată în stiva de saltele din fibre. Așadar, infiltrarea sub presiune - amintită mai sus - permite doar realizarea unei armări reduse, raportată la fracția în volum a matricei, ca urmare a dificultăților inerente de infiltrare într-un volum mare a saltelei. Pe lângă aceasta sunt necesare forme de turnare care să conțină metalul topit sub presiune, fapt care mărește costul procesului. în final, procesul amintit, limitat, la infiltrarea particulelor aliniate sau la alinierea fibrelor aliniate, nu este abilitat pentru formarea compozitelor cu matrice metalică de aluminiu, armate cu materiale sub formă de particule, filamente sau fibre orientate aleatoriu.

în procesul de fabricație a compozitelor cu matrice de aluminiu, și umplutură de aluminiu, aluminiul nu umectează alumina, și prin urmare devine dificilă formarea unui produs coeziv. Pentru eliminarea acestui dezavantaj au fost sugerate diferite soluții. Una din aceste soluții prevede acoperirea aluminei cu un metal (nichel sau wolfram) care apoi este presat la cald împreună cu aluminiu. într-o altă tehnică, aluminiul este aliat cu litiu, iar alumina poate fi acoperită cu silice. Totuși, aceste compozite, prezintă variații în proprietățile lor, iar acoperirile (placările) pot să degradeze materialul de umplutură și matricea conține litiu, care poate să afecteze proprietățile matricei.

Procedeul ce face obiectul brevetului US nr. 4232091, rezolvă unele din dificultățile enumerate în producția compozitelor cu matrice de aluminiu și cu umplutură de aluminiu. Este descrisă aplicarea presiunii de 75 ... 375 kgfVcm², pentru a forța aluminiul topit (sau aliajul de aluminiu) să pătrundă în salteaua din fibre sau din filamente de alumină care a fost preîncălzită la 700 ... 1050°C. Raportul în volum alumină metal ce se obține în corpul solid turnat, a fost de 0,25 : 1. Datorită dependenței sale de forța exterioară aplicată pentru realizarea infiltrării și acest procedeu prezintă unele din deficiențele precizate mai sus.

în brevetul european nr. 115742, este descrisă realizarea compozitelor alumină aluminiu, utilizate, în special, ca drept componente ale celulelor electrolitice, prin umplerea golurilor preformei de alumină cu aluminiu topit. în acest brevet se evidențiază absența umectării (reticulării) aluminei de către aluminiul topit și posibilitatea folosirii diferitelor tehnici pentru umidificarea aluminei. De exemplu, alumina poate să fie placată cu un agent de umectare diborură de titan, zirconiu, hafniu, sau niobiu sau un metal respectiv litiu, magneziu, calciu, titan, crom, fier, cobalt, nichel, zirconiu sau hafniu. Pentru desfășurarea procesului se folosesc atmosfere inerte, cum este argonul, pentru a favoriza umidificarea. Pentru asigurarea penetrării aluminiului topit într-o preformă de umplutură permeabilă neplacată, se utilizează presiunea. Sub acest aspect, infiltrarea este realizată și completată prin evacuarea porilor, urmată de aplicarea presiunii aluminiului topit într-o atmosferă inertă de argon. Conform unei alte variante, preforma poate să fie infiltrată prin depunerea aluminiului gazos pentru a urni di fi ca suprafața preformei, înainte de umplerea golurilor prin infiltrarea aluminiului topit. Pentru asigurarea retenției aluminiului topit în porii preformei, se impune aplicarea unui tratament termic între 1400 și 1800°C, atât în argon cât și/sau în vid. De precizat că expunerea la acțiunea unui gaz a materialului infiltrat sub presiune, fie îndepărtarea presiunii de infiltrare, va conduce la pierderea aluminiului din corpul compozit rezultat.

Utilizarea unor agenți de umidificare (reticulare) pentru infiltrarea unei componente de alumină într-o celulă electrolitică, cu metal topit, este prezentată în brevetul european nr. 94353. Această publicație descrie obținerea aluminiului pe cale electrolitică cu o celulă, prevăzută cu un alimentator de curent catodic sub formă de căptușeală a celulei sau ca substrat. Pentru a proteja acest substrat de acțiunea criolitului topit, pe substratul de alumină se aplică un strat subțire format prin amestecarea unui agent de umidificare și a unui agent de suprimare a solubilității, înainte de pornirea celulei, sau în timpul imersării în aluminiul topit produs pe cale eletrolitică. Agenții de umidificare enumerați sunt Ti, Zr, Hf, Si, Mg, V, Cr, Nb sau Ca, titanul fiind prezentat ca agentul preferat. Compușii de bor, carbon sau azot sunt prezentați ca agenți utili pentru suprimarea solubilițății agenților de umidificare enumerați în aluminiul topit. Această referință bibliografică nu sugerează însă posibilitatea obținerii de compozite cu matrice metalică, respectiv în atmosferă de azot.

Pe lângă aplicarea presiunii sau a agenților de umectare, este cunoscut faptul că și aplicarea vidului va contribui la penetrarea aluminiului topit într-un compact ceramic poros. Astfel, în brevetul US nr. 3718441 este prezentată infiltrarea unui compact ceramic (ca, de exemplu, din carbură de bor, alumină sau oxid de beriliu), de către Al, Be, Mg, Ti, V, Ni sau Cr topit la un vid mai mic de IO^-6 tor. Un vid de IO'² la IO⁶ tor, a avut ca rezultat o umidificare redusă a materialului ceramic de metalul topit, până într-acolo că metalul nu a curs liber în spațiile goale ale structurii ceramice. Trebuie precizat că s-a constatat o îmbunătățire a umidificării, atunci când vidul a fost coborât sub IO^-6 tor.

în brevetul US nr. 3864154, este, de asemenea, descrisă folosirea vidului pentru realizarea infiltrării. în acest brevet se descrie încărcarea unui compact de A1B₁₂ presat la rece, pe un pat de pulbere de aluminiu presată la rece. Deasupra compactului de A1Bj₂ a fost aplicată o cantitate suplimentară de pulbere de aluminiu. Creuzetul în care s-a introdus compactul de A1B₁₂ făcut sandvici'’ între straturile de aluminiu pulbere, a fost introdus într-un cuptor cu vid. Cuptorul a fost vidat la o depresiune de aproximativ 10 ^s tor, pentru a permite degazarea. Temperatura a fost ridicată la 1100°C și menținută, timp de 3 h. în aceste condiții, aluminiul topit a penetrat compactul poros de A1B₁₂.

în brevetul US nr. 3364976 este descrisă autogenerarea vidului într-un corp pentru a intensifica penetrarea metalului topit în A acest corp. In mod specific, s-a prezentat faptul că un corp, cum este o formă din grafit, o formă de turnare din oțel sau un material refractar poros, este imersată, în totalitate, într-un metal topit. în cazul unei forme de turnare, cavitatea acesteia, care este umplută cu un gaz, reacționează cu metalul, comunică cu metalul topit existent la exterior, prin cel puțin un orificiu practicat în forma de turnare. Atunci când forma de turnare este imersată în topitură se produce umplerea cavității, ca urmare a producerii vidului prin autogenerare, prin reacția care are loc între gazul din caviA tatea formei și metalul topit. In cazul analizat, vidul este rezultatul formării unei forme de oxidare solidă a metalului. Ca urmare, se apreciază ca fiind esențială inducerea unei reacții între gazul din cavitate și metalul topit. Nu în toate cazurile, însă, este indicată utilizarea unei forme de turnare pentru realizarea vidului, datorită limitărilor inerente pe care le ridică utilizarea unei forme de turnare. După cum se știe, formele de turnare trebuie să fie mai întâi prelucrate la un anumit profil, apoi finisate pentru a se obține o suprafață convenabilă pentru turnare pe respectiva formă. In continuare, forma este asamblată înainte de utilizare și respectiv dezmembrate după utilizare pentru extragerea piesei pentru o nouă utilizare este necesară repararea rectificarea formei, refinisarea suprafețelor sau chiar rebutarea formei de turnare, în cazul când nu se mai poate accepta refolosirea acesteia. Prelucrarea unei forme poate să fie foarte costisitoare și să necesite un timp îndelungat. în plus, extragerea unei piese formate dintr-o formă de turnare poate, de asemenea, să fie dificilă (de exemplu o piesă turnată cu o configurație complexă se poate rupe la extragere din forma de turnare). Deși se face referire la un material refractar poros care se poate imersa direct într-un metal topit, fără să fie necesară o formă de turnare, respectivul material refractar trebuie să fie sub forma unei, bucăți întregi, întrucât nu există posibilitatea infiltrării unui material poros sau desfăcut, în absența unei forme conteiner (materialul poros sub formă de macroparticule s-ar desface prin plutire, în cazul introducerii într-un metal topit). Dacă se urmărește infiltrarea unui material particulat sau preformă nefixată, trebuie luate măsurile necesare ca metalul care se infiltrează să nu disloce porțiunile cele mai fine ale preformei, fapt ce ar conduce la o structură neomogenă.

Datorită tuturor acestor dezavantaje, a apărut necesitatea unui proces simplu și sigur pentru realizara compozitelor cu matrice metalică și configurație prestabilită, care să nu necesite utilizarea presiunii sau a vidului (aplicat extern sau creat intern) sau să necesite agenți de umidificare, (care impurifică), pentru realizarea unei matrice care să incorporeze un alt material, cum este materialul ceramic.

