RO107642B1 - Procedeu de obținere a corpurilor compozite, cu matrice metalica prefasonate în matriță - Google Patents

Abstract

Invenția se referă la un procedeu de obținere a corpurilor compozite, cu matrice metalică prefasonate în matriță, prin fasonarea corespunzătoare a lingoului de metal al matricei, pentru obținerea unei cavități de profil corespunzător formei exterioare a compozitului ce va reprezenta matrița menționată, introducerea în cavitate a materialului de umplutură ceramic sau cu acoperire ceramică, ce devine prin încălzire autoportantă. Ansamblul este încălzit în prezența unei atmosfere de infiltrare pe bază de azot sau oxigen și a unui agent intensificator de infiltrare sau a precursorului acestuia, la temperatura superioară punctului de topire a metalului matricei pentru topirea acestuia și realizarea infiltrării spontane a preformei de umplutură prefasonate imersate în baia de metal topit.

Description

Invenția de față se referă ia un procedeu de obținere a corpurilor compozite cu matrice metalică, prefasonate în matriță, prin tehnica infiltrării spontane a respectivei matrice metalice într-o masă de umplutură predeterminată.

Se știe că produsele compozite ce cuprind o matrice metalică și o fază de ramforsarc sau armare cum sunt particule ceramice, whiskers-uri, fibre și altele asemănătoare, prezintă avantaje deosebite pentru o serie de aplicații, întrucât ele cumulează o parte din rigiditatea și rezistența la uzură a fazei de ramforsare, cu ductilitatea și rezistența mecanică a matricei metalice. în general, un compozit cu matrice metalică va prezenta unele proprietăți îmbunătățite, respectiv rezistența, rigiditatea, rezistența la uzura de contact, termorezistența ș.a. față de metalul matricei în formă monolitică, dar gradul în care oricare din aceste proprietăți poate să fie îmbunătățită depinde în mare măsură de constituenții specifici ai compozitului, de volumul lor sau dc proporția în greutate cât și de modul de prelucrare a acestora pentru obținerea compozitului. Respectivul compozit cu matrice metalică, poate să fie mai ușor sau mai greu decât metalul matricei în formă monolită.

Corpul compozit cu matrice metalică din aluminiu, ramforsat cu materiale ceramice, cum ar fi carbura de siliciu, sub formă de particule, plăcuțe, sau whiskers-uri de exemplu, prezintă interes, deoarece este mai rigid și mai rezistent la uzură și la temperaturi înalte, în comparație cu aluminiul metalic ca atare.

Pentru fabricarea corpurilor compozite cu matrice metalică de aluminiu, au fost descrise diferite procedee metalurgice, incluzând cele bazate pe tehnica metalurgiei pulberilor, și pe tehnica infiltrării metalului lichid, în care se utilizează turnarea sub presiune, turnarea sub vid, agitarea și agenții de umectare. In cazul tehnicilor bazate pe metalurgia pulberilor, metalul matricei sub formă de pulbere și materialul de ramforsare sub formă de pulbere, whiskers-uri, fibre tocate, etc. se amestecă și apoi se presează la rece și se sinterizează sau se presează la cald. Fracțiunea maximă în volum de carbură de siliciu în compozitele cu matrice pe bază de aluminiu realizate în aceste condiții, este de 25% în volume în cazul whiskers- urilor și de circa 40% în volume în cazul materialelor sub formă de particule. Producția de compozite cu matrice metalică prin tehnica metalurgiei pulberilor, utilizând procedee convenționale, impune anumite limitări în ceea ce privește caracteristicile produselor ce se pot obține. Fracția de volum a fazei ceramice din compozit, este limitată în mod tipic, în cazul materialelor sub formă de particule, la circa 40%. De asemenea, operația de presare impune o limită în ceea ce privește mărimea practică a produsului ce se poate obține. Trebuie menționat că numai forme relativ simple de produse se pot obține, fără o prelucrare ulterioară (formare sau uzinare) sau fără să se apeleze la prese complexe. In timpul sinterizării, poate să aibă loc o contracție neuniforma, conducând Ia neuniformități în microstructură, datorită segregării în aglomerări compacte și creșterii granulei respective.

Se cunoaște un procedeu de obținere a unui corp compozit cu matrice metalică ce încorporează o ramforsare fibroasă din carbură de siliciu sau whiskers-uri de alumină, cuprinzând o schemă predeterminată de orientare fibroasă. Compozitul este realizat prin plasarea de împâslituri sau pâsle de fibre coplanare într-o matriță cu un rezervor de metal al matricei topit (cochilie sau formă de turnare), respectivul metal fiind de exemplu aluminiu, și aplicarea presiunii pentru a forța metalul topit să penetreze măturile și să înconjoare fibrele orientate. Metalul topit poate să fie turnat pe stiva de maturi, în timp ce este forțat sub presiune să curgă între măturile de fibre. S-au realizat în aceste condiții încărcări de până la 50% în volume, fibre de ramforsare în compozit. Procedeul de infiltrare descris mai sus, fiind dependent de presiunea exterioară pentru a forța metalul topit al matricei să pătr undă prin stiva de maturi fibroase, este condiționat de caracteristicile aleatorii ale procedeelor de curgere induse sub presiune, fiind posibilă apariția de neuniformități în formarea matricei, porozități ctc. Neuniformitatca proprietăților este posibilă, chiar dacă metalul topit este introdus printr-o pluralitate de poziții în cadrul aranjamentului de fibre. Ca urmare, este necesar să se asigure aranjamente complicate de maturi sau pâsle cu rezervorul de metal respectiv, cât și trasee de curgere complexe pentru a realiza o penetrare adecvata și uniformă a metal ului topit în stiva de maturi fibroase. De asemenea, tehnica de infiltrare sub presiune, permite realizarea unei ranforsări relativ scăzute față de fracția de volum rela tiv ridicată de metal al matricei, datorită dificultăților inerente de infiltrare a unui volum mare de pâslă. Tn plus, sunt necesare forme de turnare sau cochilii, pentru a menține metalul topit sub presiune, fapt ce mărește costurile de fabricație. De asemenea, procedeul descris este limitat la infiltrarea particulelor aliniate sau fibrelor, și nu se aplică pentru obținerea compozitelor cu matrice metalică pe bază de aluminiu, ramforsate cu materiale ceramice sub formă de particule, whiskers-uri sau fibre orientate întâmplător.

In procesul de fabricație a compozitelor cu matrice de aluminiu cu umplutură de alumină, piezintă dificultăți, prin faptul că aluminiul topit nu umectează alumina, făcând dificilă obținerea unui produs coerent. Pentru soluționarea acestei probleme, au fost sugerate mai multe soluții. Una din aceste soluții, prevede acoperirea aluminei cu un metal, ca nichel sau wolfram, urmată de presarea la cald împreună cu aluminiul. O altă tehnică prevede alierea aluminiului cu litiu și acoperirea aluminei cu silice. Materialele compozite realizate în aceste condiții prezintă variații ale proprietăților sau acoperirile pot să degradeze umplutura sau respectiv matricea metalică conține litiu, fapt ce poate să afecteze proprietățile acesteia.

Conform unui alt procedeu cunoscut este prevăzută aplicarea unei presiuni de 75-375 kg/cm , pentru a forța pătrunderea aluminiului topit într-o pâslă fibroasă de whiskers-uri de alumină, care a fost preîncălzită la 700 până la 1250°C. Raportul în volum maxim de alumină față de volumul matricei de aluminiu în produsul rezultat a fost de 0,25:1. Datorită dependenței sale de presiunea exterioară pentru realizarea infiltrării, acest procedeu prezintă majoritatea deficiențelor precizate mai sus. Este cunoscută fabricarea compozitelor aluminiu/alumiuă, mai ales utilizate ca componente de celule electrolitice, prin umplerea golurilor unei matrițe de aluminiu, preformate, cu aluminiu topit Această aplicație accentuează asupra neumectabilității aluminei de către aluminiul topit și ca urmare se utilizează diferite tehnici, pentru realizarea umectării aluminei în întreaga preformă. Astfel alumina poate să fie învelită sau acoperită cu un agent de umectare, ales între o diborură de titan, zirconiu, hafniu sau niobiu, sau cu un metal ca, de exemplu, litiu, magneziu, calciu, titan, crom, fier, cobalt, nichel, zirconiu sau hafniu. Pentru facilitarea umectării sunt utilizate de asemenea atmosfere inerte ca argonul. Aceasta referință indica de asemenea posibilitatea aplicării presiunii pentru a forța aluminiul topit să penetreze în matrița neînvelită, în acest context, infiltrarea este realizată prin evacuarea porilor și apoi prin aplicarea presiunii asupra aluminiului topit, în atmosferă inertă de exemplu argon. Alternativ, preformă poate să fie infiltrată prin depunerea aluminiului din fază de vapori, pentru a umecta suprafața înainte de umplerea golurilor, prin infiltrare cu aluminiul topit Pentru a se asigura retenția aluminiului în porii preformei, este necesară aplicarea unui tratament termic între 1400 și 1800°C, în vid sau în argon. în vaz contrar, prin expunerea materialului infiltrat sub presiunea la contactul cu atmosfera, sau îndepărtarea presiunii de infiltrare, va cauza pierderi de aluminiu din respectivul corp. Utilizarea agenților de umectare pentru efectuarea infiltrării unui component de alumină într-o celulă electrolitică, cu metal topit este cunoscută. Astfel este cunoscută obținerea elecîromeîalurgică a aluminiului, folosind o celulă prevăzută cu un alimentator catodic sub formă de înveliș sau substrat de celulă. Pentru a se proteja acest substrat de criolit topit, se aplică un înveliș subțire dintr-un amestec de agent de umectare și agent de suprimare a solubilității pe substratul de alumină, înainte de începerea funcționării celulei sau în timp ce este imersată în aluminiul topit, produs prin procesul electrometalurgic. Agenții de umectare care pot să fie. utilizați sunt aleși între titan, zirconiu, hafniu, siliciu, magneziu, vanadiu, crom, niobiu sau calciu și titanul este preferat Compușii de bor, carbon și azot sunt utilizați ca agenți pentru suprimarea solubilității agenților de umectare în aluminiu topit Nu se descrie însă producerea de compozite cu matrice metalică, și nici obținerea respectivelor compozite în atmosferă de azot

