RU2080964C1 - Method of making composite material with metallic matrix and composite material made according such method - Google Patents

Method of making composite material with metallic matrix and composite material made according such method Download PDF

Info

Publication number
RU2080964C1
RU2080964C1 SU4742409A RU2080964C1 RU 2080964 C1 RU2080964 C1 RU 2080964C1 SU 4742409 A SU4742409 A SU 4742409A RU 2080964 C1 RU2080964 C1 RU 2080964C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
impregnation
filler
metal
aluminum
matrix
Prior art date
Application number
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Кеворк Ахаджанян Майкл
Юджин Хэннон Грегори
Гай Смит Рассел
Питер Бил Джон (младший)
Томас Берк Джон
Робин Кеннеди Кристофер
Original Assignee
Ланксид Текнолоджи Компани, Л.П.
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Ланксид Текнолоджи Компани, Л.П. filed Critical Ланксид Текнолоджи Компани, Л.П.
Application granted granted Critical
Publication of RU2080964C1 publication Critical patent/RU2080964C1/en

Links

Images

Landscapes

  • Manufacture Of Alloys Or Alloy Compounds (AREA)

Abstract

FIELD: composite materials. SUBSTANCE: impregnation intensifier and(or) initial component of said impregnation intensifier and(or) impregnating medium are connected with filling material or with pressing at least in some point during the process. That is why there is possibility for melt base metal to spontaneously impregnate said filling material or pressing. Such spontaneous impregnation occurs without pressure or vacuum. EFFECT: enhanced efficiency. 5 cl, 16 dwg, 11 tbl

Description

Изобретение относится к новому способу формования композитных тел с металлической матрицей. В частности, усилитель пропитки и/или исходное вещество усилителя пропитки и/или атмосфера пропитки сообщаются с наполнительным материалом или предварительно сформованной заготовкой, именуемой далее подпрессовкой, по крайней мере в некоторой зоне в ходе процесса, который дает возможность расплавить металл матрицы с целью самопроизвольной пропитки наполнительного материала или подпрессовки. Такая самопроизвольная пропитка происходит без необходимости использования какого-либо давления или вакуума. The invention relates to a new method for forming composite bodies with a metal matrix. In particular, the impregnation enhancer and / or the starting material of the impregnation enhancer and / or the impregnation atmosphere communicate with the filler material or preformed blank, hereinafter referred to as prepress, at least in some area during the process, which makes it possible to melt the matrix metal for the purpose of spontaneous impregnation filler material or prepress. Such spontaneous impregnation occurs without the need for any pressure or vacuum.

Композитные изделия, содержащие металлическую матрицу и упрочняющую или армирующую фазу, например керамические макрочастицы, нитевидные кристаллы, волокна и тому подобные материалы, являются многообещающими для разнообразных применений, так как они объединяют в себе кое-что от жесткости и износостойкости армирующей фазы с прочностью металлической матрицы. В основном композит с металлической матрицей будет демонстрировать улучшение таких свойств, как прочность, жесткость, контактная износостойкость, коэффициент теплового расширения (КТР), плотность, теплопроводность, сохранение прочности при повышенных температурах по отношению к основному металлу в монолитной форме, но степень, в какой может быть улучшено любое заданное свойство, зависит во многом от конкретных составляющих, их объемной или весовой доли и от того, каким образом их обрабатывают при формовании композита. В некоторых случаях композит также может быть легче по весу, чем основной металл сам по себе. Представляют интерес композиты с алюминиевой матрицей, армированные керамическими материалами, как карбид кремния в виде мелких частиц, хлопьев или нитевидных кристаллов, например, из-за их более высоких удельной жесткости (например, модуль упругости по отношению к плотности), износостойкости, теплопроводности, низкого коэффициента теплового расширения (КТР) и прочности при высоких температурах и/или удельной прочности (например, прочности от отношению к плотности) в отношении алюминия. Composite products containing a metal matrix and a reinforcing or reinforcing phase, such as ceramic particulates, whiskers, fibers, and the like, are promising for a variety of applications since they combine something from the stiffness and wear resistance of the reinforcing phase with the strength of the metal matrix . Basically, a composite with a metal matrix will demonstrate an improvement in such properties as strength, stiffness, contact wear resistance, coefficient of thermal expansion (KTR), density, thermal conductivity, and preservation of strength at elevated temperatures with respect to the base metal in a monolithic form, but the degree to which any given property can be improved, it depends largely on the specific components, their volumetric or weight fraction, and on how they are processed during the molding of the composite. In some cases, the composite may also be lighter in weight than the base metal itself. Of interest are composites with an aluminum matrix reinforced with ceramic materials, such as silicon carbide in the form of small particles, flakes or whiskers, for example, because of their higher specific stiffness (for example, the elastic modulus with respect to density), wear resistance, thermal conductivity, low coefficient of thermal expansion (CTE) and strength at high temperatures and / or specific strength (for example, strength versus density) in relation to aluminum.

До настоящего времени описаны различные металлургические процессы по изготовлению композитов с алюминиевой матрицей, включая способы, основанные на технологии порошковой металлургии и технологии пропитки жидким металлом, в которых используется литье под давлением, вакуумное литье, перемешивание и смачивание. Посредством технологии порошковой металлургии металл в виде порошка и армирующий материал в виде порошка, нитевидных кристаллов, раскрошенных волокон и тому подобное, смешивают и затем либо подвергают холодному прессованию и спеканию, либо горячему прессованию. Сообщалось, что композиты с алюминиевой матрицей, армированные карбидом кремния, которые были получены этим способом, имели максимальную долю объема керамического материала около 25 об. в случае нитевидных кристаллов и около 40 об. в случае мелких частиц. To date, various metallurgical processes for the manufacture of aluminum matrix composites have been described, including methods based on powder metallurgy technology and liquid metal impregnation technologies that use injection molding, vacuum casting, mixing and wetting. By powder metallurgy technology, a metal in the form of a powder and a reinforcing material in the form of a powder, whiskers, sparse fibers and the like are mixed and then either cold pressed and sintered or hot pressed. It was reported that composites with an aluminum matrix reinforced with silicon carbide, which were obtained by this method, had a maximum volume fraction of ceramic material of about 25 vol. in the case of whiskers and about 40 vol. in case of small particles.

Производство композитов с металлической матрицей способом порошковой металлургии с использованием известных процессов налагает определенные ограничения в отношении характеристики получаемой продукции. Объемная доля керамической фазы в композите обычно ограничена, например в случае мелких частиц до 40 Операция прессования также налагает ограничения в отношении практически достижимого размера. Только относительно простые формы изделия возможны без последующей обработки (например, формования или механической обработки) или без использования сложных процессов. В процессе спекания также может иметь место неравномерная усадка, равно как и неоднородность структуры, вызванная ликвацией в прессовках и ростом зерна. The production of metal matrix composites by powder metallurgy using known processes imposes certain restrictions on the characteristics of the resulting product. The volume fraction of the ceramic phase in the composite is usually limited, for example, in the case of fine particles, up to 40. The pressing operation also imposes restrictions on the practically achievable size. Only relatively simple forms of the product are possible without further processing (for example, molding or machining) or without the use of complex processes. During sintering, uneven shrinkage can also occur, as well as heterogeneity of the structure caused by segregation in the compacts and grain growth.

Известен способ формирования композита с металлической матрицей, содержащего волокнистый армирующий материал, например карбид кремния или глинозем в виде нитевидных кристаллов, имеющих заданные образцы ориентации волокон (см. Патент США N 3.970.136, кл. B 22 D 19/02, 1976). Композит получают путем укладки параллельных матов или войлока планарных волокон в изложнице с резервуаром расплавленного основного металла, например по крайней мере между несколькими из матов, и создание давления для того, чтобы вызвать пропитку матов расплавленным металлом и окружить им ориентированные волокна. Расплавленный металл можно сливать на стопу матов при одновременном пропускании его под давлением между матами. Сообщалось, что в композите загрузка или наполнение армирующих волокон доходили до 50 об. A known method of forming a composite with a metal matrix containing fibrous reinforcing material, for example silicon carbide or alumina in the form of whiskers having predetermined fiber orientation patterns (see US Patent N 3.970.136, CL B 22 D 19/02, 1976). The composite is obtained by laying parallel mats or felt of planar fibers in a mold with a reservoir of molten base metal, for example between at least several of the mats, and applying pressure in order to impregnate the mats with molten metal and surround them with oriented fibers. Molten metal can be drained onto the stack of mats while passing it under pressure between the mats. It was reported that in the composite, the loading or filling of reinforcing fibers reached 50 vol.

Вышеописанный способ пропитки в виде его зависимости от внешнего давления для форсирования расплавленного основного металла в сторону волокнистых матов подвержен воздействию превратностей, вызываемых давлением технологических процессов, т. е. возможной неоднородности формирования матрицы, пористости и тому подобное. Неоднородность свойств возможна даже несмотря на то, что расплавленный металл может быть введен во множестве мест в волокнистой структуре. Следовательно, для достижения адэкватного и однородного проникновения в стопу волокнистых матов необходимо обеспечить сложные структуры расположения матов и резервуара, а также траекторий потока. Упомянутый способ пропитки под давлением также дает возможность обеспечить только относительно низкое содержание армирующего материала по отношению к объемной доле матрицы, которая должна быть достигнута по причине трудности, присущей пропитке матов большего объема. Кроме того, для поддержания расплавленного металла под давлением необходимы изложницы, что повышает стоимость процесса. Наконец, вышеназванный способ, ограниченный пропиткой выравненных частиц или волокон, не направлен на формирование композитов с алюминиевой металлической матрицей, армированных материалами в форме хаотично ориентированных частиц, нитевидных кристаллов или волокон. The above-described method of impregnation in the form of its dependence on external pressure for forcing the molten base metal towards the fibrous mats is exposed to the vicissitudes caused by the pressure of technological processes, i.e., possible heterogeneity of matrix formation, porosity and the like. The heterogeneity of the properties is possible even though the molten metal can be introduced at many places in the fibrous structure. Therefore, in order to achieve adequate and uniform penetration of fiber mats into the foot, it is necessary to provide complex structures for the location of mats and the tank, as well as flow paths. The mentioned method of pressure impregnation also makes it possible to provide only a relatively low content of reinforcing material with respect to the volume fraction of the matrix, which should be achieved due to the difficulty inherent in the impregnation of larger mats. In addition, molds are needed to maintain molten metal under pressure, which increases the cost of the process. Finally, the above method, limited by impregnating the aligned particles or fibers, is not aimed at forming composites with an aluminum metal matrix reinforced with materials in the form of randomly oriented particles, whiskers or fibers.

При изготовлении композитов с алюминиевой матрицей, наполненных глиноземом (оксидом алюминия), алюминий не так легко увлажняет глинозем, тем самым затрудняя образование когерентного продукта. Предложены разные технические решения этой проблемы. Одним из них является покрытие глинозема металлом, например никелем или вольфрамом, который затем подвергается горячему прессованию совместно с алюминием. В другом способе алюминий сплавляют с литием, и глинозем может быть покрыт кремнеземом. Однако эти композиты показывают изменения в свойствах, или покрытия могут разрушать наполнитель, или же матрица содержит литий, который может отрицательно влиять на свойства матрицы. In the manufacture of composites with an aluminum matrix filled with alumina (aluminum oxide), aluminum does not so easily moisten alumina, thereby complicating the formation of a coherent product. Various technical solutions to this problem have been proposed. One of them is the coating of alumina with a metal, for example nickel or tungsten, which is then subjected to hot pressing together with aluminum. In another method, aluminum is alloyed with lithium, and alumina may be coated with silica. However, these composites show changes in properties, or coatings can destroy the filler, or the matrix contains lithium, which can adversely affect the properties of the matrix.

Известен способ, при котором устраняются некоторые трудности в области техники, которые встречаются в производстве композитов с алюминиевой матрицей, армированной глиноземом (см. Патент США N 4.232.091, кл. B 22 B 15/04). В этом патенте описывается применение давлений в диапазоне 75-375 кг/см2 для формирования расплавленного алюминия (или расплавленного алюминиевого сплава) в мат глинозема из волокон или нитевидных кристаллов, который предварительно нагревается до 700-1050oC. Максимальное объемное соотношение между глиноземом и металлом в результирующей твердой отливке составило 0,25 1. В связи с зависимостью достижения пропитки от внешнего давления этот способ подвержен многим из тех же недостатков, что способ Кеннела и др.There is a method in which some difficulties in the field of technology that are encountered in the production of composites with an aluminum matrix reinforced with alumina are eliminated (see US Patent N 4,232.091, CL B 22 B 15/04). This patent describes the use of pressures in the range of 75-375 kg / cm 2 to form molten aluminum (or molten aluminum alloy) into an alumina mat of fibers or whiskers, which is preheated to 700-1050 o C. The maximum volumetric ratio between alumina and the metal in the resulting solid casting was 0.25 1. Due to the dependence of the impregnation achievement on external pressure, this method is subject to many of the same drawbacks as the Kennel method and others.

Известно получение композитов на основе алюминия-глинозема, особенно полезных в качестве компонентов электролизеров, путем наполнения пустот в предварительно сформованной матрице из глинозема расплавленным алюминием (см. Европейскую патентную заявку N 115.742). В этой заявке подчеркивается несмачиваемость глинозема алюминием, поэтому для смачивания глинозема по всей подпрессовке используют различные способы. Например, глинозем покрывают смачивающим агентом диборидом титана, циркония, гафния или ниобия, или металлом, например литием, магнием, кальцием, титаном, хромом, железом, кобальтом, никелем, цирконием или гафнием. Для облегчения смачивания используются инертные атмосферы, например аргон. В этой заявке также описывается применение давления, чтобы побудить расплавленный алюминий проникать в непокрытую матрицу. В этом отношении пропитка достигается путем вакууминизации пор, а затем приложения давления к расплавленному алюминию в инертной атмосфере, например аргоне. Альтернативно подпрессовка может быть пропитана путем осаждения из паровой фазы для смачивания поверхности перед заполнением пустот путем пропитки расплавленным алюминием. Для обеспечения гарантированного удерживания алюминия в порах подпрессовки необходима термическая обработка, например, при температуре 1400 1800oC либо в вакууме, либо в среде аргона. В противном случае либо воздействие газа на пропитываемый под давлением материал, либо снятие давления пропитки вызовут потери алюминия из тела изделия.It is known to obtain composites based on aluminum-alumina, especially useful as components of electrolytic cells, by filling voids in a preformed matrix of alumina with molten aluminum (see European patent application N 115.742). This application emphasizes the non-wettability of alumina with aluminum, therefore, different methods are used to wet alumina throughout the pre-compression. For example, alumina is coated with a wetting agent on titanium, zirconium, hafnium or niobium diboride, or a metal, for example lithium, magnesium, calcium, titanium, chromium, iron, cobalt, nickel, zirconium or hafnium. Inert atmospheres such as argon are used to facilitate wetting. This application also describes the use of pressure to induce molten aluminum to penetrate an uncoated matrix. In this regard, impregnation is achieved by vacuumizing the pores, and then applying pressure to the molten aluminum in an inert atmosphere, such as argon. Alternatively, the prepress can be impregnated by vapor deposition to wet the surface before filling the voids by impregnation with molten aluminum. To ensure guaranteed retention of aluminum in the pores of the prepress, heat treatment is necessary, for example, at a temperature of 1400 1800 o C either in vacuum or in argon. Otherwise, either the action of gas on the material impregnated under pressure or the removal of the impregnation pressure will cause aluminum loss from the body of the product.

Также известно использование смачивающих агентов для осуществления пропитки глиноземного компонента в электролизере расплавленным металлом (см. Европейскую патентную заявку N 94353). В этой заявке описывается производство алюминия путем электролитического выделения с помощью электролитической ячейки, содержащей фидер катодного тока в виде обкладки или основы электролитической ячейки. Для защиты этой основы от расплавленного криолита перед включением электролитической ячейки или пока она погружена в расплавленный алюминий, полученный в результате электролитического процесса, на основу из глинозема наносят тонкий слой смеси смачивающего агента и подавителя растворимости. В качестве смачивающих веществ в этой заявке упоминается титан, цирконий, гафний, кремний, магний, ванадий, хром, ниобий или кальций, в качестве предпочитаемого вещества упоминается титан. В качестве соединений, полезных для давления растворимости смачивающих агентов в расплавленном алюминии, упоминаются соединения бора, углерода и азота. В этом источнике однако не предлагается получение композитов с металлической матрицей и не предлагается формование таких композитов, например, в атмосфере азота. It is also known to use wetting agents for impregnating an alumina component in a molten metal electrolyzer (see European Patent Application No. 94353). This application describes the production of aluminum by electrolytic separation using an electrolytic cell containing a cathode current feeder in the form of a plate or base of an electrolytic cell. To protect this base from molten cryolite before turning on the electrolytic cell or while it is immersed in molten aluminum obtained as a result of the electrolytic process, a thin layer of a mixture of a wetting agent and a solubility suppressant is applied to the base from alumina. As wetting agents, titanium, zirconium, hafnium, silicon, magnesium, vanadium, chromium, niobium or calcium are mentioned in this application; titanium is mentioned as the preferred substance. As compounds useful for the solubility pressure of wetting agents in molten aluminum, boron, carbon and nitrogen compounds are mentioned. However, this source does not propose the preparation of metal matrix composites and does not propose the formation of such composites, for example, in a nitrogen atmosphere.

Кроме использования давления и смачивающего агента также публиковалось, что примененный вакуум будет помогать пенетрации расплавленного алюминия в пористую керамическую плотную массу. Например, известна пропитка керамической плотной массы (например, карбида бора, оксида алюминия и окиси бериллия) либо расплавленным алюминием, бериллием, магнием, титаном, ванадием, никелем или хромом под вакуумом менее 10-6 Тор (см. Патент США N 3.718.441, кл. B 44 D 1/02, 1973). Вакуум 10-2 10-6 Тор привел к плохому смачиванию керамического материала расплавленным металлом в той степени, что металл свободно не поступал в пустоты, имеющиеся в керамическом материале. Однако указывалось, что смачивание улучшается, когда вакуум понижался до менее 10-6 Тор.In addition to using pressure and a wetting agent, it has also been published that the applied vacuum will help penetrate molten aluminum into a porous ceramic dense mass. For example, it is known to impregnate a ceramic dense mass (e.g., boron carbide, aluminum oxide and beryllium oxide) or molten aluminum, beryllium, magnesium, titanium, vanadium, nickel or chromium under a vacuum of less than 10 -6 Torr (see US Patent N 3,718,441 , CL B 44 D 1/02, 1973). A vacuum of 10 -2 10 -6 Torr led to poor wetting of the ceramic material by molten metal to the extent that the metal did not freely enter the voids present in the ceramic material. However, it was indicated that wetting improves when the vacuum drops to less than 10 -6 Torr.

Также известно использование вакуума для достижения пропитки (см. Патент США N 3.864.154, кл. C O3 C 17/00, 1975). В этом патенте описывается загрузка плотной массы холодного прессования порошка AlB12 на слой алюминиевого порошка холодного прессования. Дополнительный алюминий затем наносят поверх уплотненного порошка AlB12. Тигель, заполненный уплотненным AlB12, "расположенным подобно сэндвичу" между слоями порошка алюминия, поместили в вакуумную печь. Для осуществления дегазирования в печи был создан вакуум глубиной примерно до 10-5 Тор. Температуру в дальнейшем повысили до 1100oC и поддерживали ее в течение 3 ч. При этих условиях расплавленный алюминий пропитал пористую уплотненную массу AlB12.It is also known to use a vacuum to achieve impregnation (see US Patent No. 3.864.154, class C O3 C 17/00, 1975). This patent describes loading a dense mass of cold pressed AlB 12 powder onto a layer of aluminum cold pressed powder. Additional aluminum is then applied over a compacted AlB 12 powder. A crucible filled with a compacted AlB 12 “sandwich-like” between layers of aluminum powder was placed in a vacuum oven. For degassing, a vacuum of up to about 10 -5 Torr was created in the furnace. The temperature was further increased to 1100 ° C. and maintained for 3 hours. Under these conditions, molten aluminum impregnated the porous compacted mass AlB 12 .

Известна концепция создания самогенерируемого вакуума в теле для улучшения пенетрации расплавленного металла в тело (см. Патент США N 3.364.976, 1968). В частности, описывается, что тело, например графитовая изложница, стальная изложница или пористый огнеупорный материал, полностью погружают в расплавленный металл. В случае изложницы полость изложницы, заполненная газом, взаимодействующим с металлом, сообщается с расположенным снаружи расплавленным металлом через по меньшей мере одно отверстие в изложнице. Когда изложница погружена в расплав, заполнение полости происходит тогда, когда в результате реакции между газом, находящимся в полости, и расплавленным металлом образуется самогенерируемый вакуум. В частности, вакуум является результатом образования твердой окисленной фазы металла. Таким образом, в этом патенте описывается то, что является существенным для начала реакции между газом, содержащимся в полости, и расплавленным металлом. Однако использование изложницы для создания вакуума может быть нежелательным из-за характерных ограничений, связанных с использованием изложницы, так как последней необходимо придать особую форму путем механической обработки, после чего подвергнуть отделке путем механической обработки для получения приемлемой литьевой поверхности в изложнице, после чего производится сборка перед применением, а затем разборка после использования для извлечения отлитого изделия из нее; после этого изложница ремонтируется, что скорее всего выражается в повторной чистовой обработке поверхностей изложницы или отбраковке изложницы, если она больше не пригодна для использования. Механическая обработка изложницы сложной конфигурации может быть очень дорогой и требовать больших затрат времени. Кроме того, извлечение сформованной детали из изложницы сложной конфигурации также может быть трудным (т. е. отлитые детали сложной конфигурации могут быть повреждены во время извлечения из изложницы). И еще, хотя указывается, что пористый угнеупорный материал может погружаться непосредственно в расплавленный металл без потребности в изложнице, огнеупорный материал должен быть монолитным куском, потому что нет сообщений о пропитке рыхлого или раздельного пористого материала при отсутствии использования содержащей изложницы (т. е. вообще считается, что частицеобразный материал будет типично диссоциироваться или расплываться по помещении на расплавленный металл). Кроме того, при необходимости пропитки порошкообразного материала или рыхло сформованной подпрессовки необходимо принять меры предосторожности, чтобы пропитывающий металл не перемещал, по крайней мере, участки макрочастиц или подпрессовки, приводя к неоднородной микроструктуре. The known concept of creating a self-generated vacuum in the body to improve the penetration of molten metal into the body (see US Patent N 3.364.976, 1968). In particular, it is described that a body, for example a graphite mold, a steel mold or a porous refractory material, is completely immersed in molten metal. In the case of the mold, the mold cavity filled with gas interacting with the metal communicates with the molten metal externally through at least one opening in the mold. When the mold is immersed in the melt, filling of the cavity occurs when a self-generated vacuum is formed between the gas in the cavity and the molten metal. In particular, vacuum is the result of the formation of a solid oxidized metal phase. Thus, this patent describes what is essential to initiate the reaction between the gas contained in the cavity and the molten metal. However, the use of the mold to create a vacuum may be undesirable due to the characteristic limitations associated with the use of the mold, since the latter must be given a special shape by machining, and then machined to obtain an acceptable casting surface in the mold, after which assembly before use, and then disassembly after use to extract the molded product from it; after that, the mold is repaired, which is most likely expressed in repeated finishing of the surfaces of the mold or rejection of the mold if it is no longer suitable for use. Machining molds of complex configuration can be very expensive and time consuming. In addition, extracting the molded part from the mold of complex configuration can also be difficult (i.e., molded parts of complex configuration may be damaged during removal from the mold). And yet, although it is indicated that the porous refractory material can be immersed directly in the molten metal without the need for a mold, the refractory material should be a monolithic piece, because there are no reports of impregnation of loose or separate porous material in the absence of using a containing mold (i.e., in general it is believed that the particulate material will typically dissociate or diffuse upon placement onto molten metal). In addition, if it is necessary to impregnate a powdery material or a loosely formed preform, care must be taken to ensure that the impregnating metal does not move at least portions of the particulate or preform, resulting in a heterogeneous microstructure.

Соответственно, давно ощущается потребность в простом и надежном способе для производства сформированных композитов с металлической матрицей, который не основывается на использовании приложения давления или вакуума (прилагаемого снаружи или создаваемого внутри), или не разрушал бы смачивающие агенты, используемые для образования металлической матрицы, поглощающей другой материал, как керамический материал. Кроме того, также давно ощущается необходимость в снижении количества конечных механических обработок, связанных с производством композитного тела с металлической матрицей. Accordingly, there has long been a need for a simple and reliable method for the production of formed composites with a metal matrix, which is not based on the use of pressure or vacuum (applied externally or internally), or would not destroy the wetting agents used to form a metal matrix that absorbs another material like ceramic material. In addition, there has also long been a need to reduce the number of final mechanical treatments associated with the production of a composite body with a metal matrix.

Изобретение удовлетворяет эти потребности путем создания механизма самопроизвольной пропитки для пропитки материала, например керамического, который может быть сформован в подпрессовку, расплавленным основным металлом, например алюминием, в присутствии пропитывающей атмосферы, например азота, при нормальных атмосферных давлениях при условии, что исходный компонент усилителя пропитки присутствует по крайней мере в некоторой точке во время процесса. The invention satisfies these needs by creating a spontaneous impregnation mechanism for impregnating a material, for example ceramic, which can be molded into prepress, with molten base metal, for example aluminum, in the presence of an impregnating atmosphere, for example nitrogen, at normal atmospheric pressures, provided that the initial component of the impregnation amplifier present at least at some point during the process.

Объект изобретения относится к объекту изобретения нескольких других ожидающих решения и находящихся в общей собственности заявок на патент. В частности, в этих заявках на патент описываются новые способы получения композитных материалов с металлической матрицей (здесь и далее иногда именуемые как "Общей собственности патентные заявки на металлические матрицы"). The subject matter relates to the subject matter of several other pending and jointly owned patent applications. In particular, these patent applications describe new methods for producing composite materials with a metal matrix (hereinafter sometimes referred to as "Commonly Owned Patent Applications for Metal Matrices").

Известен новый способ получения композитного материала с металлической матрицей (см. Патент США N 4.823.008, 1989), согласно которому композит с металлической матрицей получают путем пропитки проницаемой массы наполнительного материала, например керамического или керамикой покрытого, расплавленным алюминием, содержащим по крайней мере 1 мас. магния, предпочтительно не менее 3 мас. магния. Пропитка протекает самопроизвольно без применения внешнего давления или вакуума. Подача расплавленного сплава металла приводится в контакт с массой наполнительного материала при температуре не менее 675oC в присутствии газа, содержащего 10 100 и предпочтительно не менее 50 азота по объему, а остальной газ, если он присутствует, представляет собой неокисляющий газ, например аргон. В этих условиях расплавленный алюминиевый сплав пропитывает керамическую массу при нормальном атмосферном давлении, образуя композит с алюминиевой матрицей или матрицей из алюминиевого сплава. После того, как необходимое количество наполнительного материала было пропитано расплавленным сплавом алюминия, температуру снижают для отверждения сплава с образованием в результате прочной структуры металлической матрицы, которая содержит армирующий наполнительный материал. Обычно и предпочтительно подача подаваемого расплавленного сплава будет достаточной для возможности пропитки по существу до границ массы наполнительного материала. Количество наполнителя в композитах с алюминиевой матрицей, полученных согласно этому патенту, может быть очень высоким. В этом отношении могут быть достигнуты объемные соотношения между наполнителем и сплавом выше 1 1.A new method is known for producing a composite material with a metal matrix (see US Pat. No. 4.823.008, 1989), according to which a composite with a metal matrix is obtained by impregnating a permeable mass of filler material, for example, ceramic or coated with ceramic, with molten aluminum containing at least 1 wt. magnesium, preferably not less than 3 wt. magnesium. Impregnation proceeds spontaneously without the use of external pressure or vacuum. The supply of the molten metal alloy is brought into contact with the mass of filler material at a temperature of at least 675 ° C. in the presence of a gas containing 10 100 and preferably at least 50 nitrogen by volume, and the remaining gas, if present, is a non-oxidizing gas, for example argon. Under these conditions, the molten aluminum alloy impregnates the ceramic mass under normal atmospheric pressure, forming a composite with an aluminum matrix or an aluminum alloy matrix. After the required amount of filler material has been impregnated with the molten aluminum alloy, the temperature is lowered to cure the alloy to form a strong metal matrix structure that contains a reinforcing filler material. Typically and preferably, a feed of molten alloy will be sufficient to saturate substantially to the bulk boundaries of the filler material. The amount of filler in the aluminum matrix composites prepared according to this patent can be very high. In this regard, volumetric ratios between the filler and the alloy above 1 1 can be achieved.

В условиях этого способа нитрид алюминия может образовать прерывистую фазу, диспергированную по алюминиевой матрице. Количество нитрида в алюминиевой матрице может изменяться в зависимости от таких факторов, как температура, состав сплава, состав газа и наполнительный материал. Таким образом, путем управления одним или более факторами в системе, можно придавать определенные свойства композиту. Однако для некоторых целевых применений может быть необходимым, чтобы композит содержал мало или совсем не содержал нитрида алюминия. Under the conditions of this method, aluminum nitride can form a discontinuous phase dispersed in an aluminum matrix. The amount of nitride in the aluminum matrix may vary depending on factors such as temperature, alloy composition, gas composition and filler material. Thus, by controlling one or more factors in the system, certain properties can be imparted to the composite. However, for some targeted applications it may be necessary for the composite to contain little or no aluminum nitride.

Отмечено, что более высокие температуры содействуют пропитке, но делают процесс более активным в отношении образования нитрида. В этом известном способе предоставляется возможность выбора баланса между кинетикой пропитки и образованием нитрида. It is noted that higher temperatures promote impregnation, but make the process more active in relation to the formation of nitride. In this known method, it is possible to choose a balance between the kinetics of impregnation and the formation of nitride.

Пример соответствующего барьерного средства для использования при образовании композита с металлической матрицей известен (см. Патентную заявку США совместной собственности N 141.642, 1988). Согласно этому способу барьерное средство, например частицеобразный диборид титана или графитовый материал, как гибкая графитовая фольга, производимая фирмой "Юнион карбид" и продаваемая под товарным знаком Графойл, размещалось на определенной поверхностной границе наполнителя и основной сплав пропитывает до границы, определяемой барьерным средством. Барьерное средство используется для ингибирования, предотвращения или прекращения пропитки расплавленного сплава, тем самым обеспечивая чистые или почти чистые формы в результирующем композите с металлической матрицей. Соответственно сформованные композитные тела с металлической матрицей имеют наружную форму, которая по существу соответствует внутренней форме барьерного средства. An example of an appropriate barrier agent for use in the formation of a composite with a metal matrix is known (see US Patent Application No. 141.642, 1988). According to this method, a barrier agent, for example, particle-like titanium diboride or graphite material, such as flexible graphite foil manufactured by Union Carbide and sold under the trademark Grafoil, is placed on a specific surface boundary of the filler and the main alloy is impregnated to the boundary defined by the barrier agent. A barrier agent is used to inhibit, prevent, or stop impregnation of the molten alloy, thereby providing pure or nearly pure forms in the resulting composite with a metal matrix. Correspondingly formed composite bodies with a metal matrix have an external shape, which essentially corresponds to the internal shape of the barrier means.

Способ (см. Патентную заявку США N 049.171) был усовершенствован патентной заявкой США общей собственности и одновременно рассматриваемой N 168.284, поданной 15 марта 1988 г. и озаглавленной "Композиты с металлической матрицей и способы их получения". В соответствии со способами, описанными в этой патентной заявке США, сплав основного металла присутствует как первый источник металла и как резервуар сплава основного металла, который сообщается с первым источником расплавленного металла в силу, например, гравитационного потока. В частности, в условиях, описанных в этой патентной заявке, первый источник расплавленного основного сплава начинает пропитывать массу наполнителя при нормальных атмосферных давлениях и тем самым начинает формование композита с металлической матрицей. Первый источник расплавленного основного металлического сплава потребляется во время его пропитки в массе наполнителя и при необходимости может пополняться предпочтительно непрерывно из резервуара расплавленного основного металла, когда продолжается самопроизвольная пропитка. Когда требуемое количество проницаемого наполнителя было самопроизвольно пропитано расплавленным основным сплавом, температура снижается для отверждения, образуя в результате твердую структуру с металлической матрицей, которая заключает в себе армирующий наполнительный материал. Должно быть понятно, что использование резервуара с металлом является просто одним вариантом реализации изобретения, описанного в этой патентной заявке, и необязательно объединять вариант резервуара с каждым альтернативным вариантом реализации изобретения, который здесь описан, причем некоторые из них могут быть выгодными для использования в комбинации с данным изобретением. The method (see US Patent Application No. 049.171) was improved by the US patent application of common ownership and at the same time pending N 168.284, filed March 15, 1988 and entitled "Composites with a metal matrix and methods for their preparation." In accordance with the methods described in this US patent application, a base metal alloy is present as a first metal source and as a reservoir of a base metal alloy that communicates with the first source of molten metal by virtue of, for example, gravitational flow. In particular, under the conditions described in this patent application, the first source of molten base alloy begins to impregnate the filler mass at normal atmospheric pressures and thereby begins to form a composite with a metal matrix. The first source of molten base metal alloy is consumed during its impregnation in the filler mass and, if necessary, can be replenished preferably continuously from the pool of molten base metal when spontaneous impregnation continues. When the required amount of permeable filler was spontaneously impregnated with the molten base alloy, the temperature is lowered for curing, resulting in a solid structure with a metal matrix that encloses a reinforcing filler material. It should be understood that the use of a metal reservoir is simply one embodiment of the invention described in this patent application, and it is not necessary to combine the reservoir variant with each alternative embodiment of the invention described herein, some of which may be beneficial to use in combination with this invention.

Резервуар для металла может присутствовать в таком количестве, что он обеспечивает достаточное количество металла для пропитки проницаемой массы наполнителя до заданной степени. Альтернативно возможное барьерное средство может соприкасаться с проницаемой массой наполнителя по меньшей мере на одной его стороне для ограничения поверхностной границы раздела. The metal reservoir may be present in such an amount that it provides a sufficient amount of metal to impregnate the permeable mass of the filler to a predetermined degree. Alternatively, a possible barrier means may come into contact with the permeable mass of the filler on at least one side thereof to limit the surface interface.

Кроме того, в то время как подача подаваемого расплавленного основного сплава должна быть по крайней мере достаточной для возможности самопроизвольной пропитки и достигнуть по существу границ (например, барьеров) проницаемой массы наполнителя, количество сплава, присутствующего в резервуаре, может превышать такое достаточное количество, что будет не только достаточное количество сплава для полной пропитки, но и может оставаться избыточный расплавленный основной сплав и может быть присоединен к композитному телу с металлической матрицей. Таким образом, когда имеет место избыточный расплавленный сплав, результирующее тело будет сложным композитным телом (например, макрокомпозитным), в котором пропитанное керамическое тело, имеющее металлическую матрицу, будет непосредственно связано с избыточным металлом, остающимся в резервуаре. In addition, while the supply of molten base alloy feed must be at least sufficient to allow spontaneous impregnation and substantially reach the boundaries (e.g., barriers) of the permeable mass of the filler, the amount of alloy present in the reservoir may exceed such a sufficient amount that there will be not only a sufficient amount of alloy for complete impregnation, but an excess molten base alloy can remain and can be attached to a composite body with a metal matrix s. Thus, when excess molten alloy takes place, the resulting body will be a complex composite body (e.g., macro composite) in which the impregnated ceramic body having a metal matrix is directly bonded to the excess metal remaining in the reservoir.

В каждой из рассмотренных выше (находящихся в общей собственности) патентных заявок на металлическую матрицу описываются способы получения композитных тел с металлической матрицей и новых композитных тел с металлической матрицей, полученных с их помощью. Все технические решения во всех вышеупомянутых (находящихся в общей собственности) патентных заявках на металлическую матрицу специально включены в эту заявку как прототипы. In each of the above (in common ownership) patent applications for a metal matrix, methods for producing composite bodies with a metal matrix and new composite bodies with a metal matrix obtained using them are described. All technical solutions in all the aforementioned (in common ownership) patent applications for a metal matrix are specifically included in this application as prototypes.

Композитное тело с металлической матрицей получают путем самопроизвольной пропитки проницаемой массы наполнителя или подпрессовки расплавленным основным металлом. В частности, усилитель пропитки и/или исходный компонент усилителя пропитки и/или пропитывающая атмосфера сообщаются с наполнителем или подпрессовкой по крайней мере в некоторой точке в ходе процесса, что дает возможность основному металлу самопроизвольно пропитывать наполнитель или подпрессовку. A composite body with a metal matrix is obtained by spontaneous impregnation of a permeable mass of filler or prepressing with molten base metal. In particular, the impregnation amplifier and / or the initial component of the impregnation amplifier and / or the impregnating atmosphere communicate with the filler or prepress at least at some point during the process, which allows the base metal to spontaneously impregnate the filler or prepress.

В первом предпочитаемом варианте реализации исходный компонент усилителя пропитки можно вводить по крайней мере в наполнитель или подпрессовку и/или основной металл и/или пропитывающую атмосферу. Вводимый исходный компонент усилителя пропитки может после этого вступать в реакцию по крайней мере либо с наполнителем и/или подпрессовкой, и/или основным металлом и/или пропитывающей атмосферой для образования усилителя пропитки из исходного компонента (предшественника усилителя) по крайней мере в части наполнителя или подпрессовки или на них. По крайней мере в ходе самопроизвольной пропитки усилитель пропитки должен находиться в контакте по крайней мере с частью наполнителя или подпрессовки. In a first preferred embodiment, the starting component of the impregnation amplifier can be introduced at least into the filler or prepress and / or base metal and / or the impregnating atmosphere. The input component of the impregnation amplifier may then react at least with either the filler and / or prepress and / or the base metal and / or the impregnating atmosphere to form an impregnation amplifier from the initial component (precursor of the amplifier) at least in part of the filler or prepress or on them. At least during spontaneous impregnation, the impregnation amplifier must be in contact with at least part of the filler or prepress.

В другом предпочтительном варианте реализации изобретения вместо подачи исходного компонента усилителя пропитки усилитель пропитки может подаваться непосредственно по крайней мере в одно из: или подпрессовку, и/или основной металл, и/или пропитывающую атмосферу. Наконец, по крайней мере в течение самопроизвольной пропитки усилитель пропитки должен быть в контакте по крайней мере с частью наполнителя или подпрессовки. In another preferred embodiment of the invention, instead of supplying the initial component of the impregnation enhancer, the impregnation enhancer can be fed directly to at least one of: either prepress and / or base metal and / or the impregnating atmosphere. Finally, at least during spontaneous impregnation, the impregnation amplifier must be in contact with at least part of the filler or prepress.

В данном описании приводятся разные примеры основных металлов, которые в некоторой точке во время формования композита с металлической матрицей находятся в контакте с исходным компонентом усилителя пропитки в присутствии пропитывающей атмосферы. Таким образом, будут сделаны ссылки на конкретные системы основной металл/предшественник усилителя пропитки/пропитывающая атмосфера, которые показывают самопроизвольную пропитку. Однако считается, что многие другие системы основной металл/предшественник усилителя пропитки/пропитывающая атмосфера иные, чем описанные в данном изобретении, могут вести себя аналогично системам, описанным выше. Конкретно, явление самопроизвольной пропитки можно наблюдать в системе алюминий/магний/азот, системе алюминий/стронций/азот, системе алюминий/цинк/кислород, системе алюминий/кальций/азот. Соответственно, даже, если в этом описании приводятся только те системы, которые упомянуты выше, должно быть понятно, что другие системы основной металл/предшественник усилителя пропитки/пропитывающая атмосфера могут вести себя аналогичным образом. In this description, various examples of base metals are given which at some point during the formation of the composite with a metal matrix are in contact with the starting component of the impregnation amplifier in the presence of an impregnating atmosphere. Thus, reference will be made to specific base metal systems / precursor of the impregnation amplifier / impregnation atmosphere, which show spontaneous impregnation. However, it is believed that many other base metal / impregnation amplifier precursor / impregnation atmosphere systems other than those described in this invention may behave similarly to the systems described above. Specifically, the phenomenon of spontaneous impregnation can be observed in the aluminum / magnesium / nitrogen system, the aluminum / strontium / nitrogen system, the aluminum / zinc / oxygen system, the aluminum / calcium / nitrogen system. Accordingly, even if only those systems that are mentioned above are given in this description, it should be understood that other base metal systems / impregnation amplifier precursor / impregnating atmosphere can behave similarly.

В предпочтительном варианте реализации для достижения самопроизвольной пропитки в проницаемую массу наполнителя или подпрессовки расплавленный основной металл вводится в контакт с подпрессовкой или наполнительным материалом. Подпрессовка или наполнитель могут смешиваться там и/или в некоторой другой точке во время процесса, где происходит взаимодействие с исходным компонентом усилителя пропитки. Кроме того, в предпочтительном варианте реализации расплавленный основной металл и/или подпрессовка или наполнитель сообщаются с пропитывающей атмосферой по крайней мере в течение части процесса. В другом предпочтительном варианте реализации основной металл и/или подпрессовка или наполнитель сообщаются с пропитывающей атмосферой по существу в течение всего процесса. Подпрессовка или наполнитель будут самопроизвольно пропитываться расплавленным основным металлом и размер или степень самопроизвольной пропитки и образования композита с металлической матрицей будут изменяться при данной совокупности рабочих условий, в том числе, например, концентрация предшественника усилителя пропитки, предназначенного для системы (например, в расплавленном основном металле и/или наполнителе или подпрессовке и/или пропитывающей атмосфере), размер и/или состав наполнительного материала, размер и/или состав частиц в подпрессовке, возможная пористость для пропитки в подпрессовку или наполнитель, время, предоставленное для пропитки и/или температура, при которой происходит пропитка. Самопроизвольная пропитка происходит обычно в достаточной степени, чтобы по существу полностью охватить подпрессовку или наполнитель. In a preferred embodiment, in order to achieve spontaneous impregnation into the permeable mass of the filler or prepress, the molten base metal is brought into contact with the prepress or filler material. The prepress or filler may be mixed there and / or at some other point during the process, where interaction with the initial component of the impregnation amplifier occurs. In addition, in a preferred embodiment, the molten base metal and / or prepress or filler is in contact with the impregnating atmosphere for at least part of the process. In another preferred embodiment, the base metal and / or prepress or filler is in contact with the impregnating atmosphere substantially throughout the process. The prepress or filler will be spontaneously impregnated with the molten base metal and the size or degree of spontaneous impregnation and the formation of the composite with a metal matrix will vary under a given set of operating conditions, including, for example, the concentration of the precursor of the impregnation amplifier intended for the system (for example, in molten base metal and / or filler or prepress and / or impregnating atmosphere), the size and / or composition of the filler material, the size and / or composition of the particles in prepress, possible porosity for impregnation in prepress or filler, time allowed for impregnation and / or temperature at which impregnation occurs. Spontaneous impregnation usually occurs to a sufficient extent to essentially completely cover the pre-compression or filler.