Mai mult, a existat un îndelungat efort de a reduce volumul de operații de prelucrare, necesare pentru obținerea compozitelor cu matrice metalică. în acest context este cunoscut un procedeu ce face obiectul brevetului RO nr. 101445 (prioritate US nr. 049171/87), în care este descrisă realizarea unui compozit cu matrice metalică, prin infiltrarea spontană a aluminiului topit cu conținut de aproximativ 1% în greutate și, de preferință, cel puțin 3% în greutate magneziu. Infiltrarea are loc spontan, fără aplicarea presiunii externe sau a vidului. Pentru aceasta, o cantitate de metal topit aliaj metalic - este contactat cu masa de material de umplutură, la o temperatură de minimum 675°C, în prezența unui gaz care să conțină între 10 și 100% și, de preferință, cel puțin 50% azot în volume, iar în rest un gaz neoxidant, cum este argonul. în aceste condiții, aluminiul/aliajul de aluminiu, se infiltrează în masa ceramică de umplutură, la presiune atmosferică normală, formând un compozit cu matrice metalică din aluminiu sau din aliaj de aluminiu. După infiltrarea cantității prestabilite de material de umplutură, temperatura este redusă pentru solidificarea aliajului, rezultând o structură solidă cu matrice metalică, ce încorporează materialul de umplutură cu rol de armare. în mod uzual și de preferat, alimentarea cu aliaj topit de aluminiu trebuie să fie suficientă pentru a per mite ca infiltrarea sa aibă loc până ia suprafețele limită ale masei de material de umplutură. Proporția de material de umplutură în compozitele cu matrice de aluminiu, poate să fie suficient de ridicată, putându-se obține un raport peste 1 : 1 în volume material de umplutură față de aliaj. Pe parcursul procesului descris de infiltrare spontană, nitrurâ de aluminiu poate să se formeze sub forma unei faze discontinue dispersate în matricea de aluminiu. Proporția de nitrurâ de aluminiu în matricea de aluminiu este condiționată de o serie de factori, cum sunt compoziția aliajului, compoziția gazului/atmosferei de infiltrare și natura materialului de umplutură. Astfel, prin controlarea unuia sau mai multor din acești factori de influență în sistem, este posibilă configurarea anumitor proprietăți ale materialului compozit. Pentru unele utilizări, de exemplu, se poate impune ca materialul compozit să conțină, în proporție redusă sau să nu conțină deloc, nitrurâ de aluminiu. S-a constatat, dealtfel, că temperaturile mai ridicate, favorizează infiltrarea, însă fac ca procesul să fie favorabil formării nitrurii de aluminiu. Este, deci posibilă alegerea unei balanțe de echilibru între cinetica infiltrării și a formării nitrurii de aluminiu.

Conform unui alt procedeu cunoscut, brevetul RO nr. 102630 (prioritate US nr 141642/1988), este folosit un mijloc de barieră (diborură de titan macroparticulată sau grafit sub forma unei benzi flexibile, tip Grafoil^R) în procesul obținerii compozitelor cu matrice metalică prin infiltrare spontană. Acest mijloc de barieră se aplică pe o anumită limită a suprafeței materialului de umplutură, până la care se infiltrează aliajul de aluminiu. Respectivul mijloc de barieră este utilizat pentru a preveni sau termina infiltrarea aliajului topit, asigurând prin aceasta o reticulare, sau aproape o reticulare (de fapt o confi10 gurație de acest profil) în compozitul cu matrice metalică ce se obține. Ca urmare , corpurile compozite cu matrice metalică ce se obțin, prezintă o formă exterioară care 5 corespunde în mare măsură cu forma interioară a barierei.

Procedeul ce face obiectul brevetului RO nr. 101345, descris mai sus, a fost perfecționat în sensul că metalul matricei, aliajul 10 de aluminiu, este prezent în sistem, atât ca primă sursă de metal al matricei cât și ca rezervor de metal al matricei, care comunică cu prima sursă, de exemplu prin curgere gravitațională. Concret, prima sursă de 15 metal al matricei, aliajul de aluminiu, începe să se infiltreze în masa de umplutură, în condițiile de presiune normală și astfel începe formarea compozitului cu matrice metalică. Prima sursă de metal al matricei 20 topit este consumată în timpul infiltrării sale în masa de material de umplutură, și dacă este necesar, aceasta se poate reumple - completa, preferabil în mod continuu, din rezervorul de metal al matricei pe măsură 25 ce infiltrarea spontană continuă. După ce volumul prestabilit de material de umplutură, a fost infiltrată spontană de metalul matricei, temperatura este redusă pentru solidificarea aliajului infiltrat, rezultând 30 astfel o structură solidă de matrice metalică, care încorporează materialul de umplutură cu rol de armare. Utilizarea unui rezervor de metal al matricei este un element specific al perfecționării descrise. 35 Rezervorul poate să conțină o cantitate dozată de metal, încât aceasta să fie suficientă pentru infiltrarea completă a materialului de umplutură. De asemenea, în mod opțional, poate să fie prevăzută o barieră 40 pentru a defini cel puțin o limită a materiaA lului de umplutură. In plus, în timp ce alimentarea aliajului de matrice topit trebuie să fie suficientă, pentru a permite ca infiltrarea spontană să ajungă la zona limită 45 (delimitată de barieră), cantitatea de metal al matricei prezentă în rezervor ar putea să depășească o asemenea cantitate și să fie suficientă pentru completarea infiltrării, și să existe, totodată, o cantitate de metal a matricei în exces, remanent ce rămâne atașat de corpul compozit cu matrice metalică. Deci, când în rezervor este prezent aliaj în exces, corpul care rezultă este un corp compozit complex un macrocompozit, în care corpul ceramic infiltrat având în el o matrice metalică, va fi legat direct de metalul în exces care rămâne în rezervor.

Procedeele enumerate de obținere a corpurilor compozite prin infiltrare spontană, sunt limitate, însă, de obținerea corpurilor compozite de același tip, nu foarte diversificate în ceea ce privește caracteristicile și performanțele, iar procesul de infiltrare spontană în unele cazuri se declanșează lent sau necesită temperaturi ridicate, propice pentru formarea în structura compozită a nitrurii de aluminiu, fapt ce influențează atât structura cât și caracteristicile acestuia.

Procedeul, conform inevnției, prevede, de asemenea, realizarea corpurilor compozite cu matrice metalică, prin infiltrarea spontană a metalului matricei într-o masă/preformă de material de umplutură permeabilă. Pentru aceasta, metalul topit al matricei/aliajul de aluminiu/aliajul de aluminiu este introdus într-un recipient adecvat nereactiv (de exemplu un conteiner refractar), unde formează o baie de metal topit. Preforma se poate amplasa în baia de metal topit al matricei, pentru obținerea infiltrării spontane. Conform invenției, se prevede ca un intensificator de infiltrare și/sau un precursor al acestuia și/sau o atmosferă de infiltrare, sa fie adusă în contact cu preforma, cel puțin la un moment dat al procesului, făcând ca metalul topit al matricei să se infiltreze spontan în preforma, atunci când aceasta este plasată în baia de metal topit al matricei. Preforma poate să prezinte o tendință naturală de a pluti, adiacent sau pe o suprafață a metalului topit al matricei, datorită capacității sale naturale de plutire, în raport cu metalul topit al matricei. Apare însă necesitatea ca respectiva preformă să fie imersată complet în baia de metal topit, înainte de această imersiune completă, este de preferat ca preforma să conțină unul din intensificatorii de infiltrare și/sau din precursorii acestora. în astfel de condiții, metalul topit al matricei, se va infiltra spontan în preforma imersată. Pe de altă parte, metalul topit al matricei, poate la rândul său să conțină un intensificator de infiltrare sau un precursor al acestuia, concomitent cu sau în locul preformei imersate. în cazul în care un precursor al intensificatorului de infiltrare, este inclus numai în metalul topit al matricei, este necesar să se asigure un mijloc pentru contactarea acestui precursor de către atmosfera de infiltrare, care se poate insufla în metalul topit al matricei. Intr-o variantă de realizare preferată, preforma de material de umplutură este realizată în condițiile care să asigure includerea precursorului intensificatorului de infiltrare în materialul ceramic de umplutură. Materialul de umplutură și respectiv precursorul intensificatorului de infiltrare, pot să fie expuse la acțiunea atmosferei de infiltrare, pentru rigidizarea preformei și formarea intensificatorului de infiltrare în aceasta. Preforma astfel pregătită, se poate imersa în metalul topit, cu ajutorul unui mijloc adecvat. De exemplu, preforma se poate introduce într-un cadru detașabil care forțează fizic menținerea preformei sub nivelul băii de metal topit al matricei. De asemenea, preforma poate să fie atașată la un balast care să contracareze forța ascensională de plutire a preformei pe suprafața băii de metal topit. Indiferent de mijlocul de fixare detașabil folosit, în cazul în care în preformă a fost introdus cel puțin un singur intensificator de infiltrare, atmosfera de infiltrare nu mai are rol pentru realiza rea infiltrării metalului topit al matricei în preformă. Această atmosferă inertă se menține însă în sistem, pentru ca suprafața băii de metal topit care o contacteaA ză, să rămână neactivă. In plus, poate să apară o tendință de autogenerare a vidului, în preformă imersată (în cazul în care metalul topit al matricei manifestă tendință să reacționeze cu atmosfera inclusă în preformă), creând posibilitatea metalului topit să se infiltreze în preformă. In cadrul procedeului, conform invenției, se folosește ca metal al matricei aluminiul/aliajele de aluminiu care în timpul procesului de infiltrare și al formării structurii compozite, contactează în primul rând magneziul cu rol de precursor al intensificatorului de infiltrare, în prezența atmosferei de filtrare pe bază de azot. Trebuie precizat că sistemul - metal al matricei /precursorul intensificatorului de infiltrare/atmosferă de infiltrare - sau sistemul spontan, constituit din aluminiu/magneziu/azot, asigură desfășurarea infiltrării spontane. în condițiile invenției și alte sisteme spontane se comportă similar cu sistemul aluminiu/magneziu/azot, respectiv sistemle aluminiu/stronțiu/azot, aluminiu/calciu/azot și aluminiu/zinc/oxigen. în cele ce urmează, însă, va fi discutat cu prioritate sistemul spontan aluminiu/magneziu/azot.

