RU1026371C

RU1026371C - Method of producing multi-layer articles

Info

Publication number: RU1026371C
Authority: RU
Inventors: А.Г. Мержанов; В.И. Юхвид; М.З. Баранов; И.П. Боровинска; А.Р. Качин
Original assignee: Отделение Института химической физики АН СССР
Priority date: 1981-06-30
Filing date: 1981-06-30
Publication date: 1993-11-15

Description

Изобретение относитс к. порошковой металлургии, в частности к способу получени многослойных изделий и может быть использовано дл изготовлени Штампов, футеровки плавильных печей и режущих пластин.The invention relates to powder metallurgy, in particular to a method for producing multilayer products and can be used for the manufacture of Stamps, lining of melting furnaces and cutting inserts.

Известен способ получени многослойных изделий с рабочей поверхностью из твердого сплава, заключающийс в напрессовывании на материал основы, покрытого слоем меди, порошка твердого сплава, например карбида вольфрама, напрессовывании на слой карбида вольфрама меди в количестве, достаточном дл пропитки карбида вольфрама, и последую:щем спекании в инертной атмосфере.A known method of producing multilayer products with a working surface of hard alloy, which consists in pressing onto a base material coated with a layer of copper a powder of a hard alloy, for example tungsten carbide, pressing on a layer of copper tungsten carbide in an amount sufficient to impregnate tungsten carbide, and the following: sintering in an inert atmosphere.

Недостатком известного способа вл етс использование дорогосто щего сырь , сложного печного и нагревательного оборудовани , а также многостадийность и длительность технологического процесса.A disadvantage of the known method is the use of expensive raw materials, complex furnace and heating equipment, as well as the multi-stage and duration of the process.

Наиболее близким к предложенному способу по технической сущности и достигаемому результату вл етс способ получени многослойных изделий, включающий засыпку экзотермической смеси окислов металлов IV-VIII групп периодической таблицы с восстановителем, выбранным из группы, состо щей из алюмини , циркони , магни и титана, и неметалл или его окисел,; выбранный из группы; углерод, бор, кремний , борный ангидрид, двуокись кремни , подачу в нее газообразной среды аргона или азота при давлении 1-100 ати и воспламенение смеси.Closest to the proposed method in technical essence and the achieved result is a method for producing multilayer products, including filling an exothermic mixture of metal oxides of groups IV-VIII of the periodic table with a reducing agent selected from the group consisting of aluminum, zirconium, magnesium and titanium, and non-metal or its oxide ;; selected from the group; carbon, boron, silicon, boric anhydride, silicon dioxide, the supply of a gaseous medium of argon or nitrogen to it at a pressure of 1-100 MPa and ignition of the mixture.

Недостатком известного способа вл етс невозможность получени двухслойных изделий, состо щих из металлической основы исло тугоплавкого соединени , поскольку синтез производ т из одного сло однородной шихты, а дл разделени слоев в изделии необходимо воздействие центробежной силы, что значительно усложн ет технологический процесс и требует высокоскоростных центрифуг, при зтом получаемые многослойные изделий имеют низкую прочность соединени сло с основой и малую стойкость к воздействию ударных механических нагрузок, что ограничивает использование известного способа дл получени штампов и режущих пластин.The disadvantage of this method is the impossibility of obtaining two-layer products consisting of a metal base and a refractory compound, since the synthesis is carried out from one layer of a homogeneous charge, and centrifugal force is necessary to separate the layers in the product, which greatly complicates the process and requires high-speed centrifuges In this case, the resulting multilayer products have a low bond strength of the layer with the base and low resistance to shock mechanical loads, which limits the use of the known method for making dies and inserts.

Целью предложенного способа вл етс повышение прочности соединени сло с основой многослойных изделий.The aim of the proposed method is to increase the bond strength of the layer with the base of multilayer products.

Дл достижени поставленной цели в способе получени многослойных изделий, включающем засыпку на металлическую основу зкзотермической смеси окислов металлов с восстановителем, выбранным из группы, с«ЕТО щей из алюмини , циркони .In order to achieve the goal in a method for producing multilayer products, comprising backfilling an exothermic mixture of metal oxides with a reducing agent selected from the group with ITO from aluminum and zirconium onto a metal base.

магни , титана, и неметалла, выбранного из группы, содержащей углерод, бор, кремний, борный ангидрид, двуокись кремни , подачу аргона или азота под давлением 1-100magnesium, titanium, and non-metal selected from the group consisting of carbon, boron, silicon, boric anhydride, silicon dioxide, supply of argon or nitrogen under a pressure of 1-100

ати, воспламенение смеси, между основой и слоем помещают смесь дл формировани промежуточного сло , состо щую из смеси окисла, материала основы с восстановителем при соотношении смесей промежуточного сло и экзотермической смеси 1:10-1:5.Ignition of the mixture, a mixture is placed between the base and the layer to form an intermediate layer consisting of a mixture of oxide, a base material with a reducing agent at a ratio of mixtures of the intermediate layer and the exothermic mixture of 1: 10-1: 5.

