RO127408A2 - Procedeu şi instalaţie de obţinere prin proces in situ a materialelor compozite cu matrice din aliaje de aluminiu şi particule de ranforsare din carburi - Google Patents
Procedeu şi instalaţie de obţinere prin proces in situ a materialelor compozite cu matrice din aliaje de aluminiu şi particule de ranforsare din carburi Download PDFInfo
- Publication number
- RO127408A2 RO127408A2 ROA201000835A RO201000835A RO127408A2 RO 127408 A2 RO127408 A2 RO 127408A2 RO A201000835 A ROA201000835 A RO A201000835A RO 201000835 A RO201000835 A RO 201000835A RO 127408 A2 RO127408 A2 RO 127408A2
- Authority
- RO
- Romania
- Prior art keywords
- particles
- gas
- matrix
- carbon
- carbide
- Prior art date
Links
- 239000002245 particle Substances 0.000 title claims abstract description 49
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 45
- 239000002131 composite material Substances 0.000 title claims abstract description 38
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 title claims abstract description 34
- 229910000838 Al alloy Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 20
- 230000003014 reinforcing effect Effects 0.000 title claims abstract description 19
- 238000009434 installation Methods 0.000 title claims abstract description 12
- 238000011065 in-situ storage Methods 0.000 title claims abstract description 11
- 239000007789 gas Substances 0.000 claims abstract description 51
- VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N methane Chemical compound C VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 37
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 claims abstract description 26
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 24
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 claims abstract description 20
- 239000007788 liquid Substances 0.000 claims abstract description 19
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 claims abstract description 18
- 239000000956 alloy Substances 0.000 claims abstract description 18
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 claims abstract description 16
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims abstract description 15
- 239000010703 silicon Substances 0.000 claims abstract description 13
- 239000000919 ceramic Substances 0.000 claims abstract description 12
- 229910052786 argon Inorganic materials 0.000 claims abstract description 9
- 239000012300 argon atmosphere Substances 0.000 claims abstract description 6
- 238000000265 homogenisation Methods 0.000 claims abstract description 5
- 229910052719 titanium Inorganic materials 0.000 claims abstract description 5
- 239000000498 cooling water Substances 0.000 claims abstract description 4
- 229910052749 magnesium Inorganic materials 0.000 claims abstract description 4
- 238000001816 cooling Methods 0.000 claims abstract description 3
- 229910010271 silicon carbide Inorganic materials 0.000 claims description 23
- HBMJWWWQQXIZIP-UHFFFAOYSA-N silicon carbide Chemical compound [Si+]#[C-] HBMJWWWQQXIZIP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 22
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 claims description 18
- 238000002844 melting Methods 0.000 claims description 17
- 230000008018 melting Effects 0.000 claims description 14
- 238000003786 synthesis reaction Methods 0.000 claims description 10
- 239000012298 atmosphere Substances 0.000 claims description 6
- 230000002787 reinforcement Effects 0.000 claims description 6
- 238000010494 dissociation reaction Methods 0.000 claims description 5
- 230000005593 dissociations Effects 0.000 claims description 5
- 229910002804 graphite Inorganic materials 0.000 claims description 5
- 239000010439 graphite Substances 0.000 claims description 5
- 229910000676 Si alloy Inorganic materials 0.000 claims description 3
- RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N Titanium Chemical compound [Ti] RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- CSDREXVUYHZDNP-UHFFFAOYSA-N alumanylidynesilicon Chemical compound [Al].[Si] CSDREXVUYHZDNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 238000007664 blowing Methods 0.000 claims description 3
- 239000000463 material Substances 0.000 claims description 3
- 230000001681 protective effect Effects 0.000 claims description 3
- 239000010936 titanium Substances 0.000 claims description 3
- 229910003465 moissanite Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 238000000465 moulding Methods 0.000 claims description 2
- CAVCGVPGBKGDTG-UHFFFAOYSA-N alumanylidynemethyl(alumanylidynemethylalumanylidenemethylidene)alumane Chemical compound [Al]#C[Al]=C=[Al]C#[Al] CAVCGVPGBKGDTG-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims 1