Procedeul, conform invenției, prevede ca metalul matricei, aliajul de aluminiu să contacteze preformă din material de umplutură (particule de carbură de siliciu sau de alumină), respectivul material de umplutură fiind preamestecat cu magneziu, sau la un moment dat adus în contact cu magneziu. Aliajul de aluminiu și preforma sunt conținuți în atmosferă de infiltrare de azot, o perioadă de timp prestabilită a procesului. Preformă va fi infiltrată de aliajul de aluminiu și proporția de infiltrare spontană și de formare a structurii compozite va varia în funcție de o serie de factori de proces, incluzând, de exemplu, concentrația de magneziu existentă în sistem (în aliajul de aluminiu și/sau în preformă și/sau în atmosfera de infiltrare), mărimea și/sau compoziția particulelor preformei, concentrația azotului din atmosfera de infiltrare, timpul stabilit pentru desfășurarea procesului și/sau temperatura la care apare infiltrarea spontană.

Invenția de față prezintă următoarele avantaje:

- procedeul permite obținerea corpurilor compozite cu structura, proprietățile și profilul predetemminate;

- se poate extinde gama produselor cu structură compozită, care se pot realiza prin infiltrarea spontană în preformă de umplutură, permeabilă, a metalului matricei - aliajului de aluminiu.

în cele ce urmează, procedeul conform invenției, va fi expus în detaliu cu referire și la fig 1 ... 6, care reprezintă:

- fig. la, vedere laterală a unei preforme folosite în cadrul procedeului, conform invenției;

- fig. lb, vedere laterală a unei forme de turnare reutilizabile, pentru obținerea preformei din fig la;

- fig 2, vedere a unui mijloc detașabil, pentru fixarea preformei din fig la;

- fig. 3, vedere în secțiune a ansamblului necesar pentru realizarea procedeului, conform invenției.

- fig. 4, vedere frontală a produsului compozit, transportat în mijlocul de fixare utilizat pentru imersarea preformei în baia de metal topit, pentru realizarea infiltrării;

- fig. 5, vedere frontală a unei forme de turnare consumabile și a unui mijloc de balast, utilizate în cadrul procedeului, conform invenției;

- fig. 6, vedere în secțiune a unei bai de metal topit, în care sunt imersate forma consumabilă și balastul, reprezentate pe fig.

5.

Procedeul, conform invenției, prevede realizarea corpurilor compozite cu matrice metalică, prin imersarea uneui preforme din material permeabil de umplutură, în baia de metal topit al matricei (aliajul de aluminiu), pentru realizarea infiltrării spontane a acestuia și contactând în momentul prestabilit al procesului, ansamblul respectiv, cu cel puțin unul din elementele intensificatoare ale infiltrării spontane, respectiv cu intensificatorul de infiltrare și/sau cu precursorul acestuia și/sau cu o atmosferă de infiltrare, acest lucru având ca efect infiltrarea spontană a metalului topit al matricei în preformă.

Cu referire la figuri, pe fig. la este reprezentată o preformă 1 care se utilizează în cadrul procedeului, conform invenției. Preformă 1 poate să fie confecționată dintr-un amestec de particule ceramice și un intensificator de infiltrare, care poate să rezulte printr-o reacție între precursorul acestuia și atmosfera de infiltrare. Forma preformei 1 este realizată de cavitatea 2, a unei forme de turnare 3 (fig i£).

Forma de turnare 3, poate să fie reutilizabilă, caz în care ea poate să fie confecționată din ipsos, rășină siliconică sau alte materiale similare. Forma 3 poate fi confecționată și din materiale consumabile, ca de exemplu o folie metalică, cu condiția ca materialul consumabil menționat să nu afecteze procesul de infiltrare spontană.

După cum se poate vedea pe fig 2, preformă 1, conținută sau nu într-o formă de turnare consumabilă, se introduce într-un mijloc de fixare adecvat 4, pentru introducerea matricei în baia de metal topit 5. Mijlocul de fixare menționat 4, suportă sau este atașat de preformă 1, pentru a contracara forța ascensională naturală, de plutire a preformei în baia de metal topit 5, fără să afecteze, totodată, configurația preformei 1. Mijlocul de fixare 4, trebuie să permită contactul pre formei 1 cu baia de metal topit 5, ca urmare, el trebuie să fie termorezistent și, totodată, inactiv, din punct de vedere chimic, pentru a rezista la imersiune în baia de metal topit 5, fără să afecteze, totodată, desfășurarea procesului de infiltrare spontană. Mijlocul de fixare potrivit 4, este constituit dintr-o bază 4-1, o pluralitate de tije

4-2 și un capac detașabil 4-3. Mijlocul 4 poate să fie prevăzut cu un mâner adecvat

4-4, cu ajutorul căruia se realizează imersarea și scoaterea mijlocului 4 din baia de metal topit 5, cât și alte operații de manevrare. De menționat că respectivul mijloc de fixare 4 poate, de asemenea, să conțină un coș sau o sită permeabilă la accesul metalului topit, având, desigur, și celelalte caracteristici precizate mai sus. Mijlocul 4 poate, de altfel, să fie constituit doar din baza 4-1 și din mânerul 4-4, între care se fixează preformei e 1, detașabile de baza 41.

Pe fig. 3, este reprezentat mijlocul 4, în care este fixată în condiții detașabile preforma 1, imersat în baia de metal topit 5 (din aliaj de aluminiu), astfel încât infiltrarea spontană a preformei 1, poate să aibă loc prin toate suprafețele aduse în contact cu baia de metal topit 5, conținută într-un vas corespunzător 6. După ce infiltrarea spontană s-a realizat în volumul necesar, a rezultat corpul compozit cu matrice metalică 7, fixat în mijlocul de fixare 4. Pe fig. 4 se poate vedea extragerea mijlocului de fixare 4 și a corpului compozit 7 pe care îl conține din baia de metal topit 5, conținută în vasul 6. Metalul matricei neinfiltrat în preformă 1, dar care este scos din vasul 6, antrenat de mijlocul de fixare 4, poate să revină în vasul 6 sub acțiunea greutății proprii, sau prin aplicarea unei forțe corespunzătoare, cum este insuflarea unui gaz, putându-se minimaliza prin aceasta aderarea carcasei metalice la corpul compozit 7. Se apreciază, dealtfel, că mijlocul de fixare detașabil 4, al preformei 1, o acoperă doar parțial, în momentul imersării în baia de metal topit 5. O asemenea acoperire parțială poate să fie indicată, de exemplu atunci când infiltrarea spontană trebuie să apară numai în direcția preferată sau întro porțiune a preformei 1. După cum se va expune în detaliu, în continuare, se pot aplica mijloace de barieră adecvate pe suprafețele selectate ale preformei 1, pentru a comanda direcția de infiltrare sau pentru a minimaliza formarea carcasei metalice remanente astfel, încât să se obțină o configurație netedă sau aproape netedă după îndepărtarea barierei. Adâncimea de imersare a preformei 1 în baia de metal topit 5, se poate controla selectiv, de exemplu prin variația compoziției corpului compozit cu matrice metalică 7 ce se obține. Acest lucru se poate realiza, în situația în care baia de metal topit 5 este stratificată, metalul topit al matricei având diferite compoziții la diferite adâncimi. Asemenea compoziții diferite pot să rezulte, ca urmare a unui gradient de temperatură dependent de adâncime și/sau de compoziția aliajului. Mijlocul de fixare detașabil 4, va afecta contactul preformei 1 cu o primă compoziție de metal al matricei, la o primă adâncime, o perioadă predeterminată de timp și apoi va afecta contactul preformei 1, deja spontan infiltrată și o a doua compoziție de metal a matricei, la o a doua adâncime, o a doua perioadă de timp predeterminată. Următoarele compoziții ale metalului matricei pot să fie contactate, în continuare, în funcție de localizările lor în baia de metal topit 5. în plus, mijloacele de fixare 4, pot să suporte mai mult de o singură preformă 1, ca urmare se poate mări producția corpurilor compozite cu matrice metalică. Respectivele preforme 1, se pot plasa liber în mijlocul de fixare 4 detașabil, iar volumul băii de metal topit 5 va fi majorat corespunzător, pentru a asigura gradul prestabilit de infiltrare a corpurilor compozite multiple 7, cu matrice metalică ce se obțin. După cum s-a precizat și mai sus, una din caracteristicile mijlocului detașabil de fixare, poate să fie faptul că acesta contracarează orice tendință de plutire naturală fie în sens pozitiv, fie în sens negativ a preformei 1 în raport cu baia de metal topit 5. De menționat că se pot utiliza și alte mijloace pentru acest lucru, ca de exemplu mijloacele de balast pentru preforme, care vor fi descrise în cadrul exemplului concret de realizare. Balastul are, în general, caracteristici similare cu cele ale mujlocului de fixare 4, descris mai sus.