Кроме того, путем изменения композиции основного металла и/или условий обработки физические и механические свойства сформованных композитных тел с металлической матрицей могут быть адаптированы для любого конкретного применения или потребности. Далее подвергают образованное композитное тело с металлической матрицей последующей обработке (например, направленное затвердевание, термическая обработка и т. д.), механические и/или физические свойства могут быть далее адаптированы в соответствии с требованиями конкретного применения или в связи с необходимостью. Также еще путем управления условиями обработки во время формования композита с металлической матрицей азотное содержание в образованном композите с металлической матрицей может быть адаптировано в соответствии с требованиями широкого диапазона промышленных применений. In addition, by changing the composition of the base metal and / or the processing conditions, the physical and mechanical properties of the molded composite bodies with a metal matrix can be adapted to any specific application or need. Subsequently, the formed composite body with a metal matrix is subjected to further processing (for example, directional solidification, heat treatment, etc.), the mechanical and / or physical properties can be further adapted in accordance with the requirements of a particular application or due to necessity. Also, by controlling the processing conditions during the formation of the composite with a metal matrix, the nitrogen content in the formed composite with a metal matrix can be adapted in accordance with the requirements of a wide range of industrial applications.

Кроме того, путем управления композицией и/или размером (например, диаметром частиц) и/или геометрией наполнительного материала или материала, содержащего подпрессовку, физические и/или механические свойства сформированного композита с металлической матрицей могут управляться и адаптироваться для удовлетворения любого числа промышленных требований. Например, установлено, что износостойкость композита с металлической матрицей может быть повышена путем увеличения размера наполнительного материала, например путем увеличения среднего диаметра частиц наполнительного материала, при условии, что износостойкость наполнительного материала выше, чем у основного металла. Однако прочность и/или ударная вязкость могут проявлять тенденцию к повышению при уменьшении размера наполнителя. Коэффициент теплового расширения композита с металлической матрицей может снижаться с увеличением загрузки наполнителя при условии, что коэффициент теплового расширения наполнителя ниже, чем коэффициент теплового расширения основного металла. Кроме того, механические и/или физические свойства (например, плотность, модуль упругости и/или удельный модуль упругости, прочность и/или удельная прочность и т. д.) образованного композитного тела с металлической матрицей могут адаптироваться в зависимости от загрузки наполнительного материала в рыхлой массе или подпрессовке. Например, путем создания рыхлой массы или подпрессовки, содержащей смесь частиц наполнителя разных размеров и форм, в которой плотность наполнителя больше, чем у основного металла, может быть достигнута более высокая загрузка наполнителя благодаря усиленной набивке наполнительного материала, что ведет к образованию композитного тела с металлической матрицей повышенной плотности. Путем использования технических решений согласно изобретению объемный процент наполнительного материала или подпрессовки, который пропитывается, может изменяться в широком диапазоне. Нижний объемный процент наполнителя, который может быть пропитан, ограничен главным образом способностью образовать пористый наполнительный материал или подпрессовку (например, около 10 об.), тогда как верхний объемный процент наполнителя или подпрессовки, который может быть пропитан, ограничен главным образом способностью образовать плотный наполнительный материал или подпрессовку по крайней мере с частично сообщающейся пористостью (например, около 95 об.). Соответственно путем реализации вышеназванных технических решений, поодиночке или в комбинации можно подогнать композит с металлической матрицей так, чтобы он содержал требуемую комбинацию свойств. In addition, by controlling the composition and / or size (e.g., particle diameter) and / or geometry of the filler material or material containing the prepress, the physical and / or mechanical properties of the formed metal matrix composite can be controlled and adapted to meet any number of industrial requirements. For example, it was found that the wear resistance of a composite with a metal matrix can be increased by increasing the size of the filler material, for example, by increasing the average particle diameter of the filler material, provided that the wear resistance of the filler material is higher than that of the base metal. However, strength and / or toughness may tend to increase with decreasing filler size. The coefficient of thermal expansion of the composite with a metal matrix can decrease with increasing loading of the filler, provided that the coefficient of thermal expansion of the filler is lower than the coefficient of thermal expansion of the base metal. In addition, the mechanical and / or physical properties (for example, density, elastic modulus and / or specific elastic modulus, strength and / or specific strength, etc.) of the formed composite body with a metal matrix can adapt depending on the loading of the filler material in loose mass or prepress. For example, by creating a loose mass or prepress containing a mixture of filler particles of different sizes and shapes, in which the filler density is higher than that of the base metal, higher loading of the filler can be achieved due to the enhanced packing of the filler material, which leads to the formation of a composite body with a metal high density matrix. By using the technical solutions according to the invention, the volume percentage of the filler material or prepress that is impregnated can vary over a wide range. The lower volume percent of the filler that can be impregnated is mainly limited by the ability to form a porous filler material or preform (for example, about 10 vol.), While the upper volume percent of the filler or prepress that can be impregnated is mainly limited by the ability to form a dense filler material or prepress with at least partially interconnected porosity (for example, about 95 vol.). Accordingly, by implementing the above technical solutions, individually or in combination, it is possible to adjust the composite with a metal matrix so that it contains the desired combination of properties.

Термин "Алюминий", используемый здесь, означает и включает в себя по существу чистый металл (например, относительно чистый выпускаемый промышленностью нелегированный алюминий) или другие марки металла и сплавы металлов, такие как выпускаемые промышленностью металлы, имеющие примеси и/или легирующие добавки, такие как железо, кремний, медь, магний, марганец, хром, цинк и т. д. Алюминиевый сплав для целей данного определения есть сплав или межметаллическое соединение, в котором алюминий является преобладающим компонентом. The term “Aluminum” as used herein means and includes substantially pure metal (eg, relatively pure unalloyed aluminum commercially available from the industry) or other metal grades and metal alloys, such as commercially available metals having impurities and / or alloying additives, such like iron, silicon, copper, magnesium, manganese, chromium, zinc, etc. An aluminum alloy for the purposes of this definition is an alloy or intermetallic compound in which aluminum is the predominant component.

"Баланс неокислительного газа", как это здесь используется, означает, что любой газ, присутствующий дополнительно к основному газу, составляющему пропитывающую атмосферу, является либо инертным газом, либо восстановительным газом, который по существу не реагирует с основным металлом в условиях процесса. Любой окислительный газ, который может присутствовать как примесь в используемом (-ых) газе (-ах), должен быть недостаточным для окисления основного металла в какой-либо значительной степени в условиях процесса. A “non-oxidizing gas balance," as used herein, means that any gas present in addition to the base gas constituting the impregnating atmosphere is either an inert gas or a reducing gas that does not substantially react with the base metal under the process conditions. Any oxidizing gas that may be present as an impurity in the gas (s) used must be insufficient to oxidize the base metal to any significant extent under the process conditions.

"Барьр" или "барьерное средство", как это здесь используется, означает любое соответствующее средство, которое мешает, препятствует, предотвращает или прекращает миграцию, движение или тому подобное расплавленного основного металла за поверхностную границу проницаемой массы наполнителя или подпрессовки, где такая поверхностная граница определена барьерным средством. Соответствующими барьерными средствами могут быть любые такие материалы, соединения, элементы, составы и тому подобное, которые в условиях процесса сохраняют целостность и по существу не испаряются (т. е. барьерный материал не улетучивается в такой степени, что становится не способным функционировать как барьер). "Barrier" or "barrier means", as used here, means any suitable means that interferes, prevents, prevents or stops the migration, movement or the like of molten base metal beyond the surface boundary of the permeable mass of filler or prepress, where such a surface boundary is defined barrier tool. The corresponding barrier means can be any such materials, compounds, elements, compositions, and the like, which undergo the integrity of the process and essentially do not evaporate (i.e., the barrier material does not volatilize to such an extent that it becomes unable to function as a barrier) .

Соответствующие "барьерные средства" включают в себя материалы, которые по существу не смачиваются мигрирующим расплавленным основным металлом в условиях процесса. Барьер этого типа проявляет по существу небольшое средство или совсем его не проявляет с расплавленным основным металлом и движение за определенную поверхностную границу массы наполнителя иди подпрессовки предотвращается или ингибируется барьерным средством. Барьер сокращает любую отделочную обработку или шлифование, которые могут потребоваться, и определяет по крайней мере часть поверхности результирующего композита с металлической матрицей. Барьер может в некоторых случаях быть проницаемым или пористым, или становится проницаемым, например путем просверливания отверстий или протыкания отверстий в барьере, чтобы дать возможность газу входить в контакт с расплавленным основным металлом и т. д. Suitable "barrier agents" include materials that are not substantially wetted by the migrating molten base metal under process conditions. A barrier of this type exhibits a substantially small agent or does not manifest it at all with the molten base metal, and movement beyond a certain surface boundary of the mass of the filler or prepress is prevented or inhibited by the barrier agent. The barrier reduces any finishing or grinding that may be required and defines at least a portion of the surface of the resulting metal matrix composite. The barrier may in some cases be permeable or porous, or become permeable, for example by drilling holes or punching holes in the barrier to allow the gas to come into contact with the molten base metal, etc.

"Каркас" или "каркас основного металла", как здесь используется, означает первоначальное тело основного металла, остающееся после процесса, которое не было употреблено во время образования композитного тела с металлической матрицей, и обычно, если ему предоставляется возможность для охлаждения, он остается по крайней мере в частичном контакте с композитным телом с металлической матрицей, которое было сформировано. Должно быть понятно, что каркас может также включать в себя второй или инородный металл. “Frame” or “base metal frame”, as used herein, means the original base metal body remaining after a process that was not used during the formation of the composite body with a metal matrix, and usually, if given the opportunity for cooling, it remains at least in partial contact with the composite body with a metal matrix that has been formed. It should be understood that the framework may also include a second or foreign metal.

"Наполнитель", как здесь используется, означает либо единичные компоненты, либо их смеси, которые по существу не вступают в реакцию с основным металлом и/или обладают ограниченной растворимостью в нем и могут быть однофазными или многофазными. Наполнители могут использоваться в широком разнообразии форм, например порошков, чешуек, таблеток, микросфер, нитевидных кристаллов, газовых пузырьков и тому подобное, и могут быть плотными или пористыми. Наполнитель может также включать в себя керамические наполнители, такие как глинозем или карбид кремния, в виде волокон, рубленых волокон, микрочастиц, нитевидных кристаллов, газовых пузырьков, шариков, матов из волокон и тому подобное, и покрытых керамическим материалом наполнителей, таких как углеродные волокна, покрытые глиноземом или карбидом кремния для защиты углерода от воздействия, например, расплавленного основного металла алюминия. Наполнители могут также включать в себя металлы. “Filler,” as used herein, means either single components or mixtures thereof that do not substantially react with the parent metal and / or have limited solubility therein and may be single phase or multiphase. Fillers can be used in a wide variety of forms, for example, powders, flakes, tablets, microspheres, whiskers, gas bubbles and the like, and can be dense or porous. The filler may also include ceramic fillers, such as alumina or silicon carbide, in the form of fibers, chopped fibers, microparticles, whiskers, gas bubbles, spheres, fiber mats and the like, and ceramic-coated fillers such as carbon fibers coated with alumina or silicon carbide to protect carbon from exposure to, for example, molten aluminum parent metal. Fillers may also include metals.

"Установка прибыльных надставок", как здесь используется, означает размещение вещества на одном конце ("верхнем прибыльном" конце) по крайней мере частично сформированного композита с металлической матрицей, которое (вещество) реагирует экзотермически по крайней мере с одним из следующих компонентов: основной металл и/или наполнительный материал и/или другой материал, подаваемый на верхний прибыльный конец. Эта экзотермическая реакция должна обеспечить достаточно тепла, чтобы поддерживать основной металл на верхнем прибыльном конце в расплавленном состоянии, тогда как остальная часть основного металла в композите охлаждается до температуры отверждения. “Installing profitable extensions,” as used herein, means placing a substance at one end (the “upper profitable” end) of at least a partially formed composite with a metal matrix that (the substance) exothermically reacts with at least one of the following components: base metal and / or filler material and / or other material fed to the upper profitable end. This exothermic reaction should provide enough heat to maintain the base metal at the upper profitable end in a molten state, while the rest of the base metal in the composite is cooled to the curing temperature.

"Пропитывающая атмосфера", как здесь используется, означает, что атмосфера, которая присутствует, взаимодействует с основным металлом и/или подпрессовкой (или наполнителем) и/или предшественником усилителя пропитки и/или усилителем пропитки, и обеспечивает или усиливает самопроизвольную пропитку основного металла и ее нормальное протекание. "Impregnating atmosphere", as used here, means that the atmosphere that is present interacts with the base metal and / or prepress (or filler) and / or the precursor of the impregnation amplifier and / or the impregnation amplifier, and provides or enhances spontaneous impregnation of the base metal and its normal course.

"Усилитель пропитки", как здесь используется, означает материал, который содействует или помогает самопроизвольной пропитке основного металла в наполнительном материале или подпрессовке. Усилитель пропитки может быть образован, например, в результате реакции исходного компонента (предшественника) усилителя пропитки с пропитывающей атмосферой, с образованием: 1) газообразных продуктов, и/или 2) продукта реакции предшественника усилителя пропитки и пропитывающей атмосферы, и/или 3) продукта реакции предшественника усилителя пропитки и наполнителя или подпрессовки. Кроме того, усилитель пропитки может подаваться непосредственно по крайней мере на один из следующих компонентов: подпрессовку, и/или основной металл и/или пропитывающую атмосферу, и функционировать по существу таким же образом, как усилитель пропитки, который был образован в ходе реакции между предшественником усилителя пропитки и другими компонентами. Наконец, по крайней мере в течение самопроизвольной пропитки усилитель пропитки должен находиться по крайней мере в части наполнителя или подпрессовки, чтобы достигнуть самопроизвольной пропитки. "Impregnation enhancer," as used herein, means a material that facilitates or aids the spontaneous impregnation of a base metal in a filler material or preform. The impregnation enhancer can be formed, for example, as a result of the reaction of the initial component (precursor) of the impregnation enhancer with the impregnating atmosphere, with the formation of: 1) gaseous products, and / or 2) the reaction product of the impregnation enhancer precursor and the impregnating atmosphere, and / or 3) the product reactions of the precursor of the impregnation enhancer and filler or prepress. In addition, the impregnation enhancer can be supplied directly to at least one of the following components: prepress and / or base metal and / or impregnating atmosphere, and function essentially in the same way as the impregnation enhancer that was formed during the reaction between the precursor booster impregnation and other components. Finally, at least during spontaneous impregnation, the impregnation enhancer must be at least in the portion of the filler or prepress in order to achieve spontaneous impregnation.

"Предшественник усителя пропитки" или "исходный компонент усителя пропитки", как здесь используется, означает материал, который при использовании в комбинации с основным металлом, подпрессовкой и/или пропитывающей атмосферой образует усилитель пропитки, который побуждает или содействует основному металлу самопроизвольно пропитывать наполнитель или подпрессовку. Без стремления быть связанным какой-либо конкретной теорией или объяснением, считается необходимым, чтобы предшественник усилителя пропитки был в состоянии, приемлемом для размещения, расположения или транспортирования до места, в котором предшественник усилителя пропитки может взаимодействовать с пропитывающей атмосферой и/или подпрессовкой или наполнителем и/или основным металлом. Например, в некоторых системах основной металл/предшественник усилителя пропитки/пропитывающая атмосфера желательно, чтобы предшественник усилителя пропитки испарялся на уровне температуры, а иногда чуть выше уровня температуры, при котором основной металл становится расплавленным. Такое испарение может вести к:
1) реакции предшественника усилителя пропитки с пропитывающей атмосферой с образованием газовых веществ, которые усиливают смачивание наполнителя или подпрессовки основным металлом; и/или
2) реакции предшественника усилителя пропитки с пропитывающей атмосферой с образованием твердого, жидкого или газообразного усилителя пропитки по крайней мере в части наполнителя или подпрессовки, что усиливает смачивание; и/или
3) реакции предшественника усилителя пропитки с наполнителем или подпрессовкой с образованием твердого, жидкого или газообразного усилителя пропитки по крайней мере в части наполнителя или подпрессовки, что усиливает смачивание.
“Impregnation agent precursor” or “precursor of an impregnation agent” as used herein means a material which, when used in combination with a base metal, prepress and / or impregnating atmosphere, forms an impregnation enhancer that induces or promotes the base metal to spontaneously impregnate the filler or prepress . Without striving to be bound by any particular theory or explanation, it is considered necessary that the precursor of the impregnation amplifier be in a condition acceptable to accommodate, position or transport to a place where the precursor of the impregnation amplifier can interact with the impregnating atmosphere and / or prepress or filler and / or base metal. For example, in some base metal systems / impregnation enhancer precursor / impregnation atmosphere, it is desirable that the impregnation amplifier precursor evaporate at a temperature level and sometimes just above the temperature level at which the base metal becomes molten. Such evaporation can lead to:
1) the reaction of the precursor of the impregnation amplifier with an impregnating atmosphere with the formation of gas substances that enhance the wetting of the filler or prepress the base metal; and / or
2) the reaction of the precursor of the impregnation amplifier with an impregnating atmosphere with the formation of a solid, liquid or gaseous impregnation amplifier in at least part of the filler or prepress, which enhances wetting; and / or
3) the reaction of the precursor of the impregnation enhancer with a filler or prepress to form a solid, liquid or gaseous enhancer of impregnation in at least part of the filler or prepress, which enhances wetting.

"Основной металл" или "Основной сплав металла", как здесь используется, означает металл, который используется для образования композита с металлической матрицей (например, до пропитки) и/или металл, который смешивается с наполнителем для образования композитного тела с металлической матрицей (например, после пропитки). Когда данный металл указан как основной металл, должно быть понятно, что такой основной металл включает в себя названный металл по существу как чистый металл, выпускаемый промышленностью металл, имеющий примеси и/или легирующие компоненты в нем, межметаллическое соединение или сплав, в котором этот металл является преобладающим или господствующим компонентом. "Base metal" or "Base metal alloy", as used here, means a metal that is used to form a composite with a metal matrix (for example, before impregnation) and / or metal that is mixed with a filler to form a composite body with a metal matrix (for example after impregnation). When a given metal is indicated as a base metal, it should be understood that such a base metal includes the named metal essentially as a pure metal, a commercially available metal having impurities and / or alloying components therein, an intermetallic compound or an alloy in which this metal is the predominant or dominant component.

"Система основной металл/предшественник усилителя пропитки/пропитывающая атмосфера" или "Самопроизвольная система", как здесь используется, означает комбинацию материалов, которые показывают самопроизвольное пропитывание в подпрессовку или наполнитель. Должно быть понятно, что когда представлен знак "/" между показательными основным металлом, предшественником усилителя пропитки и пропитывающей атмосферой, знак "/" используется для обозначение системы или комбинации материалов, которые объединены данным образом и проявляют самопроизвольную пропитку в подпрессовку или наполнитель. "Base metal system / precursor of the impregnation amplifier / impregnating atmosphere" or "Spontaneous system", as used here, means a combination of materials that show spontaneous impregnation in a prepress or filler. It should be understood that when the “/” sign is shown between the indicative base metal, the precursor of the impregnation enhancer and the impregnating atmosphere, the “/” sign is used to indicate a system or combination of materials that are combined in this way and exhibit spontaneous impregnation into a prepress or filler.

"Композит с металлической матрицей" или "КММ", как здесь используется, означает материал, содержащий двух- или трехмерно связанный сплав или основной металл, который заполнил подпрессовку или наполнитель. Основной металл может заключать в себя разные легирующие элементы для получения специально требуемых механических или физических свойств результирующего композита. “Metal matrix composite” or “KMM,” as used herein, means a material containing a two- or three-dimensionally bonded alloy or base metal that fills a pre-compression or filler. The base metal may comprise various alloying elements to obtain the specially required mechanical or physical properties of the resulting composite.

Металл, "отличающийся" от основного металла, означает металл, который не содержит в качестве основного компонента тот же самый металл, что и основной металл (например, если основной компонент основного металла алюминий, "отличающийся" металл может иметь в качестве основного компонента, например, никель). A metal "different" from the base metal means a metal that does not contain the same metal as the main component as the base metal (for example, if the main component of the base metal is aluminum, the "different" metal can have as the main component, for example nickel).

"Нереакционный сосуд для размещения основного металла" означает любой сосуд или резервуар, который может вмещать или содержать наполнитель (или подпрессовку) и/или расплавленный основной металл в условиях процесса и не реагирует с основным металлом и/или пропитывающей атмосферой и/или предшественником усилителя пропитки и/или наполнителем или подпрессовкой в такой степени, что могло бы значительно разрушить механизм самопроизвольной пропитки. Нереакционный сосуд может устраняться и передаваться после завершения самопроизвольной пропитки расплавленного основного металла. "Non-reactive vessel for placement of the base metal" means any vessel or reservoir that can contain or contain filler (or prepress) and / or molten base metal under process conditions and does not react with the base metal and / or impregnating atmosphere and / or precursor of the impregnation enhancer and / or filler or prepress to such an extent that it could significantly destroy the spontaneous impregnation mechanism. A non-reactive vessel can be eliminated and transmitted after completion of spontaneous impregnation of the molten base metal.

"Подпрессовка" или "проницаемая подпрессовка", как здесь используется, означает пористую массу наполнителя или наполнительного материала, который изготавливается по крайней мере с одной поверхностной границей раздела, которая по существу образует границу пропитывания основным металлом, причем такая масса сохраняет достаточно целостность своей формы и прочность сырой формовочной смеси для обеспечения точности воспроизведения размеров перед пропиткой основным металлом. Масса должна быть достаточно пористой для размещения основного металла во время самопроизвольной пропитки. Подпрессовка, как правило, включает в себя связанный порядок или расположение наполнителя (гомогенный или гетерогенный) и может состоять из любого подходящего материала (например, керамических и/или металлических частиц, порошков, волокон, нитевидных кристаллов и т. д.), и любой их комбинации. Подпрессовка может существовать любо отдельно, либо в сборке. “Prepress” or “permeable prepress”, as used herein, means a porous mass of filler or filler material that is manufactured with at least one surface interface that substantially forms an impregnation border of the base metal, which mass retains its shape uniformly and strength of the raw sand to ensure dimensional accuracy before impregnation with the base metal. The mass should be sufficiently porous to accommodate the base metal during spontaneous impregnation. Prepressing, as a rule, includes the associated order or arrangement of the filler (homogeneous or heterogeneous) and may consist of any suitable material (for example, ceramic and / or metal particles, powders, fibers, whiskers, etc.), and any their combinations. The prepress can exist either separately or in the assembly.

"Резервуар", как здесь используется, означает отдельное тело основного металла, расположенное относительно массы наполнителя или подпрессовки таким образом, что, когда металл расплавлен, он может течь для пополнения или в некоторых случаях сначала для первоначального образования и затем для пополнения той части, доли или источника основного металла, которая находится в контакте с наполнителем или подпрессовкой. "Reservoir", as used here, means a separate body of the base metal, located relative to the mass of the filler or prepress so that when the metal is molten, it can flow to replenish, or in some cases, first for the initial formation and then to replenish that part, fraction or a source of base metal that is in contact with the filler or prepress.

"Самопроизвольная пропитка", как здесь используется, означает пропитывание или проникание основного металла в проницаемую массу наполнителя или подпрессовки, которое происходит без необходимости применения давления или вакуума (создаваемого снаружи или внутри). “Spontaneous impregnation,” as used herein, means impregnation or penetration of a base metal into a permeable mass of filler or prepress, which occurs without the need for pressure or vacuum (externally or internally).

На фиг. 1 дано схематичное изображение в поперечном разрезе укладки для получения композита с металлической матрицей с помощью самопроизвольной пропитки; на фиг. 2 схематичное изображение в поперечном сечении укладки для получения композита с металлической матрицей с помощью самопроизвольной пропитки; на фиг. 3 схематичное изображение в поперечном сечении укладки для получения композита с металлической матрицей с помощью самопроизвольной пропитки; на фиг. 4 схематичное изображение в поперечном сечении укладки для получения композита с металлической матрицей с помощью самопроизвольной пропитки; на фиг. 5 схематичное изображение в поперечном сечении наслаиваний для образования композита с металлической матрицей с помощью самопроизвольной пропитки согласно примеру 5; на фиг. 6 схематичное изображение в поперечном сечении наслаиваний для образования композита с металлической матрицей с помощью самопроизвольной пропитки согласно примеру 5; на фиг. 7 схематичное изображение в поперечном сечении наслоений для образования композита с металлической матрицей с помощью самопроизвольной пропитки согласно примеру 5; на фиг. 8 схематичное изображение в поперечном сечении наслоений для образования композита с металлической матрицей с помощью самопроизвольной пропитки согласно примеру 5; на фиг. 9 схематичное изображение в поперечном сечении наслоений для образования композита с металлической матрицей с помощью самопроизвольной пропитки согласно примеру 5; на фиг. 10 схематичное изображение в поперечном сечении наслоений для образования композита с металлической матрицей с помощью самопроизвольной пропитки согласно примеру 5; на фиг. 11 схематичное изображение в поперечном сечении наслоений для образования композита с металлической матрицей с помощью самопроизвольной пропитки согласно примеру 5; на фиг. 12 схематичное изображение в поперечном сечении наслоений для образования с самопроизвольной пропиткой композита с металлической матрицей согласно примеру 5; на фиг. 13 схематичное изображение в поперечном сечении наслоений для образования композита с металлической матрицей и самопроизвольной пропиткой согласно примеру 6; на фиг. 14 схематичное изображение в поперечном сечении наслоений для образования композита с металлической матрицей и самопроизвольной пропиткой согласно примеру 6; на фиг. 15 схематичное изображение в поперечном сечении наслоений для образования композита с металлической матрицей и самопроизвольной пропиткой согласно примеру 6; на фиг. 16 схематичное изображение в поперечном сечении наслоений для образования композита с металлической матрицей и самопроизвольной пропиткой согласно примеру 16. In FIG. 1 is a schematic cross-sectional view of a stacking to obtain a composite with a metal matrix by spontaneous impregnation; in FIG. 2 is a schematic cross-sectional view of a stacking to obtain a composite with a metal matrix by spontaneous impregnation; in FIG. 3 is a schematic cross-sectional view of a stacking to obtain a composite with a metal matrix by spontaneous impregnation; in FIG. 4 is a schematic cross-sectional view of a stacking to obtain a composite with a metal matrix by spontaneous impregnation; in FIG. 5 is a schematic cross-sectional view of layering to form a composite with a metal matrix using spontaneous impregnation according to Example 5; in FIG. 6 is a schematic cross-sectional view of layering for forming a composite with a metal matrix by spontaneous impregnation according to Example 5; in FIG. 7 is a schematic cross-sectional illustration of layers for forming a composite with a metal matrix using spontaneous impregnation according to Example 5; in FIG. 8 is a schematic cross-sectional view of layers for forming a composite with a metal matrix by spontaneous impregnation according to Example 5; in FIG. 9 is a schematic cross-sectional illustration of layers for forming a composite with a metal matrix by spontaneous impregnation according to Example 5; in FIG. 10 is a schematic cross-sectional illustration of layers for forming a composite with a metal matrix by spontaneous impregnation according to Example 5; in FIG. 11 is a schematic cross-sectional illustration of layering for forming a composite with a metal matrix by spontaneous impregnation according to Example 5; in FIG. 12 is a schematic cross-sectional illustration of layering for the formation of spontaneous impregnation of a composite with a metal matrix according to example 5; in FIG. 13 is a schematic cross-sectional view of layers for forming a composite with a metal matrix and spontaneous impregnation according to Example 6; in FIG. 14 is a schematic cross-sectional view of the layers for forming a composite with a metal matrix and spontaneous impregnation according to Example 6; in FIG. 15 is a schematic cross-sectional view of the layers for forming a composite with a metal matrix and spontaneous impregnation according to Example 6; in FIG. 16 is a schematic cross-sectional view of layers for forming a composite with a metal matrix and spontaneous impregnation according to Example 16.

Изобретение касается получения композита с металлической матрицей способом самопроизвольной пропитки наполнителя или подпрессовки расплавленным основным металлом. В частности, усилитель пропитки, и/или исходный компонент усилителя пропитки/ и/или пропитывающая атмосфера сообщаются с наполнителем или подпрессовкой по крайней мере в некоторой точке в ходе процесса, что позволяет расплавленному основному металлу самопроизвольно пропитывать наполнитель или подпрессовку. The invention relates to the production of a composite with a metal matrix by spontaneously impregnating a filler or pressing molten base metal. In particular, the impregnation enhancer and / or the initial component of the impregnation enhancer / and / or the impregnating atmosphere communicate with the filler or prepress at least at some point during the process, which allows the molten base metal to spontaneously impregnate the filler or prepress.

На фиг. 1 показана простая укладка 10 для образования композита с металлической матрицей с помощью самопроизвольной пропитки. Конкретно, наполнитель или подпрессовка 1, которые могут быть из любого соответствующего материала, как подробно пояснено ниже, помещается в нереакционный сосуд 2 для содержания основного металла и/или наполнителя. Основной металл 3 помещается на или смежно с наполнителем или подпрессовкой 1. После этого укладка помещается в печь для инициирования самопроизвольной пропитки. In FIG. 1 shows a simple stacking 10 for forming a composite with a metal matrix using spontaneous impregnation. Specifically, a filler or prepress 1, which may be of any suitable material, as explained in detail below, is placed in a non-reactive vessel 2 to contain the base metal and / or filler. The base metal 3 is placed on or adjacent to the filler or prepress 1. After this, the styling is placed in the furnace to initiate spontaneous impregnation.

Без стремления быть связанным какой-либо теорией или объяснением, когда предшественник усилителя пропитки используется в комбинации по крайней мере с одним из следующих компонентов: основной металл, и/или наполнитель или подпрессовка, и/или пропитывающая атмосфера, предшественник усилителя пропитки может реагировать с образованием усилителя пропитки, который вызывает или содействует расплавленному основному металлу самопроизвольно пропитывать наполнитель или подпрессовку. Кроме того, считается, что предшественник усилителя пропитки обязательно должен быть в состоянии, позволяющим его размещение, расположение или транспортирование до места, в котором предшественник усилителя пропитки может взаимодействовать с пропитывающей атмосферой, и/или подпрессовкой или наполнителем, и/или расплавленным основным металлом. Например, в некоторых системах основной металл/предшественник усилителя пропитки/пропитывающая атмосфера требуется обеспечить испарение предшественника усилителя пропитки на уровне температуры и иногда даже выше уровня, при которой плавится основной металл. Такое испарение может привести к:
1) реакции предшественника усилителя пропитки с пропитывающей атмосферой с образованием газовых веществ, которые усиливают смачивание наполнителя или подпрессовки основным металлом; и/или
2) реакции предшественника усилителя пропитки с пропитывающей атмосферой с образованием твердого, жидкого или газообразного усилителя пропитки по крайней мере в части наполнителя или подпрессовки, что усиливает смачивание; и/или
3) реакции предшественника усилителя пропитки с наполнителем или подпрессовкой с образованием твердого, жидкого или газообразного усилителя пропитки по крайней мере части наполнителя или подпрессовки, что усиливает смачивание.
Without the desire to be bound by any theory or explanation, when the precursor of the impregnation enhancer is used in combination with at least one of the following components: the base metal, and / or filler or prepress, and / or the impregnating atmosphere, the precursor of the impregnation enhancer can react to form an impregnation enhancer that causes or promotes the molten base metal to spontaneously impregnate the filler or preform. In addition, it is believed that the precursor of the impregnation amplifier must necessarily be in a state that allows its placement, location or transportation to a place where the precursor of the impregnation amplifier can interact with the impregnating atmosphere, and / or prepress or filler, and / or molten base metal. For example, in some base metal systems / impregnation amplifier precursor / impregnating atmosphere, it is required to ensure that the impregnation amplifier precursor evaporates at a temperature level and sometimes even above the level at which the base metal melts. Such evaporation can lead to:
1) the reaction of the precursor of the impregnation amplifier with an impregnating atmosphere with the formation of gas substances that enhance the wetting of the filler or prepress the base metal; and / or
2) the reaction of the precursor of the impregnation amplifier with an impregnating atmosphere with the formation of a solid, liquid or gaseous impregnation amplifier in at least part of the filler or prepress, which enhances wetting; and / or
3) the reaction of the precursor of the impregnation enhancer with a filler or prepress to form a solid, liquid or gaseous enhancer of impregnation of at least part of the filler or prepress, which enhances wetting.

Так, например, если исходный компонент усилителя пропитки был введен или объединен по крайней мере в некоторой точке в ходе процесса c расплавленным основным металлом, то возможно, что усилитель пропитки мог бы испариться из расплавленного основного металла и вступить во взаимодействие по крайней мере с одним из компонентов, таким как наполнитель или подпрессовка, и/или пропитывающая атмосфера. Такая реакция могла бы привести к образованию твердых веществ, если такой тип твердого вещества устойчивый при температуре пропитки, при этом упомянутое твердое вещество способно отлагаться по крайней мере на части наполнителя или подпрессовки в качестве, например, покрытия. Кроме того, считается, что такое твердое вещество могло бы присутствовать как ощутимое твердое вещество внутри по крайней мере части подпрессовки или наполнителя. Если такое твердое вещество было образовано, то расплавленный основной металл может иметь тенденцию к взаимодействию (например, расплавленный основной металл может восстановить образовавшееся твердое вещество), так что предшественник усилителя пропитки может быть связанным с расплавленным основным металлом (например, быть растворенным в нем или сплавленным с ним). Соответственно, дополнительный предшественник усилителя пропитки может быть после этого доступным для испарения и реагирования с другими типами веществ, например наполнителем или подпрессовкой и/или пропитывающей атмосферой, и снова образовать твердый тип вещества. Считается, что непрерывный процесс преобразования предшественника усилителя пропитки в усилитель пропитки с последующей реакцией восстановления усилителя пропитки с помощью расплавленного основного металла, чтобы снова образовать дополнительный усилитель пропитки и т. д. может происходить до достижения результата образования композита с металлической матрицей путем самопроизвольной пропитки. So, for example, if the initial component of the impregnation amplifier was introduced or combined at least at some point during the process with the molten base metal, then it is possible that the impregnation amplifier could evaporate from the molten base metal and interact with at least one of components, such as filler or prepress, and / or impregnating atmosphere. Such a reaction could lead to the formation of solids, if this type of solid is stable at the temperature of impregnation, while said solid is capable of being deposited on at least part of the filler or prepress as, for example, a coating. In addition, it is believed that such a solid could be present as a tangible solid inside at least part of the prepress or filler. If such a solid was formed, the molten base metal may have a tendency to react (for example, the molten base metal can restore the formed solid), so that the precursor of the impregnation enhancer can be associated with the molten base metal (for example, be dissolved in it or fused with him). Accordingly, an additional precursor to the impregnation enhancer may then be available for evaporation and reaction with other types of substances, for example filler or prepress and / or impregnating atmosphere, and again form a solid type of substance. It is believed that the continuous process of converting the impregnation amplifier precursor into an impregnation amplifier, followed by the reduction reaction of the impregnation amplifier with the molten base metal, to again form an additional impregnation amplifier, etc., can occur until the result of the formation of the metal matrix composite by spontaneous impregnation.

Для осуществления самопроизвольной пропитки основного металла в наполнителе или подпрессовке усилитель пропитки должен быть предусмотрен для самопроизвольной системы. Усилитель пропитки может быть образован из исходного компонента усилителя пропитки, который может быть предусмотрен: 1) в основном металле, и/или 2) в наполнителе или подпрессовке; и/или 3) из пропитывающей атмосферы, и/или 4) из внешнего источника в самопроизвольной системе. Кроме того, вместо использования предшественника усилителя пропитки усилитель пропитки может подаваться непосредственно по крайней мере на один из компонентов, такой как наполнительный материал или подпрессовка, и/или основной металл, и/или пропитывающая атмосфера. Наконец, по крайней мере во время самопроизвольной пропитки усилитель пропитки должен быть помещен по крайней мере в части наполнителя или подпрессовки. For spontaneous impregnation of the base metal in the filler or prepress, an impregnation amplifier should be provided for the spontaneous system. The impregnation amplifier can be formed from the initial component of the impregnation amplifier, which can be provided: 1) in the base metal, and / or 2) in the filler or prepress; and / or 3) from an impregnating atmosphere, and / or 4) from an external source in a spontaneous system. In addition, instead of using the precursor of the impregnation enhancer, the impregnation enhancer may be applied directly to at least one of the components, such as filler material or prepress, and / or base metal, and / or impregnation atmosphere. Finally, at least during spontaneous impregnation, the impregnation booster should be placed in at least part of the filler or prepress.

В предпочитаемом варианте реализации изобретения возможно, что исходный компонент усилителя пропитки может по крайней мере частично взаимодействовать с пропитывающей атмосферой таким образом, что усилитель пропитки может быть образован по крайней мере в части наполнителя или подпрессовки до или одновременно с контактированием наполнителя или подпрессовки с основным металлом, например, если магний был предшественником усилителя пропитки и азот был пропитывающей атмосферой, усилитель пропитки может быть нитридом магния, который должен находиться по крайней мере в части подпрессовки или наполнителя. In a preferred embodiment of the invention, it is possible that the initial component of the impregnation enhancer can at least partially interact with the impregnating atmosphere so that the impregnation enhancer can be formed at least in part of the filler or prepress before or simultaneously in contact with the filler or prepress with the base metal, for example, if magnesium was a precursor to an impregnation enhancer and nitrogen was an impregnating atmosphere, the impregnation enhancer may be magnesium nitride, which should It must be at least part of the prepress or filler.

Примером системы основной металл/предшественник усилителя пропитки/пропитывающая атмосфера является система алюминий/магний/азот. Конкретно, алюминий как основной металл может содержаться в соответствующем огнеупорном сосуде, который в условиях процесса не реагирует с алюминием как основным металлом и/или наполнителем, когда алюминий находится в расплавленном состоянии, с отрицательными для них последствиями. После этого наполнитель или подпрессовка может входить в контакт с расплавленным алюминием как основным металлом и самопроизвольно пропитываться. An example of a base metal / impregnation amplifier precursor / impregnation atmosphere system is an aluminum / magnesium / nitrogen system. Specifically, aluminum as a base metal may be contained in an appropriate refractory vessel, which under the process conditions does not react with aluminum as a base metal and / or filler when aluminum is in a molten state, with negative consequences for them. After this, the filler or prepress can come into contact with molten aluminum as the base metal and spontaneously impregnated.

Кроме того, вместо подачи предшественника усилителя пропитки усилитель пропитки может подаваться непосредственно по крайней мере на один из компонентов, как подпрессовка или наполнитель, и/или основной металл и/или пропитывающая атмосфера. Наконец, по крайней мере во время самопроизвольной пропитки усилитель пропитки должен находиться по крайней мере в части наполнителя или подпрессовки. In addition, instead of supplying the precursor to the impregnation enhancer, the impregnation enhancer may be applied directly to at least one of the components, such as prepress or filler, and / or the base metal and / or impregnation atmosphere. Finally, at least during spontaneous impregnation, the impregnation amplifier should be at least in the part of the filler or prepress.

В условиях, применяемых в способе согласно изобретению, в случае системы самопроизвольной пропитки алюминия/магний/азот, подпрессовка или наполнитель должен быть достаточно проницаемым для возможности проникновения содержащего азот газа или пропитывания наполнителя или подпрессовки в некоторой точке во время процесса и/или контакта с расплавленным основным металлом. Кроме того, проницаемый наполнитель или подпрессовка могут размещать пропитывающий расплавленный основной металл, тем самым заставляя пропитанную азотом подпрессовку пропитываться самопроизвольно расплавленным основным металлом для образования композитного тела с металлической матрицей и/или побуждения азота реагировать с предшественником усилителя пропитки для образования усилителя пропитки в наполнителе или подпрессовке, тем самым приводя к самопроизвольной пропитке. Степень самопроизвольной пропитки и образования композита с металлической матрицей может намеренно изменяться при данной совокупности рабочих условий, включая содержание магния в сплаве алюминия, содержание магния в подпрессовке или наполнителе, количество нитрида магния в подпрессовке или наполнителе, присутствие дополнительных легирующих элементов, например кремния, железа, меди, марганца, хрома, цинка, и тому подобное, средний размер наполнительного материала, например диаметр частицы, содержащего подпрессовку или наполнитель, поверхностное условие и тип наполнителя или подпрессовки, концентрация азота пропитывающей атмосферы, время предоставленное для пропитки, и температура, при которой происходит пропитка. Например, для самопроизвольного протекания пропитки расплавленного основного металла алюминия алюминий может 1 по весу, предпочтительно не менее 3 по весу магнием, который функционирует как предшественник усилителя пропитки, основываясь на весе сплава. Вспомогательные легирующие элементы, как сказано выше, могут также включаться в основной металл для получения специфических свойств его. Дополнительно вспомогательные легирующие элементы могут влиять на минимальную величину магния, необходимого в основном металле алюминия, чтобы иметь самопроизвольную пропитку наполнителя или подпрессовки. In the conditions used in the method according to the invention, in the case of a spontaneous impregnation system of aluminum / magnesium / nitrogen, the prepress or filler must be sufficiently permeable to allow the nitrogen-containing gas to penetrate or to impregnate the filler or prepress at some point during the process and / or contact with the molten base metal. In addition, a permeable filler or preform can accommodate an impregnated molten base metal, thereby causing the nitrogen impregnated preform to be impregnated with spontaneously molten base metal to form a composite body with a metal matrix and / or to induce nitrogen to react with the precursor of the impregnation agent to form an impregnation amplifier in the filler or prepress , thereby leading to spontaneous impregnation. The degree of spontaneous impregnation and the formation of a composite with a metal matrix can intentionally change under a given set of operating conditions, including the magnesium content in the aluminum alloy, the magnesium content in the prepress or filler, the amount of magnesium nitride in the prepress or filler, the presence of additional alloying elements, for example silicon, iron, copper, manganese, chromium, zinc, and the like, the average size of the filler material, for example, the diameter of the particle containing the prepress or filler, according to surface condition and type of filler or prepress, nitrogen concentration of the impregnating atmosphere, time allowed for impregnation, and temperature at which the impregnation occurs. For example, for spontaneous leakage of the impregnation of a molten base metal of aluminum, aluminum can be 1 by weight, preferably at least 3 by weight of magnesium, which functions as a precursor to the impregnation enhancer based on the weight of the alloy. Auxiliary alloying elements, as mentioned above, can also be included in the base metal to obtain its specific properties. Additionally, auxiliary alloying elements can affect the minimum amount of magnesium required in the base metal of aluminum in order to have spontaneous impregnation of the filler or prepress.