- 239000003054 catalyst Substances 0.000 claims 1
- 239000010942 ceramic carbide Substances 0.000 claims 1
- 230000002045 lasting effect Effects 0.000 claims 1
- MTPVUVINMAGMJL-UHFFFAOYSA-N trimethyl(1,1,2,2,2-pentafluoroethyl)silane Chemical compound C[Si](C)(C)C(F)(F)C(F)(F)F MTPVUVINMAGMJL-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims 1
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract description 12
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 abstract description 11
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract description 11
- 239000000155 melt Substances 0.000 abstract description 7
- 238000005266 casting Methods 0.000 abstract description 5
- 150000001247 metal acetylides Chemical class 0.000 abstract description 4
- UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N Hydrogen Chemical compound [H][H] UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract description 2
- 238000001311 chemical methods and process Methods 0.000 abstract description 2
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 abstract description 2
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 abstract description 2
- 230000006911 nucleation Effects 0.000 abstract description 2
- 238000010899 nucleation Methods 0.000 abstract description 2
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract description 2
- 229910021364 Al-Si alloy Inorganic materials 0.000 abstract 1
- 239000004411 aluminium Substances 0.000 abstract 1
- 239000000178 monomer Substances 0.000 abstract 1
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 9
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 6
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 6
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 5
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 5
- XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N Argon Chemical compound [Ar] XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 238000003780 insertion Methods 0.000 description 4
- 230000037431 insertion Effects 0.000 description 4
- 229910000765 intermetallic Inorganic materials 0.000 description 4
- 238000002156 mixing Methods 0.000 description 4
- 239000000843 powder Substances 0.000 description 4
- 238000007711 solidification Methods 0.000 description 4
- 230000005587 bubbling Effects 0.000 description 3
- 238000000576 coating method Methods 0.000 description 3
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 description 3
- 238000005265 energy consumption Methods 0.000 description 3
- 230000008023 solidification Effects 0.000 description 3
- 239000010935 stainless steel Substances 0.000 description 3
- 229910001220 stainless steel Inorganic materials 0.000 description 3
- 238000011282 treatment Methods 0.000 description 3
- 229910000789 Aluminium-silicon alloy Inorganic materials 0.000 description 2
- FYYHWMGAXLPEAU-UHFFFAOYSA-N Magnesium Chemical compound [Mg] FYYHWMGAXLPEAU-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 2
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 2
- 230000006698 induction Effects 0.000 description 2
- 239000011777 magnesium Substances 0.000 description 2
- DRLFMBDRBRZALE-UHFFFAOYSA-N melatonin Chemical compound COC1=CC=C2NC=C(CCNC(C)=O)C2=C1 DRLFMBDRBRZALE-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 150000004767 nitrides Chemical class 0.000 description 2
- 239000012071 phase Substances 0.000 description 2
- 239000002994 raw material Substances 0.000 description 2
- 239000012779 reinforcing material Substances 0.000 description 2
- 244000062793 Sorghum vulgare Species 0.000 description 1
- 230000001464 adherent effect Effects 0.000 description 1
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 description 1
- 239000011246 composite particle Substances 0.000 description 1
- 238000007596 consolidation process Methods 0.000 description 1
- 239000000470 constituent Substances 0.000 description 1
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 1
- 230000008878 coupling Effects 0.000 description 1
- 238000010168 coupling process Methods 0.000 description 1
- 238000005859 coupling reaction Methods 0.000 description 1
- 238000000151 deposition Methods 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 239000006023 eutectic alloy Substances 0.000 description 1
- 238000001125 extrusion Methods 0.000 description 1
- 238000011049 filling Methods 0.000 description 1
- 238000003475 lamination Methods 0.000 description 1
- 239000007791 liquid phase Substances 0.000 description 1