Pentru asigurarea desfășurării procesului de infiltrare spontană, în condițiile invenției, este necesar ca în sistemul spontan să se asigure un intensificator de infiltrare. Intensificatorul de infiltrare poate să rezulte din precursorul acestuia care se poate alimenta: (1) în metalul matricei și/sau (2) în materialul preformei și/sau (3) în atmosfera de infiltrare și/sau (4) de la o sursă externă. în locul intensificatorului de infiltrare, în sistemul spontan se poate alimenta intensificatorul de infiltrare ca atare, respectiv în preformă și/sau în metalul matricei A și/sau în atmosfera de infiltrare. In final, cel puțin în perioada infiltrării spontane, intensificatorul de infiltrare trebuie să fie localizat în cel puțin o porțiune a materialului preformei. De exemplu, atunci când intensificatorul de infiltrare este alimentat în atmosfera de infiltrare, el este transportat la preformă 1, fixată în dispozitivul 4 și imersată, insuflând atmosfera prin baia de metal topit 5. Dacă preformă 1 nu este total imersată, intensificatorul de infiltrare se poate alimenta prin atmosfera de infiltrare de deasupra băii. In mod similar, dacă este asigurat un precursor al intensificatorului de infiltrare în preformă 1, un astfel de precursor poate fi transformat în intensificatorul propriu-zis prin insuflarea atmosferei de infiltrare prin baie sau prin expunerea unei suprafețe a preformei la contactul cu atmosfera de infiltrare menținută deasupra suprafeței băii de metal topit.

Un exemplu de sistem spontan metal al matricei/precursor al intensificatorului de infiltrare/atmosferă de infiltrare-este sistemul aluminiu/magneziu/azot. In mod specific, metalul matriceialiajul de aluminiu este plasat în timpul procesului într-un recipient refractar care nu reacționează cu metalul matricei topit (aliajul de aluminiu). Preforma este imersată în baia de metal topit, descrisă cu ajutorul unor mijloace de balast, care o mențin sub suprafața băii de metal topit și care sunt detașabile. în condițiile invenției, în care se folosește, în principal, sistemul spontan aluminiu/magneziu/azot, preforma trebuie să fie suficient de permeabilă pentru a permite gazului, cu conținut de azot, să penetreze în preformă, în momentul prestabilit al procesului, prin insuflarea atmosferei de insuflare cu conținut de azot prin baia de metal topit al matricei. De asemenea, preforma permeabilă poate să permită simultan sau ulterior infiltrarea metalului topit al matricei. Preforma poate să fie expusă la contactul cu atmosfera de azot înainte de imersare, și după ce este pătrunsă de azot, să fie imersată, în baia de metal topit al matricei, realizându-se astfel infiltrarea spontană a metalului matricei în preformă și/sau provocând reacția azotului cu un precursor al intensificatorului de infiltrare și respectiv infiltrarea preformei.

Volumul infiltrării spontane și a formării corpului compozit cu matrice metalică, va varia în funcție de o serie de factori de proces, cum sunt tipul sistemului spontan, conținutul de magneziu al aliajului de aluminiu, conținutul de magneziu al preformei, conținutul de nitrură de magneziu al aliajului de aluminiu, conți20 nutul de nitrură de magneziu al preformei, prezența în aliaj a elementelor adiționale de aliere (cum sunt Si, Fe, Cu, Cr, Zn, Ca, Sr etc.), granulația medie și tipul materialului preformei, starea suprafețelor preformei, concentrația în azot a atmosferei de infiltrare, timpul prestabilit și temperatura de proces. De exemplu, pentru ca infiltrarea spontană a aliajului de aluminiu să aibă loc, metalul matricei-aliajul de aluminiu trebuie să fie cu cel puțin 1% și, de preferință, cu cel puțin 3% magneziu, care are roi de precursor al intensificatorului de infiltrare. Elementele de aliere auxiliare, pot să influențeze cantitatea minimă de magneziu necesară în aliajul de aluminiu, pentru a asigura infiltrarea acestuia în preformă. Pierderile de magneziu din sistemul spontan, de exemplu datorită volatilizării, trebuie preîntâmpinate astfel, încât să rămână suficient magneziu pentru formarea intensificatorului de infiltrare. Ca urmare, este indicată utilizarea unei cantități suficiente de elemente de aliere, pentru a avea siguranță că infiltrarea spontană nu va fi influențată negativ de volatilizarea magneziului. Prezența magneziului atât în preformă cât și aliajul de aluminiu sau numai în preformă, poate avea ca rezultat o cantitate totală redusă de magneziu, necesar pentru a asigura infiltrarea spontană (aspect care va fi discutat mai târziu, în detaliu), Procentul în volume de azot din atmosfera de infiltrare, afectează, de asemenea, proporțiile de formare ale corpului compozit cu

A .

matrice metalică. In mod specific, dacă conținutul de azot al atmosferei de infiltrare este sub 10% în volum, infiltrarea spontană va apărea într-o proporție foarte redusă sau într-o măsură foarte slabă. S-a stabilit că, este de preferat ca conținutul de azot al atmosferei de infiltrare să fie de cel puțin 50% în volume, fapt care are ca rezultat, de exemplu, timpi de infiltrare mai reduși, datorită unei rate de infiltrare mai rapide. Timpi de infiltrare mai reduși se pot obține, de asemenea, prin agitarea ușoară a preformelor imersate, agitând pentru aceasta metalul topit al matricei în jurul lor, fără însă a afecta prin aceasta integritatea lor structurală. Conținutul minim necesar de magneziu, pentru ca aliajul de aluminiu în cadrul sistemului spontan aluminiu/magneziu/azot, să formeze un compozit cu matrice de aluminiu, depinde de o serie de factori de proces, cum sunt temperatura de lucru, timpul prestabilit, prezența unor elemente auxiliare de aliere, cum este zincul, natura materialului preformei, plasarea magneziului în unul sau câteva elemente ale sistemului spontan, conținutul de azot al atmosferei de infiltrare care intră în contact cu preforma, cât și debitul de alimentare al atmosferei de azot. Temperaturile mai scăzute sau timpi de încălzire mai reduși, se pot utiliza pentru obținerea unei infiltrări complete, pe măsura creșterii conținutului de magneziu din aliaj și/sau preforma. De asemenea, pentru un conținut dat de magneziu, adiționarea unui element auxiliar de aliere, ca zincul, permite operarea la temperaturi mai scăzute. De exemplu, un conținut de magneziu în aliajul de aluminiu, la limita inferioară a domeniului posibil între 1 și 3%, este utilizabil în asociere cu cel puțin unul din factori: o temperatură de lucru peste valoarea minimă, o concentrație ridicată de azot în atmosfera de infiltrare, prezența unuia sau mai multor elemente auxiliare de aliere, în cazul în care nu se adaugă magneziu în materialul preformei, se preferă aliaje de aluminiu care conțin 3 la 5% magneziu, utilizabile într-o gamă largă de condiții de proces și cu cel puțin 5% magneziu, când se operează la temperaturi mai scăzute și în intervale de timpi mai scurți. Conținuturile de magneziu, în exces de aproximativ 10% în aliajul de aluminiu, se pot utiliza pentru a modera condițiile de temperatură cerute pentru infiltrare.

Conținutul de magneziu se poate reduce, așa cum s-a arătat și în legătură cu un element de aliere auxiliar, însă aceste elemente au doar rol auxiliar în procesul de infiltrare spontană și ele sunt utilizate numai concomitent cu cel puțin cantitatea minimă de magneziu specificată mai sus.

De exemplu, nu s-a produs infiltrarea spontană a aluminiului, pur aliat, doar cu 10% în greutate siliciu Ia 1000°C, într-un pat de carbură de siliciu, cu granulația de trecere prin sita cu 83,6 ochiuri/cm², 99% puritate. în prezența magneziului însă, s-a constatat că siliciul favorizează procesul de infiltrare spontană.