Потеря магния из самопроизвольной системы по причине, например, испарения, не должна происходить в такой степени, что магний не будет присутствовать для образования усилителя пропитки. Таким образом, необходимо использовать достаточное количество исходных легирующих элементов для обеспечения того, чтобы самопроизвольная пропитка не подвергалась отрицательному воздействию в результате испарения. Наличие магния в подпрессовке (или наполнитель) и в основном металле или только в одной подпрессовке (или наполнителе) может привести к снижению требуемого количества магния для достижения самопроизвольной пропитки (что поясняется более подробно ниже). The loss of magnesium from a spontaneous system due to, for example, evaporation, should not occur to such an extent that magnesium will not be present to form an impregnation enhancer. Thus, it is necessary to use a sufficient amount of starting alloying elements to ensure that spontaneous impregnation is not adversely affected by evaporation. The presence of magnesium in the prepress (or filler) and in the base metal or in only one prepress (or filler) can lead to a decrease in the required amount of magnesium to achieve spontaneous impregnation (which is explained in more detail below).

Объемный процент азота в пропитывающей атмосфере также влияет на скорости образования композитного тела с металлической матрицей. Если в атмосфере присутствует меньше 10 об. азота, будет протекать очень медленная или незначительная самопроизвольная пропитка. Установлено, что предпочтительно по крайней мере около 50 об. азота в атмосфере, что ведет к более коротким периодам времени пропитки благодаря более повышенной скорости пропитки. Пропитывающая атмосфера, например газ, содержащий азот, может подаваться непосредственно на наполнитель или подпрессовку и/или основной металл или может образовываться или вытекать в результате разложения материала. The volume percentage of nitrogen in the impregnating atmosphere also affects the rate of formation of a composite body with a metal matrix. If less than 10 vol. nitrogen, there will be a very slow or slight spontaneous impregnation. It has been found that preferably at least about 50 vol. nitrogen in the atmosphere, which leads to shorter periods of time of impregnation due to a higher speed of impregnation. An impregnating atmosphere, such as a gas containing nitrogen, may be supplied directly to the filler or prepress and / or base metal, or may form or leak as a result of decomposition of the material.

Минимальное содержание магния, необходимое для пропитки расплавленным основным металлом наполнителя или подпрессовки, зависит от одной или более таких переменных как рабочая температура, время, наличие вспомогательных легирующих элементов, таких как кремний или цинк, природа наполнительного материала, местоположение магния в одном или больше компонентах самопроизвольной системы, содержание азота в атмосфере и скорость, с какой протекает атмосфера азота. Более низкие температуры или более короткие периоды времени нагревания могут использоваться для проведения полной пропитки, когда содержание магния в сплаве и/или подпрессовке увеличено. Также при данном содержании магния добавление некоторых вспомогательных легирующих элементов, таких как цинк, дает возможность использовать более низкие температуры. Например, содержание магния в основном металле при более низкой границе допустимого диапазона, примерно 1 3 вес. можно использовать в сочетании с одним из следующих параметров: сверхминимальная рабочая температура, высокая концентрация азота, один или более дополнительных легирующих элементов. Когда в подпрессовку вообще не вводят магний, предпочтительны сплавы, содержащие примерно 3 5 вес. в связи с их общей полезностью при широком разнообразии рабочих условий, причем при использовании более низких температур и более коротких периодов времени предпочтительное содержание магния составляет не менее 5 Содержание магния свыше 10 вес. в сплаве алюминия можно использовать для смягчения температурных условий, необходимых для пропитки. Содержание магния может быть уменьшено при одновременном использовании дополнительного легирующего элемента, но эти элементы выполняют лишь вспомогательную функцию и используются вместе по крайней мере с вышеупомянутым количеством магния. Не наблюдалось, например, никакой пропитки номинально чистого алюминия, легированного лишь кремнием в количестве 10 при температуре 1000oC, в слое 39 Кристолона 500 меш (99-ный чистый карбид кремния, фирмы "Нортон Ко. "). Однако было установлено, что в присутствии магния кремний содействует процессу пропитки. В качестве еще одного примера можно указать, что количество магния изменяется, если он подается только на подпрессовку или наполнитель. Установлено, что самопроизвольная пропитка будет происходить при меньшем весовом процентном количестве магния, вводимом в самопроизвольную систему, когда по крайней мере часть от общего количества вводимого магния помещают в подпрессовку или наполнитель. Может быть желательным предусмотреть меньшее количество магния для предотвращения образования нежелательных межметаллических соединений в композитном теле с металлической матрицей. В случае подпрессовки в виде карбида кремния установлено, что когда подпрессовка соприкасается с основным металлом алюминием, при этом подпрессовка содержит по крайней мере 1 вес. магния и находится в присутствии практически чистой азотной атмосферы, основной металл самопроизвольно пропитывает подпрессовку. В случае подпрессовки из глинозема количество магния, необходимое для достижения соответствующей самопроизвольной пропитки, несколько выше. В частности, установлено, что в случае глиноземной подпрессовки при ее соприкосновении с аналогичным основным металлом алюминием примерно при той же температуре, при которой алюминий пропитывал подпрессовку из карбида кремния, и в присутствии той же атмосферы, для достижения аналогичной самопроизвольной пропитки, которая достигнута в подпрессовке из карбида кремния, описанной перед этим, потребовалось по меньшей мере около 3 вес. магния.The minimum magnesium content required for impregnation of the filler or prepress by molten base metal depends on one or more variables such as operating temperature, time, availability of auxiliary alloying elements, such as silicon or zinc, nature of the filler material, location of magnesium in one or more spontaneous components systems, the nitrogen content in the atmosphere and the rate at which the nitrogen atmosphere flows. Lower temperatures or shorter heating times can be used to completely impregnate when the magnesium content in the alloy and / or prepress is increased. Also at a given magnesium content, the addition of certain auxiliary alloying elements, such as zinc, makes it possible to use lower temperatures. For example, the magnesium content in the base metal at a lower limit of the allowable range, about 1 to 3 weight. can be used in combination with one of the following parameters: ultra-minimum operating temperature, high nitrogen concentration, one or more additional alloying elements. When no magnesium is added to the prepress at all, alloys containing about 3,5 weight are preferred. due to their general utility under a wide variety of operating conditions, and when using lower temperatures and shorter periods of time, the preferred magnesium content is not less than 5 Magnesium content over 10 weight. in aluminum alloy can be used to mitigate the temperature conditions required for impregnation. The magnesium content can be reduced while using an additional alloying element, but these elements have only an auxiliary function and are used together with at least the above amount of magnesium. For example, no impregnation of nominally pure aluminum doped only with silicon in an amount of 10 at a temperature of 1000 ° C was observed in a layer of 39 Kristolon 500 mesh (99th pure silicon carbide manufactured by Norton Co.). However, it was found that in the presence of magnesium, silicon promotes the impregnation process. As another example, you can specify that the amount of magnesium changes if it is supplied only to the prepress or filler. It was found that spontaneous impregnation will occur at a lower weight percent of the amount of magnesium introduced into the spontaneous system, when at least a portion of the total amount of magnesium introduced is placed in a prepress or filler. It may be desirable to provide less magnesium to prevent the formation of undesirable intermetallic compounds in the metal matrix composite body. In the case of the prepress in the form of silicon carbide, it has been found that when the prepress is in contact with the base metal by aluminum, the prepress contains at least 1 weight. magnesium and is in the presence of a practically pure nitrogen atmosphere, the base metal spontaneously impregnates the prepress. In the case of prepressing from alumina, the amount of magnesium required to achieve the corresponding spontaneous impregnation is somewhat higher. In particular, it was found that in the case of alumina prepress when it comes in contact with a similar base metal with aluminum, at approximately the same temperature at which aluminum impregnated the prepress from silicon carbide, and in the presence of the same atmosphere, to achieve the same spontaneous impregnation that was achieved in the prepress the silicon carbide described previously required at least about 3 weight. magnesium.

Также отмечено, что можно вводить в самопроизвольную систему исходный компонент усилителя пропитки и/или усилитель пропитки на поверхность сплава и/или поверхность подпрессовки или наполнителя и/или внутрь подпрессовки или наполнителя перед пропиткой основного металла наполнителя или подпрессовки (т. е. необязательно легировать вводимые усилитель пропитки или исходный компонент усилителя пропитки основным металлом, а можно просто вводить его в самопроизвольную систему). Например, в системе алюминий/магний/азот, если магний был нанесен на поверхность основного металла, то может быть предпочтительнее, чтобы эта поверхность была ближе всего к проницаемой массе наполнителя или подпрессовки или предпочтительно соприкасалась с ним, или наоборот; либо такой магний можно смешать по крайней мере с частью подпрессовки или наполнителя. Кроме того, можно использовать некоторую совокупность приемов поверхностного нанесения, легирования и помещения магния по крайней мере в часть подпрессовки. Такая совокупность применения усилителя (-ей) пропитки и/или исходного (-ых) компонента (-ов) усилителя пропитки может привести к снижению общего весового количества магния в процентном отношении, необходимого для промотирования пропитки основного металла алюминия в подпрессовку, а также к достижению более низких температур, при которых может происходить пропитка. Кроме того, также можно свести к минимуму количество нежелательных межметаллических соединений, образованных в результате наличия магния. It is also noted that it is possible to introduce into the spontaneous system the initial component of the impregnation amplifier and / or the impregnation amplifier on the surface of the alloy and / or the surface of the prepress or filler and / or inside the prepress or filler before impregnating the base metal of the filler or prepress (i.e., it is not necessary to dope the introduced an impregnation amplifier or an initial component of a base metal impregnation amplifier, or you can simply enter it into a spontaneous system). For example, in an aluminum / magnesium / nitrogen system, if magnesium was deposited on the surface of the base metal, it may be preferable that this surface is closest to the permeable mass of the filler or prepress or is in contact with it, or vice versa; or such magnesium can be mixed with at least a portion of the prepress or filler. In addition, you can use some combination of methods of surface deposition, alloying and placing magnesium in at least part of the prepress. Such a combination of the use of an impregnation enhancer (s) and / or the initial component (s) of an impregnation enhancer can lead to a decrease in the total weight of magnesium as a percentage necessary to promote the impregnation of the base metal of aluminum in the prepress, as well as to achieve lower temperatures at which impregnation may occur. In addition, it is also possible to minimize the amount of undesired intermetallic compounds formed as a result of the presence of magnesium.

Использование одного или более дополнительных легирующих элементов и концентрации азота в окружающем газе также влияет на степень азотирования основного металла при данной температуре. Например, дополнительные легирующие элементы, такие как цинк, железо, введенные в сплав или помещенные на поверхности сплава, могут быть использованы для снижения температуры пропитки и тем самым для уменьшения количества образования нитрида, в то время как увеличение содержания азота в газе можно использовать для промотирования образования нитрида. The use of one or more additional alloying elements and the concentration of nitrogen in the surrounding gas also affects the degree of nitriding of the base metal at a given temperature. For example, additional alloying elements, such as zinc, iron, introduced into the alloy or placed on the surface of the alloy, can be used to lower the impregnation temperature and thereby reduce the amount of nitride formation, while increasing the nitrogen content in the gas can be used for promotion nitride formation.

Содержание магния в сплаве и/или помещенного на поверхность сплава и/или объединенного с материалом наполнителя или подпрессовки, также имеет тенденцию воздействия на степень пропитки при данной температуре. Следовательно, в некоторых случаях, в которых с подпрессовкой или наполнителем соприкасается небольшое количество магния или не соприкасается вообще, может оказаться предпочтительным введение в сплав по крайней мере около 3 вес. магния. Все количественные значения меньше этого количества (например, 1 вес. магния) могут потребовать более высоких температур для проведения процесса пропитки или включения дополнительного легирующего элемента. Температура, необходимая для осуществления процесса самопроизвольной пропитки согласно изобретению, может быть ниже: 1) при увеличении количества магния только в сплаве, например по крайней мере до 5 вес. и/или 2) при смешивании легирующих компонентов с проницаемой массой наполнителя или подпрессовки, и/или 3) при наличии в сплаве алюминия еще одного элемента, такого как цинк или железо. Температура также может изменяться в зависимости от различных наполнительных материалов. В основном в системе алюминий/магний/азот/ самопроизвольная и постепенная пропитка будет происходить при температуре процесса по крайней мере около 675oC и предпочтительно при температуре процесса в диапазоне 750 - 800oC. Температуры в основном свыше 1200oC не считаются выгодными для процесса и было установлено, что наиболее полезный температурный диапазон составляют температуры примерно 675 1200oC. Однако, как правило, температурой самопроизвольной пропитки является температура, которая превышает точку плавления основного металла, но ниже температуры испарения основного металла. Кроме того, температура самопроизвольной пропитки должна быть ниже точки плавления наполнительного материала. Кроме того, с увеличением температуры возрастает тенденция к образованию продукта реакции между основным металлом и пропитывающей атмосферой, например в случае основного металла алюминия и азотной атмосферы пропитки может быть получен нитрид алюминия. Такой продукт реакции может быть желательным или нежелательным в зависимости от целевого назначения композитного тела с металлической матрицей. Дополнительно для достижения температур пропитки используется нагревание за счет электрического сопротивления. Однако для использования в изобретении приемлемо любое средство нагревания, которое может вызвать расплавление основного металла и которое не влияет неблагоприятно на самопроизвольную пропитку.The magnesium content in the alloy and / or placed on the surface of the alloy and / or combined with the filler or prepress material also tends to affect the degree of impregnation at a given temperature. Consequently, in some cases in which a small amount of magnesium is in contact with the prepress or filler or not in contact at all, it may be preferable to introduce at least about 3 weight into the alloy. magnesium. All quantitative values less than this amount (for example, 1 weight. Magnesium) may require higher temperatures to carry out the impregnation process or to include an additional alloying element. The temperature necessary for the implementation of the spontaneous impregnation process according to the invention may be lower: 1) with an increase in the amount of magnesium only in the alloy, for example, to at least 5 weight. and / or 2) when mixing the alloying components with a permeable mass of filler or prepress, and / or 3) if there is another element in the aluminum alloy, such as zinc or iron. The temperature may also vary with various filler materials. In general, in the aluminum / magnesium / nitrogen / spontaneous and gradual impregnation system will occur at a process temperature of at least about 675 ° C. and preferably at a process temperature in the range of 750 - 800 ° C. Temperatures generally above 1200 ° C. are not considered to be beneficial process and it was found that the most useful temperature range is a temperature of about 675 1200 o C. However, as a rule, the spontaneous infiltration temperature is a temperature which exceeds the melting point of the parent metal but below the eratury evaporation of the parent metal. In addition, the temperature of spontaneous impregnation should be below the melting point of the filler material. In addition, with increasing temperature, there is an increasing tendency to form a reaction product between the base metal and the impregnating atmosphere, for example, in the case of the base metal of aluminum and the nitrogen atmosphere of impregnation, aluminum nitride can be obtained. Such a reaction product may be desirable or undesirable depending on the intended use of the metal matrix composite body. Additionally, heating due to electrical resistance is used to achieve impregnation temperatures. However, for use in the invention, any heating means that may cause the base metal to melt and which does not adversely affect spontaneous impregnation is acceptable.

Например, в предлагаемом способе проницаемый наполнитель или подпрессовка приходит в соприкосновение с расплавленным металлом алюминием в присутствии по крайней мере иногда в ходе процесса азотсодержащего газа. Азотосодержащий газ можно вводить путем поддерживания непрерывного потока газа в контакте по крайней мере с одним из компонентов, таким как наполнитель или подпрессовка и/или расплавленный основной металла алюминий. Хотя скорость потока азотсодержащего газа на является важной, предпочтительно, чтобы скорость потока была достаточной для компенсации любой потери азота из атмосферы в результате образования нитридов в основном сплаве, а также для предотвращения или замедления просачивания воздуха, который может оказывать окислительное воздействие на расплавленный металл. For example, in the proposed method, a permeable filler or prepress comes in contact with molten metal aluminum in the presence of at least sometimes during the process of nitrogen-containing gas. Nitrogen-containing gas can be introduced by maintaining a continuous stream of gas in contact with at least one of the components, such as filler or prepress and / or molten base metal aluminum. Although the flow rate of nitrogen-containing gas is not important, it is preferable that the flow rate be sufficient to compensate for any loss of nitrogen from the atmosphere resulting from the formation of nitrides in the base alloy, as well as to prevent or slow the leakage of air, which can have an oxidizing effect on the molten metal.

Способ формирования композита с металлической матрицей применим к широкому разнообразию наполнительных материалов и выбор наполнителей будет зависеть от таких факторов, как основной сплав, условия процесса, реакционная способность расплавленного основного металла по отношению к наполнителю, от свойств, необходимых для конечного композитного изделия. Например, когда основным металлом является алюминием, соответствующими наполнительными материалами могут быть следующие: а) оксиды, например оксид алюминия, оксид магния, диоксид циркония; б) карбиды, например карбид кремния; в) бориды, например додекаборид алюминия, диборид титана; г) нитриды, например нитрид алюминия; е) их смеси. При наличии тенденции наполнителя к взаимодействию с расплавленным основным металлом алюминием это может быть компенсировано путем нанесения на наполнитель нереакционноспособного покрытия и за счет сведения к минимуму времени пропитки. Наполнительный материал может содержать основу, такую как уголь или другой некерамический материал, на который нанесено керамическое покрытие для защиты основы от воздействия или разрушения. Соответствующие керамические покрытия включают в себя оксиды, карбиды, бориды и нитриды. Предпочтительные керамические материалы для использования в изобретении включают в себя оксид алюминия и карбид кремния в виде частиц, таблеток, нитевидных кристаллов и волокон. Волокна могут быть раскрошенными или в виде непрерывных нитей, как сгруппированные жгуты волокон. Кроме того, наполнитель или подпрессовка могут быть гомогенными или гетерогенными. The method of forming a composite with a metal matrix is applicable to a wide variety of filler materials and the choice of fillers will depend on factors such as the base alloy, process conditions, the reactivity of the molten base metal with respect to the filler, and on the properties necessary for the final composite product. For example, when the base metal is aluminum, the corresponding filler materials may be the following: a) oxides, for example alumina, magnesium oxide, zirconia; b) carbides, for example silicon carbide; c) borides, for example aluminum dodecaboride, titanium diboride; g) nitrides, for example aluminum nitride; e) mixtures thereof. If there is a tendency for the filler to interact with molten base metal aluminum, this can be compensated by applying a non-reactive coating to the filler and by minimizing the time for impregnation. The filler material may contain a base, such as coal or other non-ceramic material, on which a ceramic coating is applied to protect the base from exposure or destruction. Suitable ceramic coatings include oxides, carbides, borides and nitrides. Preferred ceramic materials for use in the invention include alumina and silicon carbide in the form of particles, tablets, whiskers and fibers. The fibers may be sparse or in the form of continuous filaments, like bundled bundles of fibers. In addition, the filler or prepress may be homogeneous or heterogeneous.

Также установлено, что некоторые наполнители показывают повышенную пропитку по отношению к наполнителям такого же химического состава. Например, раскрошенные глиноземные тела, полученные известным способом (см. Патент США N 4.713.360, 1987), в котором показаны требуемые свойства пропитки по сравнению с глиноземными продуктами, выпускаемыми промышленностью. Кроме того, раскрошенные глиноземные тела, полученные по способу, описанному в одновременно поданной и совместной собственности заявке N 819.397, "Композитные керамические изделия и способы их получения", М. С. Ньюкирка и др. также показывают требуемые свойства пропитки по сравнению с глиноземными продуктами, выпускаемыми промышленностью. Таким образом, установлено, что полная пропитка проницаемой массы керамического материала может происходить при более низких температурах пропитки и/или более коротких периодах времени пропитки путем использования раскрошенных или истолченных тел, полученных по известному способу (см. Патент США N 4.713.360, 1987 и патентную заявку N 819.397). It was also found that some fillers show increased impregnation with respect to fillers of the same chemical composition. For example, crumbled alumina bodies obtained in a known manner (see US Patent N 4,713,360, 1987), which shows the required properties of the impregnation in comparison with alumina products manufactured by industry. In addition, crumbled alumina bodies obtained by the method described in simultaneously filed and jointly owned by application N 819.397, "Composite ceramic products and methods for their preparation", M. S. Newkirk and others also show the required properties of impregnation compared with alumina products manufactured by industry. Thus, it was found that the complete impregnation of the permeable mass of ceramic material can occur at lower impregnation temperatures and / or shorter periods of impregnation by using crushed or crushed bodies obtained by a known method (see US Patent N 4.713.360, 1987 and patent application N 819.397).

Размер, форма, химический состав и объемный процент наполнительного материала или подпрессовки могут быть любыми, которые могут потребоваться для достижения требуемых свойств в композите. Так, например, наполнительный материал может быть в форме частиц, нитевидных кристаллов, таблеток или волокон, так как пропитка не ограничивается формой наполнительного материала. Могут использоваться другие формы, такие как шарики, трубообразные таблетки, огнеупорный нетканый материал и тому подобное. Дополнительно, размер наполнительного материала не ограничивает пропитку, хотя более высокая температура и более длительный период времени могут потребоваться для завершения пропитки массы более мелких частиц, чем более крупных, или наоборот в зависимости от конкретных условий реакции. Средние диаметры частиц, такие небольшие как 1 мкм или менее и до 1100 мкм или более могут успешно использоваться в изобретении, предпочтительно в диапазоне 2 1000 мкм, в отношении подавляющего большинства промышленных применений. Масса наполнительного материала (или подпрессовки), которая должна быть пропитана, должна быть пропитывающейся (т. е. содержать по крайней мере частично сообщающиеся поры, чтобы он был проницаемым для расплавленного основного металла и/или для пропитывающей атмосферы). Кроме того, путем управления размером, например диаметром частиц, и/или геометрией и/или составом наполнительного материала или материала, содержащего подпрессовку, физические и механические свойства формуемого композита с металлической матрицей могут управляться или адаптироваться для удовлетворения любого числа промышленных потребностей. Например, износостойкость композита с металлической матрицей может быть повышена путем увеличения размера наполнительного материала, например путем увеличения среднего диаметра частиц наполнительного материала, при условии, что наполнительный материал имеет более высокую износостойкость, чем основной металл. Однако прочность и/или ударная вязкость могут проявлять тенденцию к повышению с уменьшением размера наполнителя. Коэффициент теплового расширения композита с металлической матрицей может снижаться с увеличением загрузки наполнителя при условии, что коэффициент теплового расширения наполнителя ниже, чем коэффициент теплового расширения основного металла. Механические и/или физические свойства, например плотность, коэффициент теплового расширения, модуль упругости и/или удельная упругость, прочность и/или удельная прочность и т. д. формуемого композитного тела с металлической матрицей могут подгоняться (адаптироваться) в зависимости от загрузки наполнительного материала в рыхлой массе или в подпрессовке. Например, путем образования рыхлой массы или подпрессовки, содержащей смесь частиц наполнителя разных размеров и/или форм, в которой плотность наполнителя больше, чем у основного металла, может достигаться более высокая загрузка наполнителя благодаря повышенному уплотнению (набивке) наполнительных материалов, что в результате дает композитное тело с металлической матрицей повышенной плотности. Путем использования технических решений согласно изобретению объемный процент наполнительного материала или подпрессовки, который может быть пропитан, может изменяться в широком диапазоне. Нижний объемный процент наполнителя, который может быть пропитан, ограничивается главным образом способностью образовать пористый наполнительный материал или подпрессовку, например около 10 об. тогда как верхний объемный процент наполнителя или подпрессовки, который может быть пропитан, ограничен главным образом способностью образовать плотный наполнительный материал или подпрессовку по крайней мере с частичной сообщающейся пористостью, например около 95 об. Соответственно путем реализации вышеназванных технических решений, поодиночке или в комбинации, композит с металлической матрицей может быть адаптирован, чтобы содержать требуемую комбинацию свойств. The size, shape, chemical composition and volume percent of the filler material or prepress can be any that may be required to achieve the desired properties in the composite. So, for example, the filling material may be in the form of particles, whiskers, tablets or fibers, since the impregnation is not limited to the shape of the filling material. Other forms may be used, such as balls, tube-shaped tablets, refractory non-woven material and the like. Additionally, the size of the filler material does not limit the impregnation, although a higher temperature and a longer period of time may be required to complete the impregnation of the mass of smaller particles than larger ones, or vice versa, depending on the specific reaction conditions. Average particle diameters as small as 1 μm or less and up to 1100 μm or more can be successfully used in the invention, preferably in the range of 2 1000 μm, in relation to the vast majority of industrial applications. The mass of filler material (or prepress) that must be impregnated must be impregnated (i.e., contain at least partially interconnected pores so that it is permeable to the molten base metal and / or to the impregnated atmosphere). In addition, by controlling the size, such as particle diameter, and / or the geometry and / or composition of the filler material or the material containing the prepress, the physical and mechanical properties of the moldable metal matrix composite can be controlled or adapted to meet any number of industrial needs. For example, the wear resistance of a composite with a metal matrix can be improved by increasing the size of the filler material, for example, by increasing the average particle diameter of the filler material, provided that the filler material has higher wear resistance than the base metal. However, strength and / or toughness may tend to increase with decreasing filler size. The coefficient of thermal expansion of the composite with a metal matrix can decrease with increasing loading of the filler, provided that the coefficient of thermal expansion of the filler is lower than the coefficient of thermal expansion of the base metal. Mechanical and / or physical properties, such as density, coefficient of thermal expansion, elastic modulus and / or specific elasticity, strength and / or specific strength, etc. of a molded composite body with a metal matrix can be adapted (adapted) depending on the loading of the filling material in loose mass or in prepress. For example, by forming a loose mass or prepress containing a mixture of filler particles of different sizes and / or shapes in which the filler density is greater than that of the base metal, a higher filler loading can be achieved due to the increased compaction (packing) of the filler materials, which results in composite body with a metal matrix of high density. By using the technical solutions according to the invention, the volume percentage of the filler material or prepress that can be impregnated can vary over a wide range. The lower volume percentage of the filler that can be impregnated is mainly limited by the ability to form a porous filler material or preform, for example about 10 vol. whereas the upper volumetric percentage of filler or prepress that can be impregnated is mainly limited by the ability to form a dense filler material or prepress with at least partial interconnected porosity, for example about 95 vol. Accordingly, by implementing the above technical solutions, alone or in combination, the composite with a metal matrix can be adapted to contain the desired combination of properties.

Способ формования композитов с металлической матрицей согласно изобретению, не зависящий от использования давления для принуждения или форсирования расплавленного основного металла пропитывать подпрессовку или массу наполнительного материала, дает возможность производить по существу однородные композиты с металлической матрицей, имеющие высокую объемную долю наполнителя и низкую пористость. Более высокие объемные доли наполнителя могут достигаться путем использования исходной массы наполнительного материала с более низкой пористостью. Более высокие объемные доли могут также достигаться, если масса наполнителя спрессована или иначе уплотнена при условии, что масса не преобразуется ни в компакт с закрытой пористостью, ни в полностью плотную структуру, которая будет препятствовать пропитке расплавленным сплавом. Конкретно, объемные доли порядка 60 80 об. могут быть достигнуты такими способами как вибрационное уплотнение, управление размером частиц, распределение и т. д. Однако альтернативные средства могут использоваться для достижения более высоких объемных долей наполнителя. Объемные доли наполнителя порядка 40 50 являются предпочтительными для термоформования согласно изобретению. При таких объемных долях пропитанный композит сохраняет или почти сохраняет свою форму, тем самым облегчая вторичную обработку. Более высокие или более низкие загрузки частиц или объемные доли могут использоваться в зависимости от требуемой загрузки конечного композита после термоформования. Кроме того, способы снижения загрузок частиц могут использоваться в связи с процессами термоформования согласно изобретению для достижения более низких загрузок частиц. The method of forming metal matrix composites according to the invention, which is independent of the use of pressure to force or force the molten base metal to impregnate a prepress or a mass of filler material, makes it possible to produce substantially uniform metal matrix composites having a high volume fraction of filler and low porosity. Higher volume fractions of the filler can be achieved by using an initial mass of filler material with lower porosity. Higher volume fractions can also be achieved if the mass of the filler is compressed or otherwise compacted, provided that the mass is not converted either into a compact with closed porosity or into a completely dense structure, which will impede the impregnation of the molten alloy. Specifically, volume fractions of the order of 60 to 80 vol. can be achieved by methods such as vibration compaction, particle size control, distribution, etc. However, alternative means can be used to achieve higher volume fractions of the filler. Volume fractions of the filler of the order of 40 to 50 are preferred for thermoforming according to the invention. At such volume fractions, the impregnated composite retains or almost retains its shape, thereby facilitating secondary processing. Higher or lower particle loading or volume fractions may be used depending on the desired loading of the final composite after thermoforming. In addition, methods for reducing particle loads can be used in connection with the thermoforming processes of the invention to achieve lower particle loads.

Установлено, что алюминиевая пропитка и образование матрицы вокруг керамического наполнителя, смачивание керамического наполнителя основным металлом алюминием могут быть важной частью механизма пропитки. Смачивание наполнителя расплавленным основным металлом может обеспечить однородную дисперсию наполнителя во всем сформованном композите с металлической матрицей и улучшить связь наполнителя с основным металлом. Кроме того, при низких температурах обработки образуются пренебрегаемые или минимальные количества азотированного металла, приводя к минимальной дисперсной фазе нитрида алюминия, диспергированного в металлической матрице. Однако, когда приближается верхний предел температурного диапазона, азотирование металла вероятно происходит значительнее. Таким образом, величина нитридной фазы в металлической матрице может управляться путем изменения температуры обработки, при которой происходит пропитка. Специальная температура процесса, при которой образование нитридов становится ярко выраженным, также изменяется в зависимости от таких факторов как используемый основной сплав алюминия и его количество по отношению к объему наполнителя или подпрессовки, пропитываемый наполнитель и концентрация азота в пропитывающей атмосфере. Например, размер образования нитрида алюминия при данной рабочей температуре считается будет увеличиваться, так как способность сплава смачивать наполнитель снижается и концентрация азота в атмосфере увеличивается. It has been established that aluminum impregnation and the formation of a matrix around a ceramic filler, wetting of the ceramic filler with a base metal with aluminum can be an important part of the impregnation mechanism. Wetting the filler with molten base metal can provide a uniform dispersion of the filler throughout the molded metal matrix composite and improve the bond of the filler with the base metal. In addition, negligible or minimal amounts of nitrided metal are formed at low processing temperatures, resulting in a minimal dispersed phase of aluminum nitride dispersed in the metal matrix. However, when the upper limit of the temperature range approaches, nitriding of the metal probably occurs more significantly. Thus, the magnitude of the nitride phase in the metal matrix can be controlled by changing the processing temperature at which the impregnation occurs. The special process temperature at which nitride formation becomes pronounced also varies depending on factors such as the primary aluminum alloy used and its amount relative to the volume of the filler or prepress, the impregnated filler and the concentration of nitrogen in the impregnating atmosphere. For example, the size of the formation of aluminum nitride at a given operating temperature is considered to increase, since the ability of the alloy to wet the filler decreases and the concentration of nitrogen in the atmosphere increases.

Поэтому можно подгонять или адаптировать состав металлической матрицы во время образования композита, чтобы придать определенные характеристики конечному продукту. Для данной системы условия процесса могут выбираться для управления образованием нитрида. Композитный продукт, содержащий фазу нитрида алюминия, будет показывать некоторые свойства, которые могут быть благоприятными или улучшать характеристики продукта. Температурный диапазон для самопроизвольной пропитки сплавом алюминия может намеренно изменяться с помощью используемого керамического материала. В случае глинозема как наполнительного материала температура пропитки предпочтительно не должна превышать примерно 1000oC, если требуется, чтобы пластичность матрицы не снижалась из-за значительного образования нитрида. Однако могут использоваться температуры, превышающие 1000oC, если требуется получить композит с менее пластичной и более жесткой матрицей. Для пропитки карбида кремния могут использоваться более высокие температуры, около 1200oC, так как сплав алюминия образует нитриды в меньшей степени по сравнению с использованием глинозема в качестве наполнителя, когда карбид кремния используется в качестве наполнителя.Therefore, it is possible to adjust or adapt the composition of the metal matrix during the formation of the composite in order to impart certain characteristics to the final product. For a given system, process conditions may be selected to control nitride formation. A composite product containing an aluminum nitride phase will exhibit some properties that may be favorable or improve product performance. The temperature range for spontaneous impregnation with an aluminum alloy can be intentionally varied using the ceramic material used. In the case of alumina as a filler material, the temperature of the impregnation should preferably not exceed about 1000 ° C. if it is required that the ductility of the matrix does not decrease due to significant nitride formation. However, temperatures in excess of 1000 ° C. may be used if a composite with a less plastic and stiffer matrix is desired. To impregnate silicon carbide, higher temperatures of about 1200 ° C. can be used, since the aluminum alloy forms nitrides to a lesser extent than using alumina as a filler when silicon carbide is used as a filler.

Состав основного металла в композите с металлической матрицей и дефекты, например пористость, могут модифицироваться путем управления скоростью охлаждения композита с металлической матрицей. Например, композит с металлической матрицей может направленно отверждаться любым из способов, в том числе помещением контейнера, содержащего композит с металлической матрицей, на охлаждающую пластину, и/или выборочным размещением изоляционного материала вокруг контейнера. Состав металлической матрицы может быть модифицирован после образования композита с металлической матрицей. Например, термообработка сформированного композита с металлической матрицей может улучшить прочность на разрыв композита с металлической матрицей (стандартное испытание прочности на разрыв приведено в A S TM D 3552-77, пересмотрено в 1982 г.). The composition of the base metal in the composite with a metal matrix and defects, such as porosity, can be modified by controlling the cooling rate of the composite with a metal matrix. For example, a metal matrix composite can be directionally cured by any method, including by placing a container containing the metal matrix composite on a cooling plate, and / or by selectively placing insulating material around the container. The composition of the metal matrix can be modified after the formation of the composite with the metal matrix. For example, heat treatment of the formed metal matrix composite can improve the tensile strength of the metal matrix composite (a standard tensile strength test is given in A S TM D 3552-77, revised in 1982).

Например, соответствующая термообработка композита с металлической матрицей, содержащего сплав алюминия 520,0 в качестве основного металла, может включать в себя нагревание композита с металлической матрицей до высокой температуры, например около 430oC, которая поддерживается в течение длительного времени, например 18 20 ч. Металлическая матрица может затем быть охлаждена в кипящей воде с температурой около 100oC в течение 20 с (т. е. термообработка T-4), что может упрочить или повысить способность композита выдерживать напряжения растяжения.For example, a suitable heat treatment of a metal matrix composite containing 520.0 aluminum alloy as the base metal may include heating the metal matrix composite to a high temperature, for example about 430 ° C., which is maintained for a long time, for example 18 to 20 hours The metal matrix can then be cooled in boiling water at a temperature of about 100 o C for 20 s (ie, heat treatment T-4), which can strengthen or increase the ability of the composite to withstand tensile stresses.

Кроме того, можно использовать резервуар основного металла для обеспечения полной пропитки наполнителя и/или металла для обеспечения полной пропитки наполнителя и/или подавать второй металл, который имеет другой состав, отличающийся от первого источника основного металла в резервуаре. Конкретно, в некоторых случаях может оказаться необходимым использовать основной металл в резервуаре, который отличается по составу от первого источника основного металла. Например, если используется сплав алюминия в качестве первого источника основного металла, тогда возможно любой другой металл или сплав металла, который был расплавлен при рабочей температуре, может использоваться в качестве металла резервуара. Расплавленные металлы часто имеют высокую способность смешиваться с другими, что может привести к смешиванию металла резервуара с первым источником металла, если адэкватная величина времени отведена для протекания смешивания. Таким образом, путем использования металла резервуара, который отличается по составу от первого источника основного металла, можно приспосабливать свойства металлической матрицы для удовлетворения различных рабочих требований и тем самым приспосабливать свойства композита с металлической матрицей. In addition, you can use the reservoir of the base metal to ensure complete impregnation of the filler and / or metal to ensure complete impregnation of the filler and / or to submit a second metal, which has a different composition, different from the first source of the base metal in the tank. Specifically, in some cases it may be necessary to use a base metal in a tank that is different in composition from the first source of the base metal. For example, if an aluminum alloy is used as the first source of the base metal, then any other metal or metal alloy that has been molten at operating temperature is possible, can be used as the reservoir metal. The molten metals often have a high ability to mix with others, which can lead to mixing of the tank metal with the first metal source, if an adequate amount of time is allotted for the flow of mixing. Thus, by using a reservoir metal that is different in composition from the first source of the base metal, it is possible to adapt the properties of the metal matrix to meet various operating requirements and thereby adapt the properties of the composite with the metal matrix.

Барьерное средство также может использоваться в сочетании с изобретением. В частности, барьерным средством для использования в изобретении может служить любое соответствующее средство, которое мешает, тормозит, препятствует или прекращает миграцию, перемещение или тому подобное расплавленного основного сплава, например сплава алюминия, за обозначенную поверхностную границу наполнителя. Соответствующим барьерным средством может быть любой материал, соединение, элемент, состав и тому подобное, который в условиях процесса согласно изобретению сохраняет целостность, не испаряется и предпочтительно является проницаемым для газа, используемого в процессе, а также способен локально тормозить, останавливать, мешать, препятствовать и тому подобное продолжению пропитки или другому типу движения расплава за обозначенную границу поверхности керамического наполнителя. Барьерное средство может использоваться во время самопроизвольной пропитки в изложницах или удерживающих устройствах, используемых в связи с термообработкой для формирования композита с металлической матрицей с самопроизвольной пропиткой, как более подробно описано ниже. A barrier agent may also be used in conjunction with the invention. In particular, any suitable means that interferes with, inhibits, inhibits or stops the migration, movement or the like of a molten base alloy, such as an aluminum alloy, beyond the indicated surface boundary of the filler can be a barrier means for use in the invention. A suitable barrier means can be any material, compound, element, composition and the like, which maintains integrity under the conditions of the process according to the invention, does not evaporate and is preferably permeable to the gas used in the process, and is also able to inhibit, stop, interfere, interfere locally and the like, by continuing to impregnate or another type of melt movement beyond the designated surface boundary of the ceramic filler. The barrier means can be used during spontaneous impregnation in molds or holding devices used in connection with heat treatment to form a composite with a metal matrix with spontaneous impregnation, as described in more detail below.

Соответствующее барьерное средство включает в себя материалы, которые практически не смачиваются в условиях процесса мигрирующим расплавленным основным металлом. Барьер этого типа проявляет сходство с расплавленным основным сплавом в незначительной степени или совсем не проявляет такого сходства и движение за обозначенную поверхностную границу наполнителя или подпрессовки предотвращается или замедляется барьерным средством. Барьер уменьшает конечную механическую обработку или притирку, которые могут быть необходимы для композитного изделия с металлической матрицей. Как сказано выше, барьер предпочтительно должен быть проницаемым или пористым или сделан проницаемым путем создания отверстий, чтобы дать возможность газу соприкасаться с расплавленным основным сплавом. A suitable barrier means includes materials that are practically not wetted by the migrating molten base metal under the process conditions. A barrier of this type shows little or no similarity with the molten base alloy and does not show such similarity at all, and movement beyond the indicated surface boundary of the filler or prepress is prevented or slowed down by the barrier means. The barrier reduces the final machining or lapping that may be necessary for a composite product with a metal matrix. As stated above, the barrier should preferably be permeable or porous or made permeable by making holes to allow the gas to come into contact with the molten base alloy.