Este cunoscută, de asemenea, posibilitatea aplicării vidului pentru a facilita penetrarea aluminiului topit într-un compact ceramic poros. Astfel este descrisă infiltrarea unui compact ceramic (carbură de bor, alumină și oxid de beriliu, cu aluminiu, beriliu, magneziu, titan, vanadiu, nichel sau crom topit) sub un vid de cclȚJuțin 10'' tori. Un vid cuprins între 10·“ și IO'⁶ tori a determinat o umectare slabă a metalului ceramic de către metalul topit ȘÎ ca urmare respectivul metal nu a curs liber în spațiile goale ale corpului ceramic. S-a constata^ că atunci când vidul coboară sub 10 ° tori, umectarea menționată a fost îmbunătățită. Este cunoscuta de asemenea folosirea vidului pentru infiltrarea unui compact de pulbere de AIB12 presat la rece pe un pat de pulbere de al uminiu. Peste respectivul compact s-a aplicat un strat suplimentar de pulbere de aluminiu, după care, creuzetul ce conținea compactul de AIB12, așezat între straturile de pulbere de aluminiu, s-a plasat într-un cuptor cu vid. Cuptorul s-a vidat la circa IO'⁵ tori pentru a permite degazarea spre exterior. Apoi temperatura s-a ridicat la 1100°C și s-a menținut timp de 3 h. în aceste condiții, aluminiul topit a penetrat compactul poros de AIB12. Este cunoscut de asemenea conceptul creării unui vid autogenerat într-un corp, pentru a îmbunătăți penetrarea unui metal topit în respectivul corp. în mod specific se arată că, un corp - o formă de turnare din grafit - sau din oțel inox - sau dintr-un material poros refractar, esteîn întregime imersat în metalul topit în cazul formei de turnare, cavitatea acesteia este umplută cu un gaz reactiv cu metalul și comunică cu metalul topit existent la exterior prin cel puțin un orificiu practicat în forma de turnare. Când aceasta este imersată în topitură, umplerea cavității are loc pe măsura ce se produce vidul autogenerat prin reacția între gazul din cavitate și metalul topit în particular, vidul este rezultat prin obținerea unei forme oxidate solide a metalului. Ca urmare, în acest procedeu este esențial să se inducă reacția între gazul din cavitate și metalul topit Totuși utilizarea unei forme de turnare pentru crearea vidului poate să nu fie indicată, datorită limitărilor inerente legate de utilizarea respectivei forme. După cum se știe, formele de turnare trebuie mai întâi uzinate pentru obținerea unui profil corespunzător, apoi finisate pentru obținerea unor suprafețe corespunzătoare de turnare, după care ele se asamblează înainte de utilizare. După utilizare, formele trebuie desfăcute pentru extragerea pieselor obținute, și în continuare refinisate în vederea reutilizării, sau rebutarea respectivelor forme, atunci când ele nu sunt reutilizabile. Uzinarea unei forme de profil complex poate să fie costisitoare și să necesite un volum mare de lucru. în plus, extragerea unei forme dintr-o cochilie de profil complex poate să fie dificilă, existând pericol de deteriorare. întrucât se sugerează că un material refractar poros poate să fie imersat direct într-un metal topit fără intermediul unei forme de turnare, respectivul material refractar trebuind să se prezinte sub forma unei piese integrale, deoarece nu este posibilă infiltrarea unui material poros sau afânat sau disparat, fără utilizarea unui container ca formă de turnare (se poate presupune ca un material particulat în mod tipic s-ar disocia și ar curge în toate direcțiile când ar fi amplasat în metalul topit). Dacă se urmărește infiltrarea unui material particulat sau a unei preforme afânate, se impun măsuri astfel încât metalul de infiltrare să nu disloce porțiuni din ma terialul particulat sau preformă, fapt ce ar conduce la obținerea unei microstructuri neomogenc.

A apărut deci necesitatea elaborării unui procedeu simplu și sigur de obținere a produselor compozite cu matrice metalică, care să nu se bazeze pe aplicarea presiunii sau a vidului pentru realizarea infiltrării (aplicate din exterior sau create intern) sau utilizarea agenți lor de umectare dăunători, pentru obținerea respectivei matrice metalice ce înglobează un material ceramic. S-a urmărit de asemenea minimalizarea volumului de operații finale de prelucrare și uzinare, necesare obținerii corpului compozit cu matrice metalică.

Astfel este cunoscut un procedeu de obținere a corpurilor compozite cu matrice metalică prin infiltrarea unei mase permeabile de material de umplutură (ceramic sau cu acoperire ceramică) cu aluminiul topit conținând cel puțin circa 1% și de preferință cel puțin circa 3% în greutate magneziu. Infiltrarea are loc spontan, fără aplicarea presiunii din exterior sau a vidului. Pentru aceasta o sursă de aliaj de aluminiu topit este contactată cu masa de umplutură permeabilă, la o temperatură de cel puțin circa 675°C, în prezența unui gaz conținând între 10 și 100% și de preferință circa 50% azot, în volume, și în rest un gaz neoxidant ca, de exemplu, argon, în aceste condiții, aliajul de aliminiu topit infiltrează masa ceramică la presiune atmosferică normală, pentru a forma un corp compozit cu matrice din aluminiu sau din aliaje de aluminiu. După infiltrarea cantității prestabilite de masă de umplutură de către aliajul de aluminiu precizat mai sus, temperatura este redusă, pentru solidificarea aliajului, rezultând o structură cu matrice metalică solidă, ce înglobează umplutura de ramforsare. în mod uzual și de preferat sursa de aliaj topit furnizată sistemului, trebuie să fie suficientă pentru a permite desfășurarea infiltrării până spre marginile masei de umplutură. Cantitatea de umplutură din compozitele cu matrice de alumină, produse în aceste condiții, poate să fie ridicată, să depășească 1:1 volume, raportul în volum umplutură:aliaj. în condițiile procedeului descris mai sus, se poate forma nitrură de aluminiu sub formă de fază discontinuă dispersată prin matricea de aluminiu. Respectiva cantitate de nitrură de aluminiu poate să varieze în funcție de o serie de factori de proces ca temperatura, compoziția aliajului, a materialului de umplutură sau a atmosferei de infiltrare. Ca urmare prin unul sau mai mulți din acești factori, în sistem, se poate regla o proprietate prestabilită a compozitului. Pentru unele aplicații finale este însă de dorit ca compozitul să nu conțină decât foarte puțin sau să nu conțină deloc nitrură de aluminiu. în acest context, s-a observat că temperaturi mai înalte favorizează infiltrarea dar face ca procedeul să fie mai favorabil pentru formarea nitrurii de aliminiu în structura compozitului. Ca urmare procedeul permite alegerea unui echilibru între infiltrarea sa cinetică și formarea de nitrură.

în cadrul unui alt procedeu cunoscut de obținere a corpurilor compozite cu matrice metalica prin infiltrare spontană, esle descrisă folosirea mijloacelor de barieră, constituite din particule de diborură de titan, bandă flexibilă de grafit, ce se dispun la marginea unei suprafețe definite a unui material de umplutură, care să definească limita până la care are loc infiltrarea spontană a aliajului de aluminiu. Mijlocul de barieră are rolul dc a inhiba, preveni sau termina infiltrarea spontană la limita materialului dc umplutură, definită de acestea, conducând de asemenea la obținerea unor compozite cu matrice metalica cu forme netede, având forma exterioară corespunzătoare formei interioare a mijlocului de barieră descris.

Este cunoscut, de asemenea, un procedeu de obținere a corpurilor compozite cu matrice metalică prin infiltrare spontană, conform căruia sistemul cuprinde atât o primă sursă de metal al matriceialiajul de aluminiu cât și un rezervor de metal al matricei ce comunică cu această primă sursă prin curgere gravitațională. Tn condițiile de proces, prima sursa de aliaj topit începe să se infiltreze în masa de umplutură permeabilă, în condițiile de presiune atmosferică normală și se începe formarea corpului compozit, cu matrice metalică. Pe măsură ce prima sursă de metal a matricei se consumă prin infiltrare spontană în masa de umplutură permeabilă, ea poate să fie reumplută din rezervor, de preferință printr-un mijloc continuu, pentru continuarea și desăvârșirea procesului dc infiltrare spontană. Când proporția prestabilită de metal al matricei s-a infiltrat spontan în umplutura permeabilă, temperatura este coborâtă pentru solidificarea aliajului infiltrat, rezultând o structură, cuprinzând matricea metalică ce înglobează materialul de umplutură de ramforsare. Rezervorul de metal poate să asigure doar cantitatea suficientă de metal al matricei pentru realizarea infiltrării spontane a cantității predeterminate de umplutură permeabilă. Opțional și alternativ, un mijloc de barieră predeterminat poate sa contacteze masa permeabilă de umplutură, respectiv cel puțin o parte a acesteia, pentru a defini o margine limită de suprafață până la care se propagă infiltrarea spontană. In timp ce sursa de aliaj topit ce contactează, materialul de umplutură trebuie să fie suficient pentru a permite desfășurarea infiltrării spontane spre marginile materialului de umplutură delimitate de materialul de barieră descris mai sus, cantitatea de aliaj, prezentă în rezervor, ar putea să depășească acest necesar, astfel încât să existe un exces de aliaj topit, care ar putea să rămână atașat de corpul compozit cu matrice metalica după solidificarea acestuia. Ca urmare, corpul rezultat va fi un corp compozit complex, un macrocompozit, în care corpul ceramic infiltrat, având în el o matrice metalică, va fi legat direct de excesul de metal al matricei, rămas în rezervor.

Toate aceste procedee de obținere a corpurilor compozite cu matrice metalică pe bază de aluminiu, sunt limitate însă la obținerea unui număr limitat de corpuri compozite, atât în ceea ce privește structura cât și profilurile.

Procedeul conform invenției extinde gama produselor compozite cu matrice metalică, ce se pot obține prin infiltrare spontană, a metalului prestabilit al matricei într-o masă de material de umplutură, care la un moment dat, în timpul prelucrării, poate să devină autosusținător. Im mod specific, masa permeabilă de umplutură poate sa fie realizata într-o preformă, prin fasonarea preliminară a unei cavități în lingoul de metal al matricei, în care se introduce și se umple cu materialul dc umplutură. Cavitatea poate să fie astfel realizată încât să reproducă prin replică inversă profilul (forma) prestabilită a compozitului cu matrice metalică ce urmează să se obțină. Materialul de umplutură poate să devină autoportantprin expunere la temperaturi ridicate și/sau prin contactul cu un agent de liere și/sau cu un reactant, etc. Lingoul de metal al matricei, în care este practicată cavitatea, după topire, în condițiile de proces, infiltrează spontan umplutura ce reține forma cavității menționate, pentru a forma corpul compozit cu matrice metalică. Cavitatea în lingoul de metal al matricei poate să fie realizată prin diverse tehnici. Respectiva cavitate trebuie să fie astfel realizată, încât să fie capabilă de a primi și menține materialul dc umplutură, care în interiorul cavității să se poată conforma formei cavității. In timpul procesului, în momentul prestabilit, umplutura trebuie să fie adusă în contact cu un agent intensificator de infiltrare și/sau cu precursorul acestuia și/sau cu o atmosferă de infiltrare. Agentul intensificator de infiltrare și precursorul acestuia, pot să fie preamesLecatecu materialul de umplutură și/sau localizate pe o suprafață a cavității și/sau alimentate de metalul matricei și/sau furnizate de atmosfera de infiltrare. Asocierea corespunzătoare - umplutură, metal al matricei, intensificator de infiltrare, precursor al acestuia și/sau atmosfera de infiltrare - asigură infiltrarea spontană a metalului matricei în preforma de umplutura permeabilă ce se conformează cavității practicate în lingoul de metal al matricei Această cavitate se poate realiza prin uzinarea obișnuită a lingoului, prin asamblarea unei pluralități de piese sau lingouri de metal al matricei pentru obținerea respectivei cavități, turnarea metalului matricei în jurul unei mandrine, tratarea a cel puțin unei porțiuni a lingoului de metal al matricei cu un material adecvat, preferențial încălzind cel puțin o parte a lingoului respectiv, pentru a topi porțiunea predeterminată a acestuia și/sau aplicarea unei combinații a acestor sau altor tehnici adecvate care să ducă la formarea unei cavități în lingoul supus tratării.