De asemenea, cantitatea de magneziu necesară pentru infiltrare spontană poate să varieze numai în funcție de faptul că este asigurată, exclusiv, de materialul preformei. Astfel, s-a putut stabili că infiltrarea spontană va apărea la un conținut de magneziu mai redus, dacă cel puțin o parte din cantitatea totală de magneziu alimentat în sistem este plasată în materialul preformei. Acest lucru se poate realiza prin amestecarea materialului de umplutură ceramic cu magneziu, înainte de fasonarea preformei. în unele cazuri este indicat ca o cantitate mai redusă de magneziu să fie alimentată în sistem, pentru a preveni formarea unor compuși intermetalici nedoriți în corpul compozit cu matrice metalică. în cazul unei preforme din carbură de siliciu, s-a stabilit că atunci când preforma este contactată cu metalul topit constituit din aliaje de aluminiu, infiltrarea spontană are loc, atunci când preforma conține cel puțin 1% magneziu și procesul are loc în atmosferă de azot pur. In cazul unei preforme din alumină, cantitatea de magneziu necesară pentru obținerea unei infiltrări complete este ceva mai mare. S-a constatat, de altfel, faptul că atunci când preforma de alumină este contactată cu aliajul de aluminiu topit la aproximativ aceiași temperatură ca și preforma de carbură de siliciu, și în prezența aceleiași atmosfere de azot, este necesar un conținut de magneziu de aproximativ 3%, pentru a se obține o infiltrare spontană, similară ca și în cazul discutat mai sus. Trebuie, de asemenea, remarcat faptul că este posibil ca în sistemul spontan să se alimenteze precursorul intensificatorului de infiltrare și/sau intensificatorul de infiltrare pe o suprafață a aliajului de aluminiu supus topirii și/sau pe o suprafață a preformei și/sau în materialul preformei, înainte de infiltrarea A aliajului de aluminiu în preformă. In cazul în care magneziul a fost aplicat pe o suprafață a metalului matricei ar fi de preferat ca zona respectivă a băii de metal rezultate prin topire să fie cea mai apropiată de locul imersiunii preformei sau respectiva preformă poate să conțină magneziu, existând posibilitatea combinării celor două posibilități. O asemenea combinație a posibilităților de introducere în sistem a intensificatorului (intensificatorilor) de infiltrare și/sau a precursorului (precursorilor) acestuia (acestora), poate să aibă ca rezultat o descreștere a procentului total de magneziu necesar pentru a promova infiltrarea metalului matriceialiajului de aluminiu în preformă, precum și posibilitatea operării la temperaturi mai scăzute. In plus, cantitatea de compuși intermetalici nedoriți ca urmare a prezenței magneziului se poate minimaliza în aceste condiții. Utilizarea unuia sau mai multor elemente auxiliare de aliere și concentrația de azot din atmosfera de infiltrare, afectează, de asemenea, gradul de nitrurare a aliajului de aluminiu topit la o temperatură dată. De exemplu, elementemente de aliere auxiliare, cum sunt zincul sau fierul, incluse în aliajul de aluminiu sau plasate pe suprafața aliajului, se pot utiliza pentru reducerea temperaturii de infiltrare, contribuind, implicit, la reducererea cantității de nitrură ce se formează în metalul matricei, în timp ce concentrația ridicată de azot din atmosferă promovează infiltrarea, dar și formarea de nitrură. Concentrația de magneziu în aliaj și/sau plasat pe suprafața aliajului și/sau combinat cu materialul preformei, tinde, de asemenea, să afecteze gradul infiltrării la o temperatură dată. Prin urmare, în cazurile în care cantități reduse de magneziu (sau nici o cantitate) intră în contact direct cu materialul preformei, este de preferat ca cel puțin 3% magneziu să fie incluse în aliajul de aluminiu. Conținuturi de magneziu mai reduse de ordinul a 1%, în aliajul de aluminiu vor necesita temperaturi de operare mai ridicate sau prezența unor elemente auxiliare de aliere pentru realizarea infiltrării spontane.

Temperatura necesară pentru realizarea infiltrării spontane în condițiile, conform invenției, poate să fie mai scăzută dacă:

(1) este mărit conținutul de magneziu din aliajul de aluminiu (acționând numai asupra aliajului) la cel puțin 5% în greutate; și/sau (2) constituenții de aliere sunt preamestecați cu materialul preformei; și/sau (3) în aliajul de aluminiu este prezent un alt element de aliere, cum este zincul sau fierul. Temperatura de proces poate să varieze, de asemenea, în funcție de natura materialului preformei. în general, procesul de infiltrare spontană progresivă va apărea la o temperatură de proces de cel puțin 675°C, domeniul preferat de temperaturi fiind situat între 750 și 800°C. Temperaturi de proces, în general, peste 1200°C nu contribuie la îmbunătățirea desfășurării procesului de infiltrare spontană, deci domeniul util de temperaturi de proces este situat între 675 și 1200°C. Ca regulă generală, temperatura de infiltrare trebuie să fie situată deasupra punctului de topire al metalului matricei aluminiul/aliajul de aluminiu, dar sub temperatura de volatilizare a acestuia și sub temperatura de topire a materialului preformei. Pe măsură ce se ridică temperatura de proces, crește tendin ța de formare a unui produs de reacție între metalul matricei și atmosfera de infiltrare (respectiv în cazul aluminiului și azotului se poate forma nitrură de aluminiu). Un asemenea produs de reacție poate să fie indicat sau nu în structura corpului compozit cu matrice metalică ce se obține. Pentru atingerea temperaturilor de proces, de regulă, se folosesc mijloace de încălzire electrice cu rezistență, dar se pot utiliza și alte mijloace de încălzire, cu condiția ca acestea să nu afecteze negativ procesul de infiltrare. în cadrul procedeului, conform invenției, preforma permeabilă este imersată în baia de aluminiu topit în prezența unei atmosfere cu conținut de azot cel puțin o parte a perioadei de infiltrare spontană. Atmosfera de infiltrare, respectiv gazul cu conținut de azot, este alimentată în sistem prin menținerea unui flux continuu de gaz, în contact cu preforma și/sau metalul topit al matricei. Deși debitul de curgere a gazului cu conținut de azot nu este critic, se preferă ca acest debit să fie suficient pentru a compensa pierderile de azot din atmosferă datorită formării nitrurii de aluminiu în aliajul de aluminiu infiltrat spontan, cât pentru a preveni sau inhiba incursiunea de aer sau de alte gaze care ar putea să manifeste tendințe oxidante față de metalul topit al matricei, aliajul de aluminiu și/sau materialul preformei.

Pentru obținerea preformei necesare realizării infiltrării spontane, în condițiile conform invenției, se pot folosi numeroase materiale de umplutură, a căror alegere va depinde de condițiile concrete de proces, cum sunt - tipul metalului matricei, reactivitatea acestui metal în stare topit cu materialul de umplutură, și proprietățile produsului ce urmează să se obțină. In cadrul invenției, metalul matricei fiind aluminiul/aliajele de aluminiu, materialele adecvate de umplutură pentru preforma includ: (a) oxizi, cum este alu mina; (b) carburi cum este carbura de siliciu; (c) boruri, cum este dodecaborura de aluminiu; (d) nitruri, cum este nitrura de aluminiu. în cazul în care există o tendință ca materialul de umplutură să reacționeze cu metalul matricei în stare topită, aceasta se poate reglementa prin reducerea timpilor sau a temperaturii de proces sau prin asigurarea unei acoperiri nereactive pe aceste materiale de umplutură. Astfel, materialul de umplutură poate să conțină alternativ un substrat neceramic, cum este carbonul sau un alt material și o acoperire ceramică pentru a proteja substratul de degradare. Aceste acoperiri includ materiale ceramice, respectiv oxizi, carburi, boruri și nitruri. Materialele ceramice preferate pentru utilizare în cadrul prezentei invenții, includ alumina și carbura de siliciu sub formă de particule, lamele, filamente și fibre. Fibrele pot să fie discontinue (sub formă tăiată) sau sub formă de filamente. în plus, materialul preformei poate să aibă o structură omogenă sau heterogenă. S-a constatat, totodată, că unele tipuri de materiale de umplutură prezintă caracteristici de infiltrare îmbunătățite în comparație cu altele cu aceeași compoziție chimică, dar diferite ca structură. De exemplu, alumina rezultată prin mărunțirea corpurilor produse în condițiile descrise în brevetul US nr. 4713360, prezintă caracteristici de infiltrare perfecționate în comparație cu alumina, obținută în condiții obișnuite. Alumina se obține în brevetul menționat prin dezvoltare sub formă de produs al reacției de oxidare de la suprafața băii metalului precursor aluminiul topit. De asemenea, produsele ceramice rezultate prin mărunțirea corpurilor ceramice cu structură compozită obținute în condițiile descrise în brevetul RO nr. 95823 (prioritatea US nr. 819397/86) dezvoltate prin creșterea produsului reacției de oxidare de la suprafața băii metalului precursor topit - Al, Ti, Si, Sn, Zr, Hf, - și înglobarea concomitentă a produsului reac ției policristalin rezultat într-o masă permeabilă de umplutură, cu care formează o structură interconectată tridimensional), prezintă, de asemenea, calități de infiltrare perfecționate în comparație cu alumina disponibilă în comerț. Folosind aceste materiale de umplutură, de tip special, pentru confecționarea preformei, infiltrarea spontană completă a acesteia, în condițiile conform invenției, se poate realiza la temperaturi mai scăzute sau în intervale de timp mai mici. Mărimea și forma materialului de umplutură este determinată de proprietățile prestabilite pe care trebuie să le prezinte produsul compozit ce urmează să se obțină. Astfel, materialul de umplutură se poate prezenta sub formă de filamente, particule, lamele sau fibre, procesul de infiltrare nefiind restricționat de forma materialului de umplutură. Alte forme, cum sunt sferele, tubulii, peletele, material țesut din fibre refractare și alte forme similare se pot utiliza în acest scop. Mărimea granulației materialului de umplutură din care este confecționată preforma, nu limitează procesul de infiltrare spontană, vor fi necesari timpi de operare mai mari și temperaturi mai ridicate pentru asigurarea infiltrării complete a unei preforme, confecționate din particule mai mici în raport cu macroparticule. Masa de umplutură prefasonată în preformă trebuie să fie permeabilă la metalul topit al matricei care se infiltrează și la atmosfera de infiltrare.

Procedeul de obținere a corpurilor compozite cu matrice metalică nefiind condiționat de aplicarea presiunii exterioare care să oblige metalul topit al matricei să penetreze sau să refuleze în materialul preformei, permite obținerea unor produse cu fracție mărită în volum de material de umplutură, precum și cu porozitate redusă. Fracțiunile în volum mai mari de material de umplutură se pot obține utilizând preforme cu porozitate mai redusă sau dacă materialul preformei este compactat sau densificat într-un alt mod, dar cu condiția ca respectivul material să nu fie transformat într-un compact cu porozitate celulară închisă sau într-o structură complet densă, care s-ar opune infiltrării metalului topit al matricei.