Соответствующими барьерами, наиболее полезными для основных сплавов алюминия, являются материалы, содержащие углерод, особенно углерод в кристаллической аллотропной форме, известной как графит. Графит по существу является несмачивающимся расплавленным сплавом алюминия в описанных условиях процесса. Конкретным предпочитаемым графитом является графитная фольга, которая продается под товарным знаком ГРАФОЙЛ, зарегистрированным фирмой "Юнион карибид". Эта графитовая фольга показывает характеристики уплотнения, которые предотвращают миграцию расплавленного сплава алюминия за обозначенную поверхностную границу наполнителя. Эта графитовая фольга также является стойкой к теплу и химически является инертной. Графитовая фольга Графойл является гибкой, совместимой, соответствующей и упругой. Она может быть выполнена в разнообразных формах, чтобы соответствовать барьерному применению. Однако графитное барьерное средство может использоваться как суспензия или паста или даже как пленка краски вокруг и на границе наполнителя или подпрессовки. Графойл, в частности, предпочтителен по той причине, что имеет форму гибкого графитового листа. При использовании этот бумагообразный графит просто применяется вокруг наполнителя или подпрессовки. Corresponding barriers most useful for basic aluminum alloys are materials containing carbon, especially carbon in a crystalline allotropic form known as graphite. Graphite is essentially a non-wettable molten aluminum alloy under the described process conditions. A particular preferred graphite is graphite foil, which is sold under the trademark GRAFOIL, registered by Union Caribid. This graphite foil shows seal characteristics that prevent the migration of molten aluminum alloy beyond the indicated surface boundary of the filler. This graphite foil is also heat resistant and chemically inert. Graphoil Graphite Foil is flexible, compatible, appropriate and resilient. It can be made in a variety of forms to suit barrier use. However, a graphite barrier agent can be used as a suspension or paste, or even as a film of paint around and at the border of the filler or prepress. Graphoil is particularly preferred for the reason that it is in the form of a flexible graphite sheet. When used, this paper-like graphite is simply applied around the filler or prepress.

Другими предпочтительными барьерными в отношении сплавов металлической матрицы алюминия в азоте являются переходные бориды металлов (например, диборид титана TiB2), которые вообще являются несмачивающимся расплавленным металлом алюминия при определенных условиях процесса, применяемых при использовании этого материала. В случае барьера этого типа температура процесса не должна превышать примерно 875oC, так как в противном случае барьерный материал становится менее эффективным и фактически при повышенной температуре происходит пропитка в барьер. Кроме того, размер частиц барьерного материала может влиять на способность материала тормозить или замедлить самопроизвольную пропитку. Образующиеся бориды металла типичного находятся в форме макрочастиц (1 30 мкм). Барьерные материалы могут применяться как суспензии или пасты и наносится в местах границ на проницаемых массах керамических наполнителей, которые предпочтительно предварительно формуются как подпрессовки.Other preferred barriers to metal alloys of the aluminum aluminum matrix in nitrogen are metal transition borides (e.g. titanium diboride TiB 2 ), which are generally non-wettable molten aluminum metal under certain process conditions used with this material. In the case of a barrier of this type, the process temperature should not exceed about 875 o C, since otherwise the barrier material becomes less efficient and, in fact, at an elevated temperature, impregnation into the barrier occurs. In addition, the particle size of the barrier material may affect the ability of the material to inhibit or slow down spontaneous impregnation. The resulting metal borides of a typical are in the form of particulates (1 30 μm). The barrier materials can be used as suspensions or pastes and are applied at the boundary locations on the permeable masses of ceramic fillers, which are preferably preformed as pre-presses.

Другими полезными барьерами для сплавов металлической матрицы алюминия в азоте включают в себя органические соединения низкой летучести, наносимые как пленка или слой на наружную поверхность наполнителя или подпрессовки. При обжиге в азоте, особенно в условия процесса согласно изобретению, органическое соединение разлагается, оставляя углеродную законченную пленку. Органическое соединение может наноситься традиционными средствами, такими как крашение, распыление, окунание и т. д. Other useful barriers for aluminum metal matrix alloys in nitrogen include low volatility organic compounds applied as a film or layer to the outer surface of the filler or preform. When fired in nitrogen, especially in the process conditions according to the invention, the organic compound decomposes, leaving a carbon finished film. The organic compound can be applied by conventional means such as dyeing, spraying, dipping, etc.

Кроме того, мелкоизмельченный порошкообразный материал может функционировать как барьер, когда пропитка порошкового материала протекает со скоростью, которая медленнее, чем скорость пропитки наполнителя. In addition, the finely divided powdery material can function as a barrier when the impregnation of the powdery material proceeds at a rate that is slower than the rate of impregnation of the filler.

Таким образом, барьерное средство можно наносить любым соответствующим способом, таким как, например, покрытие обозначенной поверхностной границы слоем барьерного средства. Такой слой барьерного средства может наносится путем крашения, окунания, распыления, испарения или иным способом, применяя барьерное средство в жидкой, суспензионной или пастообразной форме, или путем разбрызгивания летучего барьерного средства, либо просто путем осаждения слоя твердого частицеобразного барьерного средства, или путем нанесения тонкого твердого листа или пленки барьерного средства на обозначенную поверхностную границу. При установленном на месте барьерном средстве самопроизвольная пропитка по существу прекращается, когда пропитывающий основной металл достигает обозначенной поверхностной границы и входит в контакт с барьерным средством. Thus, the barrier agent can be applied by any suitable method, such as, for example, coating a designated surface boundary with a layer of the barrier agent. Such a layer of the barrier agent may be applied by dyeing, dipping, spraying, vaporizing or otherwise, applying the barrier agent in a liquid, suspension or paste form, or by spraying a volatile barrier agent, or simply by depositing a layer of a solid, particle-like barrier agent, or by applying a thin a solid sheet or film of barrier means at a designated surface boundary. With the barrier means installed in place, spontaneous impregnation essentially ceases when the impregnating base metal reaches the designated surface boundary and comes into contact with the barrier means.

Разные показательные варианты реализации изобретения включены в приведенные примеры. Various representative embodiments of the invention are included in the examples.

Пример 1. На фиг. 1 показан комплекс в поперечном сечении, который использовался для формирования композита с металлической матрицей с помощью самопроизвольной пропитки согласно изобретению. Чаша из пеностирола высотой примерно 3 и 1/4 дюйма (83 мм), внутренним диаметром на широком конце около 2 и 3/4 дюйма (70 мм) и внутренним диаметром на узком конце около 1 и 9/16 дюйма (40 мм) была погружена в суспензию (или шлам), содержащую по существу равные весовые части по 20 коллоидного глинозема фирмы "Ремет ко.", и порошкового карбида кремния зернистостью 1000 фирмы "Нортон ко.", продаваемого под товарным знаком 37 Кристолон. Покрытую суспензией извлекаемую оправку посыпали сухим порошком карбида кремния зернистостью 90 (37 Кристолон), который адгезировал к суспензионному покрытию. Последующие стадии погружения - напыления повторялись три раза, после чего напыляемый порошок был заменен на карбид кремния зернистостью 24 (37 Кристолон). Последующие стадии погружения
напыления снова повторялись три раза. Образовавшаяся оболочка высушивалась при 65oC в течение 1/2 ч после каждой стадии погружения напыления в порядке последовательности стадий.
Example 1. In FIG. 1 shows a complex in cross section, which was used to form a composite with a metal matrix using spontaneous impregnation according to the invention. A foam polystyrene bowl with a height of approximately 3 and 1/4 inches (83 mm), an inner diameter at the wide end of about 2 and 3/4 inches (70 mm), and an inner diameter at the narrow end of about 1 and 9/16 inches (40 mm) immersed in a suspension (or sludge) containing substantially equal weight parts of 20 colloidal alumina from Remet Co., and powdered silicon carbide with a grit of 1000 from Norton Co., sold under the trademark 37 Kristolon. The extractable mandrel coated with the suspension was sprinkled with a dry powder of 90 grit silicon carbide (37 Kristolon), which adhered to the suspension coating. The subsequent stages of immersion - deposition were repeated three times, after which the sprayed powder was replaced by silicon carbide with a grain size of 24 (37 Kristolon). Subsequent Dive Steps
the spraying was repeated three times again. The resulting coating was dried at 65 ° C. for 1/2 hour after each step of immersion spraying in the order of the steps.

После последней стадии погружения напыления в порядке последовательности осажденная оболочка подвергалась обжигу в воздушной печи при температуре около 850oC в течение около 1 ч для удаления пеностирольной чаши путем испарения. Результирующая покрывающая оболочка 4, которая была толщиной примерно 3/16 дюйма, затем наполнялась примерно до половины слоем наполнителя 2, содержащим смесь карбида кремния зернистостью 1000, продаваемого под товарным знаком Кристолон 39 и производого фирмой "Нортон ко.", и примерно 2 вес. порошкового магния зернистостью 350 меш, выпускаемого фирмой "Аезар" отделением "Джонсон Маттей ко.". Эта смесь предварительно тщательно перемешивалась на шаровой мельнице в течение 24 ч. Слой наполнителя 2 затем слегка уплотнялся (путем надавливания руками) для образования более плотного тела наполнителя в покрывающей оболочке 4. После этой стадии уплотнения слиток основного металла 3, состоящий по весу из примерно 15 кремния, 5 магния и баланса алюминия и имеющий размеры примерно 1,5'' (38 мм) х 1,5'' (38 мм) х 1'' (25 мм), был помещен на верхнюю часть слоя наполнителя 2. Перед помещением слитка 3 основного сплава на поверхность слоя наполнителя слиток был сначала немного очищен пескоструйной очисткой и затем промыт в этаноле для удаления инородностей с поверхности, таких как масла от обработки, которые могли остаться.After the last spraying immersion step, in sequence order, the deposited shell was calcined in an air oven at a temperature of about 850 ° C. for about 1 hour to remove the foam styrene cup by evaporation. The resulting coating shell 4, which was about 3/16 inch thick, was then filled up to about half with a filler layer 2 containing a mixture of 1000 grit silicon carbide sold under the trademark Kristolon 39 and manufactured by Norton Co. and about 2 weight. 350 mesh grit powder produced by Aezar by Johnson Matthew Co. This mixture was pre-mixed thoroughly in a ball mill for 24 hours. The filler layer 2 was then slightly compacted (by hand pressure) to form a denser filler body in the coating sheath 4. After this compaction step, the base metal ingot 3, consisting of about 15 by weight silicon, 5 magnesium and aluminum balance and measuring approximately 1.5 '' (38 mm) x 1.5 '' (38 mm) x 1 '' (25 mm), was placed on top of the filler layer 2. Before placing ingot 3 of the main alloy on the surface of the filler layer the ingot was first a little sandblasted and then washed with ethanol to remove foreign debris from the surface, such as oils from the treatment, which could remain.

Покрывающая оболочка 4, содержащая слиток основного сплава 3 и наполнительный материал 2, была помещена в слой огнеупорных частиц 5 таким образом, что поверхность слоя огнеупорных частиц была примерно на половине высоты боковой стороны покрывающей оболочки 2. Огнеупорные частицы, которые содержались в графитовой лодочке 1, состояли из глинозема зернистостью 24, известного под товарным знаком 38 Алундум производства фирмы "Нортон ко.". The coating shell 4, containing the ingot of the base alloy 3 and the filler material 2, was placed in the layer of refractory particles 5 so that the surface of the layer of refractory particles was about half the height of the side of the coating shell 2. The refractory particles contained in the graphite boat 1, consisted of 24 gum alumina known under the trademark 38 Alundum manufactured by Norton Co.

Комплекс, состоящий из графитовой огнеупорной лодочки и ее содержимого, помещался в вакуумную электропечь сопротивления с управляемой атмосферой при комнатной температуре и высоком вакууме (примерно 1•10-4 Тор) был создан в вакуумной печи. Печь наполнялась азотом до давления 1 атм. и затем в печи устанавливался постоянный поток газа азота с расходом 1,5 л/мин. Затем температура печи была доведена до 750oC за 3 ч и поддерживалась при 750oC в течение 20 ч. После 20-часового периода нагревания электропитание печи было отключено и комплекс остывал естественно в печи примерно до 40oC в течение около 12 ч. При достижении 40oC комплекс был изъят из печи и разобран. Композит с металлической матрицей, содержащий основной металл, поглотивший в себя смесь наполнителя, был извлечен из комплекса.The complex, consisting of a graphite refractory boat and its contents, was placed in a resistance vacuum furnace with a controlled atmosphere at room temperature and high vacuum (approximately 1 • 10 -4 Torr) and was created in a vacuum furnace. The furnace was filled with nitrogen to a pressure of 1 atm. and then a constant flow of nitrogen gas was established in the furnace at a flow rate of 1.5 l / min. Then, the furnace temperature was brought to 750 ° C in 3 hours and maintained at 750 ° C for 20 hours. After a 20-hour heating period, the furnace power was turned off and the complex naturally cooled in the furnace to about 40 ° C for about 12 hours. Upon reaching 40 o C the complex was removed from the oven and disassembled. The metal matrix composite containing the base metal, which absorbed the filler mixture, was recovered from the complex.

Таким образом, этот пример показывает, что можно самопроизвольно пропитывать наполнитель в системе сплав алюминия/магний/азот для образования композита с металлической матрицей. Thus, this example shows that the filler can be impregnated spontaneously in an aluminum / magnesium / nitrogen alloy system to form a composite with a metal matrix.

Пример 2. На фиг. 2 показан комплекс в поперечном сечении, который использовался для получения композитного тела с металлической матрицей с помощью самопроизвольной пропитки в соответствии с изобретением. Коробка 2 с размерами примерно 2'' (51 мм) х 1'' (25 мм) х 2'' (51 мм) была выполнена из графитовой фольги марки ОТВ толщиной 15/1000 дюйма (0,38 мм) производства фирмы "Юнион карбид", продаваемой под товарным знаком Графойл. Коробку изготовили путем скрепления скобами секций Графойла соответствующего размера и герметизации стыков пастой, приготовленной мешением порошкообразного графита (марки KS-44 фирмы "Лонца инк.") и коллоидного диоксида кремния (Людекс HS фирмы "Дюпон де-Немур"). Весовое соотношение между графитом и коллоидным диоксидом кремния составило примерно 1 3. Коробка из Графойла была помещена поверх слоя толщиной примерно 1/2 дюйма (13 мм) частицеобразного карбида бора (фирмы "Атлантик экипмент инжинирс"), который содержался в лодочке 1 из огнеупорного глинозема. Слиток основного металла 4 размером примерно 2'' (51 мм) х 1'' (25 мм) и 0,5'' (13 мм) и с содержанием примерно 3 вес. кальция и баланса из алюминия, помещался на дно коробки из Графойла. Глинозем 5 с зернистостью 220, известный под товарным знаком Алундум 38 и производимый фирмой "Нортон ко.", высыпался в графойловую коробку 2 поверх слитка основного металла 4, пока слиток не покрывался слоем толщиной примерно 1 дюйм наполнителем 5 из Алундума 38. Затем вводился дополнительный карбид бора 3 в глиноземную лодочку снаружи графойловой коробки 2, пока поверхность слоя карбида бора не стала чуть ниже верхней части графойловой коробки 2. Example 2. In FIG. 2 shows a complex in cross section, which was used to obtain a composite body with a metal matrix using spontaneous impregnation in accordance with the invention. Box 2 with dimensions of approximately 2 '' (51 mm) x 1 '' (25 mm) x 2 '' (51 mm) was made of OTV graphite foil with a thickness of 15/1000 inches (0.38 mm) manufactured by Union carbide "sold under the trademark Grafoil. The box was made by stapling Grafoyl sections of the appropriate size and sealing the joints with a paste prepared by mixing powdered graphite (brand KS-44 from Lonza Inc.) and colloidal silicon dioxide (Ludex HS from DuPont de Nemur). The weight ratio between graphite and colloidal silicon dioxide was about 1 3. A box of Grafoil was placed on top of a layer of about 1/2 inch (13 mm) of particle-like boron carbide (Atlantic Equipment Engineering), which was contained in boat 1 made of refractory alumina . A base metal ingot 4 of about 2 '' (51 mm) x 1 '' (25 mm) and 0.5 '' (13 mm) in size and containing about 3 weight. calcium and aluminum balance, placed at the bottom of the box from Grafoil. Alumina 5 with 220 grit, known under the trademark Alundum 38 and manufactured by Norton Co., poured into a graphoil box 2 on top of an ingot of base metal 4, until the ingot was coated with a layer about 1 inch thick with filler 5 from Alundum 38. Then an additional boron carbide 3 into an alumina boat outside the graphoil box 2, until the surface of the layer of boron carbide is just below the top of the graphoil box 2.

Комплекс, состоящий из лодочки 1 из огнеупорного глинозема и ее содержимое, помещался в электрическую трубчатую печь сопротивления при комнатной температуре. Печь вакууминизировалась примерно до 1•10-1 Тор и затем продувалась при комнатной температуре газом азотом до давления примерно 1 атм. После наполнения печи азотом в печи устанавливался непрерывный поток газа азота с расходом 800 см3/мин. Затем температура печи поднималась примерно до 900oC со скоростью 250oC/ч, поддерживалась при 900oC примерно 5 ч и затем охлаждалась до комнатной температуры со скоростью 250oC/ч. После достижения комнатной температуры комплекс изымался из печи и демонтировался. Композит с металлической матрицей, содержащий Алундум 38 в качестве наполнителя, вкрапленный в основной металл, был обнаружен.The complex, consisting of boat 1 of refractory alumina and its contents, was placed in an electric tube resistance furnace at room temperature. The furnace was evacuated to about 1 • 10 -1 Torr and then purged with nitrogen gas at room temperature to a pressure of about 1 atm. After filling the furnace with nitrogen, a continuous flow of nitrogen gas was established in the furnace at a flow rate of 800 cm 3 / min. Then, the oven temperature rose to about 900 ° C at a speed of 250 ° C / h, was maintained at 900 ° C for about 5 hours, and then cooled to room temperature at a speed of 250 ° C / h. After reaching room temperature, the complex was removed from the furnace and dismantled. A metal matrix composite containing Alundum 38 as a filler interspersed in the base metal was detected.

Таким образом, этот пример показывает, что можно самопроизвольно пропитывать массу наполнительного материала в системе сплав алюминия/кальций/азот. Thus, this example shows that it is possible to spontaneously impregnate a mass of filler material in an aluminum / calcium / nitrogen alloy system.

Пример 3. На фиг. 3 в поперечном сечении схематично показан комплекс, который использовался для образования композита с металлической матрицей с помощью самопроизвольной пропитки согласно изобретению. Для образования подпрессовки примерно 94 вес. порошкового нитрида алюминия (порошок "А" фирмы "Герман Старк"), 5 вес. порошкового нитрида кремния (фирмы "Атлантик экипмент инжинирс") и примерно 1 вес. поливинилприолена 30 (поливинилприолен, мол. м. 30, производства "ГАФ корп.") смешивались со 100-ным этанолом для образования суспензии, содержащей примерно 50 об. твердых веществ и 50 об. этанола. Суспензия затем выливалась в изложницу размером 3'' (76 мм) х 3'' (76 мм) х 1'' (25 мм) и образованной из квадратной стальной рамы и днищем из гипсовой панели. Стальная рама не была соединена с гипсовой панелью и могла легко сниматься путем подъема. Гипсовая панель использовалась для оттягивания влаги (жидкости) из суспензии. После высушивания суспензия образовала подпрессовку размером 3'' (76 мм) х 3'' (76 мм) х 1'' (25 мм). Подпрессовка 5 размером 1,5'' (38 мм) х 3/4'' (76 мм) х 1/2'' (13 мм) была вырезана из более крупной подпрессовки. Слиток основного металла 3 размером примерно 1'' (25 мм) х 2'' (51 мм) х 1/2'' (13 мм), содержащий по весу 3 стронция, 8 кремния, 8 никеля и баланс алюминий, был покрыт на одной поверхности слоем толщиной примерно 0,25 мм смеси, содержащей 50 вес. порошкообразного железа (фирмы "Серак инк. ") и 50 вес. порошкообразного нитрида алюминия (фирмы "Эксолон-ЭСК компани"). Подпрессовка 5 затем была помещена поверх слоя 4 порошкообразных нитрида алюминия/железа и сборка основной металл/подпрессовка помещалась сверху слоя толщиной 1'' (25 мм) частицеобразного карбида бора 6 (Атлантик экипмент инжинирс"), содержащегося в коробке 2, выполненной из графитовой ленты марки ОТВ толщиной 15/1000 дюйма (0,38 мм) (производства фирмы "Юнион карбид" и продаваемой под товарным знаком Графойл). Коробка была образована путем скрепления скобами соответствующих секций графойловой ленты вместе и герметизации стыков коробки шламом, изготовленным смешиванием графитового порошка (марки KS-44 фирмы "Лонца инк") и коллоидного кремнезема (Людекс HS фирмы "Дюпон"). Весовое соотношение графита к коллоидному кремнезему было около 1 3. Коробка 2 была достаточно большой для возможности размещения сборки основной металл/подпрессовка без соприкосновения со сборкой. Графойловая коробка 2 устанавливалась на дно лодочки 1 из огнеупорного глинозема. Дополнительный карбид бора 6 вводился в графойловую коробку 2, пока сборка основной металл/подпрессовка не была полностью окружена и покрыта карбидом бора 6. Слой карбида бора толщиной примерно 1/2 дюйма (13 мм) покрывал верхнюю поверхность подпрессовки. Example 3. In FIG. 3 is a cross-sectional view schematically illustrating a complex that was used to form a composite with a metal matrix using spontaneous impregnation according to the invention. For the formation of prepress approximately 94 weight. powder of aluminum nitride (powder "A" company "German Stark"), 5 wt. powdered silicon nitride (Atlantic Equipment Engineering) and about 1 weight. polyvinylpriolene 30 (polyvinylpriolene, mol. m. 30, manufactured by "GAF Corp.") was mixed with 100% ethanol to form a suspension containing about 50 vol. solids and 50 vol. ethanol. The suspension was then poured into a mold measuring 3 '' (76 mm) x 3 '' (76 mm) x 1 '' (25 mm) and formed of a square steel frame and a bottom made of gypsum panel. The steel frame was not connected to the gypsum panel and could easily be removed by lifting. The gypsum panel was used to draw moisture (liquid) from the suspension. After drying, the suspension formed a prepress of 3 '' (76 mm) x 3 '' (76 mm) x 1 '' (25 mm) in size. The prepress 5 with a size of 1.5 '' (38 mm) x 3/4 '' (76 mm) x 1/2 '' (13 mm) was cut from a larger prepress. A base metal ingot 3 of approximately 1 '' (25 mm) x 2 '' (51 mm) x 1/2 '' (13 mm) in size, containing 3 strontium, 8 silicon, 8 nickel and aluminum balance by weight, was coated on one surface layer with a thickness of about 0.25 mm of a mixture containing 50 weight. powdered iron (company "Serac Inc.") and 50 weight. powdered aluminum nitride (Exolon-ESK company). Prepress 5 was then placed on top of layer 4 of powdered aluminum / iron nitride and the base metal assembly / prepress was placed on top of a 1 '' (25 mm) layer of particle-like boron carbide 6 (Atlantic equipment engineers) contained in box 2 made of graphite tape OTV brand with a thickness of 15/1000 inches (0.38 mm) (manufactured by Union Carbide and sold under the trademark Grafoil). The box was formed by stapling the corresponding sections of the grafoy tape together and sealing the joints of the box with slurry, made by mixing graphite powder (brand KS-44 from Lonza Inc.) and colloidal silica (Ludex HS from DuPont). The weight ratio of graphite to colloidal silica was about 1 3. Box 2 was large enough to accommodate assembly of the base metal / prepress without contact with the assembly.Graphoil box 2 was installed on the bottom of boat 1 made of refractory alumina.An additional boron carbide 6 was introduced into graphoil box 2 until the base metal assembly / prepress was completely surrounded and covered with 6. bidom boron carbide boron layer thickness of about 1/2 inch (13 mm) covers the upper surface of the prepressing.

Комплекс, состоящий из глиноземной огнеупорной лодочки 1 и ее содержимого, помещался в трубчатую электропечь сопротивления при комнатной температуре. Печь затем вакууминизировалась примерно до 1•10-1 Тор, заполнялась при комнатной температуре азотом примерно до 1 атм. После заполнения азотом в печи устанавливался непрерывный поток азота с расходом примерно 600 см3/мин. Затем температура печи повышалась примерно до 1200oC со скоростью 200oC/ч. Температура печи поддерживалась при 1200oC в течение около 10 ч и затем снижалась до комнатной температуры со скоростью 250oC/ч. После достижения комнатной температуры комплекс извлекался из печи и разбирался. Был получен композит с металлической матрицей, содержащий основной металл с вкрапленной подпрессовкой.The complex, consisting of an alumina refractory boat 1 and its contents, was placed in a tubular resistance furnace at room temperature. The furnace was then evacuated to about 1 • 10 -1 Torr, filled at room temperature with nitrogen to about 1 atm. After filling with nitrogen in the furnace, a continuous flow of nitrogen was established with a flow rate of about 600 cm 3 / min. Then the temperature of the furnace was increased to about 1200 o C at a speed of 200 o C / h The oven temperature was maintained at 1200 ° C. for about 10 hours and then decreased to room temperature at a rate of 250 ° C./h. After reaching room temperature, the complex was removed from the furnace and disassembled. A metal matrix composite was obtained containing a base metal interspersed with a prepress.

Таким образом, этот пример показывает, что можно самопроизвольно пропитывать основной металл в подпрессовку из наполнительного материала в системе сплав алюминия/стронций/азот. Thus, this example shows that it is possible to spontaneously impregnate a base metal into a prepress from a filler material in an aluminum / strontium / nitrogen alloy system.

Пример 4. На фиг. 4 в поперечном сечении показан комплекс, который использовался для получения композита с металлической матрицей с помощью самопроизвольной пропитки согласно изобретению. Для получения подпрессовки примерно 85 вес. кальцинированного глинозема А-17 фирмы "Алкоа" смешивалось примерно с 15 вес. воды, содержащей небольшое количество Дарвин-821А (фирмы "Р. Т. Вандербилт энд ко.") в качестве диспергирующего агента для образования шлама (суспензии). Шлам залили в гипсовую или парижскую прямоугольную форму размером примерно 3'' (76 мм) х 2'' (51 мм) х 1/2 дюйма (13 мм). Шлам высушивался в течение 8 ч в форме перед извлечением из нее как подпрессовки 3. Подпрессовка 3 затем высушивалась в течение дополнительных 24 ч на воздухе перед использованием в предлагаемом способе. Example 4. In FIG. 4 shows in cross section a complex that was used to produce a composite with a metal matrix using spontaneous impregnation according to the invention. To obtain a prepress, approximately 85 weight. Alcoa calcined alumina A-17 was mixed with about 15 weight. water containing a small amount of Darwin-821A (firm "R. T. Vanderbilt & Co.") as a dispersing agent for the formation of sludge (suspension). The slurry was poured into a gypsum or Parisian rectangular shape measuring approximately 3 '' (76 mm) x 2 '' (51 mm) x 1/2 in. (13 mm). The sludge was dried for 8 hours in the mold before being removed from it as prepress 3. Prepress 3 was then dried for an additional 24 hours in air before use in the proposed method.

Стопа из трех слитков основного металла 2 размером каждый примерно 3'' (76 мм) х 2'' (51 мм) х 0,5'' (13 мм), состоящих из выпускаемого промышленностью сплава алюминия 170,1, содержащего примерно 3 вес. цинка дополнительно к цинку, содержащемуся в первоначальном сплаве, стопа покрывалась по верхней поверхности самого верхнего слитка слоем толщиной 0,05'' (0,013 мм) огнеупорного материала, известного как Ликот LX-60 WPS (фирма "Акме резин корпорейшн"). Подпрессовка 3 затем помещалась на верхнюю часть слоя 5 Ликота и сборка слитка основного металла/подпрессовка помещалась на верхнюю часть слоя толщиной примерно полдюйма (13 мм) частицеобразного волластонита 4 крупной зернистости Iияд SP фирмы "НИКО инк.", содержащегося в глиноземной огнеупорной лодочке 1. Сборка слитка основного металла/подпрессовка устанавливалась смежно со слоем волластонита так, что самый нижний слиток основного металла был в контакте со слоем. Дополнительный волластонит 4 затем вводился в глиноземную огнеупорную лодочку 1, пока поверхность волластонита не достигала уровня верхней поверхности подпрессовки 3. A foot of three ingots of base metal 2 each approximately 3 '' (76 mm) x 2 '' (51 mm) x 0.5 '' (13 mm) in size, consisting of a commercially available 170.1 aluminum alloy containing approximately 3 weight . zinc, in addition to the zinc contained in the original alloy, the foot was coated on the top surface of the uppermost ingot with a layer of 0.05 '' (0.013 mm) thick refractory material known as Lycotte LX-60 WPS (Acme Rubber Corporation). Pressing 3 was then placed on the upper part of Lycot layer 5 and assembly of the base metal ingot / pressing was placed on the upper part of the layer with a thickness of about half an inch (13 mm) of particle-like wollastonite 4 of coarse-grained Iyad SP from NIKO Inc. contained in an alumina refractory boat 1. The assembly of the base metal ingot / prepress was installed adjacent to the wollastonite layer so that the lowermost ingot of the base metal was in contact with the layer. Additional wollastonite 4 was then introduced into the alumina refractory boat 1 until the wollastonite surface reached the level of the upper surface of the prepress 3.

Комплекс, состоящий из глиноземной огнеупорной лодочки 1 и ее содержимого, помещался в электрическую печь сопротивления с воздушной атмосферой при атмосферном давлении. Температура печи повышалась до 1050oC в течение 10 ч, поддерживалась при 1050oC в течение 60 ч, затем охлаждалась до 40oC в течение 10 ч. После достижения приблизительно температуры 40oC комплекс извлекали из печи и разбирали. Был получен композит с металлической матрицей, содержащий сплав матрицы, внедренный в подпрессовку.The complex, consisting of an alumina refractory boat 1 and its contents, was placed in an electric resistance furnace with an air atmosphere at atmospheric pressure. The temperature of the furnace was raised to 1050 ° C. for 10 hours, maintained at 1050 ° C. for 60 hours, then cooled to 40 ° C. for 10 hours. After reaching approximately 40 ° C., the complex was removed from the furnace and disassembled. A metal matrix composite was obtained containing a matrix alloy embedded in the prepress.

Фиг. 4 представляет собой микрофотографию композита с металлической матрицей, полученного в соответствии с примером 4. FIG. 4 is a micrograph of a metal matrix composite prepared in accordance with Example 4.

Таким образом, данный пример демонстрирует то, что возможно самопроизвольно пропитать подпрессовку из наполнительного материала в системе сплав алюминий/цинк/кислород. Thus, this example demonstrates that it is possible to spontaneously impregnate a prepress from a filler material in an aluminum / zinc / oxygen alloy system.

Пример 5. Этот пример показывает, что может успешно использоваться множество разных геометрий наполнительного материала для формования композитных тел с металлической матрицей способом самопроизвольной пропитки. Example 5. This example shows that many different geometries of the filler material can be successfully used to form composite bodies with a metal matrix by spontaneous impregnation.

В табл. 1 приведены обобщенные данные об экспериментальных условиях, используемых для формования множества композитных тел с металлической матрицей, включая разные основные металлы, геометрии наполнительного материала, рабочие температуры и периоды времени обработки. In the table. Table 1 summarizes the experimental conditions used to form a plurality of composite bodies with a metal matrix, including various base metals, filler material geometries, operating temperatures, and processing time periods.

Образец А (011189-АА1). Sample A (011189-AA1).

На фиг. 5 схематично показан в поперечном сечении комплекс, использованный для получения образца композита с металлической матрицей, как описано далее. Из кремнезема была приготовлена специально литейная форма 10, которая имела внутреннюю полость длиной около 5'' (127 мм), шириной 5'' (127 мм) и высотой 3,25'' (83 мм) и имела пять отверстий 11 диаметром около 0,75'' (19 мм) и глубиной 0,75'' (19 мм) в нижней части кремнеземной литейной формы. Литейная форма была образована сначала путем смешивания шлама, содержащего 2,5 3 вес. ч. порошкообразного кремнезема (RA NSO-SIL 4 фирмы "Ренсом энд Рендолф", Мауни, ОХ), 1 вес. ч. коллоидального кремнезема (NYACOL 830 фирмы "Найакол продакт инк. ", Астланд, МА) и 1 1,5 вес. ч. кремнистого песка (RANCO-SILA, продаваемого фирмой "Ренсом энд Рендолф", Мауни, ОХ). Шламовая смесь выливалась в форму для вулканизации резиновых изделий, имеющую отрицательный образец требуемой внутренней полости кремнеземной формы, и помещалась в холодильник на всю ночь (примерно 14 ч). Кремнеземная форма 10 затем отделялась от формы для вулканизации, обжигалась при 800oC в печи в атмосфере воздуха в течение около 1 ч и охлаждалась до комнатной температуры.In FIG. 5 is a schematic cross-sectional view of a complex used to obtain a sample of a composite with a metal matrix, as described below. A mold 10 was specially prepared from silica, which had an internal cavity of about 5 '' (127 mm) long, 5 '' (127 mm) wide and 3.25 '' (83 mm) high and had five holes 11 with a diameter of about 0 , 75 '' (19 mm) and a depth of 0.75 '' (19 mm) at the bottom of the silica mold. The mold was first formed by mixing a slurry containing 2.5 to 3 weight. including powdered silica (RA NSO-SIL 4 firm "Rensom and Randolph", Mauni, OX), 1 weight. including colloidal silica (NYACOL 830 firm "Niacol product Inc.", Astland, MA) and 1 1.5 wt. including siliceous sand (RANCO-SILA sold by Rensom & Rendolf, Mauni, OX). The slurry mixture was poured into a mold for vulcanizing rubber products, having a negative sample of the desired internal cavity of the silica form, and was placed in the refrigerator overnight (approximately 14 hours). The silica mold 10 was then separated from the vulcanization mold, calcined at 800 ° C. in an oven in air for about 1 hour, and cooled to room temperature.

Нижняя поверхность сформованной кремнеземной литейной формы 10 покрывалась куском графитовой фольги 12 (PERMA-FOIL фирмы "ТТ Америка", Портланд, ОР) длиной 5'' (127 мм), шириной 5'' (127 мм) и толщиной около 0,010'' (0,25 мм). Отверстия 13 диаметром около 0,75'' (19 мм) были образованы в графитовой фольге в местах, соосно совпадающих с положениями отверстий 11 в нижней части кремнеземной формы 10. Отверстия 11 в нижней части кремнеземной формы 10 были наполнены цилиндрами 14 из основного металла диаметром 0,75'' (19 мм) и толщиной 0,75'' (19 мм) и имели состав, идентичный основному металлу, как описано ниже. Около 826 г смеси 15 наполнительного материала, содержащей около 95 вес. крупнозернистого глинозема 220 (38 ALUNDUM, фирмы "Нортон ко. ", Ворцестер, МА), и около 5 порошкообразного магния 325 (продается фирмой "АЭзар, Джонсон Маттей", Сибрук, НХ), было приготовлено в четырехлитровом пластмассовом сосуде и встряхивалось в течение 15 мин. Смесь 15 наполнительного материала затем выливалась в нижнюю часть кремнеземной формы 10 на глубину около 0,75'' (19 мм) и слегка сливалась до уровня поверхности смеси наполнительного материала. Около 1220 г основного металла 16, содержащего примерно менее 0,25 вес. Si, менее 0,30 вес. Fe, менее 0,25 вес. Cu, менее 0,15 вес. Mn, 9,5 10,6 вес. Mg, менее 0,15 вес. Zn, менее 0,25 вес. Ti и баланс алюминий, помещалось на верхнюю часть смеси 15 наполнительного материала в кремнеземной форме 10. Кремнеземная форма 10 и ее содержимое затем помещались в контейнер 17 из нержавеющей стали длиной 10'' (254 мм), шириной 10'' (254 мм) и высотой 8'' (203 мм). Титановый губчатый материал 18 весом около 15 г (фирмы "Кемаллой инк.", Брин Маур, ПА), разбрызгивался вокруг кремнеземной формы 10 в контейнере 17 из нержавеющей стали. Лист медной фольги 19 помещался на проем контейнера 17 из нержавеющей стали, образуя изолированную камеру. Труба 20 азотной продувки проходила через лист медной фольги 19 и контейнер 17 из нержавеющей стали и его содержимое помещались в печь, нагреваемую блоком резисторов, с атмосферой воздуха. The lower surface of the molded silica mold 10 was coated with a piece of graphite foil 12 (PERMA-FOIL from TT America, Portland, OR) 5 '' (127 mm) long, 5 '' (127 mm) wide and about 0.010 '' thick ( 0.25 mm). Holes 13 with a diameter of about 0.75 '' (19 mm) were formed in graphite foil at locations that coincided coaxially with the positions of the holes 11 in the lower part of the silica mold 10. The holes 11 in the lower part of the silica mold 10 were filled with cylinders 14 of a base metal with a diameter 0.75 '' (19 mm) and a thickness of 0.75 '' (19 mm) and had a composition identical to the base metal, as described below. About 826 g of a mixture of 15 filler material containing about 95 weight. coarse-grained alumina 220 (38 ALUNDUM, Norton Co., Worcester, MA), and about 5 powdered magnesium 325 (sold by AEzar, Johnson Matthew, Sibrook, HX), was prepared in a four-liter plastic jar and shaken for 15 minutes. The filler material mixture 15 was then poured into the bottom of the silica mold 10 to a depth of about 0.75 '' (19 mm) and slightly drained to the surface level of the filler material mixture. About 1220 g of the base metal 16, containing approximately less than 0.25 weight. Si, less than 0.30 weight. Fe, less than 0.25 weight. Cu, less than 0.15 weight. Mn, 9.5-10.6 weight. Mg, less than 0.15 weight. Zn, less than 0.25 weight. Ti and aluminum balance were placed on top of the filler material mixture 15 in silica mold 10. Silica mold 10 and its contents were then placed in stainless steel container 17 10 '' (254 mm) long, 10 '' (254 mm) wide and 8 '' (203 mm) high. A titanium sponge material 18 weighing about 15 g (Kemalloy Inc., Bryn Mour, PA) was sprayed around silica mold 10 in a stainless steel container 17. A sheet of copper foil 19 was placed on the opening of the stainless steel container 17, forming an insulated chamber. The nitrogen purge pipe 20 passed through a sheet of copper foil 19 and a stainless steel container 17 and its contents were placed in a furnace heated by a block of resistors with an atmosphere of air.

Печь доводилась от комнатной температуры до 600oC со скоростью примерно 400oC/ч с расходом азота примерно 10 л/мин (следует отметить, что изолированная камера не является газонепроницаемой и обеспечивает возможность утечки азота из нее) и затем нагревалась от 600oC до примерно 750oC со скоростью 400oC/ч и расходом азота около 2 л/мин. После выдерживания системы при 775oC в течение примерно 1,5 ч с расходом азота 2 л/мин контейнер 17 из нержавеющей стали и его содержимое извлекались из печи. Кремнеземная форма 10 извлекалась из контейнера 10 из нержавеющей стали и часть оставшегося основного металла фильтровалась в кремнеземную форму 10. Комнатной температуры медная охлаждающая пластина длиной 5'' (127 мм), шириной 5'' (127 мм) и толщиной 1'' (25 мм) помещалась в кремнеземную форму 10 таким образом, что она входила в контакт с верхней частью оставшегося основного металла, чтобы направленно отверждать сформованный композит с металлической матрицей.The furnace was brought from room temperature to 600 o C at a rate of about 400 o C / h with a nitrogen flow of about 10 l / min (it should be noted that the insulated chamber is not gas-tight and allows nitrogen to leak out of it) and then was heated from 600 o C up to about 750 o C at a rate of 400 o C / h and a nitrogen flow rate of about 2 l / min. After keeping the system at 775 ° C. for about 1.5 hours with a nitrogen flow of 2 l / min, the stainless steel container 17 and its contents were removed from the furnace. Silica mold 10 was removed from the stainless steel container 10 and part of the remaining base metal was filtered into silica mold 10. Room temperature copper cooling plate 5 '' (127 mm) long, 5 '' (127 mm) wide and 1 '' thick (25 mm) was placed in a silica mold 10 in such a way that it came into contact with the upper part of the remaining base metal in order to directionally solidify the molded composite with a metal matrix.

Образец B (011889-АХ). Sample B (011889-AX).

На фиг. 6 в поперечном сечении схематично показан комплекс, использованный для получения образца композита с металлической матрицей, как описано далее. Специально была образована стальная коробка 32 путем размещения стальной рамы 30, имеющая внутреннее свободное пространство длиной 5'' (127 мм), шириной 5'' (127 мм) и высотой 2,75'' (70 мм) и имеющая толщину стенки 0,34 (7,9 мм), на стальную пластину 31 длиной 7'' (178 мм), шириной 7'' (178 мм) и толщиной 0,25'' (6,4 мм). Стальная коробка 32 была футерована внутри коробкой 33 из графитовой фольги длиной 5'' (127 мм), шириной 5'' (127 мм) и высотой 3'' (76 мм). Коробка 33 из графитовой фольги была изготовлена из куска графитовой фольги (Перма-Фойл, фирмы "ТТ Америка", Портланд, ОР), который был длиной 11'' (279 мм), шириной 11'' (279 мм) и толщиной 0,010'' (0,25 мм). Четыре параллельных разреза около 3'' (76 мм) от боковой стороны и 3'' (76 мм) длиной было произведено в графитовой фольге. Разрезанная графитовая фольга затем сгибалась и укладывалась с образованием коробки 33 из графитовой фольги. In FIG. 6 is a cross-sectional view schematically illustrating a complex used to produce a sample of a composite with a metal matrix, as described below. A steel box 32 was specially formed by placing a steel frame 30 having an internal free space of 5 '' (127 mm) long, 5 '' (127 mm) wide and 2.75 '' (70 mm) high and having a wall thickness of 0, 34 (7.9 mm), onto a steel plate 31, 7 '' (178 mm) long, 7 '' (178 mm) wide and 0.25 '' (6.4 mm) thick. The steel box 32 was lined inside by a graphite foil box 33 with a length of 5 '' (127 mm), a width of 5 '' (127 mm) and a height of 3 '' (76 mm). A box 33 of graphite foil was made of a piece of graphite foil (Perm-Foyle, TT America, Portland, OR), which was 11 '' (279 mm) long, 11 '' (279 mm) wide and 0.010 'thick '(0.25 mm). Four parallel cuts about 3 '' (76 mm) from the side and 3 '' (76 mm) long were made in graphite foil. The cut graphite foil was then bent and stacked to form a graphite foil box 33.