într-o realizare preferată se realizează o formă de turnare din cauciuc în jurul unei mandrine, formă ce corespunde profilului corpului compozit cu matrice metalică ce urmează să se obțină. Mândri na poate să fie o realizare metalică, din argilă sau ghips, având profilul co12 respunzător. Apoi se îndepărtează mandrina din forma de cauciuc, formându-se astfel o cavitate în aceasta ce corespunde ca dimensiuni și formă cu mandrina. Cavitatea din formă de cauciuc este apoi umplută cu material ce poate să se conformeze formei cavității și care poate să formeze o mandrina de temperatură ridicată. Aceasta se introduce apoi întrun vas refractar adecvat și se toarnă metal topit al matricei în jurul acesteia. Ca urmare, această mandrina trebuie să aibă suficientă rezistență și integritate a formei, pentru a rezista la efecte termice, mecanice și chimice ce apar datorită contactului metalului topit al matricei cu mandrina și datorită răcirii acestuia în jurul ei. în general, mandrina trebuie să fie confecționată dintr-un material nereactiv cu metalul topit al matricei, care este lăsat să se solidifice în jurul mandrinei de temperatură ridicată, și după solidificare, mandrina respectivă trebuie să poată să fie îndepărtată de pe metalul de matrice solidificat De exemplu, mandrina poate să fie îndepărtată de pe metalul matricei prin solubilizarea acesteia într-un solvent adecvat P¹™ sablare cu nisip sau alice și prin prelucrare mecanică și/sau prin orice combinație a acestor tehnici.

în cadrul procedeului conform invenției se folosește ca metal al matricei un aliaj de aluminiu, care în momentul prestabilit este adus în contact cu magneziu ce îndeplinește funcția de precursor al intensificatorului de infiltrare. Astfel sistemul spontan, constituit din metalul matricei/precursor al intensificatorului de infiltrare/atmosfera de infiltrare, cuprinzând aluminiu/magneziu/ azot asigură desfășurarea procesului de infiltrare spontană. De precizat că și alte sisteme spontane, respectiv aluminiu/calciu/azot aluminiu/stronțiu/azot și aluminiu/zinc/oxigen, asigură desfășurarea procesului de infiltrare spontană în condițiile conform invenției; în cadrul descrierii și a exemplelor de realizare se prezintă în detaliu primul sistem spontan aluminiu/magneziu/azot Cavitatea lingoului din aliaje de aluminiu, poate să fie umplută cu un material de umplutură permeabilă, de natură ceramică-alumină sau particule de carbură de siliciu. într o formă de realizare preferată, materialul de umplutură se preamesteca cu magneziu, sau la un moment dat al procesului, se aduce în contact cu magneziu-precursorul agen rului in ten si ficator de infiltrare. Tn plus aliajul de aluminiu și/sau umplutura permeabilă este adusă în contact în momentul predeterminat al procesului cu atmosfera de infiltrare pe bază de azot. contact ce se poate menține pe parcursul întregului proces de infiltrare, transformând astfel precursorul în agent de intensificare a infiltrării, la un moment dat al procesului, preforma de umplutură permeabilă va deveni autoportantă, cel puțin parțial, într-o formă de realizare preferată, preforma devine autoportantă înainte sau practic simultan cu topirea metalului matricei. într-o altă realizare, intensificatorul dc infiltrare poate fi furnizat direct în materialul de umplutură, eliminânduse prin aceasta necesitatea introducerii în sistem a atmosferei de infiltrare. Intensificatorul de infiltrare sau precursorul acestuia poate să fie introdus în aliajul matricei, suplimentar sau în locul materialului de umplutură. în aceste condiții, preforma va fi infiltrată spontan. Gradul de infiltrare spontană și de formarea compozitului matricei metalice, va varia în funcție de o serie de factori de proces tehnologic, incluzând concentrația de magneziu furnizată sistemului (în aliajul de aluminiu și/sau în materialul de umplutură și/sau în atmosfera de infiltrare) mărimea și/sau compoziția particulelor preformei, concentrația de azot din atmosfera de infiltrare, timpul prevăzut pentru realizarea infiltrării și/ sau temperatura la care are loc infiltrarea. Infiltrarea spontană în condițiile de proces trebuie să se realizeze în măsură suficientă, pentru înglobarea practic completă a preformei.

Invenția de față prezintă următoarele avantaje:

- se diversifică gama produselor compozite cu matrice metalică, ca profil mai ales, ce se pot obține prin tehnica infiltrării spontane;

- procedeul este relativ simplu, eficient și ușor adaptabil pentru obținerea unor produse compozite cu matrice metalică de aluminiu cu caracteristicile și profilul prestabilit în cele ce urmează, invenția va fi expusă în detaliu, cu referire și la fig. 1...4, care reprezintă:

- fig. 1, vedere în secțiune a unei matrițe executate în lingoul metalic, cuprinzând o cavitate ce corespunde ca profil configurației compozitului ce urmează să se obțină;

- fig. 2, vedere în secțiune a ansamblului complet necesar realizării procedeului conform invenției (nacelă refractară conținând un lingou de metal al matricei, în cavitatea căruia este introdus materialul de umplutură);

- fig. 3, vedere în secțiune a nacelei refractare din fig. 2, în care este conținut metalul de matrice topit, iar în acesta imersată preforma din material de umplutură, infiltrată parțial;

- fig. 4, vedere în secțiune a nacelei din fig. 2 și 3, cuprinzând baia de metal topit a matricei în care este imersat corpul compozit cu matrice metalică, rezultat prin infiltrarea spontană completă a preformei de umplutură permeabilă de profil prestabilit

Invenția de față se referă la un procedeu de obținere a unui corp compozit cu matrice metalică, cuprinzând fasonarea unei cavități profilate în lingoul de metal al matricei, introducerea în această cavitate a unui material prestabilit de umplutură permeabilă, care la un moment dat al procesului este prefasonat într-o preformă autoportantă și încălzirea ansamblului pentru topirea lingoului de metal al matricei și realizarea infiltrării spontane a respectivei preforme. Proce107642 deul conform invenției prevede necesitatea furnizării în metalul matricei și/sau preformă a unui intensificator de infiltrare și/sau a precursorului acestuia și/sau a asigurării contactului cu o atmosferă de infiltrare prestabilită, pentru asigura rea desfășurării procesului de infiltrare spontană, a metalului topit al matricei în preformă menționată.

Pe fig. 1 este reprezentat un lingou 1 de metal al matricei, în care este definită o cavitate 2, ce reproduce de preferință forma corpului compozit cu matrice metalică, ce urmează să se obțină. Pentru realizarea cavității 2, se pot aplica diferite tehnici, determinate de complexitatea corpului compozit ce urmează să se obțină și de compoziția lingoului de metal al matricei. Respectiva cavitate se poate obține prin uzinare, respectiv prin electroeroziune, mărunțire finală și prin alte procedee similare. In cazul unor corpuri compozite de formă mai complexă poate să fie de preferat formarea cavității 2 prin turnarea corpului de metal al matricei 1 în jurul unei mandrinc termorezistente, ce reproduce forma dorită pentru compozit. O mandrină termorezistentă se poate produce prin formarea unui corp dintr-un material adecvat în jurul unei replici sau mandrine a formei compozite dorite. O asemenea replică poate să fie confecționată dintr-un metal, ghips, material plastic, argilă sau un model sau chiar un corp compozit formal anterior. Un material adecvat ce se poate utiliza în această fază este rășina siliconică, sau alte materiale ce se pot rigidiza, ca de exemplu ceara parafinică. După formarea corpului din materialul adecvat, de exemplu din rășină siliconică, se îndepărteaază replica și cavitatea rezultată poate să fie folosită pentru formarea mandrinei termorezistente. în mod specific, cavitatea menționată poate să fie umplută cu un material ce se poate întări și care trebuie să fie capabil să reproducă cu fidelitate dimensiunile și forma cavității menționate și să prezinte și alte caracteristici ce vor fi prezentate mai departe. Un astfel de material durilicabil este ghipsul. Deci rezultatul fazelor anterioare în această realizare, este producerea unei mandrine termorezistente ce reproduce fidel forma dorită a corpului compozit cu matrice metalică ce urmează să se obțină. Respectiva mandrină termorezistentă astfel obținută, trebuie în continuare să fie uscată, de exemplu prin coacere, după care se introduce într-un container refractar adecvat nereactiv și în jurul ei se toarnă metalul predeterminat al matricei rezultând lingoul 1. După solificarea lingoului 1 prin răcire, mandrina termorezistentă trebuie îndepărtată. în cazul ghipsului (plaster de Paris) îndepărtarea mandrinei se realizează prin rehidratarea acestuia cu un jet de apă. Se pot aplica și alte tehnici pentru îndepărtarea mandrinei termorezistente, în funcție de compoziția și natura materialului din care ea este confecționată, pentru punerea în libertate a cavității 2.

Pe fig. 2 este prezentat întregul ansamblu, necesar realizării procedeului conform invenției. Astfel după formarea corpului 1 și a cavității 2, în aceasta se introduce o masă de material de umplutură prestabilită 5, în care pe parcursul procesului metalul matricei se va infiltra spontan. Materialul de umplutură 5 este de tip uzual, folosit în sistemele de infiltrare spontană. Umplutura 5 poată să includă de asemenea un intensificator prestabilit de infiltrare și/sau precursorul acestuia și/sau ambii și/sau unul sau ambii din aceștia pot să fie incluși în metalul matricei și/sau în atmosfera de infiltrare. Umplutura 5 și corpul de metal al matricei 1, în cavitatea 2, a căruia ea este conținută, sunt plasați într-o nacelă refractară 6 care este introdusă într-un cuptor încălzit cu mijloace (rezistențe) electrice. în interiorul nacelei 6 este menținută o atmosferă de infiltrare adecvată, pentru a asigura desfășurarea și continuarea procesului spontan de infiltrare.