- 229910001338 liquidmetal Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000005272 metallurgy Methods 0.000 description 1
- 235000019713 millet Nutrition 0.000 description 1
- 238000004663 powder metallurgy Methods 0.000 description 1
- 238000003825 pressing Methods 0.000 description 1
- 238000009715 pressure infiltration Methods 0.000 description 1
- 238000011160 research Methods 0.000 description 1
- 238000010118 rheocasting Methods 0.000 description 1
- 150000003839 salts Chemical class 0.000 description 1
- 229930000044 secondary metabolite Natural products 0.000 description 1
- 239000011265 semifinished product Substances 0.000 description 1
- 239000007790 solid phase Substances 0.000 description 1
- 238000010532 solid phase synthesis reaction Methods 0.000 description 1
- 238000009718 spray deposition Methods 0.000 description 1
- 238000005507 spraying Methods 0.000 description 1
- 238000009716 squeeze casting Methods 0.000 description 1
- 238000005728 strengthening Methods 0.000 description 1
Classifications
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
- Y02P10/00—Technologies related to metal processing
- Y02P10/10—Reduction of greenhouse gas [GHG] emissions
- Y02P10/143—Reduction of greenhouse gas [GHG] emissions of methane [CH4]
Landscapes
- Manufacture Of Alloys Or Alloy Compounds (AREA)
Abstract
Invenţia se referă la un procedeu şi la o instalaţie de obţinere a unor materiale compozite cu matrice metalică din aliaje de aluminiu aliate cu elemente care formează carburi, cum sunt Si,Ti sau alte asemenea, ranforsate cu particule ceramice din carburi de Si, carburi de Ti sau particule ceramice din alte carburi, obţinute printr-un proces, desfăşurat în atmosferă de argon prin insuflarea de gaz metan introdus în amestec. Procedeul conform invenţiei are ca fundament proceselechimice de disociere a gazului metan şi de reacţie între carbonul format şi siliciul din aliajul lichid, la temperaturi cuprinse între 900 şi 1100°C, reacţia dintre carbon şi siliciu desfăşurându-se simultan cu cea dintre carbon şi aluminiu, şi are următoarele etape: disocierea metanului în particule de carbon şi hidrogen, difuzia particulelor de carbon către interfaţa gaz/topitură, difuzia particulelor de carbon în topitură şi reacţia carbonului cu siliciul din topitură cu nucleerea şi creşterea particulelor SiC-monomer şi SiC-cristal, compozitele cu matrice din aliaje de Al-Si şi particule de ranforsare de SiC, cu dimensiuni mici de 5...10 μ, se obţin prin insuflarea amestecului de gaz 10% CH/90% Ar în matricea de aliaj lichid care conţine minimum 7% Si şi 0,5...0,7% Mg, la temperaturi cuprinse între 900 şi 1100°C, timp de 5...10 h, răcirea şi retopirea compozitului primar la 670...700°C, timp de 5...10 min, pentru omogenizare, urmată de turnarea în forme. Instalaţia conform invenţiei are o cameră () de topire-reacţie cu un capac () răcit cu apă, două racorduri () prin care circulă apa de răcire, un racord prin care circulă continuu gazul de protec
Description
PROCEDEU ȘI INSTALAȚIE DE OBȚINERE PRIN PROCES IN-SITU A MATERIALELOR COMPOZITE CU MATRICE DIN ALIAJE DE ALUMINIU ȘI PARTICULE DE RANFORSARE DIN CÂRDURI
Prezenta invenție se referă la un procedeu și o instalație de obținere a unor materiale compozite cu matrice metalică din aliaje de aluminiu aliate cu elemente care formează carburi, cum sunt siliciul, titanul, ranforsate cu particule ceramice din carburi de siliciu, de titan, etc., obținute printr-un proces in - situ, desfășurat în atmosferă de argon, prin insuflarea de gaz metan introdus ca amestec CH4/Ar, în baie de aliaj aluminiu-siliciu, disocierea gazului metan și reacția de sinteză a carburii între carbonul format și elementul din aliajul lichid.
Procedeele cunoscute pentru obținerea materialelor compozite cu matrice din aluminiu și aliaje de aluminiu cu inserții de particule sunt: procesare în stare lichidă prin amestecare metoda „Vortex” și procesarea în stare solidă prin metalurgia pulberilor pentru compozite „particulate”, utilizând pulbeii de metale sau aliaje și pulberi ceramice de ranforsare, amestecate și prelucrate prin presare, extrudare sau laminare la temperaturi înalte; sau prin co-depunerea prin pulverizare a matricei lichide și a particulelor solide de ranforsare, sau prin infiltrare sub presiune a matricei topite în pre-forma presată, poroasă din material de ranforsare; turnare „rheocasting”, turnare sub presiune, turnare „campocasting”, „squeeze casting”; procesare în stare de vapori - „spray deposition” prin diferite metode de acoperire a componentelor de ranforsare cu straturi intermediare pentru compatibilizarea îmbinărilor sau/și a matricelor metalice .