Около 782 г смеси наполнительного материала 34, содержащей 95 вес. глинозема (С-75 РО фирмы "Алкан кемикалс", Монреаль, Канада) и около 5 вес. порошкообразного магния с зернистостью 325 меш. (продается фирмой "Аезар Джонсон Маттер", Сибрук, НХ), было получено путем объединения материалов в пластмассовом сосуде и встряхивания руками в течение 15 мин. Смесь 34 наполнительного материала затем выливалась в коробку 33 из графитовой фольги на глубину 0,75'' (19 мм) и затем смесь слегка сливалась до уровня поверхности. Поверхность смеси 34 наполнительного материала была покрыта примерно 4 г порошкообразного магния 35 с зернистостью 50 меш. (продается фирмой "Альфа продактс", Мортон Тиокол, Данверс, МА). Около 1268 г основного металла 36, содержащего менее 0,25 вес. Si, менее 0,30 вес. Fe, менее 0,25 вес. Cu, менее 0,15 вес. Mn, 9,5 10,6 вес. Mg, менее 0,15 вес. Zn, менее 0,25 вес. Ti и баланс алюминий, было помещено на смесь 34 наполнительного материала, покрытую порошкообразным магнием 35. About 782 g of a mixture of filler material 34 containing 95 weight. alumina (C-75 RO company "Alkan Chemicals", Montreal, Canada) and about 5 weight. powdered magnesium with a grain size of 325 mesh. (sold by Aezar Johnson Matter, Seabrook, NH), was obtained by combining materials in a plastic vessel and shaking with hands for 15 minutes. The mixture 34 of filler material was then poured into a graphite foil box 33 to a depth of 0.75 '' (19 mm) and then the mixture was slightly drained to the surface level. The surface of the filler material mixture 34 was coated with about 4 g of powdered magnesium 35 with a grain size of 50 mesh. (sold by Alpha Products, Morton Thiokol, Danvers, MA). About 1268 g of base metal 36, containing less than 0.25 weight. Si, less than 0.30 weight. Fe, less than 0.25 weight. Cu, less than 0.15 weight. Mn, 9.5-10.6 weight. Mg, less than 0.15 weight. Zn, less than 0.25 weight. Ti and balance aluminum were placed on a mixture of 34 filler material coated with powdered magnesium 35.

Стальная коробка 32 и ее содержимое помещались в контейнер 37 из нержавеющей стали длиной 10'' (254 мм), шириной 104 (254 мм) и высотой 8'' (202 мм). Нижняя часть контейнера 37 из нержавеющей стали была образована путем покрытия нижней части (днища) коробки куском графитовой фольги 38 длиной 10'' (254 мм), шириной 10'' (254 мм) и толщиной 0,010'' (0,25 мм) и огнеупорный кирпич 39 был помещен на графитовую фольгу 38, чтобы поддерживать стальную коробку 32 в контейнере 37 из нержавеющей стали. Примерно 20 г титанового губчатого материала 40 (фирмы "Кемаллой компани, инк.'', Врин Моу, ПА) было разбрызгано по графитовой фольге 38 в нижней части контейнера 37 из нержавеющей стали вокруг огнеупорного кирпича 39, поддерживающего стальную коробку 32. Лист медной фольги 41 накрывался на проем (открытую часть) контейнера 37 из нержавеющей стали для образования изолированной камеры. Труба 42 азотной продувки проходила через лист медной фольги 41. Контейнер 37 из нержавеющей стали и его содержимое помещались в электрическую печь с атмосферой воздуха. The steel box 32 and its contents were placed in a stainless steel container 37 with a length of 10 '' (254 mm), a width of 104 (254 mm) and a height of 8 '' (202 mm). The lower part of the stainless steel container 37 was formed by coating the bottom of the box with a piece of graphite foil 38 with a length of 10 '' (254 mm), a width of 10 '' (254 mm) and a thickness of 0.010 '' (0.25 mm) and refractory brick 39 was placed on graphite foil 38 to support the steel box 32 in the stainless steel container 37. Approximately 20 g of titanium sponge material 40 (Kemalloy Company, Inc., Wryn Moe, PA) was sprayed on graphite foil 38 at the bottom of a stainless steel container 37 around a refractory brick 39 supporting a steel box 32. A sheet of copper foil 41 was covered over the opening (open portion) of the stainless steel container 37 to form an insulated chamber. The nitrogen purge pipe 42 passed through a sheet of copper foil 41. The stainless steel container 37 and its contents were placed in an electric furnace with an atmosphere of air.

Печь нагревалась от комнатной температуры до примерно 600oC со скоростью 400oC/ч с расходом азота через трубу 42 около 10 л/мин, затем нагревалась от 600oC до 800oC со скоростью 400oC/ч с расходом азота 2 л/мин. Система поддерживалась при 800oC около 2 ч с расходом азота 2 л/мин. Контейнер 37 из нержавеющей стали и его содержимое изымались из печи и стальная коробка 32 изымалась из контейнера 37 из нержавеющей стали и помещалась на медную охлаждающую пластину комнатной температуры с водяным охлаждением, имеющую длину 8'' (203 мм), 8'' ширину (203 мм) и толщину 0,5'' (13 мм), для направленного отверждения композита с металлической матрицей.The furnace was heated from room temperature to about 600 o C at a rate of 400 o C / h with a flow rate of nitrogen through the pipe 42 of about 10 l / min, then was heated from 600 o C to 800 o C at a speed of 400 o C / h with a flow of nitrogen 2 l / min The system was maintained at 800 ° C. for about 2 hours with a nitrogen flow rate of 2 L / min. The stainless steel container 37 and its contents were removed from the furnace and the steel box 32 was removed from the stainless steel container 37 and placed on a water-cooled, room-temperature copper cooling plate having a length of 8 '' (203 mm), 8 '' wide (203 mm) and a thickness of 0.5 '' (13 mm) for directionally curing a composite with a metal matrix.

Образец C (022189D AHI). Sample C (022189D AHI).

На фиг. 7 схематично в поперечном сечении показан комплекс, использованный для образования образца композита с металлической матрицей, как описано далее. Специально была образована графитовая лодочка 50, имеющая внутреннюю полость длиной 12'' (305 мм), шириной 8'' (203 мм) и высотой 5,25'' (13,3 мм), выполненная из графита ATJ, производимого "Юнион карбид". Три коробки 52 из графитовой фольги длиной 8'' (203 мм), шириной 4'' (102 мм) и высотой 5'' (127 мм), были помещены в нижнюю часть графитовой лодочки 50. Коробка 52 из графитовой фольги была изготовлена из куска графитовой фольги (Графойл фирмы "Юнион карбид") длиной 14'' (356 мм), шириной 12,5'' (318 мм) и толщиной 0,015'' (0,38 мм). Четыре параллельных разреза 5'' (127 мм) от боковой стороны и 5'' (127 мм) длиной было произведено в графитовой фольги. Разрезанная графитовая фольга затем складывалась в коробку 52 из графитовой фольги, склеивалась смесью, содержащей 1 вес. ч. графитового порошка (KS 44 фирмы "Лонда инк.'', Фейр Лоун. НДж) и 3 вес. ч. коллоидного кремнезема (LODOX SM фирмы "Э.И.Дюпон-де-Немур", Вилмингтон, ДЕ), и сшивалась проволокой для удержания. Нижняя часть коробки 52 из графитовой фольги была равномерно покрыта слоем магниевого порошка 50 с зернистостью 50 меш. (продается "Фльфой продактс", Мортон Тиокол, Данверс, МА). Магниевый порошок 53 был адгезирован к нижней части коробки 52 из графитовой фольги с помощью смеси, содержащей 25 - 50 об. графитового цемента (RIGIDLOCK фирмы "Поликарбон", Валенсия, КА) и баланс этиловый спирт. In FIG. 7 is a schematic cross-sectional view of the complex used to form a sample of a composite with a metal matrix, as described below. A graphite boat 50 was specially formed, having an internal cavity 12 '' (305 mm) long, 8 '' (203 mm) wide and 5.25 '' (13.3 mm) high, made of ATJ graphite manufactured by Union Carbide " Three boxes 52 of graphite foil 8 '' (203 mm) long, 4 '' (102 mm) wide and 5 '' (127 mm) high were placed in the lower part of graphite boat 50. The box 52 of graphite foil was made of pieces of graphite foil (Grafoil of Union Carbide) 14 '' (356 mm) long, 12.5 '' wide (318 mm wide) and 0.015 '' thick (0.38 mm). Four parallel cuts 5 '' (127 mm) from the side and 5 '' (127 mm) long were made in graphite foil. The cut graphite foil was then folded into a box 52 of graphite foil, glued with a mixture containing 1 weight. parts of graphite powder (KS 44 from Londa Inc., Fair Lone. NJ) and 3 parts by weight of colloidal silica (LODOX SM from E.I. Dupont de Nemur, Wilmington, DE), and The bottom of the graphite foil box 52 was uniformly coated with a 50 mesh layer of magnesium powder 50 grit (sold by Flf Products, Morton Tiokol, Danvers, MA). The magnesium powder 53 was adhered to the bottom of the box 52 of graphite foil using a mixture containing 25-50 vol. of graphite cement (RIGIDLOCK company "Polycarbon", Valencia, KA) and the balance of ethyl alcohol.

Около 1000 г смеси 54 наполнительного материала, содержащей 98 пластинчатого глинозема с размером частиц 60 (Т-64 фирмы "Алкоа индастриал кемикалс дивижн", Боксит, АР) и 2 порошкового магния с зернистостью 325 меш. (продается "АЗЕАРом Джонсон Маттей", Сибрук, НХ), помещалось в пластмассовый сосуд и перемешивалось на шаровой мельнице в течение 2 ч. Смесь 54 наполнительного материала затем высыпалась в нижнюю часть коробки 52 из графитовой фольги, футерующей графитовую лодочку 50, вручную уплотнялась и покрывалась 6-граммовым слоем порошкового магния 56 с зернистостью 50 меш ("Альфа продактс инк. "Мортон Тиокол, Данверс, МА). Около 1239 г основного металла 55, содержащего менее 0,35 вес. Si, менее 0,40 вес. Fe, 1,6 2,6 вес. Cu, менее 0,20 вес. Mn, 2,6 3,4 вес. Mg, 0,18 0,35 вес. Cr, 6,8 8,0 вес. Zn, менее 0,20 вес. Тi и баланс алюминий, было помещено на смесь 54 наполнительного материала в коробке 52 из графитовой фольги. About 1000 g of a mixture of 54 filler material containing 98 plate alumina with a particle size of 60 (T-64 from Alcoa Industrial Chemical Division, Bauxite, AR) and 2 325 mesh powder of magnesium. (sold by AZEAR Johnson Matthew, Seabrook, NH), was placed in a plastic vessel and mixed in a ball mill for 2 hours. A mixture of 54 filler material was then poured into the bottom of the box 52 of graphite foil lining the graphite boat 50, manually compacted and coated with a 6 gram layer of 56 magnesium powder with a grain size of 50 mesh (Alpha Products Inc., Morton Tiokol, Danvers, MA). About 1239 g of base metal 55 containing less than 0.35 weight. Si, less than 0.40 weight. Fe, 1.6; 2.6 weight. Cu, less than 0.20 weight. Mn, 2.6 3.4 wt. Mg, 0.18 0.35 weight. Cr, 6.8 8.0 weight. Zn, less than 0.20 weight. Ti and balance aluminum, were placed on a mixture of 54 filler material in a graphite foil box 52.

Графитовая лодочка 50 и ее содержимое были помещены в реторту с комнатной температурой, ретортной электрической печи сопротивления. Окно реторты было закрыто и реторта вакууминизировалась по крайней мере до 762 мм рт. ст. После образования вакуума в ретортную полость вводился азот с расходом 2,5 л/мин. Ретортная печь нагревалась примерно до 700oC со скоростью 120oC/ч и поддерживалась в течение 10 ч при 700oC в протекающей атмосфере азота с расходом 2,5 л/мин. Затем ретортная печь доводилась до 700oC примерно до 675oC со скоростью около 150oC/ч. Примерно при 675oC графитовая лодочка 50 и ее содержимое изымались из реторты и производилось направленное отверждение. Графитовая лодочка 50 помещалась на графитовую пластинку комнатной температуры и примерно 500 мл внешнего материала прибыльных надставок (FEE D OL-9, поставляется фирмой "Фосеко инк. "Трук парк. OX) высыпалось на верхнюю часть расплавленного основного металла, содержащегося в коробке 52 из графитовой фольги, и поверхностный слой из керамического волокна (CERAB LAN KET, фирмы "Менвилл рефрактори продактс") толщиной около 2'' (51 мм) был обернут вокруг графитовой лодочки 50. При комнатной температуре коробка 52 из графитовой фольги разбиралась для установления факта, что композитное тело с металлической матрицей было сформовано.Graphite boat 50 and its contents were placed in a retort with room temperature, a retort electric resistance furnace. The retort window was closed and the retort was evacuated to at least 762 mmHg. Art. After the formation of vacuum, nitrogen was introduced into the retort cavity with a flow rate of 2.5 l / min. The retort furnace was heated to approximately 700 ° C at a rate of 120 ° C / h and was maintained for 10 hours at 700 ° C in a flowing nitrogen atmosphere at a flow rate of 2.5 L / min. Then the retort furnace was brought to about 700 ° C. to about 675 ° C. at a rate of about 150 ° C./h. At about 675 ° C, a graphite boat 50 and its contents were removed from the retort and directional curing was performed. Graphite boat 50 was placed on a graphite plate at room temperature and approximately 500 ml of the external material of profitable extensions (FEE D OL-9, supplied by Foseco Inc. Truk Park. OX) spilled onto the top of the molten base metal contained in a graphite box 52 foil and a ceramic fiber surface layer (CERAB LAN KET, Menville Refractories Products) about 2 '' (51 mm) thick was wrapped around graphite boat 50. At room temperature, the graphite foil box 52 was disassembled to establish the fact that the composite body with the metal matrix was molded.

Образец D (060889 DAE3). Sample D (060889 DAE3).

На фиг. 8 схематично в поперечном сечении показан комплекс, использованный для образования образца композита с металлической матрицей, как описано далее. Была изготовлена графитовая лодочка 70 с внутренней полостью длиной 8'' (203 мм), шириной 4'' (102 мм) и высотой 2,5'' (63 мм), выполненная из графита АТ (производства фирмы "Юнион карбид"). Коробка 71 из графитовой фольги длиной 8'' (203 мм), шириной 1,5'' (38 мм) и высотой 3'' (76 мм) была помещена в графитовую лодочку 70. Коробка 71 из графитовой фольги была выполнена из куска графитовой фольги (Графойл фирмы "Юнион карбид") 14'' длиной (356 мм), шириной 7,5'' (191 мм) и толщиной 0,015'' (0,38 мм). Четыре параллельных разреза 3'' (76 мм) от боковой стороны и 3'' (76 мм) длины было произведено в графитовой фольге. Затем графитовая фольга сгибалась в коробку 71 из графитовой фольги, склеивалась графитовым цементом (Риджилокк, фирмы "Поликарбон", Валенсия, КА) и сшивалась проволокой. После удовлетворительного высыхания коробка 71 из графитовой фольги помещалась в графитовую лодочку 70. In FIG. 8 is a schematic cross-sectional view of the complex used to form a sample of a composite with a metal matrix, as described below. A graphite boat 70 was made with an internal cavity 8 '' (203 mm) long, 4 '' (102 mm) wide and 2.5 '' (63 mm) high, made of AT graphite (manufactured by Union Carbide). A box 71 of graphite foil was 8 '' (203 mm) long, 1.5 '' (38 mm) wide and 3 '' (76 mm) high was placed in a 70 graphite boat. A graphite foil box 71 was made of a piece of graphite foils (Grafoil of Union Carbide) 14 '' long (356 mm), 7.5 '' (191 mm wide) and 0.015 '' (0.38 mm) thick. Four parallel cuts of 3 '' (76 mm) from the side and 3 '' (76 mm) of length were made in graphite foil. Then the graphite foil was bent into a box of 71 of graphite foil, glued together with graphite cement (Ridgiloc, Polycarbon, Valencia, CA) and sewn together with wire. After satisfactory drying, the graphite foil box 71 was placed in a graphite boat 70.

Около 1000 г смеси наполнительного материала 73, содержащей 96 вес. глиноземных пластинок диаметром 10 мкм и тодщиной около 2 мкм (разработанная степень F пластинок Al2O3, поставляемая фирмой "Дюпон де Немур и ко. инк." Вилмингтон Д. Е. ) и 4 вес. порошкового магния зернистостью 325 меш. (фирмы "АЕЗАР Джонсон Маттей", Сибрук, НХ), было помещено в четырехлитровый пластмассовый сосуд и остальной объем сосуда был наполнен этиловым спиртом для образования смеси шлама. Пластмассовый сосуд и его содержимое затем помещались на шаровую мельницу не менее, чем на 3 ч. Шламовая смесь подвергалась вакуумной фильтрации для отделения этилового спирта и смеси 73 наполнительного материала. После удаления по существу этилового спирта смесь 73 наполнительного материала помещалась в открытую для воздуха печь, установленную на уровне температуры 110oС и сушилась всю ночь. Смесь 73 наполнительного материала затем пропускалась через сито 40 меш. для завершения ее отделения. Этот способ дисперсии жидкости здесь и далее именуется как "способ ДЖ".About 1000 g of a mixture of filler material 73 containing 96 weight. alumina plates with a diameter of 10 μm and a thickness of about 2 μm (developed grade F of Al 2 O 3 plates, supplied by Dupont de Nemour & Co. Inc. Wilmington D. E.) and 4 weight. powder of magnesium grit 325 mesh. (AEZAR Johnson Matthew, Seabrook, NH), was placed in a four-liter plastic vessel and the rest of the vessel was filled with ethanol to form a slurry mixture. The plastic vessel and its contents were then placed in a ball mill for at least 3 hours. The slurry mixture was subjected to vacuum filtration to separate ethyl alcohol and mixture 73 of filler material. After the removal of essentially ethyl alcohol, the mixture of filler material 73 was placed in an air-open oven set at a temperature of 110 ° C. and dried overnight. The mixture 73 of filler material was then passed through a 40 mesh sieve. to complete her separation. This liquid dispersion method is hereinafter referred to as the “J method”.

Нижняя часть коробки 71 из графитовой фольги была покрыта примерно 1,5-граммовым слоем порошкового магния 74 зернистостью 50 меш. ("Альфа продактс, инк. "Мортон Тиоколо, Данверс МА), который был адгезирован к нижней части коробки 71 из графитовой фольги графитовым цементом (Риджилокк, поставляемый фирмой "Поликарбон", Валенсия КА). Смесь 73 наполнительного материала затем вливалась в нижнюю часть коробки 71 из графитовой фольги, уплотнялась вручную и покрывалась 1,5-граммовым слоем порошкового магния 75 зернистостью 50 меш. ("Альфа продактс инк.", Мортон Тиоколо, Данверс, МА). Примерно 644 г основного металла 72, содержащего менее 0,25 вес. Si, менее 0,30 вес. Fе, менее 0,25 вес. Cu, менее 0,15 вес. Mn, 9,5 10,6 вес. Mg, менее 0,15 вес. Zn, менее 0,25 вес. Ti и баланс алюминий, помещалось на смесь 73 наполнительного материала в коробке 71 из графитовой фольги. Две графитовых опорных пластины 76 длиной 8'' (203 мм), шириной 3'' (76 мм) и толщиной 0,5'' (13 мм) были установлены вдоль наружных боковых сторон коробки 71 из графитовой фольги (см. фиг. 12). Материал 77 глинозема зернистостью 220 (38 АЛУНДУМ фирмы "Нортон ко", Ворцестер, МА) помещался в графитовую лодочку вокруг графитовых пластин 76. The bottom of the graphite foil box 71 was coated with an approximately 1.5 gram layer of magnesium powder 74 with a grain size of 50 mesh. (Alpha Products, Inc. Morton Tiokolo, Danvers MA), which was adhered to the bottom of the box 71 of graphite foil with graphite cement (Regilokk supplied by Polycarbon, Valencia CA). The mixture 73 of filler material was then poured into the bottom of the box 71 of graphite foil, manually compacted, and coated with a 1.5 gram layer of magnesium powder 75 with a grain size of 50 mesh. (Alpha Products Inc., Morton Tiokolo, Danvers, MA). Approximately 644 g of base metal 72, containing less than 0.25 weight. Si, less than 0.30 weight. Fe, less than 0.25 weight. Cu, less than 0.15 weight. Mn, 9.5-10.6 weight. Mg, less than 0.15 weight. Zn, less than 0.25 weight. Ti and aluminum balance were placed on a mixture of 73 filler material in a graphite foil box 71. Two graphite support plates 76 were 8 '' (203 mm) long, 3 '' (76 mm) wide and 0.5 '' (13 mm) thick were installed along the outer sides of the graphite foil box 71 (see FIG. 12 ) Material 77 of alumina with grit 220 (38 ALUNDUM by Norton Co., Worcester, MA) was placed in a graphite boat around graphite plates 76.

Система, содержащая графитовую лодочку 70 и ее содержимое, помещалась в ретортную электрическую печь сопротивления при комнатной температуре. Окно реторты было закрыто и реторта вакууминизировалась по крайней мере до 508 мм рт. ст. Ретортная печь затем нагревалась примерно до 775oC со скоростью 100oC/ч с расходом азота 4 л/мин. После 10 ч при 775oC при расходе азота 4 л/мин графитовая лодочка 70 и ее содержимое извлекались из ретортной печи и производилось направленное отверждение. Графитовая лодочка 70 помещалась на охлаждаемую пластину из глинозема с водяным охлаждением при комнатной температуре и примерно 500 мл внешнего материала прибыльной надбавки (ФИДОЛ-9, продаваемый фирмой "Фосеко инк.", Брук Парк, ОХ) высыпалось на верхнюю часть расплавленного основного металла, содержащегося в коробке 71 из графитовой фольги, и слой керамических волокон (Серабланкет, фирма "Менвилл рефрактори продактс") толщиной около 2'' (51 мм) обертывался вокруг графитовой лодочки 70. При комнатной температуре коробка 71 из графитовой фольги разбиралась для установления сформирования композитного тела с металлической матрицей.A system containing a graphite boat 70 and its contents was placed in a retort electric resistance furnace at room temperature. The retort window was closed and the retort was evacuated to at least 508 mmHg. Art. The retort furnace was then heated to about 775 ° C. at a rate of 100 ° C./h with a nitrogen flow rate of 4 L / min. After 10 hours at 775 ° C. with a nitrogen flow rate of 4 l / min, the graphite boat 70 and its contents were removed from the retort furnace and directional curing was carried out. A graphite boat 70 was placed on a water-cooled alumina plate at room temperature and about 500 ml of the external material of the profitable allowance (FIDOL-9 sold by Foseco Inc., Brook Park, OX) was poured onto the upper part of the molten base metal contained in a box of 71 graphite foil, and a layer of ceramic fibers (Serablanquet, Menville Refractories Products) about 2 '' (51 mm) thick wrapped around a graphite boat 70. At room temperature, a box of 71 graphite foil folds was taken to establish the formation of a composite body with a metal matrix.

Сформированный композит с металлической матрицей затем подвергался тепловой обработке. Композит был помещен в корзинку из проволоки из нержавеющей стали, которая затем помещалась в электропечь сопротивления с атмосферой воздуха. Печь доводилась до 435oС через 40 мин, удерживалась в течение 18 ч, затем композит извлекался из печи и охлаждался в водяной ванне комнатной температуре.The formed metal matrix composite was then heat treated. The composite was placed in a basket of stainless steel wire, which was then placed in an electric resistance furnace with an air atmosphere. The furnace was brought to 435 ° C. after 40 minutes, held for 18 hours, then the composite was removed from the furnace and cooled in a water bath at room temperature.

Образец E (072988TAM). Sample E (072988TAM).

На фиг. 9 схематично в поперечном сечении показан комплекс, использованный для получения образца композита с металлической матрицей, как описано далее. Коробка 90 из нержавеющей стали с длиной 6'' (152 мм), шириной 3'' (76 мм) и высотой 5'' (127 мм) была изготовлена путем сваривания вместе листов нержавеющей стали серии 300. Коробка 90 из нержавеющей стали была фетурована коробкой 91 из графитовой фольги с длиной 6'' (152 мм), шириной 3'' (76 мм) и высотой 5'' (127 мм). Коробка 91 из графитовой фольги была изготовлена из куска графитовой фольги (Грайфол фирмы "Юнион карбид") длиной 16'' (406 мм), шириной 13'' (330 мм) и толщиной 0,015'' (38 мм). Четыре параллельных разреза 5'' (127 мм) от боковой стороны и 5'' (127 мм) длиной было произведено в графитовой фольге. Графитовая фольга складывалась и сшивалась проволокой для образования коробки 91 из графитовой фольги, затем помещалась внутрь коробки 90 из нержавеющей стали. In FIG. 9 is a schematic cross-sectional view of the complex used to produce a composite sample with a metal matrix, as described below. A stainless steel box 90 with a length of 6 '' (152 mm), a width of 3 '' (76 mm) and a height of 5 '' (127 mm) was made by welding together 300 series stainless steel sheets. A 90 stainless steel box was fettered a box of 91 graphite foil with a length of 6 '' (152 mm), a width of 3 '' (76 mm) and a height of 5 '' (127 mm). Box 91 of graphite foil was made from a piece of graphite foil (Greyfol company Union carbide) 16 '' (406 mm) long, 13 '' (330 mm) wide and 0.015 '' (38 mm) thick. Four parallel cuts 5 '' (127 mm) from the side and 5 '' (127 mm) long were made in graphite foil. The graphite foil was folded and crosslinked to form a graphite foil box 91, then placed inside a stainless steel box 90.

Смесь 92 наполнительного материала была приготовлена путем смешивания в четырехлитровом пластмассовом сосуде примерно 600 г смеси, содержащей около 73 вес. карбида кремния зернистостью 1000 (39CRYSTOLON фирмы "Нортор ко", Ворцестер, МА), 24 вес. нитевидных кристаллов карбида кремния (фирмы "Никкей текно-резерч. ко. лтд.", Япония) и около 3 вес. порошкового магния зернистостью 325 меш. (фирмы "АЕЗАР, Джонсон Маттей", Сибрук, НХ), и сосуд помещался на шаровую мельницу примерно на 1 ч. A mixture of 92 filler material was prepared by mixing in a four-liter plastic vessel about 600 g of a mixture containing about 73 weight. silicon carbide with a grit of 1000 (39CRYSTOLON of Nortor Co., Worcester, MA), 24 wt. whiskers of silicon carbide (the company "Nikkei tekno-rezerch. co. Ltd.", Japan) and about 3 weight. powder of magnesium grit 325 mesh. (firms "AEZAR, Johnson Matthew", Seabrook, NH), and the vessel was placed on a ball mill for about 1 hour

Слой размером примерно 0,75'' (19 мм) смеси наполнительного материала 92 насыпался в нижнюю часть коробки 91 из графитовой фольги, содержащейся в коробке 90 из нержавеющей стали. Слитки 93 основного металла, содержащие 10 вес. кремния, 5 вес. меди и баланс алюминия и имеющие общий вес около 1216 г, помещались на верхней части смеси 92 наполнительного материала, содержащейся в коробке 91 из графитовой фольги. Коробка 90 из нержавеющей стали и ее содержимое помещались в наружный контейнер 94 из нержавеющей стали длиной 10'' (254 мм), шириной 8'' (203 мм) и высотой 8'' (203 мм). Около 15 г титанового губчатого материала (фирмы "Кемаллой компани инк.", Брин Моур, ПА) и около 15 г порошкового магния зернистостью 50 меш. (фирмы "Альфа продактс", Морто Тиокол, Данверс, МА) разбрызгивались в наружном контейнере 94 из нержавеющей стали вокруг коробки 90 из нержавеющей стали. Лист медной фольги 97 накрывал проем наружного контейнера 94 из нержавеющей стали. Труба 98 азотной продувки проходила через медную фольгу 97. A layer of approximately 0.75 '' (19 mm) of filler mixture 92 was poured into the bottom of the graphite foil box 91 contained in the stainless steel box 90. Ingots 93 of the base metal containing 10 weight. silicon, 5 weight. copper and aluminum balance and having a total weight of about 1216 g, were placed on top of the mixture 92 of filler material contained in a graphite foil box 91. A stainless steel box 90 and its contents were placed in an outer stainless steel container 94 with a length of 10 '' (254 mm), a width of 8 '' (203 mm) and a height of 8 '' (203 mm). About 15 g of titanium sponge material (Kemalloy Company Inc., Brin Moore, PA) and about 15 g of powdered magnesium with a grain size of 50 mesh. (Alpha Products, Morto Tiokol, Danvers, MA) were sprayed in an external stainless steel container 94 around a stainless steel box 90. A sheet of copper foil 97 covered the opening of the outer stainless steel container 94. The nitrogen purge pipe 98 passed through a copper foil 97.

Система, содержащая контейнер 94 из нержавеющей стали и его содержимое, была помещена в электрическую печь сопротивления с атмосферой воздуха. Печь нагревалась от комнатной температуры до 800oC со скоростью 550oC/ч с расходом азота в контейнере 94 из нержавеющей стали около 2,5 л/мин. После 2,5 ч при 800oC с расходом азота 2,5 л/мин наружный контейнер 94 из нержавеющей стали и его содержимым был извлечен из печи. Коробка 90 из нержавеющей стали, футерованной графитовой фольгой, была извлечена из наружного контейнера 94 из нержавеющей стали и ее содержимое было помещено на медную охлаждающую пластину с комнатной температурой, имеющей длину 8'' (203 мм), ширину 8''(203 мм) и толщину 0,5'' (13 мм), для направленного отверждения композита с металлической матрицей. При комнатной температуре коробка 91 из графитовой фольги была демонтирована для подтверждения сформирования композита с металлической матрицей.A system containing a stainless steel container 94 and its contents was placed in an electric resistance furnace with an air atmosphere. The furnace was heated from room temperature to 800 o C at a rate of 550 o C / h with a nitrogen flow rate of about 2.5 l / min in a stainless steel container 94. After 2.5 hours at 800 ° C with a nitrogen flow rate of 2.5 l / min, the outer stainless steel container 94 and its contents were removed from the furnace. A stainless steel box 90 lined with graphite foil was removed from an outer stainless steel container 94 and its contents were placed on a copper cooling plate at room temperature having a length of 8 '' (203 mm) and a width of 8 '' (203 mm) and a thickness of 0.5 '' (13 mm) for directionally curing the metal matrix composite. At room temperature, a graphite foil box 91 was removed to confirm the formation of a composite with a metal matrix.

Образец F (090789DU). Sample F (090789DU).

На фиг. 14 схематично в поперечном сечении показан комплекс, использованный для получения образца композита с металлической матрицей, описанного ниже. В этом случае использовалась глиноземная лодочка с внутренней полостью длиной 3,75'' (95 мм), шириной 1,8'' (45 мм) и глубиной 0,79'' (20 мм). Слой примерно 1/8 дюйма наполнительного материала 111, содержащего полые глиноземные шарики (аэросферы, продаваемые фирмой "Керамик фильтерс инк." Атланта ГА), помещался на дно глиноземной лодочки 110. Слитки 112 основного металла, содержащего менее 0,25 вес. Si, менее 0,30 вес. F, менее 0,25 вес. Cu, менее 0,15 вес. Mn, 9,5 10,6 вес. Mg, менее 0,15 вес. Zn, менее 0,25 вес. Ti и баланс алюминий, помещались на слой наполнительного материала 111 в глиноземной лодочке 110. In FIG. 14 is a schematic cross-sectional view of the complex used to obtain the metal matrix composite sample described below. In this case, an alumina boat with an internal cavity of 3.75 '' (95 mm) long, 1.8 '' (45 mm) wide and 0.79 '' (20 mm) deep was used. A layer of approximately 1/8 inch of filler material 111 containing hollow alumina balls (aerospheres sold by Ceramic Filters Inc. Atlanta GA) was placed at the bottom of alumina boat 110. Ingot 112 of a base metal containing less than 0.25 weight. Si, less than 0.30 weight. F, less than 0.25 weight. Cu, less than 0.15 weight. Mn, 9.5-10.6 weight. Mg, less than 0.15 weight. Zn, less than 0.25 weight. Ti and aluminum balance were placed on a layer of filler material 111 in alumina boat 110.

Глиноземная лодочка 110 и ее содержимое помещались в электропечь сопротивления при комнатной температуре. Трубчатая печь была по существу герметизирована и трубообразная полость ее была вакуумизирована по крайней мере 762 мм рт. ст. Затем в печь подавался азот с расходом 0,5 л/мин и печь нагревалась до 800oC со скоростью 300oC/ч. Система поддерживалась при 800oC в течение 0,5 ч с расходом азота 0,5 л/мин. Трубчатая печь затем охлаждалась до комнатной температуры со скоростью 300oC/мин. При комнатной температуре глиноземная лодочка 110 была извлечена из печи для определения образования композитного тела с металлической матрицей.Alumina boat 110 and its contents were placed in an electric resistance furnace at room temperature. The tube furnace was essentially sealed and its tube-shaped cavity was evacuated at least 762 mm RT. Art. Then nitrogen was supplied to the furnace with a flow rate of 0.5 l / min and the furnace was heated to 800 ° C at a rate of 300 ° C / h. The system was maintained at 800 ° C. for 0.5 hours with a nitrogen flow rate of 0.5 L / min. The tube furnace was then cooled to room temperature at a rate of 300 ° C./min. At room temperature, alumina boat 110 was removed from the furnace to determine the formation of a composite body with a metal matrix.

Образец G (123187-DE). Sample G (123187-DE).

На фиг. 11 схематично в поперечном сечении показан комплекс, использованный для получения образца композита с металлической матрицей, как описано ниже. Была изготовлена графитовая лодочка 130 длиной 4'' (102 мм), шириной 4'' (102 мм) и высотой 3'' (76 мм) из графита АТ производства "Юнион карюбид". Материал 131 глинозема зернистостью 24 (38 Алундум фирмы "Нортон ко" Ворцестер, МА) помещался на дно графитовой лодочки 130. Коробка 132 из графитовой фольги длиной 2'' (51 мм), шириной 2'' (51 мм) и высотой 3'' (76 мм) помещалась в глинозем 131 зернистостью 24, покрывающий дно графитовой лодочки 130, и графитовая коробка была окружена дополнительным глиноземом 131 зернистостью 24. Коробка 132 из графитовой фольги была изготовлена из куска графитовой фольги (Графойл фирмф "Юнион карюид") длинлй 8'' (203 мм), шириной 8'' (203 мм) и толщиной 0,015'' (0,38 мм). Четыре параллельных разреза с расчетом 2'' (51 мм) от боковой стороны и 3'' (76 мм) длиной было произведено в графитовой фольге. Разрезанная графитовая фольга затем складывалась/сгибалась, склеивалась смесью, содержащей 1 вес. ч. графитового порошка (KS-44 фирмы, "Лонца, инк.", Фейр Лоун НДж) и 3 вес. ч. коллоидного кремния (ЛЮДОКС СМ фирмы "Э.И.Дюпон де-Немур ко. инк.", Вилмингтон, ДЕ), и сшивалась проволокой, образуя коробку 132 из графитовой фольги. In FIG. 11 is a schematic cross-sectional view of the complex used to obtain a composite sample with a metal matrix, as described below. A graphite boat 130 was made with a length of 4 '' (102 mm), a width of 4 '' (102 mm) and a height of 3 '' (76 mm) from AT graphite manufactured by Union Carubid. A material of 131 alumina with 24 grit (38 Alundum of Norton Co. Worcester, MA) was placed at the bottom of a graphite boat 130. A box 132 of graphite foil 2 '' (51 mm) long, 2 '' (51 mm) wide and 3 'high '(76 mm) was placed in alumina 131 with a grit of 24, covering the bottom of a graphite boat 130, and the graphite box was surrounded by additional alumina 131 with a grit of 24. Box 132 of graphite foil was made of a piece of graphite foil (Grafoyl firm firm Union caruid), length 8 '' (203 mm), 8 '' wide (203 mm) and 0.015 '' thick (0.38 mm). Four parallel cuts with the calculation of 2 '' (51 mm) from the side and 3 '' (76 mm) in length were made in graphite foil. The cut graphite foil was then folded / bent, glued with a mixture containing 1 weight. including graphite powder (KS-44 company, "Lonza, Inc.", Fair Lone NJ) and 3 weight. parts of colloidal silicon (LUDOX SM firm "E.I. Dupont de Nemour co. Inc.", Wilmington, DE), and stitched together with wire, forming a box 132 of graphite foil.

Подпрессовка 133 из глиноземных волокон длиной 2'' (51 мм), шириной 2'' (51 мм) и толщиной 0,8'' (20 мм) была приготовлена из смеси, содержащей 90 вес. раскрошенных глиноземных волокон диаметром около 20 мкм (волокно FP фирмы "Дюпон де Немур ко. инк." Вилмигтон, ДЕ), 10 вес. глиноземных волокон диаметром 3 мкм (под названием СТАФФИЛ фирмы "Ай-Си-Ай Америкас", Вилмингтон, ДЕ), связывалась с помощью коллоидного глинозема. Подпрессовка 133 из глиноземного волокна, которая содержала примерно 12 об. керамических волокон, помещалась на дно коробки 132 из графитовой фольги в графитовой лодочке 130. Два слитка основного металла 134 длиной 2'' (51 мм), шириной 2'' (51 мм) и высотой 1'' (25 мм), содержащие 10,5 вес. Mg, 4 вес. Zn, 0,5 вес. Si, 0,5 вес. Cu и баланс алюминий, помещались на подпрессовку 133 из глиноземного волокна в коробке 132 из графитовой фольги. Пространство между периметром слитков основного металла 134 и боковой стенкой коробки 132 из графитовой фольги заполнялось пастообразной графитовой смесью 135, содержащей 1 вес. ч. графитового порошка (KS-44 фирмы "Лонца инк.", Фейр Лоун НДж) и 3 вес. ч. коллоидного кремнезема (ЛЮДОКС СМ фирмы Э.И.Дюпон де Немур ко. Инк. ", Вилмингтон. ДЕ). Prepressing 133 of alumina fibers with a length of 2 '' (51 mm), a width of 2 '' (51 mm) and a thickness of 0.8 '' (20 mm) was prepared from a mixture containing 90 weight. crushed alumina fibers with a diameter of about 20 μm (fiber FP firm DuPont de Nemour co., Inc. Wilmigton, DE), 10 weight. alumina fibers with a diameter of 3 μm (under the name STAFFIL of the company "ICC Amerikas", Wilmington, DE), was bound using colloidal alumina. Prepressing 133 of alumina fiber, which contained approximately 12 vol. ceramic fibers, placed on the bottom of a graphite foil box 132 in a graphite boat 130. Two base metal ingots 134 2 '' (51 mm) long, 2 '' wide (51 mm) and 1 '' high (25 mm), containing 10 5 weight. Mg, 4 weight. Zn, 0.5 weight. Si, 0.5 weight. Cu and aluminum balance were placed on a prepress 133 of alumina fiber in a box 132 of graphite foil. The space between the perimeter of the base metal ingots 134 and the side wall of the graphite foil box 132 was filled with a paste-like graphite mixture 135 containing 1 weight. including graphite powder (KS-44 company "Lonza Inc.", Fair Lone NJ) and 3 wt. including colloidal silica (LUDOX SM firm E.I. Dupont de Nemour co. Inc. ", Wilmington. DE).

Графитовая лодочка 130 и ее содержимое помещались в печь с управляемой атмосферой при комнатной температуре. Печная дверца была закрытой и печь вакууминизировалась по крайней мере до 762 мм рт. ст. Затем печь нагревалась до 200oС в течение 0,75 ч. После не менее 2 ч при 200oc и вакууме не менее 762 мм рт. ст. печь продувалась азотом с расходом 32 л/мин и нагревалась до 675oc в течение 5 ч. После 20 ч при 675oC с расходом азота 2 л/мин печь выключалась и охлаждалась до комнатной температуры. При комнатной температуре коробка 132 из графитовой фольги демонтировалась для определения сформирования композитного тела с металлической матрицей.The graphite boat 130 and its contents were placed in a controlled atmosphere furnace at room temperature. The oven door was closed and the oven was evacuated to at least 762 mmHg. Art. Then the furnace was heated to 200 o C for 0.75 hours. After at least 2 hours at 200 o c and a vacuum of at least 762 mm RT. Art. the furnace was purged with nitrogen with a flow rate of 32 l / min and heated to 675 ° C. for 5 hours. After 20 hours at 675 ° C with a nitrogen flow rate of 2 l / min, the furnace was turned off and cooled to room temperature. At room temperature, a graphite foil box 132 was removed to determine the formation of a composite body with a metal matrix.

Образец H (042088-DN). Sample H (042088-DN).