în cazul procedeului, conform invenției, metalul matricei fiind aliajul de aluminiu, pentru infiltrarea acestuia în materialul preformei umidificarea (reticularea) materialului ceramic al preformei de către aliajul de aluminiu topit, reprezintă o componentă importantă a mecanismului de infiltrare. în plus, la temperaturi de lucru scăzute, apare o nitrurare minimă sau neglijabilă a aluminiului, conducând la formarea unei faze discontinue de nitrură de aluminiu, dispersată în matricea de aliaj de aluminiu. Pe măsură însă ce se va atinge limita superioară a domeniului de temperaturi de proces, nitrurarea aluminiului se va accentua. Ca urmare, proporția de fază nitrură în matricea metalică se poate controla prin varierea temperaturii de proces la care apare nitrurarea. Temperatura specifică de proces, la care devine tot mai pronunțată formarea nitrurii de aluminiu, variază în funcție de o serie de factori de proces, cum sunt tipul aliajului de aluminiu folosit, volumul materialului preformei supus infiltrării și natura acestuia și concentrația de azot existentă în atmosfera de infiltrare. De exemplu, proporția de formare a nitrurii de aluminiu la o temperatură dată a procesului, se mărește pe măsură ce scade capacitatea aliajului de aluminiu de umidificare a materialului preformei și pe măsură ce crește concentrația de azot din atmosfera de infiltrare.

Prin urmare, este posibil să se configureze constituția matricei metalice pe parcursul formării compozitului, pentru a se atribui anumite caracteristici produsului rezultat. Pentru un sistem dat, condițiile de proces selectate pot să controleze sau să favorizeze formarea de nitrură de aluminiu. Un produs compozit care conține o fază de nitrură de aluminiu poate să prezinte anumite caracteristici care să-i perfecționeze performanțele. După cum sa precizat mai sus, domeniul de temperaturi pentiu realizarea infiltrării spontane a aliajului de aluminiu poate să varieze în funcție de natura materialului de umplutură al preformei folosit. în cazul aluminei ca material al preformei, temperatura de infiltrare, de preferință nu va depăși 1000°C, dacă se urmărește ca ductilitatea matricei metalice-aluminiul, să fie redusă ca urmare a semnificative a nitrurii de aluminiu. Temperaturi peste 1000°C se pot utiliza în cazul în care se urmărește obținerea unui compozit cu matrice mai puțin ductilă și mai rigidă. Pentru infiltrarea preformei constituite din carbură de siliciu, se pot utiliza temperaturi mai ridicate de aproximativ 1200°C, întrucât formarea nitrurii de aluminiu este mai puțin accentuată decât în cazul când se supune infiltrării preformă din alumină.

Procedeul, conform invenției, prevede, de asemenea, posibilitatea folosirii unui rezervor de metal al matricei pentru a asigura infiltrarea completă a preformei, și/sau pentru a alimenta un al doilea metal în baia de metal topit care să prezinte o compoziție diferită față de prima sursă de metal al matricei. în mod specific, în unele cazuri, poate să fie de dorit să se utilizeze un metal de matrice în rezervor, care să difere ca compoziție de primul aliaj de aluminiu ce constituie prima sursă de metal al matricei. în această situație, prima sursă fiind un aliaj de aluminiu, teoretic orice alt metal sau un aliaj metalic topit la temperatura de proces poate să constituie metalul/aliajul din rezervor. După cum se știe metalele în stare topită sunt foarte bine miscibile de regulă între ele, fapt ce are ca rezultat amestecarea metalului rezervor cu prima sursă de metal al matricei, atât timp cât se asigură suficient timp pentru realizarea acestei amestecări. Ca o alternativă se poate reduce timpul de proces, prin controlarea selectivă a adâncimii până la care este imersată preformă, după cum s-a discutat anterior.

Ca urmare prin utilizarea unui metal rezervor care diferă ca compoziție față de prima sursă de metal al matricei, este posibil să se modifice în sensul dorit proprietățile matricei metalice din compozitul ce se obține, pentru a i se conferi acestuia anumite proprietăți.

Procedeul, conform invenției, prevede posibilitatea utilizării unor mijloace de barieră, potrivite pentru a interfera, inhiba sau preveni migrația metalului matricei/aliajului de aluminiu, în materialul preformei, peste suprafața limită a acesteia definită de respectivul mijloc de barieră. Un mijloc adecvat de barieră, poate să fie un compus, element, compoziție sau un material similar, care în condițiile de proces ale prezentei invenții mențin o oarecare integritate, nu sunt volatili și, de preferință sunt permeabile la accesul atmosferei de infiltrare și care sunt capabile să inhibe local, să stopeze, să interfereze cu sau să prevină infiltrarea spontană în preformă, peste limita suprafețelor pe care sunt aplicate aceste mijloace de barieră. în cadrul sistemului spontan aluminiu/magneziu/azot sunt în primul rând grafitul și diborura de titan, aceste materiale putând să fie potrivite ca formă și dispuse astfel, încât să direcționeze atmosfera de infiltrare la preformă, chiar și atunci când aceasta este complet imersată în baia de metal topit. O barieră potrivită poate astfel să faciliteze producerea corpurilor compozite cu matrice metalică, prin minimalizarea operațiilor necesare pentru finisarea suprafeței preformei infiltrate, menținând, totodată, suficientă flexibilitate în ceea ce privește dispunerea inten106391 sificatorului de infiltrare, a precursorului acestuia și a componentelor atmosferei de infiltrare în sistemul spontan. De precizat că mijlocul de barieră poate să fie combinat cu mijlocul de fixare detașabil sau cu mijloacele de balast, mărind prin aceasta protecția pentru preforme care pot să nu fie sufiecient de rigide ca să reziste fără suport în baia de aliaj de aluminiu topit.

Materiale de barieră, deosebit de potrivite pentru cazul infiltrării aliajelor de aluminiu, în condițiile conform invenției, sunt cele care conțin carbon și mai ales sub formă de grafit. Grafitul este un material neumidificat de către aliajul de aluminiu topit, în condițiile descrise de proces. Dintre formele de grafit este de preferat banda de grafit care este fabricată și comercializată sub marca Grafoil^R. Această bandă de grafit este, de asemenea, rezistentă la căldură, este inertă din punct de vedere chimic, prezintă caracteristici de etanșare care previn migrarea metalului topit peste limita definită de această bandă. Banda de grafit este flexibilă, compatibilă, confortabilă și rezilientă, ea poate să fie fasonată în multiple forme pentru a se potrivi aplicării ca barieră. Grafitul se poate aplica, de asemenea, sub formă de pudră sau de film vopsit în jurul și pe limita suprafeței prestabilite a preformei. Banda de grafit este însă preferabilă, întrucât se prezintă sub forma unei folii flexibile. Folia de grafit se aplică simplu în jurul suprafețelor stabilite ale preformei.

Alte tipuri de bariere utilizabile, în cadrul procedeului, conform invenției, includ borurile metalelor de tranziție ca TiB₂ care, în general, nu sunt umectabile de aliajul de aluminiu topit, în anumite condiții de proces, respectiv temperatura de infiltrare nu trebuie să depășească 875°C, peste această limită, această barieră devenind mai puțin eficientă, și la creșterea temperaturii va apare infiltrarea și în barieră. Borurile metalelor de tranziție se prezintă sub o anumită formă particulată (1-30 μ). Materialele de barieră se pot aplica sub formă de pastă, sau pudră la limitele preformei supuse infiltrării. Alte tipuri de bariere utilizabile la infiltrarea aliajelor de aluminiu includ compușii organici, greu volatili, care se aplică sub formă de peliculă sau strat pe suprafața externă a preformei. Prin ardere în atmosferă de azot, în condițiile procedeului, conform invenției, compusul organic se va descopmune rezultând o peliculă de negru de fum. Compusul organic se poate aplica cu mijloace convenționale, ca vopsirea, pulverizarea, imersarea etc. De asemenea, materialele microparticulate pot să preia rolul materialelor de barieră, deoarece infiltrarea materialului microparticulat va apărea într-o proporție mai redusă decât restul materialului preformei.

Procedeul, conform invenției, va fi descris, în detaliu, în exemplul ce va urma.

Materialul de umplutură a fost preparat prin amestecarea unei pulberi grobe de carbură de siliciu, cu 2% în greutate pulbere de magneziu cu granulația de trecere prin sita cu 50,38 ochiuri/cm². Materialul de umplutură, astfel preparat, a fost turnat într-un tub de cupru cu pereți subțiri, cu grosimea de 0,8 mm. Un capăt al tubului a fost înfășurat într-o folie subțire de cupru, pentru etanșarea tubului pe măsura turnării materialului de umplutură, iar materialul de umplutură a fost dispus în forma de turnare prin incizarea în mai multe locuri a tubului de cupru. Tubul a avut o lungime de 10 cm și diametrul de 2,8 cm și a servit doar ca formă pentru materialul de umplutură descris mai sus. După cum se poate vedea pe fig 5, forma de turnare de cupru 3, a fost introdusă într-un tub de alumină 8, care a constituit mijlocul de balast pentru forma de turnare 3. Tubul de alumină 8 a avut diametrul de 3,8 cm, grosimea peretelui de 3 mm (creuzet de porțelan cu densitatea ridicată, redus la o lungime de

7,6 cm). Natura balastului poate să fie importantă, prin faptul că acesta trebuie să fie lipsit de apă sau de alte materiale care pot să oxideze la temperatura de proces impurifîcând astfel metalul matricei sau materialul preformei. în plus, balastul nu trebuie să fie umidificabil de către metalul topit al matricei și de către compozitul cu matricea metalică, permițând prin aceasta extragerea ușoară a compozitului. în plus, balastul trebuie să fie suficient de masiv pentru a asigura menținerea formei de turnare 3 în baia de metal topit 5 și să fie, totodată, suficient de rigid pentru a preveni deformarea compozitului cu matrice metalică în timpul extragerii din baia de metal topit 5. Cel puțin sub aceste aspecte balastul 8 prezintă multe caracteristici ale mijlocului de barieră. După ce forma 3 a fost umplută cu materialul de umplutură precizat mai sus, capătul său deschis a fost înfășurat într-o folie subțire de cupru 9 în care a fost introdus un tub 10 din oțel inoxidabil cu diametrul de 0,6 mm.