Procedeele actuale de obținere a materialelor compozite cu matrice metalică din aluminiu și aliaje de aluminiu Al-MMC prezintă o serie de dificultăți și dezavantaje, între care: numărul marc de etape tehnologice pentru tratarea superficială a particulelor de ranforsare și consolidarea compozitului în cazul procesării prin metalurgia pulberilor; procesarea cu dispozitive de amestecare complicate, din materiale speciale, în matrice lichidă corozivă la temperaturi ridicate, riguros controlate în fazele de amestecare și de solidificare, și utilizarea de ranforsări t ratate superficial la mei oda „Vortex”; numărul mare de operații și utilaje specifice, cu consumuri mari de energie; prețul crescut al componentelor dc matrice sub formă de benzi table sau pulberi și a particulelor de ranforsare tratate superficial; posibilitatea utilizării de particule de ranforsare cu dimensiuni minime limitate (> 20-40 pm) care limitează caracteristicile fizico-mecanice ale compozitelor; realizarea de interfețe matrice particule de ranforsare insuficient de aderente și distribuții neomogene ale particulelor de ranforsare în matrice, care limitează caracteristicile fizico - mecanice potențiale ale compozitelor, etc.
//' f ·
^“2010-00835-1 5 -09- 2010 în stadiu experimental, de cercetare, se află diverse procedee in-situ, de obținere a compozitelor cu matrice din aluminiu și aliaje de aluminiu și inserții de particule ceramice de carburi, nitruri, compuși intermetalici.
Procedeele și metodele principiale cunoscute, de obținere in-situ a materialelor compozite cu matricea din aluminiu și aliaje de aluminiu, sunt: solidificarea dirijată a unor aliaje eutectice cu formarea de compuși intermetalici orientați; sinteza prin reacție lichid-solid, între topitura metalică (matrice) și un amestec de săruri, cu formarea de particule solide de ranforsare ceramice/compuși intermetalici, cu temperaturi ridicate de topire; sinteza prin reacție lichidgaz, între topitura metalică(matrice) și un gaz reactiv, cu formarea de particule solide de ranforsare ceramice/compuși intermetalici; sinteza în fază solidă prin difuzie/reacții la temperaturi ridicate între straturi subțiri suprapuse, care conțin elementele constituente ale compușilor de ranforsare.
Tehnologiile in-situ actuale, cum ar fi DIMOX, PRIMEX, XD, SHS si RD, produc materiale compozite cu matrice de aluminiu și aliaje de aluminiu, cu volume mari de particule de ranforsare ca SiC, A1N, TiC, T1B2, etc. Metodele XD si SHS sunt caracterizate de costuri scăzute de consumuri de energie și sunt bazate pe procese greu controlabile si etape tehnologice complexe; acestea determină rezistențe reduse la uzură ale compozitelor obținute din cauza instabilității interfazice, compușilor secundari nedoriți si a porozității ridicate. Alte metode, cum sunt DIMOX , PRIMEX si RD implică utilizarea de particule de ranforsare pre-sintetizate prin procese cu etape multiple, care ridică mult costul final de producție.
Lucrări în domeniu [1,2,3] și brevete [4] cuprind unele date despre procedeul de obținere a compozitelor AlSi/SiCp, dar fără precizarea valorilor parametrilor procesului.
Instalații productive sau prototip pentru sinteza prin reacție lichid-gaz, specifice pentru obținerea in-situ a compozitelor cu matrice din aluminiu și aliaje de aluminiu și inserții de particule ceramice de carburi, nitruri, compuși intermetalici nu sunt cunoscute și nu suit accesibile, procedeul fiind unul încă nedefinitivat.