На фиг. 16 схематично в поперечном разрезе показан комплекс, использованный для образования образца композита с металлической матрицей, армированной волокном, как описано ниже. Контейнер 150 из нержавеющей стали длиной 6,5'' (165 мм), шириной 6,5'' (165 мм) и высотой 3'' (76 мм) был изготовлен путем сварки вместе листов нержавеющей стали серии 300. Контейнер 150 из нержавеющей стали был футерован коробкой 151 из графитовой фольги длиной 6'' (152 мм), шириной 6'' (152 мм) и высотой 3'' (76 мм). Коробка 151 из графитовой фольги была изготовлена из куска графитовой фольги (ГРАФОЙЛ фирмы "Юнион карбид") длиной 9'' (229 мм), шириной 9'' (229 мм) и толщиной 0,015'' (0,38 мм). Четыре параллельных разреза с расчетом 3'' (76 мм) от боковой стороны и 3'' (76 мм) длиной было сделано в графитовой фольге. Разрезанная графитовая фольга затем складывалась/сгибалась, склеивалась смесью, содержащей 1 вес. ч. графитового порошка (KS-44 фирмы "Лонца инк.", Фейр Лоун. НДж) и 3 вес. ч. коллоидного кремнезема (ЛЮДОКС СМ фирмы Э.И.Дюпон де Немур и ко. инк." Вилмингтон, ДЕ), и смешивалась проволокой, образуя коробку 151 из графитовой фольги. После достаточно удовлетворительного высыхания клея коробка 151 из графитовой фольги помещалась в нижнюю часть контейнера 150 из нержавеющей стали. Слой толщиной примерно 0,25'' (6,4 мм) SiC 152 с зернистостью 90 (39 КРИСТОЛОН фирмы "Нортон ко.", Ворцестер, МА) размещался в нижней части коробки 151 из графитовой фольги. In FIG. 16 is a schematic cross-sectional view of the complex used to form a fiber reinforced metal matrix composite sample, as described below. The stainless steel container 150 was 6.5 '' (165 mm) long, 6.5 '' (165 mm) wide and 3 '' (76 mm) high was made by welding together 300 series stainless steel sheets. 150 stainless steel container steel was lined with a 151 box of graphite foil 6 '' (152 mm) long, 6 '' (152 mm) wide and 3 '' (76 mm) high. A graphite foil box 151 was made of a piece of graphite foil (GRAPOIL from Union Carbide) 9 '' (229 mm) long, 9 '' (229 mm wide) and 0.015 '' (0.38 mm) thick. Four parallel cuts with the calculation of 3 '' (76 mm) from the side and 3 '' (76 mm) in length were made in graphite foil. The cut graphite foil was then folded / bent, glued with a mixture containing 1 weight. including graphite powder (KS-44 firm "Lontsa Inc.", Fair Lone. NJ) and 3 wt. h. colloidal silica (LUDOX SM firm E.I. Dupont de Nemour and co. Inc. "Wilmington, DE), and mixed with wire, forming a box 151 of graphite foil. After a sufficiently satisfactory drying of the adhesive box 151 of graphite foil was placed in the lower part of a stainless steel container 150. A layer of approximately 0.25 '' (6.4 mm) thick SiC 152 with a grain size of 90 (39 KRISTOLON from Norton Co., Worcester, MA) was located at the bottom of a graphite foil box 151.

Подпрессовка 153 из непрерывных волокон длиной 6'' (152 мм), шириной 6'' (152 мм) и толщиной 0,5'' (13 мм), изготовленной из глиноземного волокна диаметром около 20 мкм (волокно FP фирмы Э.И.Дюпон де Немур и ко. инк. "Вилмингтон, ДЕ), помешалась на верхнюю часть слоя 152 SiC зернистостью 90 в коробке 151 из графитовой фольги, футерующей контейнер 150 из нержавеющей стали. Лист 155 графитовой фольги (ГРАФОЙЛ фирмы "Юнион карбид", размером примерно 6'' (152 мм) на 6'' (152 мм) и на 0,015'' (0,38 мм) с отверстием 156 в центре графитового листа диаметром примерно 2'' (51 мм) помещался на подпрессовку 153 из непрерывных волокон. Слитки основного металла 154 каждый длиной 3,5'' (89 мм), шириной 3,5'' (89 мм) и толщиной 0,5'' (13 мм), содержащие менее 0,25 вес. Si, менее 0,30 вес. Fe, менее 0,25 вес. Cu, менее 0,15 вес. Mn, 9,5 10,6 вес. Mg, менее 0,15 вес. Zn, менее 0,25 вес. Ti и баланс алюминий, помещались на графитовый лист 155. Pressing 153 of continuous fibers with a length of 6 '' (152 mm), a width of 6 '' (152 mm) and a thickness of 0.5 '' (13 mm) made of alumina fiber with a diameter of about 20 μm (FP fiber from E.I. Dupont de Nemour and co., Wilmington, DE) interfered with the upper part of layer 152 SiC with a grain of 90 in a box 151 of graphite foil lining a stainless steel container 150. Sheet of graphite foil 155 (Union Carbide GRAPOIL, size about 6 '' (152 mm) by 6 '' (152 mm) and 0.015 '' (0.38 mm) with a hole 156 in the center of a graphite sheet with a diameter of about 2 '' (51 mm) was placed on the press 153 continuous fiber flavors. 154 base metal ingots each 3.5 '' (89 mm) long, 3.5 '' (89 mm) wide and 0.5 '' (13 mm) thick, containing less than 0.25 weight Si, less than 0.30 wt. Fe, less than 0.25 wt. Cu, less than 0.15 wt. Mn, 9.5 10.6 wt. Mg, less than 0.15 wt. Zn, less than 0.25 wt. . Ti and balance aluminum, were placed on graphite sheet 155.

Контейнер 150 из нержавеющей стали и его содержимое помещались в ретортную электропечь сопротивления при комнатной температуре. Окно реторты было закрыто и реторта вакууминизировалась по крайней мере до 762 мм рт. ст. Ретортная печь затем нагревалась до 200oC в течение 0,75 ч. После 2 ч при 200oC с вакуумом 762 мм рт. ст. вакууминизированная реторта продувалась азотом с расходом 2,5 л/мин. Ретортная печь затем нагревалась до 725oC со скоростью 150oC/ч с расходом азота 2,5 л/мин. Система поддерживалась при 725oC в течение 25 ч с расходом азота 2,5 л/мин. Контейнер 150 из нержавеющей стали и его содержимое изымались затем из реторты. Затем направленное отверждение производилось путем помещения контейнера 150 из нержавеющей стали на графитовые пластины и выливания глинозема зернистостью 90 (38 АЛУНДУМ фирмы "Нортон ко", Ворцестер, МА)), который предварительно нагревался по крайней мере до 700oC, на остаточный расплавленный основной металл и контейнер из нержавеющей стали и его содержимое покрывались слоем керамического волокна (КЕРАБЛАНКЕТ фирмы "Менвилл рефрактори продактс"). При комнатной температуре комплекс был разработан для определения сформирования композита с металлической матрицей, армированной непрерывным волокном.A stainless steel container 150 and its contents were placed in a resistance retort electric furnace at room temperature. The retort window was closed and the retort was evacuated to at least 762 mmHg. Art. The retort furnace was then heated to 200 ° C. for 0.75 hours. After 2 hours at 200 ° C. with a vacuum of 762 mm Hg. Art. the evacuated retort was purged with nitrogen at a flow rate of 2.5 l / min. The retort furnace was then heated to 725 ° C. at a rate of 150 ° C./h with a nitrogen flow rate of 2.5 L / min. The system was maintained at 725 ° C. for 25 hours with a nitrogen flow rate of 2.5 L / min. The stainless steel container 150 and its contents were then removed from the retort. Then directional curing was carried out by placing a stainless steel container 150 on graphite plates and pouring 90 grit alumina (38 ALORTUM firm Norton Co., Worcester, MA)), which was pre-heated to at least 700 o C, on the residual molten base metal and the stainless steel container and its contents were coated with a layer of ceramic fiber (KERABLANKET, Menville Refractories Products). At room temperature, the complex was designed to determine the formation of a composite with a metal matrix reinforced with continuous fiber.

Образец I (083187-Vg-7). Sample I (083187-Vg-7).

Комплекс, аналогичный тому, который использовался для Образца G и показанный на фиг. 15, использовался для образования образца композита с металлической матрицей, как описано ниже. Использовалась графитовая лодочка длиной 22,75" (578 мм), толщиной 9,75" (248 мм) и высотой 63 "(152 мм), изготовленная из графита ATJ фирмы "Юнион карбид". Коробка из графитовой фольги длиной 17" (452 мм), шириной 1" (25 мм) и высотой 1" (25 мм) была сделана из куска графитовой фольги (ГРАФОЙЛ фирмы "Юнион карбид"), как описано в образце G. A complex similar to that used for Sample G and shown in FIG. 15 was used to form a metal matrix composite sample, as described below. A graphite boat was used, 22.75 "(578 mm) long, 9.75" (248 mm) thick and 63 "(152 mm) high, made of Union Carbide graphite ATJ. 17" (452) box of graphite foil mm), 1 "(25 mm) wide and 1" (25 mm) high was made of a piece of graphite foil (GRAPOIL from Union Carbide) as described in Sample G.

Коробка из графитовой фольги была помещена в графитовую лодочку и окружена глиноземом зернистостью 24 (38 АЛУНДУМ фирмы "Нортон ко.", Ворцестер, МА). Слой рыхлых графитовых волокон, покрытых карбидом кремния, осажденным из газовой фазы (Торнел Т 300 марки 309. Т волокон из каменно-угольных и нефтяных пеков фирмы "Амоко перформанс продактс, инк."), помещался в нижнюю часть коробки из графитовой фольги. Та же смесь графитового порошка/коллоидного кремнезема, использованная для склеивания коробки из графитовой фольги, использовалась для покрытия концов графитовых волокон с покрытием из карбида кремния, осажденного из газовой фазы. Слиток основного металла длиной 12'' (305 мм), шириной 0,75'' (19 мм) и толщиной 1'' (25 мм), содержащий 6 вес. Mg, 5 вес. Zn, 12 вес. Si и баланс алюминий, помещался на рыхлые графитовые волокна, покрытые карбидом кремния, в коробке из графитовой фольги. Графитовая лодочка и ее содержимое помещались в печь с управляемой атмосферой при комнатной температуре. Дверца печи была закрыта и камера вакууминизировалась по крайней мере до 762 мм рт. ст. при комнатной температуре. Затем печь нагревалась до 200oC в течение 0,75 ч. После 2 ч при 200oC с вакуумом не менее 762мм рт. ст. печь продувалась азотом с расходом 1,5 л/мин. Печь затем доводилась до 850oC в течение 5 ч. После 10 ч при 850oC с азотной атмосферой, подаваемой с расходом 1,5 л/мин, печь охлаждалась до комнатной температуры за 3 ч. При комнатной температуре коробка из графитовой фольги демонстрировалась для определения сформования композита с металлической матрицей (см. табл. 1).A box of graphite foil was placed in a graphite boat and surrounded by 24 grit alumina (38 ALUNDUM by Norton Co., Worcester, MA). A layer of loose graphite fibers coated with silicon carbide deposited from the gas phase (T 300 Tunnel grade 309. T fibers from coal and oil pitch from Amoco Performance Products, Inc.) was placed in the bottom of the graphite foil box. The same mixture of graphite powder / colloidal silica used to glue the boxes of graphite foil was used to coat the ends of graphite fibers coated with silicon carbide deposited from the gas phase. A base metal ingot 12 '' (305 mm) long, 0.75 '' wide (19 mm wide) and 1 '' thick (25 mm), containing 6 weight. Mg, 5 weight. Zn, 12 weight. Si and aluminum balance were placed on loose graphite fibers coated with silicon carbide in a box of graphite foil. A graphite boat and its contents were placed in a controlled atmosphere furnace at room temperature. The oven door was closed and the chamber was evacuated to at least 762 mmHg. Art. at room temperature. Then the furnace was heated to 200 o C for 0.75 hours. After 2 hours at 200 o C with a vacuum of at least 762 mm RT. Art. the furnace was purged with nitrogen at a flow rate of 1.5 l / min. The furnace was then brought to 850 ° C. over 5 hours. After 10 hours at 850 ° C. with a nitrogen atmosphere supplied at a flow rate of 1.5 l / min, the furnace was cooled to room temperature in 3 hours. At room temperature, a graphite foil box was shown to determine the formation of a composite with a metal matrix (see tab. 1).

После того, как каждый из образцов А-1, описанных выше, был охлажден до комнатной температуры, каждый разрезался поперек для определения сформования композитного тела с металлической матрицей. Все образцы А-1 в этом примере наблюдались в отношении формования композитов с металлической матрицей из алюминия. After each of the samples A-1 described above was cooled to room temperature, each was cut across to determine the formation of the composite body with a metal matrix. All samples A-1 in this example were observed with respect to the molding of aluminum metal matrix composites.

Пример 6. Этот пример показывает большое разнообразие композиций наполнительного материала, который может успешно использоваться для образования композитных тел с металлической матрицей способом самопроизвольной пропитки. Example 6. This example shows a wide variety of compositions of the filler material, which can be successfully used to form composite bodies with a metal matrix by spontaneous impregnation.

В табл. 2 содержатся обобщенные данные об экспериментальных условиях, использованных для получения композитных тел с металлической матрицей, используя разные основные металлы, наполнительные материалы, условия температуры и времени обработки. In the table. 2 contains summarized data on the experimental conditions used to obtain composite bodies with a metal matrix using different base metals, filler materials, temperature and processing time conditions.

Образцы A-D. Samples A-D.

Образцы A-D, как описано в примере 5, были сформованы, используя плавленый глинозем, кальцинированный глинозем, пластинчатый глинозем и глиноземные пластинки в качестве наполнительного материала соответственно. Каждый из примеров A-D содержится в табл. 2. Samples A-D, as described in Example 5, were formed using fused alumina, calcined alumina, plate alumina, and alumina plates as filler material, respectively. Each of examples A-D is contained in table. 2.

Образец J (030689-D AF). Sample J (030689-D AF).

Этот образец был получен с помощью комплекса, по существу аналогичного комплексу для образца C, как показано на фиг. 7. Коробка из графитовой фольги длиной 4'' (102 мм), шириной 4'' (102 мм) и высотой 3'' (76 мм) (изготовленная из ГРАФОЙЛА производства фирмы "Юнион карбид корпорейшн") помещалась в графитовую лодочку. Примерно 300 г порошкового оксида магния (TECO MoO, марки "C-E-минералс", Гринвилл, СК) помещалось вниз коробки из графитовой фольги, футерующую графитовую лодочку. Поверхность порошкового оксида магния была по существу покрыта порошковым магнием зернистостью 50 меш. (фирмы "Альфа продактс, инк " Мортон Тиокол, Данверс, МА). Слиток основного металла, содержащий менее 0,25 вес. Si, менее 0,30 вес. Fe, менее 0,25 вес. Cu, менее 0,15 вес. Mn, 9,5-10,6 вес. Mg, менее 0,15 вес. Zn, менее 0,25 вес. Ti и баланс алюминий, длиной 4,5'' (114 мм), шириной 1,5'' (38 мм) и высотой 1,5'' (38 мм), помещался в порошковый оксид магния и порошковый магний зернистостью 50 меш. в коробке из графитовой фольги. This sample was obtained using a complex essentially similar to the complex for sample C, as shown in FIG. 7. A box of graphite foil 4 '' (102 mm) long, 4 '' (102 mm) wide and 3 '' (76 mm) high (made from GRAPOILA manufactured by Union Carbide Corporation) was placed in a graphite boat. Approximately 300 g of powdered magnesium oxide (TECO MoO, C-E-Minerals brand, Greenville, UK) was placed down the graphite foil box, lining a graphite boat. The surface of the magnesium oxide powder was substantially coated with magnesium powder of 50 mesh. (Alpha Products, Inc. Morton Thiokol, Danvers, MA). A base metal ingot containing less than 0.25 weight. Si, less than 0.30 weight. Fe, less than 0.25 weight. Cu, less than 0.15 weight. Mn, 9.5-10.6 weight. Mg, less than 0.15 weight. Zn, less than 0.25 weight. Ti and aluminum balance, 4.5 '' (114 mm) long, 1.5 '' (38 mm) wide and 1.5 '' (38 mm) high, were placed in powdered magnesium oxide and magnesium powder with a grain size of 50 mesh. in a box of graphite foil.

Графитовая лодочка и ее содержимое помещались в ретортовую электропечь сопротивления. Окно реторты было закрыто и при комнатной температуре реторта вакууминизировалась по крайней мере до 762 мм рт. ст. После достижения вакуума печь продувалась азотом с расходом 4 л/мин. Ретортная печь затем нагревалась до 750oC со скоростью 200oC/ч при расходе азота 4 л/мин. После 19 ч при 750oC с расходом азота 4 л/мин ретортная печь охлаждалась до 650oC со скоростью 200oC/ч. При 650oC окно реторты было открыто и графитовая лодочка с ее содержимым извлекались и помещались в контакт с графитовой пластиной для направленного отверждения композита с металлической матрицей и остаточного основного металла. При комнатной температуре коробка из графитовой фольги демонтировалась для определения сформования композита с металлической матрицей, содержащего оксид магния в качестве наполнителя.A graphite boat and its contents were placed in a retort resistance electric furnace. The retort window was closed and at room temperature the retort was evacuated to at least 762 mmHg. Art. After reaching the vacuum, the furnace was purged with nitrogen at a rate of 4 l / min. The retort furnace was then heated to 750 ° C. at a rate of 200 ° C./h at a nitrogen flow rate of 4 l / min. After 19 hours at 750 ° C with a nitrogen flow rate of 4 l / min, the retort furnace was cooled to 650 ° C at a rate of 200 ° C / h. At 650 ° C, the retort window was opened and the graphite boat with its contents was removed and placed in contact with the graphite plate for directionally curing the metal matrix composite and the residual base metal. At room temperature, a box of graphite foil was dismantled to determine the formation of a composite with a metal matrix containing magnesium oxide as a filler.

Образец К (042089-AAI-1). Sample K (042089-AAI-1).

На фиг. 13 схематично в поперечном сечении показан комплекс, использованный для получения образца композита с металлической матрицей, как описано ниже. Стальная форма 190 с трапециедальным поперечным сечением, имеющая по закрытому концу длину 3'' (76 мм) и ширину 3'' (76 мм), а по открытому концу длину 3,75'' (95 мм), ширину 3,75'' (95 мм) и высоту около 2,5'' (64 мм) была изготовлена из углеродистой стали 14 калибра 1,9 мм толщиной. Внутренняя поверхность стальной формы была покрыта графитовой смесью 191, содержащей 1,5 об. ч. этанола (производства фирмы "Фармко продактс инк", Байон, НДж) и 1 об. ч. коллоидного графита D AO-154 (фирмы "Ачесон коллоид", Порт Гурон, МИ). По крайней мере три покрытия было нанесено графитовой смеси с помощью воздушной щетки на внутреннюю поверхность контейнера. Каждое покрытие графитовой смеси высушивалось перед нанесением следующего покрытия. Стальная форма помещалась в электропечь сопротивления с воздушной атмосферой, доведенной до 330oC за 2 ч для сушки и адгезии коллоидных графитовых покрытий 191 к стальной форме 190.In FIG. 13 is a schematic cross-sectional view of a complex used to produce a sample of a composite with a metal matrix, as described below. Steel mold 190 with a trapezoidal cross-section, having a closed end length of 3 '' (76 mm) and a width of 3 '' (76 mm), and an open end length of 3.75 '' (95 mm), a width of 3.75 ''(95 mm) and a height of about 2.5''(64 mm) was made of carbon steel 14 caliber 1.9 mm thick. The inner surface of the steel mold was coated with a graphite mixture 191 containing 1.5 vol. including ethanol (manufactured by Pharmco Products Inc., Bayonne, NJ) and 1 vol. including colloidal graphite D AO-154 (Acheson colloid, Port Huron, MI). At least three coatings were applied with a graphite mixture using an air brush on the inside of the container. Each coating of the graphite mixture was dried before applying the next coating. The steel mold was placed in an electric resistance furnace with an air atmosphere brought to 330 ° C in 2 hours for drying and adhesion of colloidal graphite coatings 191 to steel mold 190.

Около 2,2 фунта (1 кг) частично стабилизированного оксида циркония (HSY-3SD, фирмы "Циркониа сейлс инк.", Атланта, ГА) было подвергнуто предварительному обжигу в алюминиевом тигле высотой 7'' (177,8 мм), верхним диаметром 6,25'' (159 мм) и нижним диаметром 3,75'' (95 мм) в течение 1 ч при 1350oC. Смесь наполнительного материала 192 была приготовлена путем смешивания в 4-литровом пластиком сосуде примерно 600 г смеси, содержащей 95 вес. предварительно отожженного ZrO2 и 5 вес. порошкового магния зернистостью 325 меш (фирмы "Рид мануфекчуринг ко", Харст, НДж). Смесь перемешивалась в шаровой мельнице примерно 1 ч, затем встряхивалась в течение 10 мин вручную.About 2.2 lbs (1 kg) of partially stabilized zirconia (HSY-3SD, Zirconia Sales Inc., Atlanta, GA) was preliminarily fired in an aluminum crucible with a height of 7 '' (177.8 mm), top diameter 6.25 '' (159 mm) and a lower diameter of 3.75 '' (95 mm) for 1 h at 1350 o C. A mixture of filler material 192 was prepared by mixing in a 4 liter plastic vessel approximately 600 g of a mixture containing 95 weight. pre-annealed ZrO 2 and 5 weight. 325 mesh grit powder (Reed Manufacturing Co., Harst, NJ). The mixture was stirred in a ball mill for about 1 hour, then shaken manually for 10 minutes.

Слой смеси 192 наполнительного материала помещался в нижнюю часть покрытой коллоидным графитом формы 190 на глубину 1,75'' (19 мм). Наполнительный материал по существу был покрыт слоем магниевого порошка 193 зернистостью 50 меш (фирмы "Альфа продактс", Мортон Тиокол, Данверс, МА). Слитки основного металла, содержащие 99,7 вес. алюминия и баланс из рассеянных элементов, общим весом 537 г, помещался на верхнюю часть смеси 192 наполнительного материала и слоя 193 порошкового магния в стальной форме 190, покрытой коллоидным графитом. Дополнительные 16,9 г второго основного металла 195, содержащего 15 вес. кремния и баланс алюминий, добавлялась на верхнюю часть первоначального основного металла 194. Форма 190 и ее содержимое устанавливались в наружный контейнер 196 из углеродистой стали длиной 12'' (305 мм), шириной 10'' (254 мм) и высотой 10'' (254 мм). Кусок графитовой фольги 197 (обозначенной PF-25-H и продаваемой под товарным знаком Перма-Фойл фирмой "ТТ Америка", Портланд, ОР), длиной 12'' (305 мм), шириной 10'' (254 мм) и толщиной 0,01'' (0,25 мм) покрывал нижнюю часть внутренней полости наружного контейнера 196 из углеродистой стали. Титановый губчатый материал 198 весом 20 г (фирмы "Кемаллой компани инк.", Брин Моур, ПА) и порошковый магний 193 зернистостью 50 меш (фирмы "Альфа продактс инк.", Мортон Тиокол, Данверс, МА) весом 0,8 г разбрызгивалось в наружном контейнере 196 из углеродистой стали вокруг покрытой коллоидным графитом стальной формы 190 и на графитовой фольге 197. Лист медной фольги 200 был помещен на проем (открытую верхнюю часть) наружного стального контейнера 196. Труба 201 азотной продувки 201 была смонтирована в боковой стенке наружного контейнера 196 из углеродистой стали. Наружный стальной контейнер 196 и его содержимое помещались в электропечь сопротивления. Печь доводилась от комнатной температуры до 600oC со скоростью 400oC/ч при расходе азота 10 л/мин, затем от 600oC до 800oC со скоростью 400oC/ч и расходом азота 2 л/мин. Печь поддерживалась при 800oC в течение 1 ч при расходе азота 2 л/мин. Наружный контейнер 196 из углеродистой стали и его содержимое извлекались из печи, покрытая коллоидным графитом стальная форма 190 извлекалась из наружного стального контейнера и вводилась в контакт с медной охлаждающей пластиной комнатной температуры длиной 8'' (203 мм), шириной 8'' (203 мм) и высотой 0,5'' (13 мм), чтобы направленно отверждать сформованный композит с металлической матрицей.A layer of a mixture of 192 filler material was placed in the bottom of colloidal graphite-coated mold 190 to a depth of 1.75 '' (19 mm). The filler material was essentially coated with a layer of 193 magnesium powder with a grain size of 50 mesh (Alpha Products, Morton Tiokol, Danvers, MA). Base metal ingots containing 99.7 weight. aluminum and a balance of scattered elements, with a total weight of 537 g, was placed on top of a mixture of 192 filler material and a layer of magnesium powder 193 in steel form 190 coated with colloidal graphite. An additional 16.9 g of the second base metal 195 containing 15 weight. silicon and aluminum balance was added to the top of the original base metal 194. Form 190 and its contents were installed in an outer container 196 of carbon steel 12 '' (305 mm) long, 10 '' (254 mm) wide and 10 '' high ( 254 mm). A piece of graphite foil 197 (designated PF-25-H and sold under the trademark Perma-Foyle by TT America, Portland, OR), 12 '' (305 mm) long, 10 '' (254 mm) wide and 0 thick 01 '' (0.25 mm) covered the lower part of the inner cavity of the carbon steel outer container 196. 198 titanium sponge material weighing 20 g (Kemalloy Company Inc., Bryn Moore, PA) and 193 50 g grain powder (Alpha Products Inc., Morton Tiokol, Danvers, MA) 0.8 g was sprayed in an outer carbon steel container 196 around colloidal graphite coated steel mold 190 and on a graphite foil 197. A sheet of copper foil 200 was placed on the opening (open top) of the outer steel container 196. The nitrogen purge pipe 201 was mounted in the side wall of the outer container 196 carbon steel. The outer steel container 196 and its contents were placed in an electric resistance furnace. The furnace was brought from room temperature to 600 o C at a rate of 400 o C / h with a nitrogen flow rate of 10 l / min, then from 600 o C to 800 o C at a speed of 400 o C / h and a nitrogen flow rate of 2 l / min. The furnace was maintained at 800 ° C. for 1 hour at a nitrogen flow rate of 2 l / min. The carbon steel outer container 196 and its contents were removed from the furnace, the colloidal graphite steel form 190 was removed from the outer steel container and brought into contact with a room temperature copper cooling plate 8 '' (203 mm) long, 8 '' (203 mm wide) ) and a height of 0.5 '' (13 mm) in order to directionally solidify the molded metal matrix composite.

Образец L 042789-AX-1. Sample L 042789-AX-1.

Образец L был получен путем использования комплекса, аналогичного показанному на фиг. 13 в отношении образца К. Форма с трапециедальным поперечным сечением была подготовлена аналогично тому, как это имело место для образца K за исключением, что форма обжигалась 2 ч для отверждения коллоидного графитового покрытия. Sample L was obtained by using a complex similar to that shown in FIG. 13 with respect to sample K. A mold with a trapezoidal cross section was prepared in the same way as was the case with sample K, except that the mold was burned for 2 hours to cure the colloidal graphite coating.

Примерно 2,2 фунта (1 кг) Al2O3, упрочненного ZrO2 (ZTA-85 фирмы "Циркониа сейлс инк.", Атланта ГА), было приготовлено аналогично тому, как и наполнительный материал в образце K. Слой смеси наполнительного материала наносится в нижней части, покрытой коллоидным графитом стальной формы на глубину 0,75'' (19 мм). Наполнительный материал по существу покрывался слоем порошкового магния зернистостью 50 меш (фирмы "Альфа продактс" Мортон Тиокол, Денверс, МА). Слитки основного металла, содержащие 99,7 вес. алюминия и баланс рассеянных элементов, весом 368 г помещались на верхнюю часть смеси наполнительного материала, которая была покрыта порошковым магнием. Второй основной металл, содержащий 15 вес. кремния и баланс алюминия, весом 17,11 г помещался на верхнюю часть первого основного металла. Покрытая коллоидным графитом стальная форма и ее содержимое помещались в наружный контейнер из углеродистой стали длиной 12'' (305 мм), шириной 10'' (254 мм) и высотой 10'' (254 мм). Кусок графитной ленты (индекс PF25-H и продается под товарным знаком Перма-Фойл фирмы "ТТ Америка", Портланд, ОР) длиной 12'' (305 мм), шириной 10'' (254 мм) и толщиной 0,01'' (0,25 мм) наносился на нижнюю часть внутренней полости наружного контейнера из углеродистой стали. Титановый губчатый материал весом 20 г (фирмы "Кемаллой компани инк.", Врин Маур, ПА) и порошковый магний зернистостью 50 меш, весом 2 г разбрызгивались вокруг покрытой коллоидным графитом формы и на графитовую ленту в наружном контейнере из углеродистой стали. Лист медной фольги помещался на проем наружного контейнера из углеродистой стали. Труба азотной продувки была смонтирована в боковой стенке наружного контейнера из углеродистой стали.Approximately 2.2 pounds (1 kg) of Al 2 O 3 hardened ZrO 2 (ZTA-85 from Zirconia Sales Inc., Atlanta GA) was prepared in the same way as the filler material in sample K. A layer of the filler material mixture applied at the bottom, coated with colloidal graphite in a steel mold to a depth of 0.75 '' (19 mm). The filler material was essentially coated with a 50 mesh layer of magnesium powder (Alpha Products Morton Tiokol, Denvers, MA). Base metal ingots containing 99.7 weight. aluminum and the balance of dispersed elements, weighing 368 g, were placed on the top of the filler material mixture, which was coated with magnesium powder. The second base metal containing 15 weight. silicon and aluminum balance, weighing 17.11 g was placed on top of the first base metal. The steel mold coated with colloidal graphite and its contents were placed in an outer carbon steel container 12 '' (305 mm) long, 10 '' (254 mm) wide, and 10 '' (254 mm) high. A piece of graphite tape (index PF25-H and sold under the trademark Perma-Foyle of TT America, Portland, OR) 12 '' (305 mm) long, 10 '' (254 mm) wide and 0.01 '' thick (0.25 mm) was applied to the lower part of the inner cavity of the outer carbon steel container. Titanium sponge material weighing 20 g (Kemalloy Company Inc., Wryn Maur, PA) and powdered magnesium with a grain size of 50 mesh, weighing 2 g, were sprayed around a form coated with colloidal graphite and onto a graphite tape in an outer carbon steel container. A sheet of copper foil was placed on the opening of an outer carbon steel container. The nitrogen purge pipe was mounted in the side wall of the carbon steel outer container.

Закрытый стальной контейнер и его содержимое помещались в электропечь сопротивления. Печь доводилась от комнатной температуры до 600oC со скоростью 400oC/ч с расходом азота 10 л/мин, затем от 600oC до 800oC со скоростью 400oC/ч с расходом азота 2 л/мин. Печь поддерживалась при 800oC 1 ч с расходом азота 2 л/мин, затем охлаждалась до 580oC. Наружный контейнер из углеродистой стали и его содержимое затем изымались из печи и покрытая коллоидным графитом стальная форма извлекалась из наружного контейнера из углеродистой стали и помещалась на медную охлаждающую пластину комнатной температуры длиной 8'' (203 мм), шириной 8'' (203 мм) и высотой 0,5'' (13 мм) для направленного отверждения сформованного композита с металлической матрицей.A closed steel container and its contents were placed in an electric resistance furnace. The furnace was brought from room temperature to 600 o C at a rate of 400 o C / h with a nitrogen flow rate of 10 l / min, then from 600 o C to 800 o C at a speed of 400 o C / h with a nitrogen flow rate of 2 l / min. The furnace was maintained at 800 ° C. for 1 h with a nitrogen flow rate of 2 l / min, then cooled to 580 ° C. The outer carbon steel container and its contents were then removed from the furnace and the steel mold coated with colloidal graphite was removed from the outer carbon steel container and placed on a room temperature copper cooling plate with a length of 8 '' (203 mm), a width of 8 '' (203 mm) and a height of 0.5 '' (13 mm) for directionally curing the molded composite with a metal matrix.

Образец M. Sample M.

На фиг. 14 схематично в поперечном сечении показан комплекс, использованный для получения образца композита с металлической матрицей, как описано ниже. Была изготовлена графитовая лодочка 210, имеющая внутреннюю полость размером 12'' х 9'' х 5,5'' (марки AT. фирмы "Юнион карбид"). Была образована коробка 217 из графитовой фольги примерно длиной 8'' (203 мм), шириной 4'' (102 мм) и глубиной 3'' (76 мм) (Графойл фирмы "Юнион карбид"), как описано в образце C. Примерно 1 г порошкового магния 211 зернистостью 50 меш (фирмы "Альфа продактс, инк") помещался в нижнюю часть коробки 217. Небольшое распыление покрытия (не показано на фиг. 14) графитового цемента (Рижидлокк фирмы "Поликарбон) было образовано на нижней части коробки 217 из графитовой фольги для адгезии магниевого порошка к нижней части коробки 217. In FIG. 14 is a schematic cross-sectional view of the complex used to produce a sample of a composite with a metal matrix, as described below. A graphite boat 210 was made, having an internal cavity measuring 12 '' x 9 '' x 5.5 '' (brand AT. Union Carbide Company). A box 217 was formed from graphite foil of approximately 8 '' (203 mm) long, 4 '' (102 mm) wide, and 3 '' (76 mm) deep (Union Carbide Grafoil) as described in Sample C. Approximately 1 g of powdered magnesium 211 with a grain size of 50 mesh (Alpha Products, Inc.) was placed in the lower part of box 217. A small spray of the coating (not shown in Fig. 14) of graphite cement (Rizhidlokk from Polycarbon) was formed on the bottom of box 217 graphite foil for adhesion of magnesium powder to the bottom of the box 217.

Смесь 212 наполнительного материала была приготовлена путем смешивания примерно 763 г смеси, содержащей 98 вес. карбида кремния зернистостью 1000 меш (39 Кристолон фирмы "Нортон ко.") и 2 вес. порошкового магния зернистостью 325 меш (Аезар фирмы "Джонсон Маттей") в шламе этанола (способом ДЖ, описанном в образце примера 5). Эта смесь наполнительного материала 212 затем помещалась в графитовую коробку 217 на верхнюю часть магниевого порошка 211. A mixture of 212 filler material was prepared by mixing approximately 763 g of a mixture containing 98 weight. silicon carbide with a grain size of 1000 mesh (39 Kristolon firm "Norton Co.") and 2 weight. magnesium powder with a grain size of 325 mesh (Aezar company "Johnson Mattey") in the ethanol sludge (by the method J, described in the sample of example 5). This mixture of filler material 212 was then placed in a graphite box 217 on top of the magnesium powder 211.

Слой графитовой фольги 213 (Грайфол фирмы "Юнион карбид") примерно длиной 8'' (203 мм), шириной 4'' (102 мм) и толщиной 0,015'' (0,38 мм), имеющей отверстие 214 диаметром 1,25'' (32 мм) в центре графитовой фольги, помещался на поверхность карбида кремния как наполнительного материала 212 в графитовой лодочке 210. Примерно 1 г порошкового магния 215 зернистостью 50 меш (фирмы "Альфа продактс инк.") помещался на открытую поверхность наполнительного материала 212 вокруг отверстия 214 в графитовой фольге 213. A layer of graphite foil 213 (Greyfol from Union Carbide) is approximately 8 '' (203 mm) long, 4 '' (102 mm) wide and 0.015 '' (0.38 mm) thick, having a 214 hole of 1.25 'diameter '(32 mm) in the center of the graphite foil, was placed on the surface of silicon carbide as a filler material 212 in a graphite boat 210. About 1 g of powdered magnesium 215 with a grain size of 50 mesh (Alpha Products Inc.) was placed on the open surface of the filler material 212 around holes 214 in graphite foil 213.

Слиток основного металла 216 весом примерно 1237 г и содержащий 413,0 сплава, имеющего номинальный состав примерно 11,0 13,0 Si, менее 2,0 Fe, менее 1,0 Cu, менее 0,35 Mn, менее 1,0 Mg, менее 0,50 Ni, менее 0,50 Zn, менее 0,15 Sn и баланс алюминий, помещался на поверхность графитовой фольги 213 так, что сплав 216 покрывал отверстие 214 в графитовом листе 213. A 216 base metal ingot weighing about 1237 g and containing 413.0 alloys having a nominal composition of about 11.0 13.0 Si, less than 2.0 Fe, less than 1.0 Cu, less than 0.35 Mn, less than 1.0 Mg , less than 0.50 Ni, less than 0.50 Zn, less than 0.15 Sn and aluminum balance was placed on the surface of graphite foil 213 so that alloy 216 covered the hole 214 in graphite sheet 213.

Реакционная система, содержащая лодочку 210 и ее содержимое, помещалась в ретортную электропечь сопротивления. Печь вакууминизировалась по крайней мере до 508 мм рт. ст. затем продувался азот с расходом примерно 4,5 л/мин. Температура печи была доведена от комнатной температуры примерно до 775oC со скоростью 200oC/ч. Система поддерживалась при 775oC в течение примерно 20 ч, затем температура была понижена до 760o со скоростью 150oC/ч. При температуре 760oC система была извлечена из печи и помещена на алюминиевую охлаждающую пластину с водяным охлаждением. Примерно 500 мл материала экзотермической прибыльной надставки (Фидал-9 фирмы "Фосеко инк.") разбрызгивалось по верхней части комплекса и слой керамического волокна (Керабланкет фирмы "Менвилл рефрактори продактс") обертывался вокруг графитовой лодочки. Фидал-9 использовался для образования экзотермической реакции на верхней части комплекса для формирования композита с металлической матрицей в целях направленного отверждения при охлаждении, тем самым препятствуя образованию усадочной пористости в композите с металлической матрицей.The reaction system containing the boat 210 and its contents was placed in a retort resistance electric furnace. The furnace was evacuated to at least 508 mm Hg. Art. then nitrogen was purged with a flow rate of about 4.5 l / min. The oven temperature was brought from room temperature to about 775 ° C. at a rate of 200 ° C./h. The system was maintained at 775 ° C for about 20 hours, then the temperature was lowered to 760 ° at a rate of 150 ° C / h. At a temperature of 760 ° C., the system was removed from the furnace and placed on a water-cooled aluminum cooling plate. Approximately 500 ml of exothermic profitable extension material (Fidal-9 of Foseco Inc.) was sprayed over the top of the complex and a layer of ceramic fiber (Kerablanquet of Menville Refractory Products) was wrapped around a graphite boat. Fidal-9 was used to form an exothermic reaction on the upper part of the complex to form a composite with a metal matrix for the purpose of curing during cooling, thereby preventing the formation of shrinkage porosity in the composite with a metal matrix.

Образец N (060889-DAE-4). Sample N (060889-DAE-4).

Этот образец был получен с помощью комплекса по существу аналогичного описанному в примере 5 для образца D, как показано на фиг. 12. Две графитовые пластины марки ATJ длиной 8'' (203 мм), шириной 3'' (76 мм) и толщиной 0,54 (13 мм) были помещены в графитовую лодочку длиной 8'' (203 мм), шириной 4'' (102 мм) и высотой 3'' (76 мм) для образования полости в графитовой лодочке примерно длинлй 8'' (203 мм), шириной 2'' (50,8 мм) и высотой 3'' (76 мм). Часть графитовой лодочки снаружи графитовых пластин была заполнена глиноземом зернистостью 220 меш (38 Алундум фирмы "Нортон компани"). В полость между пластинами глинозема была помещена коробка из графитовой фольги (Графойл фирмы "Юнион карбид) размером 8'' (203 мм) х (2'' (50,8 мм) х 3'' (76 мм), которая была образована, как описано в образце C. Во внутреннюю часть коробки из графитовой фольги был помещен порошковый магний зернистостью 50 меш (фирмы "Альфа продактс инк."), адгезированный к нижней части коробки графитовой фольги с помощью графитового цемента (Рижидлокк фирмы "Поликарбон лтд."). This sample was obtained using a complex essentially similar to that described in Example 5 for sample D, as shown in FIG. 12. Two ATJ grade graphite plates, 8 '' (203 mm) long, 3 '' (76 mm) wide, and 0.54 (13 mm) thick, were placed in a graphite boat 8 '' (203 mm) long, 4 'wide '(102 mm) and a height of 3' '(76 mm) to form a cavity in a graphite boat of approximately 8' '(203 mm) long, 2' '(50.8 mm) wide and 3' '(76 mm) high. A portion of the graphite boat outside the graphite plates was filled with 220 mesh alumina (38 Alundum of Norton Company). In the cavity between the alumina plates, a box of graphite foil (Grafoil of Union Carbide company) was placed in size of 8 '' (203 mm) x (2 '' (50.8 mm) x 3 '' (76 mm), which was formed as described in Sample C. In the inside of the graphite foil box, 50 mesh grit powder was placed (Alpha Products Inc.) adhered to the bottom of the graphite foil box using graphite cement (Rizhidlokk Polycarbon Ltd.) .

Смесь наполнительного материала с пластинками карбида кремния была подготовлена способом ДЖ, описанным в образце примера 5, благодаря чему было получено примерно 303 г смеси с содержанием 96 вес. пластинок карбида кремния диаметром 50 мкм и толщиной 10 мкм (фирмы "С-эксис текнолоджи, лтд") и 4 вес. порошкового магния зернистостью 325 меш (Аезар фирмы "Джонсон Матей"). Смесь наполнительного материала помещалась на верхней части магниевого слоя в графитовой лодочке. Второй слой порошкового магния зернистостью 50 меш в количестве 1,5 г был помещен на верхней части смеси материала наполнителя карбида кремния. Слиток весом 644 г, содержащий 413,0 сплава, с составом как изложено в табл. 2, был помещен на верхней части магниевого слоя в системе. A mixture of filler material with silicon carbide plates was prepared by the J method described in the sample of Example 5, whereby approximately 303 g of a mixture was obtained with a content of 96 weight. plates of silicon carbide with a diameter of 50 microns and a thickness of 10 microns (firm "C-exis technology, Ltd.") and 4 weight. 325 mesh grit powder (Johnson Matei Aezar). A mixture of filler material was placed on top of the magnesium layer in a graphite boat. A second layer of powdered magnesium with a grain size of 50 mesh in an amount of 1.5 g was placed on top of the mixture of silicon carbide filler material. An ingot weighing 644 g, containing 413.0 alloys, with the composition as set forth in table. 2, was placed on top of the magnesium layer in the system.