С целью устранени микротрещин в слое металлическую сснову.со смес ми слоев помещают в теплоизол тор из материа5 пд, выбранного из группы, содержащей оюлспы алюмини , магни , кремни и нитрид бора.In order to eliminate microcracks in the layer, the metal base is placed with mixtures of layers in a heat insulator made of a 5 pd material selected from the group consisting of aluminum, magnesium, silicon, and boron nitride.

При соотношении масс экзотермической и промежуточной смеси более чем. 10:1With a mass ratio of exothermic and intermediate mixture more than. 10: 1

0 прочность сцбплени слоев резко падает. При соотношении масс меньшем, чем 5:1, прочность сцеплени существенно не увеличиваетс , но уменьшаетс твердость рабочего сло и его износостойкость.0 the strength of the staple layer drops sharply. When the mass ratio is less than 5: 1, the adhesion strength does not significantly increase, but the hardness of the working layer and its wear resistance are reduced.

5 Причиной падени твердости и износостойкости вл етс уменьшение ко1личества твердой составл ющей в рабочем слое покрыти за счет конвективного перемешива- ни расплава, продуктов промежуточного5 The reason for the drop in hardness and wear resistance is a decrease in the amount of solid component in the working layer of the coating due to convective mixing of the melt, intermediate products

0 сло и основной смеси.0 layer and the main mixture.

. Указанное соотношение смесей позвол ет получить расплав конечных продуктов, равномерное растекание по поверхности основы и последующее прочное сцепление. The specified ratio of the mixtures allows to obtain a melt of the final products, uniform spreading over the surface of the substrate and the subsequent strong adhesion

5 слоев многослойного издели . При этом под действием пол т жести происходит расслоение жидких продуктов: наиболее легкий продукт - окисел металла восстановител вытесн етс в верхний слой, тугоплавкое соединение образует второй слой, а металлсв зка , наход щийс в контакте с металлической основой, образует третий слой. Затем происходит кристаллизаци и остывание многослойного издели до комнатной температуры. Слой окисла металла восстановител практически не имеет сцеплени с слоем тугоплавкого соединени и механически легко отдел етс .5 layers of a multilayer product. At the same time, segregation of liquid products takes place under the influence of gravity: the lightest product, the metal oxide of the reducing agent, is forced into the upper layer, the refractory compound forms the second layer, and the metal bond in contact with the metal base forms the third layer. Then, the multilayer product crystallizes and cools to room temperature. The metal oxide layer of the reducing agent has practically no adhesion to the layer of the refractory compound and is easily separated mechanically.

При осуществлении способа без св зу0 ющей смеси нарушаетс равномерность (сплошность) растекани расплава тугоплавкого соединени по поверхности металлической основы., а затем по мере остьгвани многослойного издели происходит отслоение сло тугоплавкого соединени от металлической основы вследствие различий коэффициентов термического расширени материалов.When the method is carried out without a binder mixture, the uniformity (continuity) of the spreading of the melt of the refractory compound on the surface of the metal base is violated, and then, as the multilayer product is pulled apart, the layer of the refractory compound detaches from the metal base due to differences in the thermal expansion coefficients of the materials.

Слой св зующего металла обеспечивает плавное изменение термических свойств отThe binder metal layer provides a smooth change in thermal properties from

верхнего сло к металлической основе и поэтому существенных напр жений а многослойном изделии не возникает. Помещение металлической основы с экзотермической и св зующей смес ми и теплоизол тор, например AlaOa, MgO, SiOa, BN, приводит к устранению микротрещин е слое тугоплавкого соединени , так как скорость охлаждени заметно ослабл етс , а термические напр жени , привод щие к возникновению микротрещины, существенно уменьшаютс .the upper layer to the metal base and, therefore, significant stresses do not arise in the multilayer product. The placement of a metal base with exothermic and binder mixtures and a heat insulator, for example AlaOa, MgO, SiOa, BN, eliminates microcracks in the layer of the refractory compound, since the cooling rate is noticeably weakened, and thermal stresses leading to microcracks substantially decrease.

Конечным продуктом вл етс многослойное изделие с верхним слоем из тугоплавкого соединени и нижним слоем, вл ющимс металлической основой.The final product is a multilayer product with an upper layer of a refractory compound and a lower layer, which is a metal base.