Pe fig. 3 este prezentată nacela 6, în timpul procesului de încălzire când a avut loc topirea corpului de metal topit 1 și obținerea băii de metal topit 7. înainte de topirea corpului de metal al matricei 1, se produce transformarea masei de umplutură 5 într-o preformă 8. Această conversie poate să aibă loc in situln timpul încălzirii corpului 1,pentru a forma baia de metal topit 7, în prezența atmosferei de infiltrare sau inerte, fie prin sinterizare sau printr-o altă reacție chimică a umpluturii. Astfel, umplutura poate de exemplu sa fie amestecată, inițial cu un precursor al intensificatorului de infiltrare, care prin încălzire în prezența atmosferei de infiltrare, poate să fie cel puțin parțial transformat în agentul intensificator de infiltrare care îndeplinește și funcția de liere a umpluturii 5 și de formare a performei 8. Prin formarea băii de metal topit 7, metalul matricei începe să se infiltreze în preforma 8, începând formarea corpului compozit 9a.

Pe fig. 4 este ilustrată desăvârșirea procesului de infiltrare spontană și obținerea corpului compozit cu matrice metalică 9.

Pentru asigurarea desfășurării procesului de infiltrare spontană a metalului matricei în preformă de umplutură permeabilă trebuie asigurată prezența în sistem a unui intensificator prestabilit de infiltrare. Acesta poate să fie format plecând de la un precursor al acestuia ce poate să fie furnizat 1) în metalul matricei și/sau 2) în preformă și/sau de la o atmosferă de infiltrare și/sau de ia o sursă exterioară în sistemul spontan. în locul introducerii în sistem a unui precursor ai respectivului intensificator, se poate alimenta în sistem direct intensificatorul de infiltrare în componentele preformei și/sau in metalul matricei și/sau în atmosfera de infiltrare. De precizat că cel puțin în timpul desfășurării procesului de infiltrare spontană, agentul intensificator respectiv, trebuie să fie plasai, în cel puțin o porțiune a materialului de umplutură respectiv a preformei. într-o formă de realizare preferată, este posibil ca precursorul intensificatorului de infiltrare să reacționeze cel puțin în parte cu atmosfera de infiltrare, astfel încât intensificatorul să poată să fie format, în cel puțin o porțiune a preformei, înainte de sau simultan cu contactarea preformei cu metalul topit al matricei (metalul matricei fiind un aliaj de aluminiu, dacă precursorul intensificatorului de infiltrare este magneziu și procesul de infiltrare se desfășoară în atmosferă de azot, intensificatorul de infiltrare va fi constituit din nitrură de magneziu localizată în cel puțin o porțiune a preformei).

Un exemplu de sistem spontan - metal al matricei/precursor al intensificatorului de infiltrare/atmosfera de infiltrare - este sistemul Al/Mg/N. In mod specific, un corp de metal al matricei, un aliaj de aluminiu este prevăzut cu o cavitate profilată corespunzător, în care se introduce un material adecvat de umplutură. Materialul de umplutură, de preferința, în prezența cel puțin a unuia dintre intensificatorii de infiltrare sau precursorul acestuia, își poate asuma și menține forma cavității existente în corpul de metal al matricei, înainte de topirea acestuia. Va rezulta deci o preformă de material de umplutură, și va contacta metalul topit al matricei. Preformă rezultată poate să plutească adiacent cu sau pe o suprafață a metalului topit al matricei, sau poate să fie imersată la o anumită adâncime în interiorul băii de metal topit, datorită flotabilității sale naturale în raport cu metalul topit Ulterior, pe măsura infiltrării spontane, agentul de intensificare a infiltrării trebuie să fie localizat pe sau în cel puțin o porțiune a materialului preformei. în condițiile procedeului conform invenției, în care se utilizează în primul rând sistemul de infiltrare spontană Al/Mg/N, dar sunt valabile și alte sisteme, așa cum s-a precizat mai sus, respectiv Al/Ca/N, Al/Sr/N și Al/Zn/O, preformă trebuie să fie suficient de permeabilă pentru a permite ca gazul cu conținut de azot să penetreze preforma, cel puțin la un moment dat, în timpul procesului, și să contacteze metalul topit al matricei. Mai mult, preforma permeabilă se poate acomoda la infiltrarea metalului topit al matricei, și prin aceasta făcând ca preforma pătrunsă de azot să fie infiltrată spontan de către metalul topit al matricei, pentru a forma un corp compozit cu matrice metalică și/sau conduce la reacția azotului cu precursorul intensificatorului de infiltrare, pentru formarea acestuia în preforma, și asigurarea desfășurării procesului de infiltrare spontană.

Gradul de infiltrare spontană și de formare a compozitului cu matrice metalică, este condiționat de o serie de condiții tehnologice, incluzând conținutul de magneziu al metalului matricei-aliajul de aluminiu, și/sau al preformei, cantitatea de nitrură de magneziu în preformă și/sau în metalul matricei- aliajul de aluminiu, prezența în aliajul de aluminiu sau în restul sistemului a unor elemente adiționale de aliere - Si, Fe, Cu, Mn, Cr, Zn, Ca, și altele, mărimea medie (diametrul particulei) a materialului de umplutură ce formează preforma, concentrația de azot din atmosfera de infiltrare, timpul prestabilit de infiltrare și temperatura la care are loc infiltrarea. De exemplu, pentru infiltrarea spontană a aluminiului și aliajelor acestuia, aluminiul poate să fie aliat cu cel puțin 1% în greutate și de preferință cu cel puțin 3% în greutate magneziu, care funcționează ca precursor al agentului intensificator de infiltrare. In compoziția aliajului de aluminiu pot să fie conținute elementele de aliere secundare (auxiliare), pentru reglarea proprietăților acestuia. în plus, elementele auxiliare de aliere, pot sa influențeze cantitatea minimă de magneziu necesară a fi prezentă în aliajul de aluminiu pentru a conduce la infiltrarea spontană a acestuia în preforma. Pierderile de magneziu din sistemul spontan, datorită, de exemplu, volatilizării, trebuie evitată, pentru ca o cantitate de magneziu să rămână în sistem pentru formarea intensificatorului de infiltrare. Ca urmare, este de dorit utilizarea unei cantități suficiente de elemente de aliere auxiliare, inițiale, pentru a asigura că infiltrarea spontană nu va fi afectată negativ de volatilizarea magneziului. De asemenea, prezența magneziului atât în preformă cât și în metalul matricei, sau numai în materialul preformei, conduce la reducerea cantității de magneziu necesară pentru realizarea infiltrării spontane. Procentul în volum de azot, din atmosfera de infiltrare, influențează de asemenea gradul de formare a corpului compozit cu matrice metalică prin infiltrare spontană. Astfel, dacă în atmosfera de infiltrare azotul este prezent într-o proporție mai mică de 10% în volum, infiltrarea va fi foarte înceată sau foarte slab spontană. Este de preferat ca cel puțin 50% în volume de azot, să fie prezent în atmosfera de infiltrare pentru creșterea vitezei procesului de infiltrare spontană.

Cantitatea minimă de magneziu necesară ca metalul topit al matricei să se infiltreze în materialul preformei, depinde de o serie de factori de proces ca atmosfera de infiltrare, timp, prezența unor elemente de aliere auxiliare ca zinc sau siliciu, natura materialului de umplutură, localizarea magneziului în unul sau mai mulți componenți ai sistemului spontan și conținutul de azot din atmosferă. Temperaturi de proces mai joase sau timpi de încălzire mai reduși, se pot aplica pentru a se obține o infiltrare completă a preformei, în măsura în care conținutul de magneziu din metalul matricei-aliajul de aluminiu și/sau din materialul preformei este mărit De asemenea, pentru un conținut dat de magneziu, adăugarea anumitor elemente de aliere auxiliare, ca zinc, permit operarea la temperaturi mai scăzute. De exemplu, un conținut de magneziu în metalul matricei-aliajul de aluminiu, la limita inferioară de operare, adică între 1 și 3% în greutate, se poate aplica în asociere cucei puțin unul din următoarele aspecte: o temperatura de proces peste minimă, concentrație mare de azot în atmosfera de infiltrare, existența în compoziția aliajului a unuia sau mai multor elemente de aliere auxiliare. Când nu se adaugă magneziu în materialul preformei, sunt de preferat aliajele de metal al matricei conținând între 3 și 5% în greutate magneziu, datorită utilității lor în asociere cu o varietate largă de condiții tehnologice, aliajele de aluminiu cu cel puțin 5% magneziu, fiind de preferat când se utilizează temperaturi mai scăzute și timpi de proces mai scurți. Conținuturi de magneziu peste 10% în greutate magneziu în aliajul de aluminiu, se pot utiliza pentru a modera condițiile de temperatură necesare pentru infiltrare. Conținutul de magneziu poate să fie redus când se utilizează împreună cu un element auxiliar de aliere, dar aceste elemente sunt auxiliare și produc efecte numai în asociere, cei puțin cu cantitatea minimă de magneziu precizată mai sus. De exemplu, nu s-a realizat infiltrarea spontană a aluminiului pur aliat, numai cu 10% siliciu, la 1000°C, într-un pat cu carbură de siliciu 99% puritate, cu granulați^ de trecere prin sita cu 77,5 och/cm“ în prezență de magneziu, s-a constatat că siliciul promovează procesul de infiltrare spontană. în plus, cantitatea de magneziu necesară desfășurării procesului de infiltrare spontană, în funcție de faptul dacă el este alimentat, exclusiv în materialul preformei. Astfel s-a stabilit că infiltrarea spontană va avea loc cu un procent în greutate de magneziu, dacă cel puțin o parte din cantitatea totală dc magneziu alimentată în sistem este plasată în materialul preformei. Poate să fie de dorit furnizarea unei cantități mai mici de magneziu în sistem pentru prevenirea formării unor compuși intermetalici în corpul compozit cu matrice metalică ce urmează să se obțină. în cazul când infiltrarea spontană trebuie să aibă loc într-o preformă de carbură de siliciu ce este contactată cu aliajul de aluminiu topit procesul de infiltrare are loc când materialul preformei conține cel puțin 1% în greutate magneziu, în prezența unei atmosfere de infiltraie de azot pur.

în cazul unei preforme confecționate din alumină, cantitatea de magneziu, necesară pentru infiltrarea spontană a aliajului de aluminiu, trebuie să fie ceva mai ridicată. S-a determinat că infiltrarea unei preforme de alumină de către aluminiul topit la aceeași temperatură și în prezența aceleiași atmosfere de infiltrare, ca și în cazul preformei de carbură de siliciu, necesită un conținut de magneziu de cel puțin 3% în greutate, t rebuie precizat că este posibilă furnizarea în sistemul spontan a unui precursor al intensificatorului de infiltrare și/sau a intensificatorului ca atare, pe o suprafață a aliajului de aluminiu, și/sau pe o suprafață a preformei și/sau în materialul preformei înainte de infiltrarea spontană a acesteia (adică precursorul intensificatorului de infiltrare nu trebuie neapărat să fie aliat cu metalul matericei, ci el poate să fie alimentat în sistem de la o sursă externă). Dacă magneziul se aplică pe una din suprafețele metalului matricei, este de preferat ca suprafața respectivă să fie cea mai apropiată de contactul cu suprafața preformei de umplutură și viceversa. Mai este posibil să se utilizeze o combinație a acestor posibilități-aplicare pe suprafață, aliere, introducere în cel puțin o porțiune â preformei. O asemenea combinație de aplicări a agentului intensificator de infiltrare sau a precursorului acestuia, ar putea să conducă la o descreștere în greutate totală a procentului de magneziu, necesară pentru promovarea infiltrării aluminiului în preformă, cât și posibilitatea desfășurării procesului la temperaturi mai scăzute. Prin aceasta, se poate minimaliza cantitatea de compuși intermetalici ce se poate forma datorită prezenței magneziului în sistem.