Система, содержащая графитовую лодочку и ее содержимое, была помещена в ретортную электропечь сопротивления. Печь вакууминизировалась по крайней мере до 508 мм рт. ст. затем продувалась газом азот с расходом 4,0 л/мин. Температура в печи была повышена от комнатной температуры до примерно 775oC со скоростью 100oC/ч. Система поддерживалась при 775oC в течение 10 ч, затем температура была понижена до 760oC со скоростью 200oC/ч. Система была извлечена из печи при 760oC и помещена на алюминиевую охлаждающую пластину с водяным охлаждением. Примерно 500 мл материала экзотермической прибыльной надставки (Фидал-9 фирмы "Фосеко инк.") разбрызгивалось на верхней части комплекса, слой керамических волокон обертывался вокруг поверхности графитовой лодочки. Фидал-9 использовался для образования экзотермической реакции на верхней части комплекса для форсирования композита с металлической матрицей направленно отверждаться при охлаждении, тем самым препятствуя образованию усадочной пористости в композите с металлической матрицей.A system containing a graphite boat and its contents was placed in a resistance retort electric furnace. The furnace was evacuated to at least 508 mm Hg. Art. then nitrogen was purged with a gas flow rate of 4.0 l / min. The temperature in the oven was raised from room temperature to about 775 ° C. at a rate of 100 ° C./h. The system was maintained at 775 ° C for 10 hours, then the temperature was lowered to 760 ° C at a rate of 200 ° C / h. The system was removed from the oven at 760 ° C. and placed on a water-cooled aluminum cooling plate. Approximately 500 ml of exothermic profitable extension material (Fidal-9 of Foseco Inc.) was sprayed on the top of the complex, a layer of ceramic fibers wrapped around the surface of a graphite boat. Fidal-9 was used to form an exothermic reaction on the upper part of the complex for forcing a composite with a metal matrix to solidify directionally during cooling, thereby preventing the formation of shrinkage porosity in the composite with a metal matrix.

Образец O (050289. АЕ-3). Sample O (050289. AE-3).

Этот образец был получен в соответствии со схематичным комплексом для образца M, как показано на фиг. 14. Графитовая лодочка была изготовлена с размерами внутренней полости 12'' х 9'' х 5,5'' (марки ATY фирмы "Юнион карбид"). Коробка из графитовой фольги длиной 8'' (203 мм), шириной 4'' (102 мм) и глубиной 3'' (76 мм) (Графойл фирмы "Юнион карбид") была образована, как описано в образце C. Примерно 1 г порошкового магния с зернистостью 50 меш (фирмы "Альфа продактс инк.") был помещен на нижнюю часть коробки из графитовой фольги. Небольшое покрытие распылением графитового цемента (Рижидлокк фирмы "Поликарбон") было произведено на нижней части коробки из графитовой фольги для адгезии порошкового магния к нижней части коробки. This sample was obtained in accordance with the schematic complex for sample M, as shown in FIG. 14. The graphite boat was made with the dimensions of the internal cavity 12 '' x 9 '' x 5.5 '' (ATY brand of Union Carbide company). A box of graphite foil 8 '' (203 mm) long, 4 '' (102 mm) wide and 3 '' (76 mm) deep (Union Carbide Grafoil) was formed as described in Sample C. Approximately 1 g 50 mesh magnesium powder (Alpha Products Inc.) was placed on the bottom of a graphite foil box. A small spray coating of graphite cement (Rizhidlokk company "Polycarbon") was made on the bottom of the box of graphite foil for adhesion of powdered magnesium to the bottom of the box.

Наполнительный материал был подготовлен путем смешивания 94 вес. пластинок диборида титана диаметром 10 мкм и толщиной 2,5 мкм (НТС-30 фирмы "Юнион карбид") и 6 вес. порошкового магния зернистостью 325 меш (Аезар фирмы "Джонсон Матей") по ДЖ способу, как описано в примере 5 для образца D. Эта смесь наполнительного материала выливалась на верхнюю часть порошкового магния в коробке из графитовой фольги. Filler material was prepared by mixing 94 weight. plates of titanium diboride with a diameter of 10 μm and a thickness of 2.5 μm (NTS-30 company "Union carbide") and 6 weight. magnesium powder with a grain size of 325 mesh (Aezar, Johnson Matei company) according to the J method as described in Example 5 for sample D. This mixture of filler material was poured onto the top of the magnesium powder in a graphite foil box.

Графитовая фольга (Графойл фирмы "Юнион карбид") размером 8'' (203 мм) х 4'' (102 мм) х 0,015'' (0,38 мм) с отверстием в центре фольги диаметром 1,25'' (32 мм) была помещена на верхней части наполнительного материала. Примерно 1 г порошкового магния зернистостью 50 меш (фирмы "Альфа продактс") было помещено на открытую поверхность наполнительного материала через отверстие в графитовом листе. Слиток основного металла примерно 1498 г сплава 520, содержащего менее 0,25 вес. Si, менее 0,35 вес. Fe, менее 0,25 вес. Cu, менее 0,15 вес. Mn, 9,5 10,6 вес. Mg, менее 0,15 вес. Zn, менее 0,25 вес. Ti и баланс алюминий) помещался на верхнюю часть листа графитовой фольги. Graphite foil (Graphoil of Union Carbide) 8 '' (203 mm) x 4 '' (102 mm) x 0.015 '' (0.38 mm) in size with a hole in the center of the foil with a diameter of 1.25 '' (32 mm ) was placed on top of the filler material. About 1 g of powdered magnesium with a grain size of 50 mesh (Alpha Products) was placed on the open surface of the filler material through an opening in a graphite sheet. A base metal ingot of about 1498 g of alloy 520 containing less than 0.25 weight. Si, less than 0.35 weight. Fe, less than 0.25 weight. Cu, less than 0.15 weight. Mn, 9.5-10.6 weight. Mg, less than 0.15 weight. Zn, less than 0.25 weight. Ti and balance aluminum) was placed on top of a graphite foil sheet.

Графитовая лодочка и ее содержимое помещались в ретортную электропечь сопротивления при комнатной температуре. Окно реторты было закрыто и реторта вакууминизировалась по крайней мере до 508 мм рт. ст. Реторта затем продувалась азотом с расходом 4,5 л/мин. Ретортная печь затем нагревалась от комнатной температуры до 775oC со скоростью 200oC/ч. После 20 ч при 775oC ретортная печь охлаждалась до 760oC со скоростью 150oC/ч. При 760oC окно реторы было открыто и графитовая лодочка с ее содержимым была извлечена из реторты на алюминиевую охлаждающую пластину с водяным охлаждением при комнатной температуре, имеющую длину 12'' (305 мм), ширину 9'' (229 мм) и толщину 2'' (51 мм). Примерно 500 мл материала экзотермической прибыльной насадки (Фидал-9 фирмы "Фосеко инк.") разбрызгивалось на верхней части комплекса и слой керамического волокна (Керабланкет фирмы "Манвилл рефрактори продактс") обертывался вокруг поверхности графитовой лодочки. Материал прибыльной насадки использовался для образования экзотермической реакции на верхней части остаточного основного металла для содействия композиту с металлической матрицей направленно отверждаться при охлаждении, тем самым препятствуя образованию усадочной пористости в композите с металлической матрицей.The graphite boat and its contents were placed in a resistance retort electric furnace at room temperature. The retort window was closed and the retort was evacuated to at least 508 mmHg. Art. The retort was then purged with nitrogen at a rate of 4.5 l / min. The retort furnace was then heated from room temperature to 775 ° C. at a rate of 200 ° C./h. After 20 hours at 775 ° C, the retort furnace was cooled to 760 ° C at a rate of 150 ° C / h. At 760 ° C, the retora window was opened and a graphite boat with its contents was removed from the retort onto a water-cooled aluminum cooling plate at room temperature, having a length of 12 '' (305 mm), a width of 9 '' (229 mm) and a thickness of 2 '' (51 mm). Approximately 500 ml of material exothermic profitable nozzle (Fidal-9 company "Foseco Inc.") was sprayed on the top of the complex and a layer of ceramic fiber (kerablanquet company "Manville refractory products") was wrapped around the surface of a graphite boat. A profitable packing material was used to form an exothermic reaction on the top of the residual base metal to assist the metal matrix composite to solidify directionally during cooling, thereby preventing the formation of shrinkage porosity in the metal matrix composite.

Образец P (071489 DAF-1). Sample P (071489 DAF-1).

На фиг. 15 показан схематично в поперечном сечении комплекс, использованный для получения композитного тела с металлической матрицей, как описано ниже. Контейнер из нержавеющей стали 230 длиной 6'' (152 мм), шириной 6'' (152 мм) и высотой 7,5'' (191 мм) был футерован коробкой из графитовой фольги 231 размером 6'' (152 мм) х 6'' (152 мм) х 7,5'' (191 мм), выполненную согласно с вышеназванными примерами. Примерно 2 г порошкового магния зернистостью 325 меш (Аезар фирмы "Джонсон Маттей") было адгезировано к нижней части графитовой коробки с помощью графитового цемента (Рижидлокк фирмы "Поликарбон"). Примерно 500 г смеси, 95 вес. порошкового нитрида алюминия со средним размером диаметра частиц 3 6 мкм (А-200 AlN фирмы "Адвенсд рефрактори текнолоджи, инк." Буффало, НЙ) и 5 вес. порошкового магния зернистостью 325 меш (Аезар фирмы "Джонсон Маттей") смешивалось с помощью механического средства в четырехлитровом пластиковом сосуде в течение 2 ч для получения однородной смеси наполнительного материала 233. Эта смесь 233 наполнительного материала помещалась в коробку 231 из графитовой фольги. Примерно длиной 1'' (25 мм) проход 234 из графитовых трубок с внутренним диаметром 2'' (51 мм) был установлен на верхней части наполнительного материала 233. Рыхлый слой глинозема 235 с зернистостью 220 (Е-38 Алунду-м фирмы "Нортон ко.") насыпался вокруг наружного диаметра прохода из графитовых трубок 234, который находился по центру на верхней части наполнительного материала 233 в графитовой коробке 230. Достаточно глинозема 235 с зернистостью 220 было добавлено по существу вокруг прохода 234 из графитовых трубок. Примерно 5 г порошкового магния зернистостью 50 меш (фирмы "Альфа продактс") было помещено во внутреннюю часть прохода из графитовых трубок для покрытия поверхности наполнительного материала 233. Примерно 1210 г сплава основного металла 237, имеющего номинальный состав 413,0, содержащий 11,0 - 13,0 вес. Si, менее 2,0 вес. Fe, менее 1,0 вес. Cu, менее 0,35 вес. Mn, менее 0,10 вес. Mg, менее 0,50 вес. Zn, менее 0,15 вес. Sn и баланс алюминий, помещалось на верхнюю часть реакционных компонентов, как показано на фиг. 20. In FIG. 15 is a schematic cross-sectional view of a complex used to make a composite body with a metal matrix, as described below. A stainless steel container of 6 '' (152 mm) long, 6 '' (152 mm) wide and 7.5 '' (191 mm) high was lined with a 231 graphite foil box measuring 6 '' (152 mm) x 6 '' (152 mm) x 7.5 '' (191 mm), made in accordance with the above examples. Approximately 2 g of 325 mesh powder of magnesium (Johnson Matthew Aezar) was adhered to the bottom of the graphite box using graphite cement (Polycarbon Rizhidlokk). Approximately 500 g of the mixture, 95 weight. powder aluminum nitride with an average particle diameter of 3 6 μm (A-200 AlN company "Advent refractory technology, Inc." Buffalo, NY) and 5 weight. 325 mesh grit powder (Johnson Matthew Aezar) was mechanically mixed in a four liter plastic vessel for 2 hours to obtain a homogeneous mixture of filling material 233. This mixture 233 of filling material was placed in a box 231 of graphite foil. Approximately 1 '' (25 mm) long, a 234 passage of graphite tubes with an internal diameter of 2 '' (51 mm) was installed on the top of the filler material 233. A loose layer of alumina 235 with a grain size of 220 (E-38 Alundu-m by Norton co. ") was poured around the outer diameter of the passage from graphite tubes 234, which was centered on the top of the filler material 233 in the graphite box 230. Enough alumina 235 with grain size 220 was added substantially around the passage 234 from the graphite tubes. About 5 g of powdered magnesium with a grain size of 50 mesh (Alpha Products) was placed in the interior of the passage from graphite tubes to cover the surface of the filler material 233. Approximately 1210 g of the base metal alloy 237 having a nominal composition of 413.0, containing 11.0 - 13.0 weight. Si, less than 2.0 weight. Fe, less than 1.0 weight. Cu, less than 0.35 weight. Mn, less than 0.10 weight. Mg, less than 0.50 weight. Zn, less than 0.15 weight. Sn and aluminum balance were placed on top of the reaction components, as shown in FIG. twenty.

Система, содержащая стальной контейнер 230 и его содержимое, помещалась в ретортную электропечь сопротивления и печь вакууминизировалась до не менее 508 мм рт. ст. и продувалась газом азотом с расходом 4,0 л/мин. Печь доводилась от комнатной температуры до 200oC со скоростью 200oC/ч, поддерживалась при 200oC в течение примерно 49 ч, затем охлаждалась до 550oC со скоростью 200oC/ч, поддерживалась при 550oC 1 ч, затем доводилась до 775oC со скоростью 150oC/ч. Система поддерживалась при 775oC в течение 10 ч, затем охлаждалась до 760oC со скоростью примерно 150oC/ч. При 760oC система была извлечена из печи и направленно охлаждалась с помощью прибыльной насадки. Система помещалась на алюминиевую охлаждающую пластину с водяным охлаждением, имеющую длину 12'' (305 мм), ширину 9'' (229 мм) и толщину 2'' (51 мм). Примерно 500 мл материала экзотермической прибыльной насадки (Фидал-9 фирмы "Фосеко инк.") разбрызгивалось на верхней части комплекса. Слой керамических волокон (Керабланкет фирмы Манвилл рефрактори продактс") обертывался вокруг контейнера из нержавеющей стали для изоляции системы. Материал прибыльной насадки использовался для образования экзотермической реакции на верхней части остаточного основного металла для содействия композиту с металлической матрицей направленно отверждаться при охлаждении, тем самым препятствуя образованию усадочной пористости в композите с металлической матрицей.A system containing a steel container 230 and its contents was placed in a resistance retort furnace and the furnace was evacuated to at least 508 mm Hg. Art. and purged with nitrogen gas at a flow rate of 4.0 l / min. The furnace was brought from room temperature to 200 ° C. at a speed of 200 ° C./h, maintained at 200 ° C. for about 49 hours, then cooled to 550 ° C. at a speed of 200 ° C./h, maintained at 550 ° C. for 1 hour, then brought to 775 o C at a rate of 150 o C / h The system was maintained at 775 ° C for 10 hours, then cooled to 760 ° C at a rate of about 150 ° C / h. At 760 ° C, the system was removed from the furnace and directed in the direction of cooling using a profitable nozzle. The system was placed on a water-cooled aluminum cooling plate having a length of 12 '' (305 mm), a width of 9 '' (229 mm) and a thickness of 2 '' (51 mm). Approximately 500 ml of material exothermic profitable nozzle (Fidal-9 company "Foseco Inc.") was sprayed on top of the complex. A layer of ceramic fibers (Manville Refractory Products' kerablanquette) was wrapped around a stainless steel container to isolate the system. A profitable nozzle material was used to form an exothermic reaction on the top of the residual base metal to aid the metal matrix composite to solidify directionally during cooling, thereby preventing formation shrinkage porosity in a composite with a metal matrix.

Механические свойства некоторых композитных тел с металлической матрицей, образованных в соответствии с этим примером, приведены в табл. 2. Описание способов, использованных для определения механических свойств, приводятся ниже. The mechanical properties of some composite bodies with a metal matrix formed in accordance with this example are given in table. 2. A description of the methods used to determine the mechanical properties is given below.

Измерение предела прочности на разрыв (ППР). Measurement of tensile strength (PPR).

Прочность на разрыв некоторых композитов с металлической матрицей была определена с использованием ASTM N B557-84 "Стандартные способы испытания на растяжение кованых и литых алюминиевых и магниевых продуктов". Использовались прямоугольные образцы для испытания на растяжение длиной 6'' (154 мм), шириной 0,5'' (413 мм) и толщиной 0,1'' (2,5 мм). Контрольная секция прямоугольных образцов для испытания на растяжение была шириной 3/8 дюйма (10 мм) и длиной 0,75'' (19 мм) и радиус от концевой секции до контрольной секции был 3'' (76 мм). Четыре захватных алюминиевых ушка длиной 2'' (51 мм), шириной 0,5'' (13 мм) и толщиной 0,3'' (7,6 мм) были прикреплены к концевым секциям каждого прямоугольного образца для испытания на растяжение с помощью эпоксидной смолы (именуемой Эпокси-петч, фирмы "Декстер корпорейшн оф хай сол аэроспейс энд индастриал продактс", Сибрук, НХ). Напряжение на прямоугольных образцах для испытания на растяжение измерялось с помощью тензодатчиков (мосты 350 Ом) с индексом CEE-06-3750YY-350 фирмы "Микромжюрментс оф Ралей", НК. Прямоугольные образцы для испытания на растяжение, включая алюминиевые захватные ушки и тензодатчики, помещались в клиновые захваты на динамометрическом датчике Синтек 5000 фунтов (2269 кг) (универсальное устройство для испытания, модель N CITS 2000/6, производства фирмы "Систем интегрейшн текнолоджи инк.", Стартон, МА.). Компьютерная система выборки данных была соединена с измерительным блоком и тензодатчики регистрировали испытательные реакции. Прямоугольные образцы для испытания на растяжение деформировались при постоянной скорости 0,039 дюйм/мин (1 мм/мин) до разрыва. Максимальное напряжение, максимальное усилие и усилие до образования разрыва вычислялись из геометрии образца и зарегистрированных реакций с помощью программы в компьютере. The tensile strength of some metal matrix composites was determined using ASTM N B557-84 "Standard tensile test methods for forged and cast aluminum and magnesium products." Rectangular specimens were used for tensile testing with a length of 6 '' (154 mm), a width of 0.5 '' (413 mm) and a thickness of 0.1 '' (2.5 mm). The control section of the rectangular tensile test specimens was 3/8 inch (10 mm) wide and 0.75 '' (19 mm) long and the radius from the end section to the control section was 3 '' (76 mm). Four aluminum grip ears 2 '' (51 mm) long, 0.5 '' (13 mm) wide and 0.3 '' (7.6 mm) thick were attached to the end sections of each rectangular specimen for tensile testing using epoxy resin (referred to as Epoxy Patch, Dexter Corporation of High Sol Aerospace and Industrial Products, Seabrook, NH). The voltage on rectangular samples for tensile testing was measured using strain gauges (bridges 350 Ohm) with the index CEE-06-3750YY-350 firm "Micromjurments of Raleigh", NK. Rectangular tensile test specimens, including aluminum grip ears and strain gauges, were placed in wedge grips on a Syntech 5000 lbs (2269 kg) dynamometer (universal testing device, model N CITS 2000/6, manufactured by System Integration Technology Inc. , Starton, MA.). A computer data sampling system was connected to the measuring unit and strain gauges recorded test reactions. Rectangular tensile test specimens were deformed at a constant speed of 0.039 in / min (1 mm / min) to rupture. The maximum voltage, maximum force, and force before a rupture was formed were calculated from the geometry of the sample and the recorded reactions using a computer program.

Измерение модуля резонансным методом. Measurement of the module by the resonance method.

Модуль упругости композитов с металлической матрицей определялся способом звукового резонанса, который по существу такой же, как способ ASTM C848-88. Образец композита длиной 1,8 2,2 дюйма, шириной 0,24 дюйма и толщиной 1,9 дюйма (45 -55 х 6 х 4,8 мм соответственно) помещался между двумя датчиками, изолированными от комнатных вибраций с помощью воздушного стола, поддерживающего гранитный камень. Один из датчиков использовался для возбуждения частот в композитном образце, тогда как другой использовался для контроля частотной характеристики композита с металлической матрицей. Путем сканирования по частотам, контроля и регистрации уровней характеристики для каждой частоты и путем отмечания резонансной частоты определялся модуль упругости. The elastic modulus of the metal matrix composites was determined by the method of sound resonance, which is essentially the same as the method of ASTM C848-88. A composite sample of 1.8 2.2 inches long, 0.24 inches wide and 1.9 inches thick (45 -55 x 6 x 4.8 mm, respectively) was placed between two sensors isolated from room vibrations using an air table supporting granite stone. One of the sensors was used to excite frequencies in a composite sample, while the other was used to control the frequency response of a composite with a metal matrix. The elastic modulus was determined by scanning in frequencies, monitoring and recording the characteristic levels for each frequency and by noting the resonant frequency.

Измерение вязкости разрушения материала с металлической матрицей, используя образец с надрезами, расположенными "елочкой". Measure the fracture toughness of a metal matrix material using a specimen with herringbone notches.

Способ Мунца, Шаннона и Басея использовался для определения вязкости разрушения материалов с металлической матрицей. Вязкость разрушения вычислялась из максимальной нагрузки образца с надрезами типа "елочки" в четырех точках нагрузки. Конкретно, геометрия образца с надрезами типа "елочки" была следующая: длина 1,8 2,2 дюйма (45 55 мм), ширина 0,19'' (4,8 мм) и высота 0,24'' (6 мм). Надрез типа "елочки" производился алмазной пилой для содействия развитию трещины в образце. Образцы с надрезами типа "елочки", с вершиной надреза, обращенной вниз, помещались в зажимное устройство в универсальном испытательном аппарате. Надрез образца с надрезами "елочкой" помещался между двумя пальцами (шпильками) на расстоянии 1,6'' (40 мм) друг от друга и примерно 0,79'' (20 мм) от каждого пальца. Верхняя сторона образца с надрезами "елочкой" входила в контакт с двумя пальцами на расстоянии 0,79'' (20 мм) друг от друга и примерно 0,39'' (10 мм) от надреза. Измерения максимальной нагрузки производились с помощью Синтек-модели CITS 2000/6 универсального испытательного аппарата производства фирмы "Систем интегрейшн текнолоджи инкорпорейтед". Использовалась поперечная скорость 0,02 дюйма/мин (0,58 мм/мин). Динамометрический датчик универсального испытательного аппарата имел интерфейсную связь с системой компьютерной выборки данных. Геометрия образца с надрезами "елочкой" и максимальная нагрузка использовались для вычисления вязкости разрушения материала. Несколько образцов использовалось для определения средней вязкости разрыва в отношении данного материала. The method of Munz, Shannon and Bassey was used to determine the fracture toughness of materials with a metal matrix. The fracture toughness was calculated from the maximum load of the specimen with herringbone type notches at four load points. Specifically, the geometry of the herringbone-type specimen was as follows: 1.8 2.2 inches (45 55 mm) long, 0.19 '' (4.8 mm) wide, and 0.24 '' (6 mm) high . A herringbone-type notch was made with a diamond saw to facilitate crack development in the specimen. Samples with herringbone-type notches, with the notch apex facing down, were placed in a clamping device in a universal testing apparatus. A notched specimen with herringbone notches was placed between two fingers (studs) at a distance of 1.6 '' (40 mm) from each other and approximately 0.79 '' (20 mm) from each finger. The upper side of the herringbone-shaped specimen came into contact with two fingers at a distance of 0.79 '' (20 mm) from each other and about 0.39 '' (10 mm) from the notch. The maximum load was measured using the CITS 2000/6 Syntec model of a universal test apparatus manufactured by System Integration Technology Incorporated. A lateral speed of 0.02 in / min (0.58 mm / min) was used. The dynamometer sensor of the universal test apparatus had an interface connection with a computer data sampling system. The geometry of the specimen with herringbone notches and the maximum load were used to calculate the fracture toughness of the material. Several samples were used to determine the average fracture toughness for a given material.

Количественный изобразительный анализ (КИА). Quantitative Fine Analysis (CIA).

Объемная доля наполнителя, съемная доля основного металла и объемная доля пористости определялись способом количественного изобразительного анализа. Представленный образец композитного материала монтировался и полировался. Полированный образец помещался на столик оптического микроскопа "Никон микрофото FX" с видеокамерой DAgE-MTI серии 68 производства "Мичиган сити", соединенной с верхним портом. Сигнал видеокамеры посылается на модель DV 4400 Научной оптической аналитической системы производства фирмы "Ламонт сьянтифик штата колледж", ПА. При соответствующем увеличении десять видеоизображений микроструктур было сделано через оптический микроскоп и загружалось в Научную оптическую аналитическую систему "Ламонта" на хранение. Видеоизображения, полученные при 50 100-кратном увеличении и в некоторых случаях при 200-кратном увеличении, подверглись цифровой обработке для выравнивания освещенности. Для видеоизображений, полученных при 200 - 100-кратном увеличении, цифровая обработка в отношении выравнивания освещенности не потребовалась. Видеоизображения при равной освещенности, в диапазонах интенсивности серого уровня и специального цвета предназначались для специфических микроструктурных разломов, специального наполнительного материала, основного металла или пористости и т. д. Для проверки правильности заданных значений цвета и интенсивностей производилось сравнение между видеоизображением с заданными значениями и первоначально полученными видеоизображениями. Если отмечалось расхождение, производились коррекции в отношении заданных значений видеоизображения с использованием вручную дискретизирующего пера и пульта цифровой дискретизации. Представленные видеоизображения с заданными значениями анализировались автоматически с помощью компьютерных средств программирования, содержащихся в Научной оптической аналитической системы "Ламонта", чтобы получить процент площади наполнителя, процент площади основного металла и процент площади пористости, которые по существу являются тем же, что объемные проценты. The volume fraction of the filler, the removable fraction of the base metal and the volume fraction of porosity were determined by the method of quantitative fine analysis. The presented composite material sample was mounted and polished. A polished sample was placed on the stage of a Nikon Microphoto FX optical microscope with a DAgE-MTI 68 series video camera manufactured by Michigan City connected to the upper port. The camcorder signal is sent to the DV 4400 model of the Scientific Optical Analytical System manufactured by Lamont University of State College, PA. With a corresponding magnification, ten video images of the microstructures were made through an optical microscope and loaded into the Lamont Scientific Optical Analytical System for storage. Video images taken at 50 to 100 times magnification, and in some cases, at 200 times magnification, were digitally processed to even out the light. For video images taken at 200-100x magnification, digital processing with respect to light leveling was not required. The video images under equal illumination, in the ranges of the gray level and special color intensities, were intended for specific microstructural faults, special filling material, base metal or porosity, etc. To check the correctness of the set color values and intensities, a comparison was made between the video image with the set values and the initially obtained video images. If a discrepancy was noted, corrections were made in relation to the set values of the video image using a manually sampling pen and a digital sampling console. Presented video images with preset values were analyzed automatically using computer programming tools contained in the Lamont Scientific Optical Analytical System to obtain the percentage of the filler area, the percentage of the base metal area, and the percentage of porosity area, which are essentially the same as the volume percent.

После того, как вышеизложенные образцы были охлаждены до комнатной температуры, каждый разрезался поперек для определения образования композитного тела с металлической матрицей. Все образцы A-C и J-P в этом примере наблюдались в отношении образования композитов с алюминиевой металлической матрицей. After the above samples were cooled to room temperature, each was cut across to determine the formation of a composite body with a metal matrix. All samples A-C and J-P in this example were observed with respect to the formation of composites with an aluminum metal matrix.

Механические свойства образцов обобщены в табл. 2. The mechanical properties of the samples are summarized in table. 2.

Пример 7. Example 7

Этот пример показывает, что разные наполнительные смеси карбида кремния могут использоваться для успешного образования композитных тел с металлической матрицей способом самопроизвольной пропитки. Изменение загрузок наполнителя можно достигать в зависимости от размера наполнительного материала и/или применяемых условий обработки. В табл. 3 содержатся обобщенные данные использованных экспериментальных условий для получения композитных тел с металлической матрицей в этом примере, включая изменения основных металлов, наполнительных материалов, условий рабочей температуры и времени обработки. This example shows that various filler mixtures of silicon carbide can be used to successfully form composite bodies with a metal matrix by spontaneous impregnation. A change in filler loading can be achieved depending on the size of the filler material and / or the processing conditions used. In the table. 3 contains a summary of the experimental conditions used to obtain composite bodies with a metal matrix in this example, including changes in base metals, filler materials, working temperature conditions and processing time.

Образцы Q-AH. Samples Q-AH.

Эти образцы были образованы по существу таким же способом, как образец С в примере 5 и как показано на фиг. 7 в схематичном поперечном сечении за исключением того, что порошковый магний не помещался на нижней части коробки из графитовой фольги перед введением наполнительного материала. These samples were formed essentially in the same manner as sample C in Example 5 and as shown in FIG. 7 in a schematic cross-section, with the exception that magnesium powder was not placed on the bottom of the graphite foil box before the introduction of the filler material.

Пример AI-AJ. Example AI-AJ.

Эти образцы были получены по существу также, как образец К в примере 5 и как показано в схематичном поперечном сечении на фиг. 13. These samples were obtained essentially the same as sample K in example 5 and as shown in a schematic cross section in FIG. 13.

После того, как вышеизложенные образцы были охлаждены до комнатной температуры, каждый разрезался поперек для определения сформования композитное тело с металлической матрицей. Все образцы Q-AJ в этом примере наблюдались в отношении образования композитов с алюминиевой металлической матрицей. After the above samples were cooled to room temperature, each was cut across to determine the formation of a composite body with a metal matrix. All Q-AJ samples in this example were observed with respect to the formation of composites with an aluminum metal matrix.

Механические свойства образцов измерялись с помощью стандартных испытательных способов, как изложено ранее, и механические свойства образцов обобщены в табл. 3. The mechanical properties of the samples were measured using standard test methods, as described previously, and the mechanical properties of the samples are summarized in table. 3.

Пример 8. Example 8

Этот пример показывает, что композитные тела с металлической матрицей могут быть образованы в широком диапазоне периодов времени обработки. Период времени пропитки наполнительного материала основным металлом в присутствии пропитывающей атмосферы и усилителя пропитки или исходного компонента усилителя пропитки или исходного компонента усилителя пропитки могут изменяться в зависимости от требуемого результата. В табл. 4 приведены сводные данные использованных экспериментальных условий для получения композитных тел с металлической матрицей в широком диапазоне периодов времени обработки, включая основной металл, наполнительный материал и условия обработки. This example shows that composite bodies with a metal matrix can be formed over a wide range of processing time periods. The time period of the impregnation of the filler material with the base metal in the presence of the impregnating atmosphere and the impregnation enhancer or the initial component of the impregnation amplifier or the initial component of the impregnation amplifier may vary depending on the desired result. In the table. 4 summarizes the experimental conditions used to obtain composite bodies with a metal matrix in a wide range of processing time periods, including base metal, filler material and processing conditions.

Образец AL-AN. Sample AL-AN.

Эти образцы были получены таким же образом, как образец С в примере 5 и как показано в схематичном разрезе на фиг. 7, за исключением, что графитовая лодочка покрывалась коллоидным графитом (АО-154 фирмы "Ачесон коллоид", Порт-Хурон, МИ) вместо футеровки коробкой из графитовой фольги. Система нагревалась от комнатной температуры до 350oC со скоростью 200oC/ч, поддерживалась при 350oC около 7 ч, затем нагревалась до 550oC со скоростью 200oC/ч, поддерживалась при 550oC в течение 1 ч, затем нагревалась до 775oC со скоростью 150oC/ч и поддерживалась при 775oC в течение периодов времени, приведенных в табл. 4. Кроме того, после извлечения системы реакции из печи сформованный композит помещался на алюминиевую охлаждающую пластину с водяным охлаждением для направленного отверждения композита.These samples were obtained in the same manner as sample C in example 5 and as shown in schematic section in FIG. 7, except that the graphite boat was coated with colloidal graphite (AO-154 from Acheson Colloid, Port Huron, MI) instead of lining with a box of graphite foil. The system was heated from room temperature to 350 o C at a speed of 200 o C / h, maintained at 350 o C for about 7 hours, then heated to 550 o C at a speed of 200 o C / h, maintained at 550 o C for 1 h, then heated to 775 o C at a speed of 150 o C / h and maintained at 775 o C for the time periods shown in table. 4. In addition, after removing the reaction system from the furnace, the formed composite was placed on a water-cooled aluminum cooling plate for directionally curing the composite.

Пример 9. Example 9

Этот пример показывает, что механические свойства композитных тел с металлической матрицей могут изменяться с помощью направленного отверждения и/или последующей тепловой обработки. В табл. 5 содержатся сводные данные о применяемых экспериментальных условиях для образования композитных тел с металлической матрицей и механических свойств, полученных для сформированных композитных тел. This example shows that the mechanical properties of composite bodies with a metal matrix can be changed using directional curing and / or subsequent heat treatment. In the table. 5 contains summary data on the applied experimental conditions for the formation of composite bodies with a metal matrix and the mechanical properties obtained for the formed composite bodies.

Образцы C, AQ A. Samples C, AQ A.

Эти образцы были получены способом, аналогичным способу, описанному в отношении образца С в примере 5 и показанному в схематичном разрезе на фиг. 7. Образцы AQ A подвергнуты тепловой обработке Т-6, как описано ниже. These samples were obtained in a manner analogous to the method described with respect to sample C in Example 5 and shown in schematic section in FIG. 7. Samples AQ A are heat treated T-6, as described below.

Тепловая обработка Т6. Heat treatment T6.

Композиты помещались в проволочную корзину из нержавеющей стали, которая затем помещалась в электропечь сопротивления с воздушной атмосферой, нагретой до 500oC. Композиты нагревались в течение 1 ч при 500oC, затем извлекались из печи и охлаждались до комнатной температуры с помощью водяной ванны. Для возможности протекания процесса осаждения композиты либо специально подвергались старению при 160oC в течение 10 ч либо естественному старению при комнатной температуре в течение примерно одной недели.The composites were placed in a stainless steel wire basket, which was then placed in a resistance electric furnace with an air atmosphere heated to 500 ° C. The composites were heated for 1 h at 500 ° C, then they were removed from the furnace and cooled to room temperature using a water bath. To enable the deposition process to occur, the composites were either specially aged at 160 ° C for 10 hours or naturally aged at room temperature for about one week.

Образцы AT-AV. Samples of AT-AV.

Эти образцы были получены способом, по существу аналогичным описанному в отношении образца C в примере 5, за исключением того, что: 1) магний не размещался в нижней части используемой коробки из графитовой фольги; 2) реакционные системы поддерживались при 750oC в течение 15 ч. Образцы AYY-AY были подвергнуты тепловой обработке Т4, как описано в образце E примера 5.These samples were obtained by a method essentially similar to that described with respect to sample C in example 5, except that: 1) magnesium was not placed in the lower part of the graphite foil box used; 2) the reaction systems were maintained at 750 ° C. for 15 hours. AYY-AY samples were heat-treated with T4 as described in Example E of Example 5.

После того, как приведенные выше образцы были охлаждены до комнатной температуры, каждый был разрезан поперек для определения сформирования композитного тела с металлической матрицей (см. табл. 5). After the above samples were cooled to room temperature, each was cut across to determine the formation of a composite body with a metal matrix (see table 5).

Пример 10. Example 10

Этот пример показывает, что содержание азота в композитном теле с металлической матрицей, образованном способом самопроизвольной пропитки, может намеренно изменяться. В зависимости от комбинации основного металла, наполнительного материала, пропитывающей атмосферы и усилителя пропитки или исходного компонента усилителя пропитки, а также условий данной обработки содержание азота в сформованном теле композита с металлической матрицей может подгоняться (адаптироваться) в соответствии с требованием. This example shows that the nitrogen content in a composite body with a metal matrix formed by spontaneous impregnation can be intentionally changed. Depending on the combination of the base metal, filler material, the impregnating atmosphere and the impregnation enhancer or the initial component of the impregnation enhancer, as well as the conditions of this treatment, the nitrogen content in the molded body of the composite with a metal matrix can be adapted (adapted) in accordance with the requirement.

В табл. 6 содержатся сводные данные используемых экспериментальных условий для образования композитных тел с металлической матрицей в этом примере, включая основные металлы, наполнительные материалы, условия температуры и времени обработки и содержание азота в каждом композитном теле с металлической матрицей, которое формуется. In the table. 6 summarizes the experimental conditions used to form the metal matrix composite bodies in this example, including base metals, filler materials, processing temperature and time conditions, and the nitrogen content of each metal matrix composite body that is molded.

Образцы A-BB. Samples A-BB.

Эти образцы были получены способом, который по существу применялся для получения образца F в примере 5, как показано в схематичном разрезе на фиг. 10. These samples were obtained by a method that was essentially used to obtain sample F in Example 5, as shown in a schematic section in FIG. ten.

Образец BC. Sample BC.

Этот образец был получен тем же по существу способом, как образец B в примере 5 и как показано схематично в разрезе на фиг. 6. This sample was obtained in the same essentially method as sample B in example 5 and as shown schematically in section in FIG. 6.

Образец BD. Sample BD.

Этот образец был получен тем же способом, что и образец K в примере 6 и как показано на фиг.13 в поперечном разрезе из исключением того, что внутренняя часть стальной формы была покрыта путем распыления графитным материалом (Дайлон марки AE, фирмы "Дайлон индастриз инк.", Береа ОХ) и обжигалась при 260oC в течение 1 ч вместо футеровки стальной формы коробкой из графитовой фольги.This sample was obtained in the same manner as sample K in Example 6 and as shown in FIG. 13 in cross section, except that the inside of the steel mold was coated by spraying with graphite material (Daylon grade AE, Daylon Industries Inc. . ", Berea OX) and burned at 260 o C for 1 h instead of lining the steel form with a box of graphite foil.

Образец BE. Sample BE.

Этот образец является контрольным образцом, который использовался для определения содержания азота в алюминиевом сплаве, который не содержал наполнительного материала. Внутренняя полость стальной формы, которая была по существу аналогична используемой в случае образца BD, была покрыта графитовым материалом (Дайлн марки AE, фирмы "Дайлн индастриз инк."). Алюминиевый сплав 520,0 помещался в стальную форму и реакционная система нагревалась, как показано в табл. 6. This sample is a control sample that was used to determine the nitrogen content in an aluminum alloy that did not contain filler material. The internal cavity of the steel mold, which was essentially the same as that used for the BD specimen, was coated with graphite material (Dilen grade AE, Dilen Industries Inc.). Aluminum alloy 520.0 was placed in a steel mold and the reaction system was heated, as shown in table. 6.

После того, как вышеназванные образцы были охлаждены до комнатной температуры, определялось содержание азота в композитных телах. Содержание азота в композитах с металлической матрицей измерялось с использованием метода AS TM E 1019-87A "Определение углерода, серы, азота, кислорода и водорода в сталях и в сплавах железа, никеля и кобальта". В этом методе используется теплопроводность инертного газа на стадии плавления для измерения содержания азота. ООбразец помещался в небольшой графитный тигель и плавился либо с медью, либо с никелем в проточной гелиевой атмосфере минимум при 1900oC. Присутствующий в образце азот высвобождается как молекулярный азот и отделялся от других молекулярных элементов, например водорода и окиси углерода, и измерялась теплопроводность газовой смеси азот-гелий. Этот тест проводился на промышленном анализаторе кислорода-азота ТС436, предназначенном для автоматических операций и калиброванном в стандартных единицах известных азотных содержаний (см. Справочный материал по стандартам NIST 73C с содержанием N20,037 и AlN с содержанием N232,6).After the above samples were cooled to room temperature, the nitrogen content in the composite bodies was determined. The nitrogen content in the metal matrix composites was measured using the method AS TM E 1019-87A "Determination of carbon, sulfur, nitrogen, oxygen and hydrogen in steels and alloys of iron, nickel and cobalt." This method uses the thermal conductivity of an inert gas at the melting stage to measure the nitrogen content. The sample was placed in a small graphite crucible and melted with either copper or nickel in a flowing helium atmosphere at least at 1900 ° C. Nitrogen present in the sample was released as molecular nitrogen and separated from other molecular elements, for example, hydrogen and carbon monoxide, and the thermal conductivity of gas was measured mixtures of nitrogen-helium. This test was carried out on a TC436 industrial oxygen-nitrogen analyzer designed for automatic operations and calibrated in standard units of known nitrogen contents (see Reference material according to NIST 73C standards with a content of N 2 0,037 and AlN with a content of N 2 32,6).

Пример 11. Example 11

Пример показывает, что износостойкость сформованного композитного тела с металлической матрицей может направленно изменяться в зависимости от используемого наполнительного материала глинозема. Разные глиноземные наполнители использовались в комбинации с основным металлом, пропитывающей атмосферой усилителем пропитки и исходным компонентом усилителя пропитки или исходным компонентом усилителя пропитки для получения композитных тел с металлической матрицей в данном примере способом самопроизвольной пропитки. An example shows that the wear resistance of a molded composite body with a metal matrix can vary directionally depending on the filler material used for alumina. Various alumina fillers were used in combination with a base metal, an atmosphere-impregnating impregnation amplifier, and an initial component of an impregnation amplifier or an initial component of an impregnation amplifier to obtain composite bodies with a metal matrix in this example, a spontaneous impregnation method.

В табл. 7 приведены сводные данные об основном металле, наполнительном материале, условиях обработки и степенях износа композитных тел с металлической матрицей, образованных в этом примере, а также степень износа необработанного металла (образец BL). In the table. 7 summarizes data on the base metal, filler material, processing conditions and the degree of wear of the composite bodies with a metal matrix formed in this example, as well as the degree of wear of the untreated metal (sample BL).

Образцы A, BF, Bg. Samples A, BF, Bg.

Эти образцы были получены по существу таким же способом, как образец A в примере 5 и как показано на фиг. 5. These samples were obtained essentially in the same manner as sample A in Example 5 and as shown in FIG. 5.

Образцы BH BK, B. Samples BH BK, B.

Эти образцы были получены по существу таким же способом, как образец B в примере 5 и как показано на фиг. 6. These samples were obtained essentially in the same manner as sample B in Example 5 and as shown in FIG. 6.

Образец BL. Sample BL.

Этот образец является сравнительным контрольным образцом, в котором алюминиевый сплав 520,0 повергался испытанию на износ, как описано ниже. This sample is a comparative control sample in which the 520.0 aluminum alloy was subjected to a wear test as described below.

Операция испытания на износ образцов, приведенных выше, проводилась с помощью Теста абразивного движения, который является модификацией A S TM 075-82 "Абразивный шлам по номеру теста Миллера", содержащегося в стандартах A S TM, том 3.02. The wear test operation for the samples above was carried out using the Abrasive Motion Test, which is a modification of A S TM 075-82 “Abrasive Sludge by Miller Test Number” contained in A S TM Standards, Volume 3.02.