П р и м е р 1. Получение многослойного издели с верхним слоем из карбида хрома и- нижним слоем из стали 45 (соотношение MacctO:1).EXAMPLE 1. Obtaining a multilayer product with an upper layer of chromium carbide and a lower layer of steel 45 (MacctO ratio: 1).

Готов т экзотермическую смесь дл получени карбида хрома с соотношением компонентов СгОз:А1:С °р,62:0,33:0,05 и св зующуюсмесь дл получени железа с соотношением компонентов Ре20з:А1Ч),73:0,27. An exothermic mixture is prepared to produce chromium carbide with a CrO3: A1: C: p component ratio, 62: 0.33: 0.05 and a binder for producing iron with a Re203: A1H component ratio), 73: 0.27.

Затем в графитовую форму помещают последовательнук) стальную цилиндрическую пластину (основу) диаметром 58 мл и толщиной 10 мм, на ее поверхность - ровным слоем G г св зующей смеси, а на него вторым слоем 60 г экзотермической смеси. Смесь воспламен ют раскаленной вольфрамовой спиралью в реакторе при давлении аргона 50 ати. После завершени горени и полного остывани изделие извлекают из реактора.Then a series of steel cylindrical plate (base) with a diameter of 58 ml and a thickness of 10 mm is placed in the graphite form, on its surface with an even layer of G g of the binder mixture, and on it with a second layer of 60 g of the exothermic mixture. The mixture is ignited with a hot tungsten helix in a reactor at an argon pressure of 50 atm. After completion of combustion and complete cooling, the article is removed from the reactor.

Изделие состоит из трех слоев: верхний - шлак (окись алюмини ), средний - синтезированный слой металлоподобного вида и нижний - стальна основа. Шлак не имел сцеплени с металлоподобным синтезированным слоем и механически легко удал етс . Синтезированный металлоподобный слой равномерно располагалс по поверхности стальной основы, имел толщину 5 мм и прочное сцепление со стальной основой (см. таблицу). .The product consists of three layers: the upper one is slag (alumina), the middle one is a synthesized layer of a metal-like type, and the lower one is a steel base. The slag did not adhere to the metal-like synthesized layer and is mechanically easily removed. The synthesized metal-like layer was uniformly located on the surface of the steel base, had a thickness of 5 mm and strong adhesion to the steel base (see table). .

П р и м е р 2. Получение многослойного издели с верхним слоем из карбида хрома и нижним слоем из стали 45 (отсутствие св зующей смеси).Example 2. Preparation of a multilayer product with an upper layer of chromium carbide and a lower layer of steel 45 (lack of a binder mixture).

Способ осуществл ют аналогично примеру 1, но св зующую смесь не используют.The method is carried out analogously to example 1, but the binder mixture is not used.

При отсутствий св зующей смеси сформировать сло карбида хрома на поверхности стальной основы не удалось. Расплав неIn the absence of a binder mixture, it was not possible to form a layer of chromium carbide on the surface of the steel substrate. Melt not

растекаетс по поверхности основы, а располагаетс отдельными островками.spreads over the surface of the base, and has separate islands.

Примерз. Получение многослойного издели с верхним слоем из карбида хрома и нижним слоем из стали 45 (соотношение масс 5:1).Sample Obtaining a multilayer product with an upper layer of chromium carbide and a lower layer of steel 45 (mass ratio 5: 1).

Способ осуществл ют аналогично примеру 1. Прочность соединени с основой приведена в таблице.The method is carried out analogously to example 1. The strength of the connection with the base are shown in the table.

П р и м е р 4. Получение многослойного издели с верхним слоем из карбида хрома и нижним слоем из стали 45 (соотношение масс 11:1).PRI me R 4. Obtaining a multilayer product with an upper layer of chromium carbide and a lower layer of steel 45 (mass ratio 11: 1).

Способ осуществл ют аналогично примеру 1, но вес св зующей смеси составл л 5,5 г.The method is carried out analogously to example 1, but the weight of the binder mixture was 5.5 g.

Сцепление синтезированного сло со стальной подложкой слабое. При испытании на изноб при усилии прижати 7 кг/см синтезированный слой оторвало от стальной основы,The adhesion of the synthesized layer to the steel substrate is weak. When tested for knob with a compressive force of 7 kg / cm, the synthesized layer was torn off the steel base,

П р и м е р 5. Получение многослойного издели с верхним слоем из карбида хрома и нижним слоем из стали 45 (соотношение масс 4:1).PRI me R 5. Obtaining a multilayer product with an upper layer of chromium carbide and a lower layer of steel 45 (mass ratio 4: 1).