Procedeul propus pentru obținerea prin sinteză in-situ a unui material compozit material compozit cu matrice din aliaje de aluminiu și inserții de particule ceramice din carburi (SiC, TiC, etc.), constă în esență în reacția directă dintre matricea de aliaj aluminiu lichid și gaz metan reactiv, prin barbotarea gazului în baia metalică, cu formarea particulelor de ranforsare.
Procesul se desfășoară într-un sistem închis, sub atmosferă inertă de Ar, și conține trei etape: topirea aliajului în creuzet, în cuptor electric încălzit la 950-1100°C pentru omogenizare, injectarea gazului reactiv în topitură, solidificarea materialului compozit primar, retopirea în cuptor cu inducție, în atmosferă de Ar la presiunea de 2,5 mbar și turnarea materialului compozit în formă de turnare.
De exemplu, pentru obținerea materialelor compozite de tipul AlSi7+12MgO,5-H),7 / 10-H 5SiCpartjCUie, matricea metalică lichidă din aliaj AlSil5-^-22MgO,5Ή,0, la temperaturi de 950-1100°C se barbotează cu un amestec argon Ar / gaz metan CH4 ; reacția directă, de tip gaz-lichid are loc între carbonul format din gazul metan disociat și siliciu, cu sinteza de particule de ranforsare SiC, de dimensiuni micronice, stabile termodinamic și dispersate uniform în masa de aliaj topit. Prin retopire și tumare-solidificare, se obține un material compozit aliaj de aluminiu/carbură de siliciu particule sub formă de semifabricat turnat.
Instalația propusă, pentru pentru obținerea prin sinteză in-stiu a unui material compozit material compozit cu matrice din aliaje de aluminiu și inserții de particule ceramice din carburi (SiC, TiC, etc.), prin barbotarea gazului metan în baia metalică, cu formarea particulelor de ranforsare este compusă dintr-un cuptor electric cu rezistență, tuhulaivertical, o cameră de topire-reacție , din oțel inoxidabil refractar, închisă etanș și de alimentare cu gaze. .7 *
iV 2 Ο 1 Ο - Ο Ο θ 3 5 - 1 5 -09- 2010 φ'
Se dă în continuare un exemplu de realizare conform figurii. Fig. 1 Secțiune prin instalație
Camera 1, de topire-reacție (fig. 1) este compusă din corpul camerei 1 de topire, capacul camerei de topire 5, creuzetul de topire - reacție 3 și tubul 4, de introducere a amestecului de gaz reactiv c.
Corpul camerei de topire 1, din oțel inoxidabil este prevăzut cu o flanșă pentru cuplarea capacului 5, mânere de manipulare la partea superioară, un racord de legătură cu tubul de introducere a amestecului de gaze și un șurub de fixare pe un suport și de poziționare în cuptor.
Capacul camerei de topire 1, este confecționat cu o cameră interioară pentru răcire cu apă a, b, o flanșă de fixare pe corp, țevi racord pentru circulația apei de răcire a și pentru introducerea gazului de protecție Ar și evacuarea gazelor din incintă, precum și mânere pentru manipulare și fixare.
Creuzetul de topire - reacție 2, 3, este confecționat din grafit dens, prevăzut la partea inferioară cu găuri pentru insuflarea cu gaz reactiv c.
Tubul de insuflare a gazului reactiv 4, este confecționat dintr-un tub din grafit de dens fixat într-o țeavă din oțel inoxidabil refractar având la partea superioară un racord de cupare la fundul creuzetului, și la partea inferioară un racord la instalația de alimentare cu gaz reactiv
c.
Procedeul de obținere a compozitelor aliaje de aluminiu AlSi / SiCp, conform invenției, are ca fundament procesele chimice de disociere a gazului metan și de reacție între carbonul format și siliciul din aliajul lichid, precum și cu aluminiul din aliajul lichid, care au loc:
CH4 (gaz) — C [solid] “F Ht (gaz)
Cfsolid] F Si {lichid} ~ SÎC [solid]
3C [S0|id] + 4A1 {lichid} = A14C3 [solid]
Reacțiile chimice sunt posibile termodinamic la temperaturi de 900 -1100 °C.