Этот модифицированный тест определяет степень износа испытываемых материалов, подвергнутых воздействию стандартного шлама. Этот тип испытания на истирание с помощью подвижного шлама является распространенным у изготовителей шламовых насосов и используется для оценки предлагаемых материалов для использования в шламовых насосах. This modified test determines the degree of wear of test materials exposed to standard sludge. This type of moving sludge abrasion test is common with slurry pump manufacturers and is used to evaluate the materials offered for use in slurry pumps.

a) Испытательное устройство. a) Test device.

Испытательное устройство включает в себя четыре механических штока с блоками испытания износа на каждом штоке. Механические штоки имеют возможность свободного шарнирного вращения относительной подвижной поперечины, соединений с коленчатым валом, который вращается со скоростью 48 обор./мин посредством соответствующего соединительного стержня и двигателя. Этот механизм обеспечивает горизонтальное возвратно-поступательное гармоничное движение со штоками испытания износа с длиной хода примерно 8" (203 мм). Каждый механический шток получает нагрузку весом 5 фунтов (2,3 кг) непосредственно над блоком испытания износа. Предусмотрен кулачок для мгновенного подъема каждого механического штока и тем самым блока испытания износа от резиновой кромки в конце цикла. Пластиковые лотки длиной 15'' (381 мм), шириной 3'' (76 мм) и высотой 2'' (51 мм) используются для содержания абразивного шлама и каждый механический шток имеет отдельный лоток. Накладка из неопреновой резины толщиной примерно 0,125'' (3,2 мм) устанавливается на дно лотка. Сформированный эластомер используется для удерживания резиновой накладки на месте на дне лотка и образования U-образного желоба вдоль длины передвижения блока испытания износа. Наклон 45o в конце цикла кулачка генерирует толчок или противоток шлама под поднятым блоком испытания износа. Держатели блока испытания износа длиной 2'' (51 мм), шириной 2'' (51 мм) и толщиной 0,5'' (13 мм) были изготовлены из пластика с прорезью для приема блока испытания износа и прорезью для крепления блока испытания износа с помощью зажимного винта через держатель. Держатель блока испытания износа соединен с механическим штоком таким образом, что дает возможность регулировки блока испытания износа вертикально и устанавливать параллелизм с резиновой накладкой. Испытательное устройство может работать по существу автоматически бесконечное время.The test device includes four mechanical rods with wear test blocks on each rod. Mechanical rods have the possibility of free articulated rotation of the relative movable cross member, connections to the crankshaft, which rotates at a speed of 48 rpm by means of a corresponding connecting rod and engine. This mechanism provides horizontal reciprocating movement with wear test rods with a stroke length of approximately 8 "(203 mm). Each mechanical rod receives a load of 5 pounds (2.3 kg) directly above the wear test block. A cam is provided for instant lifting of each mechanical rod and thus the unit for testing wear from rubber edges at the end of the cycle.Plastic trays with a length of 15 '' (381 mm), a width of 3 '' (76 mm) and a height of 2 '' (51 mm) are used to contain abrasive slurry and each mechanical w The ok has a separate tray. A neoprene rubber pad of approximately 0.125 '' (3.2 mm) thick is mounted on the bottom of the tray. The formed elastomer is used to hold the rubber pad in place at the bottom of the tray and form a U-shaped groove along the length of the wear test unit. A 45 ° tilt at the end of the cam cycle generates a push or counterflow of sludge beneath the raised wear test block. Holders of the wear test block are 2 '' (51 mm) long, 2 '' (51 mm) wide and 0.5 '' (13 mm) thick were made of plastic with a slot for receiving blo a wear test and a slot for fixing the wear test block with a clamping screw through the holder. The holder of the wear test block is connected to the mechanical rod in such a way that it makes it possible to adjust the wear test block vertically and establish parallelism with the rubber pad. The test device can operate essentially automatically for infinite time.

B) Условия испытания. B) Test conditions.

Возможные изменения диапазона в испытательных условиях следующие:
I. Тип частиц: любой (кремнезем, алюминий и т. д.).
The possible range changes under test conditions are as follows:
I. Type of particles: any (silica, aluminum, etc.).

II. Размер частиц: 500 5000 мкм (лм). II. Particle size: 500-5000 microns (lm).

III. Концентрация частиц: 0 100 вес. твердого вещества. III. Particle Concentration: 0 to 100 weight. solid matter.

VI. Объем шлама: 0 200 мл. VI. Sludge volume: 0 200 ml.

V. Температура шлама: 30oC (комнатная температура).V. Sludge temperature: 30 o C (room temperature).

VI. pH шлама: 1 14 (с модификацией). VI. sludge pH: 1–14 (with modification).

VII. Нагрузка блока испытания износа: 0 5 фунтов (0 2,3 кг). VII. Wear Test Unit Load: 0 5 lbs (0 2.3 kg).

VIII. Время: бесконечно, типично 4 ч. Viii. Time: endlessly, typically 4 hours

c) Испытываемый образец. c) Test sample.

Блоки испытания износа были секционированы от материала основы с помощью алмазной циркулярной пилы и точно шлифовались на шлифовальном устройстве шлифования поверхности до окончательного размера: длина 1'' (25 мм), ширина 0,5'' (13 мм) и толщина 0,2'' (5 мм) до 0,4 (9 мм)
d) Методика проведения испытания.
The wear test blocks were partitioned from the base material using a diamond circular saw and finely ground on a surface grinder to a final size: 1 '' (25 mm) long, 0.5 '' (13 mm) wide and 0.2 'thick '(5 mm) to 0.4 (9 mm)
d) Test procedure.

Блоки испытания износа очищались ультразвуковом в метаноле в течение 15 мин, сушились в вакуумной печи, нагретой до 150oC не менее 15 мин, доводились до комнатной температуры в сушилке в течение 15 мин и затем взвешивались с точностью до ± 0,1 мг. Блоки испытания износа затем устанавливались на держателях блоков испытания износа и проверялись в отношении правильного вертикального и горизонтального выравнивания.The wear test blocks were ultrasonically cleaned in methanol for 15 minutes, dried in a vacuum oven heated to 150 ° C for at least 15 minutes, brought to room temperature in a dryer for 15 minutes, and then weighed to an accuracy of ± 0.1 mg. The wear test blocks were then mounted on the holders of the wear test blocks and checked for proper vertical and horizontal alignment.

Соответствующее количество абразивных частиц и воды взвешивалось с точностью до ± 0,1 г, смешивалось и затем опускалось на место, опуская тем самым блоки для испытания износа в абразивный шлам, а начиналось возвратно-поступательное движение путем включения электрического двигателя. The corresponding amount of abrasive particles and water was weighed to an accuracy of ± 0.1 g, mixed and then lowered into place, thereby lowering the wear test blocks into the abrasive sludge, and the reciprocating movement started by turning on the electric motor.

Блоки испытания износа приводились в возвратно-поступательное движение в абразивном шламе с заданной частотой в течение заданного периода времени (типично 4 ч). После заданного периода времени механические штоки поднимались и блоки испытания износа изымались. Блоки испытания износа чистились, сушились и взвешивались снова точно так же, как это делалось перед началом испытания. Потеря веса и плотность блока испытания износа использовались для вычисления потерь объема и в конечном счете степени износа (см3/ч). Температура и pH шлама измерялись в начале и в конце испытания. Результаты приведены в табл. 7.The wear test units were driven back and forth in an abrasive slurry at a predetermined frequency for a predetermined period of time (typically 4 hours). After a predetermined period of time, the mechanical rods rose and the wear test blocks were removed. The wear test blocks were cleaned, dried and weighed again exactly the same as before the test. The weight loss and density of the wear test unit were used to calculate volume losses and ultimately the degree of wear (cm 3 / h). The temperature and pH of the slurry were measured at the beginning and at the end of the test. The results are shown in table. 7.

Пример 12. Example 12

Этот пример показывает, что износостойкость сформированного композитного тела с металлической матрицей может намеренно изменяться в зависимости от используемого наполнительного материала карбида кремния. Разные наполнители карбида кремния использовались в комбинации с основным металлом, пропитывающей атмосферой и усилителем пропитки или исходным компонентом усилителя пропитки для образования композитных тел с металлической матрицей в данных примерах способом самопроизвольной пропитки. This example shows that the wear resistance of the formed metal matrix composite body can intentionally vary depending on the silicon carbide filler material used. Various fillers of silicon carbide were used in combination with the base metal, the impregnating atmosphere and the impregnation enhancer, or the initial component of the impregnation enhancer to form composite bodies with a metal matrix in these examples by spontaneous impregnation.

В таб. 8 содержатся сводные данные об основном металле, наполнительном материале, условиях обработки и степени износа композитных тел с металлической матрицей, образованных в примере 12, а также степень износа необработанного металла (образец BS). In tab. 8 contains summary data on the base metal, filler material, processing conditions and the degree of wear of composite bodies with a metal matrix formed in Example 12, as well as the degree of wear of the raw metal (BS sample).

Образцы BM, BN. Samples BM, BN.

Эти образцы были получены таким же по существу тем же способом, что и образец A в примере 5 и как показано на фиг. 5. These samples were obtained in the same essentially the same way as sample A in example 5 and as shown in FIG. 5.

Образцы BO BQ. Samples BO BQ.

Эти образцы были получены по существу тем же способом, что и образец B в примере 5 и как показано на фиг. 6. These samples were obtained essentially in the same manner as sample B in Example 5 and as shown in FIG. 6.

Образец BR. Sample BR.

Этот образец был получен по существу тем же способом, что и образец K в примере 6 и как показано на фиг. 13. This sample was obtained essentially in the same manner as sample K in Example 6 and as shown in FIG. 13.

Пример 13. Example 13

Этот пример показывает, что механические свойства сформированного композитного тела с металлической матрицей может намеренно изменяться в зависимости от размера используемого наполнительного материала. This example shows that the mechanical properties of the formed metal matrix composite body can intentionally vary depending on the size of the filler material used.

В табл. 9 содержатся сводные данные об основном металле, наполнительном материале, условиях обработки, и механических свойствах композитных тел с металлической матрицей в этом примере, образованных способом самопроизвольной пропитки. In the table. 9 contains summary data on the base metal, filler material, processing conditions, and mechanical properties of composite bodies with a metal matrix in this example, formed by spontaneous impregnation.

Образцы BT, BU, Q, BV. Samples BT, BU, Q, BV.

Эти образцы получены по существу тем же способом, что и образец C в примере 5, с помощью системы, как показано на фиг. 7 в поперечном сечении, за исключением, что порошковый магний не использовался на дне коробки из графитовой фольги перед введением наполнительного материала. These samples were obtained essentially in the same manner as sample C in Example 5 using a system as shown in FIG. 7 in cross section, with the exception that magnesium powder was not used at the bottom of the graphite foil box before the introduction of the filler material.

Пример 14. Example 14

Этот пример показывает, что коэффициент теплового расширения композитного тела с металлической матрицей, образованного способом самопроизвольной пропитки и которое содержит в качестве наполнительного материала карбид кремния, может намеренно изменяться в зависимости от размера (-ов) частиц наполнительного материала. This example shows that the coefficient of thermal expansion of a composite body with a metal matrix formed by spontaneous impregnation and which contains silicon carbide as a filler material can intentionally vary depending on the particle size (s) of the filler material.

В табл. 10 приведены данные об основном металле, наполнительном материале, условиях обработки и коэффициенте теплового расширения в отношении образцов, полученных в этом примере. In the table. 10 shows data on the base metal, filler material, processing conditions and coefficient of thermal expansion in relation to the samples obtained in this example.

Образцы BYY-CS. Samples BYY-CS.

Эти образцы были получены по существу тем же способом, что и образец N в примере 6 и как показано на фиг. 7. В табл. 10 приведены реакционные компоненты и условия обработки в отношении каждого образца. В образце CF вместо использования коробки с графитовой фольгой в графитовой лодочке, графитовое покрытие (DAg 154, фирмы "Ачесон коллоид") было нанесено на внутреннюю полость графитовой лодочки. Наполнительный материал был затем помещен в графитовую лодочку по существу таким же образом, как схематично показано на фиг. 14. These samples were obtained essentially in the same manner as sample N in Example 6 and as shown in FIG. 7. In the table. 10 shows the reaction components and processing conditions for each sample. In the CF sample, instead of using a box of graphite foil in a graphite boat, a graphite coating (DAg 154, Acheson Colloid) was applied to the interior cavity of a graphite boat. The filler material was then placed in a graphite boat in substantially the same manner as schematically shown in FIG. fourteen.

Механические свойства были определены с помощью методики механических испытаний, описанной выше. The mechanical properties were determined using the mechanical test method described above.

Пример 15. Example 15

Этот пример показывает, что армированные волокнами композитные тела с металлической матрицей могут быть образованы способом самопроизвольной пропитки. This example shows that fiber reinforced composite bodies with a metal matrix can be formed by spontaneous impregnation.

В табл. 11 приведены комбинации основного металла, наполнительного материала и условия реакции, использованные для образования композитных тел с металлической матрицей перечисленных образцов. В табл. 11 также приведен способ охлаждения каждого композитного тела и последующей тепловой обработки, если таковая применяется. In the table. 11 shows combinations of a base metal, a filler material, and reaction conditions used to form composite bodies with a metal matrix of the above samples. In the table. 11 also shows a method of cooling each composite body and subsequent heat treatment, if applicable.

Образцы CТ-CY. Samples of CT-CY.

Эти образцы были получены по существу тем же способом, что и образец G в примере 5 и как показано на фиг. 11. These samples were obtained essentially in the same manner as sample G in Example 5 and as shown in FIG. eleven.

Образцы CZ-DA. Samples of CZ-DA.

Эти образцы были получены по существу тем же способом, что и образец С в примере 5 и как показано на фиг. 7, за исключением того, что: 1) порошковый магний не использовался, 2) контейнер был выполнен из нержавеющей стали, а не из графита, 3) слой керамических волокон опоясывал контейнер во время нагревания. These samples were obtained essentially in the same manner as sample C in Example 5 and as shown in FIG. 7, except that: 1) magnesium powder was not used, 2) the container was made of stainless steel, not graphite, 3) a layer of ceramic fibers encircled the container during heating.

Образцы DB-DD. Samples of DB-DD.

Эти образцы были получены по существу тем же способом, что и образец G в примере 5 и как показано на фиг. 11, за исключением того, что стальная пластина была помещена под коробкой из графитовой фольги и графитовый лист с отверстием в центре диаметром 2'' (51 мм) был установлен между наполнительным материалом и основным металлом. These samples were obtained essentially in the same manner as sample G in Example 5 and as shown in FIG. 11, except that a steel plate was placed under a box of graphite foil and a graphite sheet with a hole in the center with a diameter of 2 '' (51 mm) was installed between the filler material and the base metal.

Образцы DE-Dg. Samples of DE-Dg.

Эти образцы были получены по существу тем же способом, что и образец Н в примере 5 и как показано на фиг. 12, за исключением того, что слой карбида кремния размером 0,5'' (13 мм) был помещен на дно контейнера из нержавеющей стали, вместо коробки из графитовой фольги, проем в графитовой фольге между основным металлом и наполнительным материалом, составляющим зазор шириной около 1/2 дюйма (13 мм) и длиной 5'' (127 мм) с отверстием диаметром 2'' (51 мм) по центру зазора. These samples were obtained essentially in the same manner as sample H in Example 5 and as shown in FIG. 12, except that a 0.5 '' (13 mm) layer of silicon carbide was placed on the bottom of the stainless steel container, instead of a box of graphite foil, an opening in the graphite foil between the base metal and the filler material constituting a gap of about a width 1/2 inch (13 mm) and 5 '' (127 mm) long with a 2 '' (51 mm) hole in the center of the gap.

Образцы DH-DI. Samples of DH-DI.

Эти образцы были получены тем по существу тем же способом, что и образцы DE-Dg, за исключением того, что слой карбида кремния не применялся в системе. These samples were obtained in essentially the same manner as the DE-Dg samples, except that the silicon carbide layer was not used in the system.

Механические свойства композитных тел с металлической матрицей были определены путем механических испытаний, как описано выше, и приведены в табл. 11. Механические свойства этих композитных тел были измерены методом, по существу аналогичным стандарту Д-3552 AS TM. The mechanical properties of composite bodies with a metal matrix were determined by mechanical tests, as described above, and are given in table. 11. The mechanical properties of these composite bodies were measured by a method essentially similar to the D-3552 AS TM standard.

Пример 16. Example 16

Этот пример показывает, что подпрессовки, имеющие высокую долю объема наполнительного материала, могут самопроизвольно пропитываться с образованием композитных тел с металлической матрицей. This example shows that preforms having a high volume fraction of the filling material can spontaneously be impregnated to form composite bodies with a metal matrix.

На фиг. 16 схематично в поперечном сечении показан комплекс, использованный для получения композита с металлической матрицей в этом примере, как описано ниже. Стальная форма 250 была изготовлена с внутренней полостью длиной 6'' (152 мм), шириной 6'' (152 мм) и глубиной 6'' (152 мм). Нижняя поверхность стальной формы 250 была покрыта куском графитовой фольги 251 (Графойл фирмы "Юнион карбид") длиной 3'' (76 мм), шириной 3''(76 мм) и толщиной 0,015'' (0,38 мм). Подпрессовка 252 из карбида кремния (получена от "I Сверд R элемент инк."), имеющая наружный диаметр 1,75"" (45 мм) и внутренний диаметр 0,75'' (19 мм) и отрезанная длиной 3'' (76 мм), была завернута в кусок графитовой фольги 253 и помещена на графитовую фольгу 251 в стальной коробке 250. Глинозем 254 зернистостью 90 (38 Алундум фирмы "Нортон ко") был высыпан в пространство между подпрессовкой 252 из карбида кремния и стальной формой 250. Внутренняя полость подпрессовки из карбида кремния была по существу заполнена графитовым порошком 255 (KS 44 фирмы "Лонца инк."). Коробка 256 из графитовой фольги длиной 5,75'' (146 мм), шириной 5,75'' (146 мм) и высотой 3'' (76 мм) была изготовлена по способу, описанному в образце С примера 5. Отверстие 257 диаметром 1,75'' (43 мм) и соответствующее наружному диаметру подпрессовки 252 из карбида кремния было вырезано в нижней части коробки 256 из графитовой фольги и коробка 256 из графитовой фольги была установлена вокруг верхней части подпрессовки 252 из карбида кремния в стальной форме 250. Порошковый магний 258 зернистостью 100 меш (от фирмы "Харт корпорейшн") был помещен на верхнюю часть подпрессовки 252 из карбида кремния, размещенной в коробке 256 из графитовой фольги. Основной металл 259, содержащий 2 вес. кремния, 6 вес. магния и баланс алюминий, был помещен в коробку 256 из графитовой фольги, содержащей в стальной форме 250. In FIG. 16 is a schematic cross-sectional view of the complex used to form the metal matrix composite in this example, as described below. Steel mold 250 was fabricated with an internal cavity of 6 '' (152 mm) long, 6 '' (152 mm) wide, and 6 '' (152 mm) deep. The bottom surface of the steel mold 250 was coated with a piece of graphite foil 251 (Grafoyl of Union Carbide) 3 '' (76 mm) long, 3 '' wide (76 mm) and 0.015 '' (0.38 mm) thick. A prepress 252 of silicon carbide (obtained from "I Sverd R element Inc.") having an outer diameter of 1.75 "" (45 mm) and an inner diameter of 0.75 '' (19 mm) and cut off with a length of 3 '' (76 mm), was wrapped in a piece of graphite foil 253 and placed on graphite foil 251 in a steel box 250. Alumina 254 with a grain of 90 (38 Alundum by Norton Co.) was poured into the space between the prepress 252 of silicon carbide and the steel mold 250. Internal the silicon carbide prepress cavity was substantially filled with 255 graphite powder (KS 44 from Lonza Inc.). A box 256 of graphite foil with a length of 5.75 '' (146 mm), a width of 5.75 '' (146 mm) and a height of 3 '' (76 mm) was made according to the method described in sample C of example 5. A hole 257 in diameter 1.75 '' (43 mm) and corresponding to the outer diameter of the silicon carbide preform 252 was cut out at the bottom of the graphite foil box 256 and the graphite foil box 256 was mounted around the top of the silicon carbide prepress 252 in a steel mold 250. Powder magnesium 258 with a grain size of 100 mesh (from Hart Corporation) was placed on top of the prepress ki 252 silicon carbide accommodated in a box 256 of the graphite foil. Base metal 259 containing 2 weight. silicon, 6 weight. magnesium and balance aluminum, was placed in a box 256 of graphite foil containing 250 in steel form.

Стальная форма 250 и ее содержимое были помещены в ретортную электропечь сопротивления. Окно реторты было закрыто и реторта была вакууминизирована по крайней мере до 762 мм рт. ст. The steel mold 250 and its contents were placed in a resistance retort electric furnace. The retort window was closed and the retort was evacuated to at least 762 mmHg. Art.

После достижения вакуума в ретортную камеру вводился азот с расходом 3 л/мин. Ретортная печь была нагрета до 800oС во скоростью 200oC/ч и поддерживалась в течение 10 ч при 800oC с продувкой азотом при расходе 3 л/мин. Ретортная печь затем снижала свою температуру с 800 до 675oC со скоростью 200oC/ч. При 675oC стальная форма и ее содержимое извлекались из реторты и помещались на графитовую пластину при комнатной температуре для направленного отверждения композита с металлической матрицей и остаточного основного металла. При комнатной температуре комплекс был демонтирован для определения того, что основной металл самопроизвольно пропитал подпрессовку.After the vacuum was reached, nitrogen was introduced into the retort chamber with a flow rate of 3 l / min. The retort furnace was heated to 800 ° C. at a rate of 200 ° C./h and was maintained for 10 hours at 800 ° C. with a nitrogen purge at a flow rate of 3 L / min. The retort furnace then lowered its temperature from 800 ° C to 675 ° C at a rate of 200 ° C / h. At 675 ° C., the steel mold and its contents were removed from the retort and placed on a graphite plate at room temperature for directionally curing the metal matrix composite and the residual base metal. At room temperature, the complex was dismantled to determine that the base metal spontaneously impregnated the prepress.

Образованный композит с металлической матрицей был затем рассечен поперек, установлен, отполирован и подвергнут количественному изобразительному анализу. The formed composite with a metal matrix was then cut across, installed, polished and subjected to quantitative fine analysis.

Результаты количественного изобразительного анализа показали, что загрузка армированного карбида кремния композита составляла примерно 78 тем самым показывая, что композиты с металлической матрицей могут формоваться путем самопроизвольной пропитки подпрессовок при высокой объемной доли наполнительного материала. The results of quantitative visual analysis showed that the loading of the reinforced silicon carbide of the composite was approximately 78, thereby showing that the metal matrix composites can be molded by spontaneous impregnation of the prepress with a high volume fraction of the filling material.

Claims (39)

1. Способ изготовления композиционного материала с металлической матрицей, включающий самопроизвольную пропитку нереактивного наполнителя расплавленным металлом в газовой атмосфере в присутствии усилителя пропитки, причем в качестве металла матрицы используют алюминий или его сплав, а в качестве нереактивного наполнителя керамический материал, отличающийся тем, что в качестве газовой атмосферы используют атмосферу, содержащую азот или кислород, в качестве усилителя пропитки по крайней мере один элемент, выбранный из группы, содержащей кальций, стронций, магний и цинк, а самопроизвольную пропитку осуществляют при 675 1200oС в течение 1 60 ч.1. A method of manufacturing a composite material with a metal matrix, comprising spontaneous impregnation of a non-reactive filler with molten metal in a gas atmosphere in the presence of an impregnation amplifier, wherein aluminum or its alloy is used as the matrix metal, and a ceramic material as the non-reactive filler, characterized in that as gas atmosphere use an atmosphere containing nitrogen or oxygen, as an amplifier for impregnation of at least one element selected from the group containing s calcium, strontium, magnesium, and zinc, as the spontaneous infiltration is carried out at 675 1200 o C for 1 to 60 hours. 2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что самопроизвольную пропитку осуществляют с использованием барьерного средства, содержащего материал, проницаемый для газовой атмосферы. 2. The method according to p. 1, characterized in that spontaneous impregnation is carried out using a barrier means containing material that is permeable to the gas atmosphere. 3. Способ по п. 1 или 2, отличающийся тем, что самопроизвольную пропитку осуществляют с использованием барьерного средства, выбранного из группы, состоящей из углерода, графита, диборида титана и мелкоизмельченного чешуйчатого материала, не смачиваемого алюминием или его сплавом. 3. The method according to p. 1 or 2, characterized in that the spontaneous impregnation is carried out using a barrier agent selected from the group consisting of carbon, graphite, titanium diboride and finely divided flake material not wetted by aluminum or its alloy. 4. Способ по п. 1, отличающийся тем, что в качестве барьерного средства используют основной металл матрицы. 4. The method according to p. 1, characterized in that as the barrier means using the base metal of the matrix. 5. Способ по п. 1, отличающийся тем, что усилитель пропитки вводят в газовую атмосферу. 5. The method according to p. 1, characterized in that the impregnation amplifier is introduced into the gas atmosphere. 6. Способ по п. 1, отличающийся тем, что усилитель пропитки приводят в контакт по крайней мере с частью наполнителя в течение по крайней мере части периода пропитки. 6. The method according to p. 1, characterized in that the impregnation amplifier is brought into contact with at least part of the filler for at least part of the impregnation period. 7. Способ по п. 1, отличающийся тем, что активатор пропитки располагают на границе между наполнителем и металлом матрицы. 7. The method according to p. 1, characterized in that the impregnation activator is located on the border between the filler and the matrix metal. 8. Способ по п. 1, отличающийся тем, что усилитель пропитки сплавляют с металлом матрицы. 8. The method according to p. 1, characterized in that the impregnation amplifier is alloyed with the matrix metal. 9. Способ по п. 1, отличающийся тем, что усилитель пропитки располагают в металле матрицы и наполнителе. 9. The method according to p. 1, characterized in that the impregnation amplifier is located in the matrix metal and the filler. 10. Способ по п. 1, отличающийся тем, что усилитель пропитки располагают по крайней мере в двух из следующих сред: металл матрицы, наполнитель, газовая атмосфера. 10. The method according to p. 1, characterized in that the impregnation amplifier is located in at least two of the following environments: matrix metal, filler, gas atmosphere. 11. Способ по п. 1, отличающийся тем, что в качестве наполнителя используют спрессованную заготовку. 11. The method according to p. 1, characterized in that the compressed billet is used as a filler. 12. Способ по п. 1 или 11, отличающийся тем, что спрессованную заготовку изготавливают любым из следующих способов: шликерное литье, сухое брикетирование, литье, ленточное литье, ленточное формование, изостатическое прессование, экструзия, литье под давлением, уплотнение рыхлых частиц. 12. The method according to p. 1 or 11, characterized in that the pressed billet is made by any of the following methods: slip casting, dry briquetting, casting, tape casting, tape molding, isostatic pressing, extrusion, injection molding, compaction of loose particles. 13. Способ по п. 1, отличающийся тем, что в качестве наполнителя используют по крайней мере один материал, выбранный из группы, содержащей оксиды, карбиды, бориды, нитриды. 13. The method according to p. 1, characterized in that at least one material selected from the group consisting of oxides, carbides, borides, nitrides is used as a filler. 14. Способ по п. 1, отличающийся тем, что материал наполнителя используют в виде порошков, хлопьев, пластинок, микрошариков, нитевидных кристаллов, бусинок, волокон, частиц волоконных матов, раскрошенных волокон, шариков, таблеток, трубочек и жаропрочных тканей. 14. The method according to p. 1, characterized in that the filler material is used in the form of powders, flakes, plates, microspheres, whiskers, beads, fibers, particles of fiber mats, crumbled fibers, balls, tablets, tubes and heat resistant fabrics. 15. Способ по п. 1 или 14, отличающийся тем, что в качестве наполнителя используют материал с размером частиц 1 100 мкм. 15. The method according to p. 1 or 14, characterized in that as a filler using a material with a particle size of 1 100 microns. 16. Способ по п. 1, отличающийся тем, что в качестве наполнителя используют материал с ограниченной растворимостью в расплавленном металле матрицы. 16. The method according to p. 1, characterized in that as a filler use a material with limited solubility in the molten metal of the matrix. 17. Способ по п. 1, отличающийся тем, что в качестве наполнителя используют по крайней мере материал, выбранный из группы, содержащей глинозем, магнезит, двуокись циркония, карбид кремния, диборид титана, нитрид алюминия и их смеси. 17. The method according to p. 1, characterized in that at least a material selected from the group consisting of alumina, magnesite, zirconium dioxide, silicon carbide, titanium diboride, aluminum nitride and mixtures thereof is used as a filler. 18. Способ по п. 1 или 17, отличающийся тем, что в качестве наполнителя используют по крайней мере один материал, выбранный из группы, содержащей частицы расплавленного глинозема, частицы кальцинированного глинозема, раскрошенные волокна глинозема, непрерывные волокна глинозема, частицы карбида кремния, углеродные волокна, покрытые карбидом кремния, частицы двуокиси циркония, пластинки диборида титана, частицы нитрида алюминия и их смеси. 18. The method according to p. 1 or 17, characterized in that at least one material selected from the group consisting of molten alumina particles, calcined alumina particles, crushed alumina fibers, continuous alumina fibers, silicon carbide particles, is used as a filler silicon carbide coated fibers, zirconia particles, titanium diboride plates, aluminum nitride particles and mixtures thereof. 19. Способ по п. 1, отличающийся тем, что в качестве металла матрицы используют алюминий, в качестве усилителя пропитки используют по крайней мере один элемент, выбранный из группы, содержащей магний, стронций, кальций, а в качестве газовой атмосферы используют вещество, содержащее азот. 19. The method according to p. 1, characterized in that aluminum is used as the matrix metal, at least one element selected from the group consisting of magnesium, strontium, calcium is used as an impregnation enhancer, and a substance containing nitrogen. 20. Способ по п. 1, отличающийся тем, что в качестве металла матрицы используют алюминий, в качестве усилителя пропитки используют цинк, а в качестве газовой атмосферы вещество, содержащее кислород. 20. The method according to p. 1, characterized in that aluminum is used as a matrix metal, zinc is used as an impregnation enhancer, and an oxygen-containing substance is used as a gas atmosphere. 21. Способ по п. 1, отличающийся тем, что в качестве металла матрицы используют алюминий, в качестве усилителя пропитки стронций и/или магний. 21. The method according to p. 1, characterized in that aluminum is used as the matrix metal, as an amplifier for impregnation of strontium and / or magnesium. 22. Способ по п. 1, отличающийся тем, что в качестве металла матрицы используют сплав алюминия с элементом, выбранным из группы, содержащей кремний, железо, медь, марганец, хром, цинк, кальций, магний и стронций. 22. The method according to p. 1, characterized in that the matrix metal using an aluminum alloy with an element selected from the group consisting of silicon, iron, copper, manganese, chromium, zinc, calcium, magnesium and strontium. 23. Способ по п. 1 или 9, отличающийся тем, что в качестве металла матрицы используют алюминий, а в качестве усилителя пропитки магний. 23. The method according to p. 1 or 9, characterized in that aluminum is used as the matrix metal, and magnesium is used as an impregnation enhancer. 24. Способ по п. 1, отличающийся тем, что расплавленный металл матрицы нагревают до температуры по крайней мере 1100oС.24. The method according to p. 1, characterized in that the molten metal of the matrix is heated to a temperature of at least 1100 o C. 25. Способ по п. 1, отличающийся тем, что пропитку проводят при 675 - 1000oC.25. The method according to p. 1, characterized in that the impregnation is carried out at 675 - 1000 o C. 26. Способ по п. 1, отличающийся тем, что пропитку проводят при 750 - 800oС.26. The method according to p. 1, characterized in that the impregnation is carried out at 750 - 800 o C. 27. Способ по п. 1, отличающийся тем, что пропитку проводят в течение 1
30 ч.
27. The method according to p. 1, characterized in that the impregnation is carried out for 1
30 h
28. Способ по п. 1, отличающийся тем, что пропитанный наполнитель подвергают тепловой обработке. 28. The method according to p. 1, characterized in that the impregnated filler is subjected to heat treatment. 29. Композиционный материал с металлической матрицей на основе алюминия или его сплава, включающий нереактивный наполнитель из керамики, содержащий по крайней мере одно вещество, выбранное из группы, включающей оксиды, карбиды, нитриды, бориды, отличающийся тем, что он содержит компоненты при следующем соотношении, об. 29. A composite material with a metal matrix based on aluminum or its alloy, comprising a non-reactive ceramic filler, containing at least one substance selected from the group consisting of oxides, carbides, nitrides, borides, characterized in that it contains components in the following ratio about Нереактивный наполнитель 10 95
Металлическая матрица 5 90
30. Материал по п. 29, отличающийся тем, что в качестве металлической матрицы он содержит сплав алюминия с элементом, выбранным из группы, содержащей кремний, железо, медь, марганец, хром, цинк, кальций, магний и стронций.
Non-reactive filler 10 95
Metal matrix 5 90
30. The material according to p. 29, characterized in that as a metal matrix it contains an aluminum alloy with an element selected from the group consisting of silicon, iron, copper, manganese, chromium, zinc, calcium, magnesium and strontium.
31. Материал по п. 29, отличающийся тем, что металлическая матрица дополнительно содержит нитрид алюминия. 31. The material according to p. 29, characterized in that the metal matrix further comprises aluminum nitride. 32. Материал по п. 29, отличающийся тем, что он содержит наполнитель с нереактивным покрытием. 32. The material according to p. 29, characterized in that it contains a filler with a non-reactive coating. 33. Материал по п.32, отличающийся тем, что в качестве нереактивного покрытия он содержит керамическое покрытие. 33. The material according to p, characterized in that as a non-reactive coating it contains a ceramic coating. 34. Материал по п. 33, отличающийся тем, что керамическое покрытие содержит по крайней мере одно вещество, выбранное из группы, содержащей оксиды, карбиды, бориды и нитриды. 34. The material according to p. 33, characterized in that the ceramic coating contains at least one substance selected from the group consisting of oxides, carbides, borides and nitrides. 35. Материал по п. 29 или 34, отличающийся тем, что в качестве оксида он содержит по крайней мере одно вещество, выбранное из группы, состоящей из оксида алюминия, диоксида циркония, оксида алюминия и оксида магния. 35. The material according to p. 29 or 34, characterized in that as the oxide it contains at least one substance selected from the group consisting of alumina, zirconia, alumina and magnesium oxide. 36. Материал по п. 29 или 34, отличающийся тем, что в качестве карбида он содержит карбид кремния. 36. The material according to p. 29 or 34, characterized in that it contains silicon carbide as carbide. 37. Материал по п. 29 или 34, отличающийся тем, что в качестве борида он содержит по крайней мере одно вещество, выбранное из группы, содержащей борид алюминия и борид титана. 37. The material according to p. 29 or 34, characterized in that as boride it contains at least one substance selected from the group consisting of aluminum boride and titanium boride. 38. Материал по п. 29 или 34, отличающийся тем, что в качестве нитрида он содержит по крайней мере одно вещество, выбранное из группы, содержащей нитрид алюминия и нитрид кремния. 38. The material according to p. 29 or 34, characterized in that as the nitride it contains at least one substance selected from the group consisting of aluminum nitride and silicon nitride. 39. Материал по п. 31, отличающийся тем, что нереактивный наполнитель содержит смесь по крайней мере двух веществ, выбранных из группы, содержащей оксиды, карбиды, бориды, нитриды. 39. The material according to p. 31, characterized in that the non-reactive filler contains a mixture of at least two substances selected from the group consisting of oxides, carbides, borides, nitrides. 40. Материал по п. 29, отличающийся тем, что он имеет коэффициент теплового расширения (6,5 17,7)•10-6 oC-1.40. The material according to p. 29, characterized in that it has a coefficient of thermal expansion (6.5 17.7) • 10 -6 o C -1 .
SU4742409 1988-11-10 1989-11-09 Method of making composite material with metallic matrix and composite material made according such method RU2080964C1 (en)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US26931188A 1988-11-10 1988-11-10
US269311 1988-11-10

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2080964C1 true RU2080964C1 (en) 1997-06-10

Family

ID=23026714

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
SU4742409 RU2080964C1 (en) 1988-11-10 1989-11-09 Method of making composite material with metallic matrix and composite material made according such method

Country Status (3)

Country Link
PL (1) PL164448B1 (en)
RU (1) RU2080964C1 (en)
ZA (1) ZA898533B (en)

Cited By (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2492273C2 (en) * 2007-12-28 2013-09-10 Мессье-Бугатти-Даути Method of making parts with insert of composite with metal matrix
RU2516679C1 (en) * 2013-02-26 2014-05-20 Федеральное Государственное Автономное Образовательное Учреждение Высшего Профессионального Образования "Сибирский Федеральный Университет" Cast composite material based on aluminium and method of its production
RU2570273C1 (en) * 2014-09-04 2015-12-10 Федеральное государственное унитарное предприятие "Всероссийский научно-исследовательский институт авиационных материалов" (ФГУП "ВИАМ") Method of production of composite molybdenum-based material
RU2625377C1 (en) * 2016-06-01 2017-07-13 Акционерное общество "Научно-производственное предприятие "Исток" имени А.И. Шокина" (АО "НПП "Исток" им. Шокина") Method of manufacturing composite material for microwave electronics
RU2647962C1 (en) * 2016-06-16 2018-03-21 федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Самарский национальный исследовательский университет имени академика С.П. Королева" Method of reinforcing cast components of die
RU2751865C1 (en) * 2020-12-22 2021-07-19 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Волгоградский государственный технический университет" (ВолгГТУ) Method for obtaining carbon-graphite composite material
RU2751861C1 (en) * 2020-12-22 2021-07-19 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреж-дение высшего образования "Волгоградский государственный технический университет" (ВолгГТУ) Method for obtaining carbon-graphite composite material
RU2759840C1 (en) * 2020-09-29 2021-11-18 Общество с ограниченной ответственностью «ЦФАЛ» Composite material with aluminum matrix and carbon fiber and method for its production
RU2768800C1 (en) * 2021-08-24 2022-03-24 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Уральский государственный горный университет» Method for producing alumina-matrix composite materials

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Тучинский Л.И. Композиционные материалы, получаемые методом пропитки. - М.: Металлургия, 1986, с.29 - 30, 44, 83 - 87, 109. *

Cited By (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2492273C2 (en) * 2007-12-28 2013-09-10 Мессье-Бугатти-Даути Method of making parts with insert of composite with metal matrix
RU2516679C1 (en) * 2013-02-26 2014-05-20 Федеральное Государственное Автономное Образовательное Учреждение Высшего Профессионального Образования "Сибирский Федеральный Университет" Cast composite material based on aluminium and method of its production
RU2570273C1 (en) * 2014-09-04 2015-12-10 Федеральное государственное унитарное предприятие "Всероссийский научно-исследовательский институт авиационных материалов" (ФГУП "ВИАМ") Method of production of composite molybdenum-based material
RU2625377C1 (en) * 2016-06-01 2017-07-13 Акционерное общество "Научно-производственное предприятие "Исток" имени А.И. Шокина" (АО "НПП "Исток" им. Шокина") Method of manufacturing composite material for microwave electronics
RU2647962C1 (en) * 2016-06-16 2018-03-21 федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Самарский национальный исследовательский университет имени академика С.П. Королева" Method of reinforcing cast components of die
RU2759840C1 (en) * 2020-09-29 2021-11-18 Общество с ограниченной ответственностью «ЦФАЛ» Composite material with aluminum matrix and carbon fiber and method for its production
RU2751865C1 (en) * 2020-12-22 2021-07-19 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Волгоградский государственный технический университет" (ВолгГТУ) Method for obtaining carbon-graphite composite material
RU2751861C1 (en) * 2020-12-22 2021-07-19 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреж-дение высшего образования "Волгоградский государственный технический университет" (ВолгГТУ) Method for obtaining carbon-graphite composite material
RU2768800C1 (en) * 2021-08-24 2022-03-24 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Уральский государственный горный университет» Method for producing alumina-matrix composite materials

Also Published As

Publication number Publication date
ZA898533B (en) 1991-07-31
PL164448B1 (en) 1994-07-29

Similar Documents

Publication Publication Date Title
RU2025527C1 (en) Method to produce composite material on metal matrix
EP0375588B1 (en) Methods of forming metal matrix composite bodies by a spontaneous infiltration process
JP2905513B2 (en) Method of forming a metal matrix composite containing a three-dimensionally interconnected co-matrix
KR0183974B1 (en) Method of forming metal matrix composite bodies by a self-generated vacuum process and products produced therefrom
US5280819A (en) Methods for making thin metal matrix composite bodies and articles produced thereby
EP0527901B1 (en) Gating means for metal matrix composite manufacture
US5350004A (en) Rigidized filler materials for metal matrix composites and precursors to supportive structural refractory molds
JPH03223438A (en) Armor material
US5356720A (en) Shaped self-supporting ceramic composite bodies comprising silicon nitrides
US5249621A (en) Method of forming metal matrix composite bodies by a spontaneous infiltration process, and products produced therefrom
US5518061A (en) Method of modifying the properties of a metal matrix composite body
FI91724B (en) Process for manufacturing a metal matrix composite using a negative form of an alloy
FI91492B (en) Method of forming a metal matrix composite
FI91490C (en) Method for forming a metal matrix composite
RU2080964C1 (en) Method of making composite material with metallic matrix and composite material made according such method
US5222542A (en) Method for forming metal matrix composite bodies with a dispersion casting technique
US5848349A (en) Method of modifying the properties of a metal matrix composite body
FI91491B (en) A method of making a metal matrix composite body using an injection molding method
EP0527943A1 (en) Barrier materials for making metal matrix composites.
FI91832B (en) A method of making a metal matrix composite
JP3370991B2 (en) Manufacturing method of metal matrix composite
US5133494A (en) Method for joining ceramic composite bodies and articles formed thereby
US5301738A (en) Method of modifying the properties of a metal matrix composite body
US5303763A (en) Directional solidification of metal matrix composites
US5553657A (en) Gating means for metal matrix composite manufacture