Utilizarea unuia sau mai multor elemente auxiliare de aliere și concentrația de azot din atmosfera de infiltrare, influ107642 ențează de asemenea gradul de nitrurare a metalului matricei-aliajul de aluminiu la o temperatură dată. De exemplu, elemente auxiliare de aliere Zn sau Fe, incluse în aliajul de aluminiu, sau plasate pe suprafața aliajului, se pot folosi pentru reducerea temperaturii de infiltrare și prin aceasta pentru reducerea formării dc nitrură, în timp ce creșterea concentrației de azot din atmosfera de infiltrare, sc poate folosi pentru promovarea formării de nitrură. Concentrația de magneziu din aliajul de aluminiu și/sau aplicată pe o suprafață a lingoului, respectivului aliaj și/sau introdus în materialul preformei, tinde de asemenea să influențeze gradul de infiltrare spontană la o temperatură dată. Ca urmare, în cazuri când o cantitate mică de magneziu, nici o cantitate de magneziu, contactează direct preforma sau nu este amestecat în materialul acesteia, este de preferat ca cel puțin 3% magneziu să fie conținut în metalul matricei-aliajul de aluminiu. Conținuturi mai mici de magneziu, respectiv 1% magneziu, vor necesita temperaturi mai ridicate pentru realizarea infiltrării spontane, sau prezența unui element auxiliar de aliere. Temperatura necesară pentru desfășurarea procesului de infiltrare spontană poate să fie mai redusă atunci când 1) conținutul de magneziu numai al aliajului este mărit la 5% în greutate; și/sau 2) când constiluenții de aliere sunt preamestecați cu materialul de umplutură al preformei; și/sau 3) când în compoziția aliajului de aluminiu sunt prezenți zincul sau fierul. Temperatura de infiltrare este determinată de asemenea de natura materialului de umplutră în care are loc infiltrarea spontană a aliajului de aluminiu. în general, infiltrarea spontană progresivă are loc la o temperatură de proces de cel puțin 675°C. și de preferință în intervalul de temperaturi de 750-800°C. Temperaturi ridicate peste 1200°C, par să nu influențeze procesul de infiltrare spontană. Ca urmare, domeniul util și verificat de temperaturi de infiltrare spon24 tană, este cuprins între 675 și 1200°C. Ca regulă generală, temperatura de infiltrare spontană este cea care depășește temperatura de topire a metalului matrice-aliajul de aluminiu, dar este sub temperatura de volatilizare a acestuia și sub temperatura de topire a materialului de umplutură.

Odată cu creșterea temperaturii în limitele menționate, crește tendința de formare a produsului de reacție între metalul matricei și atmosfera de infiltrare (în cazul metalului matricei-aliaj de aluminiu, și atmosferei de infiltrare azot, se poate forma nitrură de aluminiu). Un asemenea produs de reacție poate să fie indicat sau nu în structura compozitului, în funcție de domeniul de utilizare a acestuia.

în mod tipic, pentru asigurarea încălzirii, se folosește un cuptor cu rezistențe electrice, dar și alte mijloace de încălzire se pot utiliza pentru topirea metalului matricei, cu condiția ca ele să nu influențeze negativ procesul de infiltrare spontană.

în cadrul procedeului conform invenției, așa cum s-a precizat mai înainte, masa permeabilă de umplutură, care la un moment dat al procesului poate să devină autoportantă (adică prefasonată într-o preformă) este adusă în contact cu aluminiul topit, în prezența, cel puțin în timpul procesului, a unei atmosfere cu conținut de azot Materialul preformei poate să cuprindă un precursor al intensificatorului de infiltrare și/sau intensificatorul de infiltrare ca atare, în sensul celor precizate mai înainte. Atmosfera de infiltrare-gazul cu conținut de azot, poate să fie alimentat în sistem, prin menținerea unui curent continuu al respectivului gaz, în contact cu cel puțin unul din elementele sistemului-preforma de umplutură și metalul matricei-aliajul de aluminiu, în stare topită. Cu toate că debitul de curgere a gazului cu conținut de azot nu este critic, se preferă ca acesta să fie suficient, pentru a compensa orice pierderi de azot din atmosferă, datorită formării în structură, a nitrurii metalului matricei-nitrurii de aluminiu, cât și pentru a preveni sau inhiba pătrunderea aerului în sistem, fapt ce poate avea ca efect oxidarea metalului topit al matricei și/sau a intensificatorului de infiltrare și/sau a precursorului acestuia.

Tn cadrul procedeului de obținere a corpurilor compozite cu matrice metalică, conform invenției, se poate folosi o gamă larga de materiale de umplutură, selecția lor depinzând de o serie de factori, ca tipul aliajului-metal ai matricei, reactivitatea aliajului topit al matricei cu materialul de umplutură respectiv, cât și de proprietățile prestabilite ale corpului compozit ce urmează să se obțină. In cadrul procedeului conform invenției, în care metalul matricei este aliajul de aluminiu, materialul de umplutură include: a) oxizi, ca alumina; b) carburi, carbura de siliciu; c) boruri - dodccaborura de aluminiu și d) nitruri, cum este nitrura de aluminiu. Dacă materialul de umplutură manifestă tendința să reacționeze cu metalul topit al matricei, aceasta se poate rezolva prin reducerea timpului și a temperaturii de proces, și prin aplicarea unui înveliș nereactiv pe materialul de umplutură. Astfel umplutura poate să cuprindă un substrat, ca de exemplu carbon sau un alt material neceramic și un înveliș ceramic, pentru a proteja substratul de atac sau degradare prin contact cu metalul topit al matricei. Acoperirile ceramice adecvate înclud oxizi, carburi, boruri și nitruri. In cadrul procedeului conform invenției, materialele ceramice preferate, includ alumina și carbura dc siliciu sub formă dc particule, plăcuțe, whiskers-uri și fibre. Fibrele pot să fie discontinue (tocate) sau continue, cum sunt mănunchiuri multifilamentare. De precizat că masa ceramică poate să fie omogenă sau heterogenă. S- a stabilit totodată că anumite tipuri de umpluturi ceramice prezintă caracteristici de infiltrare îmbunătățite fața de alte tipuri având o compoziție chimică similară. De pildă, corpurile de alumină măcinate, realizate în condițiile descrise în brevetul US nr. 4713360 (dezvoltare prin creștere, sub formă de piodus al reacției de oxidare de la suprafața unei băi de aluminiu topit) prezintă caracteristici de infiltrare superioare față de alumina realizată prin tehnologie clasică. De asemenea, corpurile compozite de alumină măcinate, realizate în condițiile descrise în brevetul RO nr. 95823 (prioritate US nr. 819397/86) dezvoltare prin creștere, sub formă de produs de oxidare de la suprafața unei băi de aluminiu topit, și înglobare concomitentă într-o masă permeabilă de alumină cu care formează un corp interconectat tridimensional. Folosind materialele ceramice descrise, infiltrarea completă a preformei se poate realiza la temperaturi mai reduse și/sau în intervale de timp mai scurte.

Mărimea și forma materialului de umplutură poate să fie oricare, condiționată de caracteristicile compozitului ce urmează să se obțină. Astfel materialul de umplutură se poate prezenta sub formă de particule, whiskers-uri, plăcuțe sau fibre, infiltrarea nefiind limitată de forma materialului de umplutură. Se pot utiliza de asemenea și alte forme, ca tuburi, pelețî, țesături de fibre refractare ș.a. In plus, mărimea materialului de umplutură nu limitează infiltrarea, cu toate că o temperatură mai mare sau o perioadă de timp mai lungă pot să fie necesare pentru completa infiltrare a preformei constituite din materiale de umplutură cu particule mai mici, decât în cazul particulelor mai mari. De precizat că masa de material de umplutură preformată, care se supune infiltrăriii spontane, trebuie să fie permeabilă la metalul topit al matricei și la atmosfera de infiltrare.

Procedeul de obținere a compozitelor cu matrice metalică conform invenției, nefiind dependent de folosirea presiunii pentru a forța sau împinge metalul topit al matricei în preformă, permite obținerea de compozite cu structura uniformă, cuprinzând o fracție ridicată în volum de umplutură și o porozitate redusă. După cum s- a precizat și mai înainte, fracții mai mari în volum de umplutură se pol realiza utilizând o masă inițială de umplutură cu porozitate redusă. Fracții de volum mai ridicate se pot obține de asemenea, dacă masa de umplutură este compactată sau densificată, cu condiția să nu fie transformată într-o masă compactă cu porozitate celulară închisă sau într-o structură complet densă ce ar împiedica infiltrarea acesteia de către metalul topit al matricei. S-a constatat totodată că pentru infiltrarea aluminiului și pentru formarea matricei în jurul umpluturii, umectarea umpluturii de către aluminiul topit, poate să fie o parte imjKMtanlă a mecanismului de infiltrare. I a temperaturi joase de lucru se produce o cantitate mică neglijabilă de nitrură a metalului matricei, conducând la obținerea unei faze discontinue din respectiva nitrură de aluminiu, în matricea dc aluminiu. Pe măsura apropierii de limita superioară de temperatură posibilitatea dc nitrurarc a aluminiului devine mai accentuată. Astfel cantitatea de fază de nitrură în metalul matricei-aliajul de aluminiu, se poate regla prin varierea temperaturii la care are loc infiltrarea spontană. Temperatura specifică la care formarea de nitrură devine mai pronunțată, variază cu o serie de factori ca lipul aliajului matricei, folosit în proces și proporția acestuia față de volumul umpluturii permeabile, natura materialului de umplutură, concentrația de azot din atmosfera de infiltrare. De exemplu, gradul de formare a nitrurii de aluminiu la o temperatură dată de proces, crește odată cu descreșterea capacității aliajului de aluminiu de a umecta umplutura și cu creșterea concentrației de azot din atmosfera de infiltrare. Deci se poate regla structura matricei metalice în timpul formării compozitului, pentru a conferi anumite proprietăți produsului rezultat Pentru un sistem dat, se pot alege condițiile de proces pentru a se controla formarea nitrurii. Un produs compozit ce conține o fază de nitrură de aluminiu, va prezenta anumite proprietăți, ce pot fi favorabile performanțelor produsului. Domeniul de temperatură la care are loc infiltrarea spontană a aliajului de aluminiu, va varia așa cum s-a precizat și mai înainte, în funcție de natura materialuluț de umplutură ceramic, supus tratării. în cazul folosirii ca material de umplutură a aluminei, temperatura de infiltrare nu trebuie să depășească 1000°C, dacă se are în vedere ca ductibilitatea matricei să nu fie redusă de formarea semnificativă de nitrură de aluminiu. Temperaturile peste 1000°C pot să fie utilizate dacă se are în vedere obținerea unui compozit cu o matrice metalică mai puțin ductilă și mai rigidă. Pentru infiltrarea umpluturii permeabile, alcătuite din carbură de siliciu, se pot utiliza temperaturi mai înalte de circa 1200°C, deoarece formarea de nitrură de aluminiu este mai puțin accentuată decât în cazul infiltrării aluminei, de către aliajul de aluminiu.