Reacția dintre carbon și siliciu se desfășoară simultan cu cea dintre carbon și aluminiu. Pentru a micșora sau/și elimina probabilitatea de formare a particulelor de AI.4C3 care generează fisuri la interfața particulă / matrice la temperaturi mai mari de 900°C se adaugă un exces de siliciu peste limita de 7% gr. în aliajul final.
Mecanismul procesului de formare a SiC conține următoarele etape principale:
- disocierea metanului în carbon (particule) și hidrogen (gaz)
- difuzia particulelor de carbon către interfața gaz/topitură
- difuzia particulelor de carbon în topitură
- reacția carbonului cu siliciul din topitură, cu nucleerea și creșterea particulelor de SiC: C(|) + Si(|) — SiC(menomer) , SlC(nionomer) ~ SiC(Crjsța|).
Procedeul, conform invenției, înlătură unele din dezavantajele procedeelor cunoscute prin aceea că: prin barbotarea matricei lichide de aliaj de aluminiu AlSiMg cu gaz metan, la temperaturi de 900 - 1100 °C determinate cu termocuplul d, are loc disocierea CH4 și reacția dintre carbonul rezultat și siliciu, se formează particule de ranforsare din SiC, de dimensiuni micronice (5-10 μ), stabile termodinamic și dispersate uniform în masa de aliaj topit; după solidificare, îmbinările la interfețele matrice - particule sunt aderente, cu legături structurale între faze, tară a fi necesare tratamente superficiale de acoperiri prealabile ale materialelor de ranforsare, ca în cazul altor procedee de obținere a compozitelor; prin introducerea în aliajul de matrice a unei cantități mai mari de 7% gr. Si, se evită formarea de particule stabile
^-2010-00835-1 5 -09- 2010
2/ magneziu, se catalizează procesul de sinteză a SiC, se reduce durata procesului desfășurat în intervalul optim de temperatură, și astfel se reduc consumurile energetice.
Instalația, conform invenției, înlătură unele din dezavantajele instalațiilor principiale cunoscute prin aceea că: are în componență o cameră închisă de topire-reacție, cu construcții și racorduri pentru circulația apei de răcire și introducerea și evacuare continuă a gazului de protecție și gazelor rezultate; are în componență un creuzet de grafit cu înălțime ridicată, care permite un timp de contact gaz reactiv - topitură suficient și un racord de insuflare a gazului reactiv (amestec 90% CH4 / 10% Ar) prin partea inferioară a creuzetului, printr-un număr mare de duze de cca. lmm diametru dispuse uniform la fundul băii lichide, care asigură un debit corespunzător de gaz reactiv și o mărime potrivită a bulelor de gaz, și astfel, un randament maxim de utilizare a gazului reactiv, realizarea de particule de ranforsare de SiC cu dimensiuni mici (5-10 μ), și o durată optimă a procesului.
Materiile prime utilizate pentru obținerea materialului compozit AlSi7^12-Mg-0,5+l / SiCparticuie sunt: aluminiu, siliciu, magneziu și gaz metan (amestec 90% CH4 / 10% Ar). Aliajul lichid de matrice, care conține siliciu în exces corespunzător cantității de carbură de siliciu necesară în compozit, cu compoziția AlSil5+22Mg0,5+0,7, se elaborează separat. Se introduce cantitatea de aliaj de matrice solid în creuzetul camerei de topire reacție, se topește în atmosferă de Ar și se aduce la temperatura de 900 - 1100 °C. Se insuflă amestecul de gaz reactiv purificat, preîncălzit, cu un debit corespunzător, și o durată stabilită în raport cu cinetica procesului, pentru asigurarea desfășurării procesului la parametrii optimi și pentru formarea particulelor de SiC de mărimea și cantitatea necesară.
Schița instalației cu camera de topire-reacție este prezentată în figura 1.