Un flux de atmosferă cu conținut de azot, a fost introdus prin tubul din oțel inoxidabil 10, cu un debit de aproximativ

1,5 1/min. Forma de turnare 10 și respectivele tuburi 8 și 10 au fost amplasate întrun cuptor încălzit cu rezistență electrică, și a fost încălzită de la temperatura camerei la aproximativ 600°C, într-un interval de timp de 2 h. Temperatura a fost menținută la 600°C, timp de circa o oră, după care materialul de umputură s-a rigidizat într-o preformă, care își va menține forma și fără forma de turnare 3. Pentru rigidizare se pot aplica și alte temperaturi între 500 și 600°C, în funcție de natura materialului de umplutură și de forma de turnare și de folia metalică utilizată pentru obținerea capacelor terminale. De regulă, se preferă temperaturi mai ridicate pentru a asigura o rigidizare totală a materialului de umplutură. După o oră, la 600°C, forma 3 a fost rapid extrasă din cuptor și imersată într-o baie de aliaj de aluminiu topit, menținută la aproxi5 mativ 750°C, menținută într-un al doilea cuptor electric, încălzit prin rezistență. Aliajul de aluminiu conținut în baia 5, avea un conținut de aproximativ 12% Si și Mg (Al - 12 Si - 3 Mg). După cum se poate 10 vedea pe fig. 6, tubul de alumină 8, a fost suficient de masiv pentru a compensa ascensiunea pozitivă de plutire a formei 3 acoperind forma de turnare 3 și menținândo imersată în baia de aluminiu topit 5. 15 Curgerea atmosferei de infiltrare în forma de turnare 3 a fost menținută până la imersarea acesteia în baia de metal topit 5, după care fluxul de azot a fost direcționat deasupra băii 5. După imersare în baia 5, 20 timp de aproximativ o oră, forma de turnare 3 din cupru, cât și foliile de cupru 9 sau topit și dispersat în baia 5 de aliaj de aluminiu, care s-a infiltrat în întreaga preformă rigidizată, formând corpul compozit 25 cu matrice metalică din aluminiu. Preformă și-a menținut forma sa chiar și după consumarea formei de turnare 3, probabil ca rezultat al formării nitrurii de magneziu și a posibilei sintetizări în timpul încălzirii 30 inițiale și apoi, ca urmare a proporției ridicate a materialului de umplutură în corpul compozit. Tubul de alumină 8 incluzând corpul compozit a fost extras din baia de aliaj de aluminiu topit. După solidifîca35 re, corpul compozit cu matrice metalică a fost extras cu atenție din tubul de alumină 8, și s-a constatat că suprafața sa exterioară este netedă și că el prezintă caracteristici corespunzătoare structurale ca formă 40 de rețea.

în cele ce urmează, se prezintă definițiile noțiunilor folosite în textul descrierii și în revendicări.

Aluminiu. Se referă la metalul pur 45 (aluminiu nealiat, disponibil comercial) sau alte calități de metal sau aliaj, având im purități și/sau elemente de aliere, cum sunt Si, Cu, Cr, Zn, Mg, Ca, Sr etc. Un aliaj de aluminiu reprezintă un aliaj sau un compus intermetalic în care aluminiul este constituentul major.

Mijloc de balast. Se referă la un mijloc care contracarează plutirea naturală a preformei, în raport cu metalul topit al matricei astfel, încât atunci când mijlocul aminitit este atașat la o preformă, ea este menținută sub nivelul suprafeței metalului topit al matricei.

Gaz neoxidat de echilibru. Se referă la orice gaz adițional, la gazul primar pe care îl conține atmosfera de infiltrare și care trebuie să fie reducător, respectiv nereactiv cu metalul matricei, în condițiile de proces. Un gaz oxidant care poate să fie prezent ca impuritate, în atmosfera de infiltrare, trebuie să fie în cantitate insuficientă pentru oxidarea metalului matricei în condițiile de proces.

Barieră sau mijloc de barieră. Se referă la un mijloc adecvat care să interfereze, să inhibe, să prevină sau să termine migrația, deplasarea etc., metalului topit al matricei, peste limita de suprafață a preformei de umplutură permeabilă, definită de această barieră/mijloc de barieră. O barieră adecvată poate să fie orice material, compus, element, compoziție etc., care în condițiile procesului menține o anumită integritate și nu este volatil (nu se volatilizează într-o asemenea măsură încât să devină nefuncțional ca barieră). Mijloacele de barieră adecvate includ materiale care sunt neumectabile de către metalul matricei topit, în condițiile de proces. O barieră de acest tip, prezintă o mică afinitate - sau nu există afinitate față de metalul topit al matricei, iar deplasarea peste limita suprafeței definite a preformei este prevenită sau inhibată de mijlocul de barieră. Folosirea barierei reduce necesitatea prelucrării finale sau rectificării finale, care ar fi cerute, și definește cel puțin o parte a suprafețelor produsului compozit ce se obține. în anumite cazuri, bariera trebuie să fie sau să devină permeabilă sau poroasă, de exemplu, prin practicare de orificii sau prin perforarea barierei, pentru a permite accesul atmosferei de infiltrare la interiorul preformei.

Carcasa sau carcasa de metal a matricei. Se referă la un corp de metal al matricei, remanent neconsumat în timpul formării corpului compozit cu matrice metalică, și tipic, dacă i se permite să se răcească, rămâne, cel puțin parțial, în contact cu corpul compozit, cu matrice metalică rezultată. Această carcasă poate să includă, de asemenea, un al doilea metal sau un aliaj de compoziție diferită față de prima sursă de metal a matricei.

Material de umplutură - filer. Se referă la constituenți singulari sau la amestecuri de constituenți nereactivi cu și/sau cu solubilitate redusă în metalul matricei și care pot să fie constituenți dintr-o singură fază sau din mai multe faze. Materialele de umplutură se pot prezenta într-o mare varietate de forme, cum sunt pulberile, fulgii, lamele, microsferele, filamentele, granulele, etc., și de asemenea, pot să fie dense sau poroase. Materialul de umplutură poate să fie ceramic, carbura de siliciu, sau alumină sub formă de fibre, fibre tăiate, macroparticule, filamente, granule, sfere, saltele de fibre etc., sau cu acoperiri ceramice, cum sunt fibrele de carbon placate cu carbură de siliciu sau alumină, pentru a proteja carbonul de atacul aluminiului topit - metalul matricei.

Atmosferă de infiltrare. Se referă la atmosfera care este prezentă și care interacționează cu metalul matricei și/sau cu preformă și/sau intensificatorul de infiltrare și/sau cu precursorul acestuia și permite sau intensifică infiltrarea spontană a metalului matricei.

Intensificatorul de infiltrare. Se referă la un material care promovează infiltrarea spontană a metalului matricei în materialul preformă. Un intensificator de infiltrare se poate forma, de exemplu, prin reacția precursorului acestuia cu o atmosferă de infiltrare pentru a forma: (1) o formă gazoasă și/sau (2) un produs de reacție a precursorului menționat și atmosfera de infiltrare și/sau (3) un produs de reacție dintre respectivul precursor și materialul preformei. în plus, intensificatorul de infiltrare se poate alimenta direct în cel puțin unul din elementele sistemului spontan- preformă și/sau metalul matricei și/sau atmosfera de infiltrare, și funcționează la fel ca și intensificatorul de infiltrare rezultat prin reacția precursorului acestuia și unul din elementele sistemului spontan de mai sus. In final, cel puțin în perioada de infiltrare spontană a procesului, intensificatorul de infiltrare trebuie să fie localizat cel puțin într-o porțiune a preformei pentru realizarea infiltrării spontane.

Precursorul intensificatorului de infiltrare. Se referă la un material care, folosit în combinație cu metalul matricei, preformă · sau atmosfera de infiltrare formează ι intensificator de infiltrare care induce sau favorizează procesul de infiltrare spontană a metalului matricei în materialul preformei. Este indicat ca precursorul menționat să prezinte capacitatea de a putea fi poziționat, localizat sau transportat într-o poziție care să-i permită să interacționeze cu atmosfera de infiltrare și/sau cu materialul preformei și/sau cu metalul matricei. în sisteme spontane este necesar ca acest precursor să se volatilizeze la temperaturi egale sau cu puțin peste punctul de topire al metalului matricei. O asemenea volatilizare poate să conducă la : (1) o reacție a precursorului cu atmosfera de infiltrare pentru a forma o fază gazoasă care să intensifice umidificarea (reticularea) materialului de um plutură, de către metalul matricei și/sau (2) o reacție a precursorului cu atmosfera de infiltrare pentru a forma intensificatorul de infiltrare în formă lichidă, solidă sau gazoasă în cel puțin o porțiune a preformei care să intensifice umidificarea (reticularea); și/sau (3) o reacție a precursorului în cazul materialului de umplutură al preformei, având ca rezultat formarea intensificatorului de infiltrare sub formă lichidă, solidă sau gazoasă în cel puțin o porțiune a materialului preformei care intensifică umidificarea.