. Способ осуществл ют аналогично примеру 1, «ю вес св зующей смеси составл л 15 г.. The method is carried out analogously to example 1, “the weight of the binder mixture was 15 g.

Примере. Получение многослойного издели с верхним слоем мз карбида титана и хрома (12 TiC, 88 СгзСа), нижний слой из титана (соотношение масс 8:1).An example. Obtaining a multilayer product with an upper layer of mt titanium carbide and chromium (12 TiC, 88 CrzCa), the lower layer of titanium (mass ratio 8: 1).

Готов т экзотермическую смесь дл получени сложного карбида титана и хрома с соотношением компонентов СгОз:Т1О2:А :С 0,57:0,06:0,32:0.05 и св зующую смесь дл получени титана с соотношением-компонентов в Ti02:AHO,69:0,31.An exothermic mixture is prepared to obtain a complex titanium and chromium carbide with a ratio of CgO3: T1O2: A: C components of 0.57: 0.06: 0.32: 0.05 and a binder mixture to obtain titanium with a ratio of components in Ti02: AHO. 69: 0.31.

Затем в графитовую форму помещают последовательно титановую цилиндрическую пластину (основу) диаметром 58 мм и толщиной 10 мм, на ее поверхность - ровным слоем 7,5 г св зующей смеси, а на него - вторым слоем 60 г экзотермической смеси. Далее способ осуществл ют.аналогично примеру 1. Then, a titanium cylindrical plate (base) with a diameter of 58 mm and a thickness of 10 mm is sequentially placed in a graphite form, on its surface with an even layer of 7.5 g of the binder mixture, and on it with a second layer of 60 g of the exothermic mixture. Further, the method is carried out analogously to example 1.

Прочность сцеплени слоев определ ют на приборе УМВТ-1 при скручивании и значени ее приведены в таблице.The adhesion strength of the layers is determined on a UMVT-1 device during twisting and its values are given in the table.

Как следует из представленных в таблице результатов, предложенный способ обеспечивает повышение прочности соединени слоев в многослойном изделии.As follows from the results presented in the table, the proposed method provides an increase in the bond strength of the layers in a multilayer product.

(56) Авторское свидетельство СССР № 22Т945, кл. В 22 F 3/06, 1966.(56) Copyright certificate of the USSR No. 22T945, cl. B 22 F 3/06, 1966.

Авторское свидетельство СССР № 725326. кл. В 22 F 3/06. 1979. Формуле изобретени 1. СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ МНОГОСЛОЙНЫХ ИЗДЕЛИЙ, включающий зйсыпку на металлическую основу сло экзо термической смеси окислов металлов с восстановителем, вь1бранным из группы, содержащей алюминий, цирконий, магний, титан, и неметалла, выбранного из группы, содержащей углерод, бор, кремний, борный ангидрид, двуокись кремни , подачу аргона или азота под давлением 1 - 100 ати, воспламенение смесй, отличающийс тем, что, с целью у/1учшени прочности соединени опо с основой, между основой и . - . - . -,. / слоем помещают смесь дл формиро вани промежуточного сло , состо щую из смеси окисла, материала основы с soccfановителем при соотнощении смесей промежуточного сло и экзотермической смеси 1:10 1;5 .:; .:.. ::: ::-:;::; : -, - : . .. 2 . Способ по п. 1, отлича ю щийс тем, 4to, с цёлью устранени микротрещин в слое, металлическую основу со смес ми слоев ломещакзт в теплоизол тор из мате-; риала, выбранного из группы, содер кащей окислы алюмини , магни , кремни и нитрид бора.;USSR copyright certificate No. 725326. cl. B 22 F 3/06. 1979. Formula of the invention 1. METHOD FOR PRODUCING MULTILAYERED PRODUCTS, comprising adding to a metal base a layer of an exothermic mixture of metal oxides with a reducing agent selected from the group consisting of aluminum, zirconium, magnesium, titanium, and a non-metal selected from the group consisting of carbon, boron, silicon, boric anhydride, silicon dioxide, supply of argon or nitrogen at a pressure of 1-100 ati, ignition of mixtures, characterized in that, in order to improve the strength of the connection between the base and the base. -. -. - ,. / a layer is placed a mixture for forming an intermediate layer consisting of a mixture of oxide, a base material with a socfan, with a ratio of the mixtures of the intermediate layer and the exothermic mixture 1:10 1; 5.:; .: .. ::: :: -:; ::; : -, -:. .. 2. A method according to claim 1, characterized in that 4to, in order to eliminate microcracks in the layer, is a metal base with mixtures of scraped layers in a heat insulator made of mat; a trial selected from the group consisting of oxides of aluminum, magnesium, silicon and boron nitride .;