Invenția prezintă următoarele avantaje: se utilizează materii prime mai ieftine, aliaje de matrice în stare turnată, în loc de semifabricate deformate sau sub formă de pulberi; se elimină necesitatea tratamentelor superficiale de acoperiri cu straturi subțiri de elemente care asigură urnectabilitatea în fază lichidă și aderența cu matricea în fază solidă și care sunt complicate și costisitoare; procedeul implică un număr mic de operații, cu durate reduse și cu consumuri energetice scăzute; procedeul permite obținerea de materiale compozite cu o distribuție foarte omogenă a particulelor de ranforsare ceramice în matricea metalică; se obține o stabilitate înaltă a îmbinării matrice - armătură datorită caracteristicilor interfețelor, urmare formării „in situ” a acestora, premisă a unor caracteristici fizico - mecanice înalte.
Se dă în continuare un exemplu de aplicare a procedeului.
Materialul compozit care urmează a fi realizat este de tipul aliaj de aluminiu Al-Si7-Mg0,7 cu 10 % greutate inserții de particule de ranforsare de SiC.
Pentru obținerea unei șarje de 300g material compozit AlSi7Mg0,7/10%SiCp, se introduce în creuzetul de grafit, în camera de topire-reacție, cantitatea de 310 g aliaj AlSil5MgO,7, elaborat în prealabil. Se încălzește șarja până la temperatura de proces 1000°C, sub atmosferă de argon, și se menține 15 min. pentru omogenizare. Prin tubul de insuflare a gazului reactiv al instalației se introduce un amestec de 10%CH4 și argon la un debit de 0,3 l/min, sub atmosferă protectoare de argon. După 10 ore se oprește barbotarea topiturii și se răcește șarja de material compozit primar obținut, în camera de topire-reacție, sub atmosferă protectoare de argon. Materialul compozit primar obținut, pentru omogenizare, se retopește în cuptor electric cu inducție, în atmosferă de argon la presiunea de 1,5-2,5 mbar, la temperatura de 670-700 °C, se menține topitură o durată de 5-10 min, și se toarnă în formă de turnare, sub atmosfera de Ar.
Se obține un material compozit cu matricea din aliaj de aluminiu AlSi7MgO,7 cu 10%gr. particule de SiC, cu dimensiuni de particule de 5 + 10 pm, sub formă de semifabricat turnat.
Claims (3)
- REVENDICĂRIPROCEDEU ȘI INSTALAȚIE DE OBȚINERE PRIN PROCES IN-SITU A MATERIALELOR COMPOZITE CU MATRICE DIN ALIAJE DE ALUMINIU ȘI PARTICULE DE RANFORSARE DIN CARBURI, caracterizat prin aceea că:1. Procedeu de obținere a unor materiale compozite cu matrice din aliaje de aluminiu aliate cu elemente care formează carburi, cum sunt siliciul, titanul, ranforsate cu particule ceramice din carburi (carbură de siliciu, carbură de titan, etc.), printr-un proces in-situ, desfășurat în atmosferă de argon, prin insuflarea de gaz metan introdus ca amestec CH/Ar, în baie de aliaj aluminiu-siliciu, disocierea gazului metan și reacția de sinteză a carburii între carbonul format și elementul din aliajul lichid.
- 2. Procedeu conform revendicării 1, caracterizat prin aceea că, pentru obținerea compozitelor cu matrice din aliaje de aluminiu-siliciu și particule de ranforsare de SiC cu dimensiuni mici, de 5-10 μ, dispuse omogen, matricea de aliaj lichid conține min. 7%Si pentru evitarea formării carburii de aluminiu și 0,5-0,7%Mg cu rol de catalizator, iar procesul se desfășoară prin insuflarea amestecului de gaz 10%CH4 / 90%Ar la temperatura de 900 1100 °C, cu o durată de 5-10 ore, răcirea și apoi retopirea compozitului primar la 670-700 °C, în atmosferă de Ar, la presiunea de 1,5-2,5 mbar, cu menținerea de 5-10 min. pentru omogenizare și turnarea în formă de turnare.