Există posibilitatea utilizării unui rezervor de metal al matricei, pentru a asigura infiltrarea completă a preformei de material de umplutură este posibil să se utilizeze un rezervor de metal al matricei, pentru a asigura infiltrarea completă a preformei de umplutură permeabilă și/sau pentru furnizarea unui al doilea aliaj, diferit ca compoziție față de primul metal al matricei. De exemplu, mărimea corpului de metal al matricei poate să fie insuficientă pentru a asigura infiltrarea completă a preformei; ca urmare, metalul matricei poate să fie introdus într-o baie sau un rezervor de capacitate mai mare prin topirea căruia se poate completa prima sursă de metal al matricei și realizarea completă a infiltrarii preformei. în unele cazuri, poate să fie de dorit folosirea în rezervor a unui metal al matricei care diferă ca compoziție de prima sursă de metal. Astfel, utilizându-se ca primă sursă de metal al matricei un aliaj de aluminiu, un alt metal sau aliaj care se topește la temperatura de proces, poate să fie utilizat ca rezervor de metal. După cum se știe, metalele topite sunt de regulă foarte miscîbile între ele, ceea ce conduce la amestecarea metalului de rezervor cu prima sursă de metal al matricei, cu condiția să se asigure un timp suficient pentru aceasta. Ca urmare, prin folosirea rezervorului de metal, diferit prin compoziție de prima sursă de metal al matricei, este posibilă reglarea proprietăților matricei metalice și respectiv influențarea în sensul dorit a proprietăților produsului ce se obține.

Procedeul conform invenției, prevede posibilitatea folosirii unui mijloc de barieră, care interfera, inhibă, previne sau încheie migrarea sau mișcarea aliajului topit al matricei (aliajul de aluminiu), peste limita definită a preformei de respectivul mijloc de barieră. Mijloacele de barieră pot să fie constituite din orice material, compus, element compoziție, etc. care în condițiile de proces conform invenției, își mențin o oarecare integritate, nu sunt volatile și dc preferință sunt permeabile la atmosfera de infiltrare și care sunt capabile să inhibe, să stopeze, săinterfere local, infiltrarea continuă sau orice altă mișcare a metalului topit, peste limita suprafeței definite a preformei, de respectivele mijloace de barieră. Asemenea materiale sunt grafitul și alte forme de carbon și diferite materiale ceramice, ca oxizi, boruri ș.a. Un mijloc de barieră poate să fie aplicat pe una sau mai multe suprafețe ale preformei pentru a ajuta la reținerea formei acesteia și/sau pentru a proteja preforma și/sau corpul compozit în timpul prelucrării. Daca preforma este realizată în condițiile prezentate în fig. 1 și 2, cavitatea 2 a corpului de metal î trebuie căptușită cu o barieră adecvată pentru a susține în continuare preforma sau pentru a îmbunătăți caracteristicile de suprafață după infiltrare. Un mijloc de barieră poate să fie format adecvat pentru realizarea unei suprafețe rugoase pentru prinderea și respectiv îndepărtarea corpului compo30 zit cu matrice metalică, rezultat din proces, din baia de metal topit al matricei, cât și pentru obținerea respectivului compozit cu suprafețe exterioare netede, care să necesite un volum minim de finisare ulterioară.

Procedeul conform invenției va fi concretizat în exemplele 1 și 2 ce urmează.

Exemplul 1. O piesă din oțel convențional cu diametrul de circa 7,6 cm s-a folosit ca replică sau mandrină pentru obținerea corpului compozit cu matrice metalică în condițiile conform invenției. Această piesă a fost înglobată într-un corp din rășină GI-1000, prin turnarea rășinii în jurul respectivei piese și ansamblul este lăsat să se întărească. Mandrina de oțel a fost scoasă cu atenție din ansamblul întărit, rezultând o cavitate profilată în acesta. Respectiva cavitate a fost umplută cu un amestec cuprinzând porții aproximativ egale de ghips și T1O2, făcând prin aceasta ghipsul mai asemănător cu cimentul, cu toate că prezența și proporția din amestec nu sunt critice, deoarece se poate folosi orice tip de ghips rehidratabil. în plus, raportul ghips/TiC>2, se poate varia, de exemplu, între 30/70 la 70/30. La întărire, ghipsul va forma o mandrină termorezistentă, care se extrage din forma de rășină. Această mandrină termorezistentă s-a plasat în cuptor și a fost uscată la 200°C timp de 2 L După uscare, mandrina s-a introdus într-un vas de oțel inox 316 cu înălțimea de circa 15 cm și diametrul de 10 cm, căptușit cu grafit O bară de grafit a fost plasată deasupra vârfului mandrinei termorezistente ca balast, și vasul, cu respectiva mandrină, s-a preîncălzit la circa 300°C în continuare, s-a turnat aliaj de aluminiu topit, la temperatura de 800°C în vas, peste mandrina termorezistentă și marginile vasului au fost lovite pentru eventuala îndepărtare a bulelor din metalul topit Aliajul de aluminiu folosit avea următoarea compoziție chimică - respectiv circa 77% Al, 12% Si, 5% Zn și 6% Mg(Al-12Si-5Zn-6Mg). Compoziția alia107642 jului se alege în funcție de umplutură sau de caracteristicile scontate ale corpului compozit ce urmează să se obțină. Vasul este lăsat să se răcească pentru solidificarea aliajului în jurul mandrinei termorezistente, și corpul solidificat de aliaj se extrage din vas. Mandrina se reumectează cu apă, muindu-se §i permițând eliminarea ei din corpul de aliaj solidificat Cavitatea rămasă în corpul de aliaj reproduce forma piesei inițiale de oțel, după care corpul de aliaj a fost uscat prin încălzire la circa 150°C timp de o oră. în continuare, cavitatea a fost umplută manual cu material de umplutură. conținând un amestec de pulbere de carbură de siliciu cu granulația de trecere prin sita cu 155 ocliiuri/cm , și circa 2% în greutate pulbere de magneziu cu granulata de trecere prin sita cu 50,4 ochiuri/cm'. O cantitate suplimentară de pulbere de magneziu s-a împrăștiat pe suprafața cavității umplute; acest exces de magneziu a accelerat infiltrarea daca nu este necesar procesului. în unele cazuri, se prăfuiește interiorul cavității cu pulbere de magneziu înainte de introducerea în aceasta a materialului de umplutură. Corpul de aliaj, incluzând umplutura încărcată, așa cum s-a precizat mai sus, s-a reintrodus în vasul de oțel căptușit cu grafit, în care s-au mai introdus o serie de lingouri de aceeași compoziție și s-au pus în contact cu suprafața cavității umplute. Respectivele lingouri înainte de introducere în vas au fost curățate prin sablare cu alice și spălare în solvent, etanol, pentru a extrage uleiuri de tăiere și orice alți compuși organici impurificatori.

Numărul de aceste lingouri nu este critic, cu condiția să se furnizeze o cantitate suficientă de aliaj pentru realizarea infiltrării spontane în proporție prestabilită. Pe suprafața superioară a lingourilor de aliaj de aluminiu s-a plasat o cutie deschisă de grafit ce conținea spongie de titan de mărimea unui bob de mazăre. Titanul acționa în calitate de purificator al sistemului, adică agent de captare a oxigenului, în timpul desfășurării procesului de infiltrare spontană. Vasul a fost acoperit cu o folie subțire de cupru, ce s-a fixat pe marginile acestuia, etanșându-1 parțial. Prin folie s-a introdus un tub din oțel inoxidabil și după introducerea ansamblului, astfel pregătit în cuptorul adecvat, s-a alimentat prin tub în interiorul vasului un curent de azot substanțial pur, cu un debit de 0,4 1/min sau mai mare, pentru purjarea interiorului vasului, după care, s-a ridicat temperatura cuptorului ia circa 120°C. După circa 1 h, prin intermediul rezistențelor electrice, temperatura cuptorului s-a ridicat de la 120°C la peste 800°C, în interval de 12 h și s-a menținut la această temperatură timp de circa 12 h. Pe parcursul încălzirii la temperaturi, de la circa 500 la 600°C, umplutura din cavitatea blocului de aliaj se rigidizează, transformându-se într- o preformă, de presupus printr-un mecanism de formare a nitrurii de magneziu și/sau sintetizare. Când corpul de aliaj, cuprinzând cavitatea și celelalte lingouri, se topește, aliajul de aluminiu infiltrează spontan preformă prin toate suprafețele care sunt expuse contactului cu aliajul topit, procedeul prezentând din acest punct de vedere avantaje față de alte procedee de infiltrare spontană, producându-se rapid infiltrarea completă a preformei. Extragerea compozitului cu matrice metalică de profil corespunzător astfel obținuζ din vas, s-a realizat după scurgerea excesului de metal topit printr-un orificiu de la baza vasului. Orice cantitate de zgură de pe suprafața băii de metal al matricei topit, este îndepărtată, de preferință înainte de evacuare, cu toate că eventuala zgură ce ar adera la compozitul cu matrice metalică, poate să fie îndepărtată și ulterior, de exemplu, prin sablare cu alice a compozitului. După evacuare din vas, compozitul este lăsat în aer să se răcească. Compozitul era infiltrat complet și reproducea cu fidelitate forma mandrinei inițiale de oțel.