Metalul matrice sau aliajul metalului matrice. Se referă la metalul care este utilizat pentru a forma un compozit cu matrice metalică (înainte de infiltrare) și/sau metalul care este amestecat cu materialul de umplutură al preformei, formând corpul compozit cu matrice metalică (după infiltrare). Când metalul specificat este menționat ca metalul matrice, el este un metal pur, disponibil în comerț prezentând impurități și/sau constituenți de aliere, un compus intermetalic sau un aliaj. în care respectivul metal este constituentul major sau predominant.

Sistemul metalul matrice/precursorul intensificatorului de infiltrare/atmosferă de infiltrare sau sistemul spontan. Se referă la acea combinație de materiale care permite realizarea infiltrării spontane în materialul preformei.

Mijloc de fixare detașabil. Se referă la un mijloc potrivit care se atașează la sau care suportă cel puțin o preformă, respectivul mijloc acoperind, parțial, preformă sub nivelul suprafeței băii de metal topit și servind la extragerea ei din baie după infiltrare.

Compozit cu matrice metalică sau MMC. Se referă la un material care conține un metal interconectat tridimensional sau bidimensional sau un metal matrice care a incorporat un material de umplutură. Metalul matrice poate să includă diferite elemente de aliere, pentru asigurarea obținerii compozitelor cu proprietățile fizice și mecanice cerute.

Metal diferit de metalul matrice. Se referă la un metal care nu conține același constituent major ca și metalul matrice (în cazul în care constituentul primar al metalului matrice este aluminiul, atunci metalul diferit poate să conțină ca constituent primar nichelul).

Recipient nereactiv pentru a conține metalul matrice. Se referă la orice recipient care poate să conțină metalul topit al matricei și preforma în condițiile de proces și care nu reacționează cu metalul matricei și/sau cu atmosfera de infiltrare și/sau cu precursorul intensificatorului de infiltrare și/sau cu materialul preformei, într-un mod care să influențeze negativ mecanismul de infiltrare spontană.

Preformă sau preformă permeabilă. Se referă la o masă poroasă de material de umplutură, care este prelucrată cel puțin pe o suprafață limită, care definește, în principal, o limită pentru infiltrarea metalului matrice, această masă menținând o suficientă integritate confîgurativă și o rezistență (a miezului) la crud, pentru a asigura fidelitatea dimensională corespunzătoare înainte de infiltrarea A spontană a metalului topit al matricei. In mod tipic, o preformă conține o dispunere aranjată a materialului de umplutură, fie omogenă, fie eterogenă și se poate să fie alcătuită din materiale de umplutură, de diferite forme-macroparticule ceramice și/sau metalice, pulberi, fibre, filamente etc. și orice combinație a acestora. O preformă poate să existe singular sau să fie de forma unui ansamblu.

Rezervor. Se referă ia un corp separat de metal matrice, poziționat față de o preformă astfel, încât atunci când metalul este topit, el poate să curgă pentru a reumple, completa sau în unele cazuri alimenta inițial și apoi de a completa sur sa de metal topit al matricei, care este în contact cu preformă.

Infiltrare spontană”. Se referă la infiltrarea metalului topit al matricei în preforma de material permeabil de umplutură, infiltrare care se produce fără aplicarea presiunii externe sau a vidului (aplicat din exterior sau autogenerat).

Claims (13)

1. Revendicări

   1. Procedeu de obținere a corpurilor compozite, cu matrice metalică, prin infiltrarea spontană a metalului matricei menționate, în stare topită, într-o masă de umplutură permeabilă, prestabilită și de natură ceramică, prefasonată într-o preformă, în prezența unei atmosfere de infiltrare, pe bază de gaz, cu conținut de azot sau oxigen, ce este adusă în contact cu metalul topit al matricei și preforma, cât și a unui intensificator de infiltrare, în intervalul de temperaturi superior punctului de topire a matricei metalice, dar inferior temperaturii de volatilizare a acesteia și de topire a materialului preformei, caracterizat prin aceea că, realizează imersarea preformei permeabile în metalul topit al matricei, ambele prestabilite, asigurând menținerea preformei în poziție imersată, pe parcursul întregului proces de infiltrare spontană și alimentând, totodată, în sistemul menționat, de infiltrare spontană, fie în metalul topit al matricei, fie în preformă, fie în atmosfera de infiltrare, un precursor al intensificatorului de infiltrare sau intensificatorul de infiltrare ca atare, a cărui tip este determinat de natura atmosferei în care se desfășoară procesul de infiltrare spontană.
2. 2. Procedeu, conform revendicării 1, caracterizat prin aceea că, se supune infiltrării spontane metalul matricei constituit din aliaje de aluminiu standardizate ce conțin ca elemente de aliere cel puțin un precursor al intensificatorului de infiltrare, ales din grupul constituit din calciu, magne ziu, stronțiu și/sau zinc și cel puțin un alt element ales din grupul constituit respectiv din siliciu, fier, cupru, mangan și/sau crom.
3. 3. Procedeu, conform revendicării 1, caracterizat prin aceea că, în vederea menținerii preformei în poziție imersată, aceasta se introduce în baia de metal topit, fie în sisteme de cadre-navete uzuale, fixabile la adâncimea necesară în baia de metal topit, fie atașată la mijloace de balast, dimensionate corespunzător, pentru a preveni tendința de ridicare la suprafața băii metalice a preformei, ambele trebuind să fie ușor detașabile de preformă, după extragerea compozitului din baie, și confecționate din materiale nereactive cu factorii care asigură desfășurarea procesului de infiltrare spontană.
4. 4. Procedeu, conform revendicărilor 1 și 3, caracterizat prin aceea că se poate introduce sau atașa la mijloacele care asigură menținerea în poziție imersată, preforma în forma sa de fasonare, care poate fi refolosibilă, în varianta în care este confecționată din material ceramic nereactiv, în contact cu, și insolubil în baia metalică topită sau refolosibilă în varianta în care este confecționată din metal și, de regulă, din foaie de cupru, ce se topește în contact cu baia de metal a matricei, topit, în condițiile de proces și intră în compoziția matricei metalice supuse infiltrării.
5. 5. Procedeu, conform revendicărilor 1, 3 și 4, caracterizat prin aceea că, se folosește în alcătuirea ansamblului de infiltrare, preforma de profil corespunzător, corecționată din material ceramic, permeabil, cu solubilitate redusă în metalul topit al matricei, uzual ales între nitruri, carburi, boruri și oxizi și, de regulă, oxid de aluminiu și carbură de siliciu, micro sau macroparticulate la forme obișnuite.
6. 6. Procedeu, conform revendicărilor 1 la 5, caracterizat prin aceea că, în vederea opririi infiltrării spontane, la limita contururilor preformei, se aplică pe suprafețele predeterminate ale acesteia un strat de material de barieră, care nu trebuie să fie umectat de metalul topit al matricei și să permită accesul atmosferei de infiltrare la metalul topit al matricei, materialul preformei, intensificatorul de infiltrare sau precursorul acestuia.
7. 7. Procedeu, conform revendicărilor 1 la 6, caracterizat prin aceea că, materialul de barieră este uzual ales între carbon, grafit și diborură de titan.
8. 8. Procedeu, conform revendicării 1, caracterizat prin aceea că, atmosfera cu conținut de azot, se insuflă cu un debil predeterminat în incinta ce conține ansamblul supus infiltrării spontane.
9. 9. Procedeu, conform revendicărilor 1 și 8, caracterizat prin aceea că, pentru infiltrarea spontană a matricei pe bază de aluminiu, în atmosferă de azot, se introduce în sistemul de infiltrare spontană, un precursor al intensificatorului de infiltrare cu conținut de cel puțin un element ales între Ca, Sr, și Mg.
10. 10. Procedeu, conform revendicării 1, caracterizat prin aceea că, pentru infiltrarea spontană a matricei, pe bază de aluminiu, în atmosferă de oxigen, se introduce în sistemul de infiltrare spontană un precursor al intensificatorului de infiltrare cu conținut de zinc.
11. 11. Procedeu, conform revendicării 1, caracterizat prin aceea că, se pot introduce în sistemul de infiltrare spontană, precursorul intensificatorului de infiltrare ca atare de la o sursă externă.
12. 12. Procedeu, conform revendicării 1, caracterizat prin aceea că, se pot introduce în sistemul de infiltrare spontană, precursorul intensificatorului de infiltrare ca atare, prin intermediul materialului preformei, metalului matricei, sau atmosferei de infiltrare, intrând în compoziția acestora.
13. 13. Procedeu, conform revendicărilor 1,

    11 și 12, caracterizat prin aceea că, pentru formarea intensificatorului de infiltrare în condițiile de proces, se introduce în sistem precursorul acestuia, care, de 5 regulă, se volatilizează și reacționează cu atmosfera de infiltrare, metalul matri cei în stare topită sau materialul preformei, rezultând ca produs al acestei reacții intensificatorul de infiltrare, fie în cel puțin a preformei, fie sub forma unei acoperiri pe respectiva zonă, și care, poate fi reductibil de matricea metalică în stare topită.