- 3. Instalație de obținere a unor materiale compozite cu matrice din aliaje de aluminiu ranforsate cu particule ceramice din carburi prin proces in - situ, prin insuflarea de gaz metan introdus ca amestec CH4/Ar, în baie de aliaj lichid, caracterizată prin aceea că, conform revendicărilor 1 și 2 are în componență o cameră închisă de topire-reacție, cu capac răcit cu apă și racorduri pentru circulația apei de răcire și admisia și evacuarea continuă a gazului de protecție și gazelor rezultate, în care este introdus un creuzet de grafit dens cu înălțime ridicată, care permite un timp de contact gaz reactiv - topitură suficient, având la partea inferioară un racord de insuflare a amestecului 90% CH4 / 10% Ar printr-un număr de duze de cca. lmm diametru, dispuse uniform la fundul băii lichide, care asigură un debit corespunzător de gaz reactiv, o durată optimă a procesului și o mărime potrivită a bulelor de gaz, și astfel, un randament ridicat de utilizare a gazului reactiv.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| ROA201000835A RO127408A2 (ro) | 2010-09-15 | 2010-09-15 | Procedeu şi instalaţie de obţinere prin proces in situ a materialelor compozite cu matrice din aliaje de aluminiu şi particule de ranforsare din carburi |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| ROA201000835A RO127408A2 (ro) | 2010-09-15 | 2010-09-15 | Procedeu şi instalaţie de obţinere prin proces in situ a materialelor compozite cu matrice din aliaje de aluminiu şi particule de ranforsare din carburi |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RO127408A2 true RO127408A2 (ro) | 2012-05-30 |
Family
ID=46160465
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| ROA201000835A RO127408A2 (ro) | 2010-09-15 | 2010-09-15 | Procedeu şi instalaţie de obţinere prin proces in situ a materialelor compozite cu matrice din aliaje de aluminiu şi particule de ranforsare din carburi |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RO (1) | RO127408A2 (ro) |
-
2010
- 2010-09-15 RO ROA201000835A patent/RO127408A2/ro unknown
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Pramod et al. | Aluminum-based cast in situ composites: a review | |
| EP0113249B1 (en) | Metallic materials reinforced by a continuous network of a ceramic phase | |
| CN101608277B (zh) | 一种原位颗粒增强镁基复合材料的电磁/超声制备方法 | |
| EP0330668A1 (en) | Process for forming metal-second phase composites and product thereof. | |
| CN101205581A (zh) | 使用Al-Ti-C-Sr合金细化剂制备的再生铝及其制备方法 | |
| CN105154725B (zh) | 一种高端铝锆中间合金及产业化制备方法 | |
| CN110423915A (zh) | 一种铝基复合材料的制备方法 | |
| RU2607857C1 (ru) | Способ получения электродов из сплавов на основе алюминида никеля | |
| CN109022962A (zh) | 一种航空用铝合金扁铸锭及其制造方法 | |
| CN110423914A (zh) | 一种稀土镁合金复合材料的制备方法 | |
| EP2526214A2 (en) | Particulate aluminium matrix nano-composites and a process for producing the same | |
| CN100357468C (zh) | 一种工业规模制备内生颗粒增强铝基复合材料的制备方法 | |
| WO2021035774A1 (zh) | 一种含锂的镁/铝基复合材料的制备方法 | |
| CN102230114A (zh) | 基于富Fe相优化的高硅铝合金及其制备方法 | |
| CN114294950B (zh) | 一种制备铝钛硼合金细化剂的设置及方法 | |
| CN102517464A (zh) | 原位自生颗粒增强钛基复合材料的制备方法 | |
| Hanyaloglu et al. | Reactive sintering of electroless nickel-plated aluminum powders | |
| Huashun et al. | The formation of AlN and TiN particles during nitrogen bearing gas injection into Al–Mg–Ti melt | |
| CN108439422B (zh) | 一种铝热还原制备硼化钛合金的方法 | |
| RO127408A2 (ro) | Procedeu şi instalaţie de obţinere prin proces in situ a materialelor compozite cu matrice din aliaje de aluminiu şi particule de ranforsare din carburi | |
| CN109652669A (zh) | 一种微纳级Mg2Si颗粒增强铝合金粉末及其制备方法 | |
| CN109261914A (zh) | 铝锂合金热顶连铸的装置及方法 | |
| CN102121076B (zh) | 一种脉冲电场下合成颗粒增强金属基复合材料的方法 | |
| Pai et al. | Stir cast aluminium alloy matrix composites | |
| CN103831421A (zh) | 一种制备局部增强铝基复合材料的方法 |