Exemplul 2. S-a repetat modul de lucru descris în exemplul 1, cu deosebire că s-a folosit o formă de frunză de arțar ca replică sau mandrină inițială. In plus, după formarea cavității, în corpul de aliaj de aluminiu, cavitatea a fost sablată cu nisip înainte de a fi pudrată cu pulbere de magneziu cu granujația de tecere prin sita cu 50,4 och/'cm, și umplută cu material ceramic de umplutură. Sablarea a făcut mai rugoasă suprafața aliajului, facilitând aderența pulberei de magneziu la pereții cavității, asigurând astfel prezența magneziu lui sau a nitrurii de magneziu și/sau a nitrurii de magneziu la interfața dintre aliajul topit ulterior și preformă rigidizată. în acest fel, s-a asigurat o infiltrare spontană completă chiar până la marginile și vârfurile formei în formă de frunză. Gazul cu conținut de azot a fost folosit pentru puijarea vasului de oțel și alimentat cu un debit de circa 2,5 1/min, interiorul vasului fiind menținut la circa 750°C (corespunzând unei temperaturi a cuptorului de 800°C) timp de 2 h, după ce s-a ridicat temperatura cuptorului timp de circa 2 h. Compozitul realizat s-a extras din vas când era cald. Pentru obținerea unei încălziri mai uniforme a vasului în cuptor, diametrul exterior al vasului s-a învelit într-un strat de silice amorfă. S-a stabilit că este indicat ca respectiva cavitate a aliajului și umplutura conținută în aceasta, să fie dispuse la baza vasului din oțel, fiindcă preformă prezenta suficientă flotabilitate înainte de infiltrare spontană, pentru a pluti la suprafața băii de metal topit Cu toate că infiltrarea spontană a avut loc la suprafață, combinația între tensiunea superficială, viscozitatea și forma lată a frunzei, a asigurat menținerea preformei infiltrate la suprafața băii unde putea să fie deteriorată în timpul îndepărtării zgurii. Trebuie menționat că compozitele, având alte forme și flotabilități, pot să nu rămână la suprafața băii de aliaj topit Frunza de compozit cu matrice metalică, produsă în modul descris, prezintă o fidelitate a formei foarte bună și o infiltrare spon34 tanâ completă.

în cele ce urmează, se sintetizează semnificațiile noțiunilor folosite pe parcursul descrierii și în revendicări.

- Aluminiu - se referă la metalul în esență pur (disponibil în comerț) sau la alte tipuri de metal și aliajele acestuia, cuprinzând ca impurități și/sau elemente de aliere Fe, Si, Cu, Mg, Mn, Cr, Zn etc. Un aliaj de aluminiu, în sensul definiției de mai sus, este un aliaj sau un compus intermetalic, în care aluminiul este constituentul major.

- Gaz neoxidant în rest - se referă la orice gaz prezent în plus fața de gazul primar ce constituie atmosfera de infiltrare și care este, fie un gaz inert, fie un gaz reducător ce este în esența nereactiv cu metalul matricei în condițiile de proces. Orice gaz de oxidare ce ar putea să fie prezent în gazul/gazele menționate, ce constituie atmosfera de infiltrare, ca impuritate, trebuie să fie insuficient pentru a oxida metalul matricei, în mod semnificativ, în condițiile de proces.

- Barieră sau mijloc de barieră - se referă la orice mijloc adecvat ce interfera, inhibă, previne sau încheie migrarea sau mișcarea metalului matricei în stare topită, peste o limită de suprafață a masei de umplutură, respectiv a preformei, în care o astfel de limită de suprafață este definită de mijlocul de barieră. Un mijloc de barieră adecvat poate să fie orice material, compus, element, compoziție care în condițiile de proces menține o oarecare integritate și nu este volatil în mod substanțial (materialul de barieră nu trebuie să se volatilizeze într-un astfel de grad încât să devină nefuncțional ca barieră). Mijloacele de barieră adecvate sunt în esență neumectabile de metalul matricei în stare topită ce migrează în condițiile de proces. O barieră de acest tip care să prezinte puțină afinitate, sau să nu prezinte deloc afinitate pentru metalul topit al matricei, trebuie să prevină deplasarea acestuia peste limita definită a masei/preformei de umplutură.

Bariera reduce necesitatea uziuării finale a produsului compozit cu matrice metalică, definind cel puțin o parte a suprafeței acestuia. Bariera poate să fie în unele cazuri permeabilă sau poroasă, sau permeabilizată prin găurire, pentru a permite atmosferei de infiltrare să contacteze metalul topit al matricei.

- Carcasă sau carcasă de metal al matricei - se referă la orice parte din corpul de metal al matricei, neconsumat în timpul formării corpului compozit cu matrice metalica și care după răcire, rămâne cel puțin în contact parțial cu corpul compozit cu matrice metalică, rezultat în proces. Respectiva carcasă poate să cuprindă de asemenea un al doilea metal pe lângă metalul matricei.

- Umplutură - se referă la constituenți singuri sau în amestec nereactivi cu și/sau cu solubilitate redusă (limitată) în metalul matricei în stare topită și care pot să fie monofazice sau multifazicc. Umpluturile se pot prezenta în multiple forme, ca de exemplu pulberi, fulgi, plăcuțe, microsfere, whiskers-uri, bule, etc. și pot să fie dense sau poroase. Termenul umplutură poate să includă umpluturi ceramice, ca alumină, carbură de siliciu sub formă de fibre, fibre tocate, particule, whiskers-uri, bule, sfere, maturi de fibre și altele și umpluturi acoperite cu materiale ceramice, cum sunt fibrele de carbon, acoperite cu alumină sau carbură de siliciu pentru a proteja carbonul de atacul aluminiului topit Umpluturile pot să cuprindă și metale.

- Mandrină termorezistentă (de temperatură înalta) - se referă la un corp constituit dintr-un material ce poate fi format într-o replică inversă a corpului compozit cu matrice metalică ce urmează să se obțină și care la temperatura la care metalul matricei este topit își poate menține forma sa. în plus, mandrina trebuie să reziste la orice atac chimic sau fizic al metalului topit al matricei, când acesta vine în contact cu respectiva mandrină, de exemplu, mandrina lermo36 rezistentă trebuie să poată rezista la orice forță de comprimare exercitată de metalul matricei în procesul de răcire în jurul acesteia. Mandrina trebuie să poată să fie ușor îndepărtată din metalul matricei, după solidificarea acestuia, în jurul mandrinei.

- Atmosferă de infiltrare - se referă la acea atmosferă care este prezentă și interacționează cu metalul matricei și/ sau cu materialul preformei și/sau cu precursorul intensificatorului de infiltrare și/sau cu intensificatorul respectiv și asigură sau îmbunătățește infiltrarea spontană.

- Intensificator de infiltrare - se referă la un material care promovează sau ajută la infiltrarea spontană a metalului matricei în materialul de umplutură preformat sau nu. Acest agent poate să fie o formă gazoasă formata de pildă prin reacția unui precursor al acestuia cu o atmosferă de infiltrare și/sau un produs de reacție al precursorului cu materialul de umplutură sau preformă. în plus, intensificatorul de infiltrare poate să fie furnizat direct, în cel puțin unul din elementele sistemului - preformă și/sau metalul matricei și/sau atmosfera de infiltrare, având aceleași proprietăți ca și intensificatorul de infiltrare, format prin reacția între precurosul acestuia și unul din elementele precizate mai sus. De precizat, că cel puțin în timpul infiltrării spontane, intensificatorul la infiltrare trebuie să fie localizat în cel puțin o porțiune a materialului de umplutură sau al preformei, pentru realizarea infiltrării spontane.

- Precursor al intensificatorului de infiltrare - se referă la un material care, atunci când este folosit în combinație cu metalul matricei, preformă și/sau atmosferă de infiltrare, formează agentul intensificator de infiltrare ce induce sau facilitează infiltrarea metalului topit al matricei în materialul de umplutură sau în preformă. Respectivul precursor trebuie să poată să fie poziționat, localizat sau transportabil într-un loc prestabilit.

ce permite interacțiunea precursorului cu atmosfera de infiltrare și/sau cu materialul de umplutură și/sau metalul topit al matricei. De exemplu, în unele sisteme, metal al matricei/precursor/atmosferă de infiltrare, este de dorit ca precursorul să se volatilizeze la, aproape de, sau în unele cazuri chiar cu ceva peste temperatura de topire a metalului matricei. O asemenea volatilizare poată să conducă la: 1) o reacție a precursorului cu atmosfera de infiltrare pentru a forma un compus gazos ce îmbunătățește umectarea materialului de umplutură de către metalul topit al matricei și/sau 2) o reacție a precursorului cu atmosfera de infiltrare pentru a forma un agent intensificator de infiltrare solid, lichid sau gazos, în cel puțin o porțiune a materialului de umplutură respectiv al preformei, ceea ce îmbunătățește umectarea și/ sau 3) o reacție a precursorului cu materialul de umplutură, respectiv preforma, rezultând agentul intensificator de infiltrare solid, lichid sau gazos, în cel puțin o porțiune a materialului dc umplutură, respectiv a preformei, ceea ce conduce la îmbunătățirea umectării.

- Mandrină - se referă la un corp a cărui formă reproduce forma dorită a corpului compozit cu matrice metalică ce urmează să se obțină.

- Metal sau aliaj al matricei - se referă la metalul ce este folosit pentru a forma un compozit cu matrice metalică (înainte de infiltrare) și/sau acel material metalic ce este amestecat cu un material de umplutură pentru a forma un corp compozit (după infiltrare). Când se menționează un anumit metal, ca metal al matricei, trebuie înțeles că respectivul metal este în esență pur, sau un metal din comerț având impurități și/sau constituenți de aliere, un compus intermetalic sau un aliaj în care respectivul metal este constituentul majoritar.

- Sistemul metal al matricei/precursor al intensificatorului de infiltrare/atmosferăde infiltrare sau SISTEM SPONTAN - se referă la acea combinație de materiale, a căror semnificație este precizată mai sus, ce determină și asigură desfășurarea procesului de infiltrare spontană, a metalului matricei într-un material de umplutură.

- Compozit cu matrice metalică sau MMC 2” - se referă la un material cuprinzând un aliaj/metal al matricei/bisau tridimensional interconectat, ce a înglobat o preformă sau o masă de umplutură nepreformată. Metalul matricei poate să includă diferite elemente de aliere pentru a conferi anumite proprietăți fizice și mecanice compozitului ce se obține.

- Metal diferit de metalul matricei - se referă la metalul/aliajul ce nu conține același metal de bază cu metalul/aliajul matricei (dacă constituentul de bază al metalului matricei este aluminiul, metalul diferit poate să fie pe bază de nichel).

- Preformă sau preformă permeabilă - se referă la o masă poroasă de umplutură, realizată în condițiile care să-i asigure cel puțin o suprafață limită, definită pentru infiltrarea metalului matricei, această masa trebuind să rețină suficientă integritate de formă și rezistență, pentru asigurarea fidelității dimensionale, înainte de infiltrarea metalului matricei. Masa trebuie să fie suficient de poroasă pentru a se acomoda la infiltrarea spontană a metalului matricei în aceasta. O preformă conține în mod tipic un aranjament sau o rețea legată de umplutură, fie omogenă, fie heterogenă, și poate să includă oricare material adecvat de umplutură (ceramic și/sau particule metalice, pulberi, whiskers-uri, fibre, etc, și orice combinație a acestor forme). O preformă poate să fie singulară sau să cuprindă un ansamblu.

- Nacelă refractară - se referă la un vas sau recipient în care poate să fie conținut sistemul spontan în condițiile de proces și al cărei material să nu intre în reacție cu nici unul din elementele sistemului spontan, într-un mod care să afecteze mecanismul de infiltrare spon107642 tană.

- Rezervor - se referă la un corp separat de metal al matricei, plasat într-o poziție prestabilita fața de masa/preforma de umplutură, astfel încât după topire, respectivul metal să curgă și să reumple sau respectiv să furnizeze inițial sursa de metal al matricei în contact cu masa/preforma de umplutură.

- Infiltrare spontană - se referă la infiltrarea metalului matricei, în masa permeabilă de umplutură sau respectiv în preformă, fără aplicarea presiunii sau vidului (din exterior sau realizat în interior).

- Purificator de sistem - se referă la orice material adecvat, care folosit în combinație cu elementele sistemului spontan, poate să purifice atmosfera de infiltrare pentru a îndepărta orice constituenți din afara elementelor sistemului spontan, în sensul definițiilor precizate mai sus, și a căror prezență ar putea să afecteze mecanismul de infiltrare spontană.

Claims (32)

1. Revendicări

   1. Procedeu de obținere a corpurilor compozite cu matrice metalică, prefasonate în matriță, prin infiltrarea spontană a metalului topit al matricei, într-o masă de umplutură, ceramică, permeabilă, prefasonată în mod corespunzător, în prezența unei atmosfere de infiltrare prestabilite, la o temperatură superioară punctului de topire al metalului matricei, dar inferioară temperaturii de volatilizare a acestuia, și de topire a materialului de umplutură, caracterizat prin aceea că, realizează fasonarea corespunzătoare a lingoului de metal al matricei în stare solidă, pentru obținerea unei cavități de profil corespunzător formei exterioare a compozitului, respectivul lingou cu cavitatea fasonată, reprezentând o matriță în care se introduce masa ceramică de umplutură permeabilă, nereactivă, cu solubilitate redusă, în metalul topit al matricei, care printr-un tratament cores40 punzător sau în condițiile de proces devine autoportantă și se conformează formei cavității, urmată de încălzirea ansamblului, introdus într-un vas refractar nereactiv, adecvat în condițiile de proces, în prezența atmosferei de infiltrare prestabilite, și a unui agent intensificator de infiltrare și/sau a precursorului acestuia, ambii de tip predeterminat și menținerea la temperatura corespunzătoare timpul necesar pentru topirea lingoului de metal al matricei și realizarea cel puțin parțială a infiltrării spontane a preformei de umplutură, care după topirea metalului matricei se scufundă în baia rezultată, pe măsura înaintării și dezăvârșirii procesului de infiltrare spontană.
2. 2. Procedeu, conform revendicării 1, caracterizat prin aceea că, se folosește ca metal al matricei, un aliaj uzual de aluminiu, cu conținut de cel puțin unul din următoarele elemente - Si, Fe, Cu, Mn, Cr, Zn, Ca, Mg, Sr.
3. 3. Procedeu, conform revendicărilor 1 și 2, caracterizat prin aceea că se poate fasona cavitatea profilata, în lingoul de metal al matricei, prin uzinare uzuală.
4. 4. Procedeu, conform revendicărilor 1 și 2, caracterizat prin aceea că se poate fasona cavitatea profilată în lingoul de metal al matricei, prin ansamblarea unei pluralități de piese profilate corespunzător ce constituie părți componente ale acesteia.
5. 5. Procedeu, conform revendicărilor 1 și 2, caracterizat prin aceea că se poate fasona cavitatea profilată în lingoul de metal al matricei prin îndepărtarea porțiunii necesare a respectivului metal, prin solubilizare chimică în condiții cunoscute.
6. 6. Procedeu, conform revendicărilor 1 și 2, caracterizat prin aceea că se poate fasona cavitatea profilată în lingoul de metal al matricei prin topirea porțiunii corespunzătoare a acestuia.
7. 7. Procedeu, conform revendicărilor 1 și 2, caracterizat prin aceea ca se poate fasona cavitatea profilată în lingoul de metal al matricei, prin turnarea respectivului metal. în jurul unei mandrine de profil corespunzător, în condiții uzuale, urmată de solidificare.
8. 8. Procedeu, conform revendicărilor 1, 2 și 7, caracterizat prin aceea că, pentru turnarea metalului, se realizează în mod uzual, o formă fuzibilă de profil corespunzător formei corpului compozit cu matrice metalica ce urmează să se obțină, în jurul mandrinei, urmată de îndepărtarea mandrinei, de umplerea formei cu un material refractar adecvat pentru formarea miezului refractar, de turnarea și solidificarea metalului matricei în jurul miezului refractar, după care, respectivul miez refractar este îndepărtat, locașul acestuia constituind cavitate profilată.
9. 9. Procedeu, conform revendicărilor 1, 2, 7 și 8, caracterizat prin aceea că, se folosește ca material refractar de formare ipsosul.
10. 10. Procedeu, conform revendicării 1, caracterizat prin aceea că, se folosește pentru obținerea preformei, un material ceramic de umplutură uzual, ales între oxizi, carburi, boruri și nitruri.
11. 11. Procedeu, conform revendicărilor 1 și 10. caracterizat prin aceea că, materialul de umplutură se poate folosi sub formă de pulberi, fulgi, plăcuțe, microsfere, whiskers-uri, bule, fibre, particule, mănunchiuri de fibre, fibre tăiate, sfere, pelete, tubuli și țesături refractare.
12. 12 Procedeu, conform revendicărilor 1 și 10, caracterizat prin aceea că, masa de umplutură devine autoportantă prin expunere la o sursă de căldură, în prezența unui liant uzual.
13. 13. Procedeu, conform revendicărilor 1, 10, și 12, caracterizat prin aceea că, prin expunere la căldură, masa de umplutură poate să devină autoportantă prin sinterizare parțială.
14. 14. Procedeu, conform revendicărilor 1, 10 și 12, caracterizat prin aceea că, procesul de tratare al masei de umplutură poate să fie astfel condus încât aceasta să devină autoportantă simultan sau îna42 inte de topirea metalului matricei.
15. 15. Procedeu, conform revendicărilor 1 și 10, caracterizat prin aceea că se poate aplica un strat de material de barieră, neumectabil de metalul topit al matricei, pe suprafața limita, prestabilită a masei de umplutură, pentru definirea suprafeței acesteia până la care se realizează infiltrarea spontană.
16. 16. Procedeu, conform revendicărilor 1, 10, 15, caracterizat prin aceea că se folosește un material de barieră, permeabil sau permeabilizat, care să permită accesul atmosferei de infiltrare prestabilite, la cel puțin unul din elementele sistemului, respectiv Ia metalul matricei, materialul de umplutură, intensificatorul predeterminat de infiltrare sau precursorul acestuia.
17. 17. Procedeu, conform revendicărilor 1, 10, 15 și 16, caracterizat prin aceea că, materialul de umplutură ce se folosește, este uzual, ales între grafit și diborură de titan.
18. 18. Procedeu, conform revendicării 1, caracterizat prin aceea că, pentru desfășurarea procesului de infiltrare spontană, atmosfera de infiltrare prestabilita trebuie să comunice cu cel puțin unul din elementele ansamblului-materîalul de umplutură, metalul matricei, cel puțin o parte a perioadei de infiltrare.
19. 19. Procedeu, conform revendicărilor 1 și 18, caracterizat prin aceea că se folosește ca atmosferă de infiltrare, în mod uzual, un gaz cu conținut de azot sau oxigen.
20. 20. Procedeu, conform revendicării 1, caracterizat prin aceea că, pentru introducere în sistem, agentul intensificator de infiltrare și/sau precursorul acestuia, se alimentează în cel puțin unul din elementele sistemului, respectiv în metalul matricei, masa de umplutură, atmosfera de infiltrare.
21. 21. Procedeu, conform revendicărilor 1 și 20, caracterizat prin aceea că, se poate introduce cel puțin unul din factori - agentul intensificator de infiltrare sau precursorul acestuia, prin alimentare, în

    Î07642 cel puțin unul din elementele sistemului, respectiv-metalul matricei sau masa de umplutură.
22. 22 Procedeu, conform revendicărilor 1, 20 și 21, caracterizat prin aceea că, 5 de preferință se introduce în sistem, cel puțin unul din factori - agent intensificator de infiltrare, sau precursorul acestuia, pe parcursul cel puțin a unei părți a perioadei de infiltrare, prin contactarea cel puțin a 10 unei părți a masei de umplutură.
23. 23. Procedeu, conform revendicării 1, caracterizat prin aceea că, cel puțin unul din factori-agent intensificator de infiltrare sau precursorul acestuia, se 15 poate alimenta în sistem, de la o sursă externă.
24. 24. Procedeu, conform revendicării 1, caracterizat prin aceea că, cel puțin unul din factori-agent intensificator de 20 infiltrare sau precursorul acestuia se pot alimenta în sistem, la interfața dintre masa de umplutură și metalul matricei.
25. 25. Procedeu, conform revendicării

    1, caracterizat prin aceea că, agentul 25 intensificator de infiltrare se poate forma în sistem, în condițiile de proces, prin reacția precursorului cu cel puțin unul din elementele sistemului - atmosfera de infiltrare, masa de umplutură, metalul 30 topit al matricei.
26. 26. Procedeu, conform revendicărilor 1 și 25, caracterizat prin aceea că, în condițiile de proces precursorul agentului intensificator de infiltrare se poate voia- 35 tiliza.
27. 27. Procedeu, conform revendicărilor

    1, 25 și 26, caracterizat prin aceea că, precursorul agentului intensificator de infiltrare volatilizat, de preferință reacțio- 40 nează pentru a forma ca produs de reacție intensificatorul menționat, în cel puțin o porțiune a materialului de umplutură.
28. 28. Procedeu, conform revendicărilor 1 și 25 la 27, caracterizat prin aceea că, intensificatorul de infiltrare, rezultat ca produs de reacție, în cel puțin o porțiune a masei de umplutură, poate să fie reductibil de către metalul topit al matricei, generând astfel o acoperire pe respectiva zonă a masei de umplutură.
29. 29. Procedeu, conform revendicării 1, caracterizat prin aceea că, precursorul intensificatorului de infiltrare se poate introduce în sistem prin metalul matricei, fiind aliat cu acesta.
30. 30. Procedeu, conform revendicării 1, caracterizat prin aceea că, în vederea infiltrării spontane, în condițiile de proces, a aluminiului în atmosferă cu conținut de azot, se introduce în sistem un precursor al intensificatorului de infiltrare cu conținut de calciu, stronțiu și de preferință magneziu.
31. 31. Procedeu, conform revendicării 1, caracterizat prin aceea că, în vederea infiltrării spontane, în condițiile de proces, a aluminiului în atmosferă cu conținut de oxigen, se introduce în sistem un precursor al intensificatorului de infiltrare cu conținut de zinc.
32. 32 Procedeu, conform revendicărilor 1, 30 și 31, caracterizat prin aceea că, tipul precursorului de infiltrare și/sau al intensificatorului de infiltrare, ce se introduc în sistem, poate să fie corelat cu natura masei de umplutură, astfel încât să constituie un factor de transformare a acesteia într-o masă autoportantă, prin încălzire în prezența atmosferei de infiltrare corespunzătoare.