RU2115754C1 - Композиционный материал (варианты) - Google Patents
Композиционный материал (варианты) Download PDFInfo
- Publication number
- RU2115754C1 RU2115754C1 RU96108853A RU96108853A RU2115754C1 RU 2115754 C1 RU2115754 C1 RU 2115754C1 RU 96108853 A RU96108853 A RU 96108853A RU 96108853 A RU96108853 A RU 96108853A RU 2115754 C1 RU2115754 C1 RU 2115754C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- matrix
- diffusion
- titanium
- composite material
- low
- Prior art date
Links
Landscapes
- Manufacture Of Alloys Or Alloy Compounds (AREA)
Abstract
Изобретение относится к материаловедению, в частности к композиционным материалам, которые могут использоваться в авиационной, космической технике и специальном машиностроении. Техническим результатом изобретения является получение композиционного материала высокой прочности, не имеющего пор, устойчивого к воздействию агрессивных сред при нормальных и повышенных температурах, обладающего жаростойкостью и износостойкостью. Сущность изобретения: предлагается композиционный материал с матрицей из малоуглеродистой или легированной стали и упрочненный молибденовой проволокой толщиной 0,06 мм, а связь между армирующей проволокой и матрицей осуществляется диффузионным титановым слоем, который получают в ванне с легкоплавким расплавом эвтектики свинец-висмут. Диффузионное насыщение титаном проводят в ванне следующего состава: 97-99% эвтектики Рb -Вi и 1-3% Тi. Толщина диффузионного слоя превышает диаметр армирующей проволоки и рассчитывается по эмперически полученной формуле, которая приведена для варианта композиционного материала с матрицей из малоуглеродистой стали и для варианта с матрицей из легированной стали. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.
Description
Изобретение относится к композиционным материалам, которые могут использоваться в авиационной, космической технике и специальном машиностроении.
Известны композиционные материалы, армированные волокнами и т.д. (см. А. Келли. Высокопрочные материалы. - М.: Мир, 1976, с. 146-202; Композиционные материалы в конструкции летательных аппаратов.-М.: Машиностроение, 1975, с. 188-254, авт. св. СССР N 533654).
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому эффекту являются металлический композиционный материал, армированный волокнами бора с электроосаждаемой алюминиевой матрицей и изготовление Al-B композита плазменным напылением (см. Композиционные материалы в конструкции летательных аппаратов. - М.: Машиностроение, 1975, с. 215-220 и с.222-227).
Известные композиционные материалы имеют существенный недостаток, заключающийся в высокой пористости композиционного материала, которая образуется в результате того, что осаждаемый алюминий осаждается в первую очередь на выступающих поверхностях уложенных волокон, а не в пространстве между ними. Кроме того, такое различие в осаждении и образование дендридной структуры определяют неравномерность укладки волокон. Все это приводит к снижению прочности получаемого композита и особенно при действии на него агрессивных сред и повышенных температур. А детонационное нанесение алюминиевого покрытия, используемого в качестве связующего элемента, приводит также к образованию пористого слоя с низкой адгезионной связью с матрицей и армирующими волокнами.
Задачей изобретения является получение композиционного материала высокой прочности, не имеющего пор, устойчивого к воздействию агрессивных сред при нормальных и повышенных температурах, обладающего жаростойкостью и износостойкостью.
Для достижения поставленной цели предлагается композиционный материал, содержащий матрицу, армирующий элемент и связующий слой, отличающийся тем, что в качестве матрицы он содержит малоуглеродистую или легированную сталь, в качестве армирующего элемента - молибденовую или вольфрамовую проволочку толщиной 0,03-0,1 мм, при шаге укладки 1 мм, а в качестве связующего он содержит диффузионный титановый слой толщиной, превышающей диаметр армирующей проволоки и рассчитываемой по эмперически полученной формуле (1)
δ = K√t·exp(-Q/2RT),
где δ - толщина диффузионного слоя, мм;
K - коэффициент, зависящий от материала матрицы;
t - время насыщения, ч.;
Q - энергия активации диффузии, Дж/моль;
R - газовая постоянная;
T - температура насыщения, K.
δ = K√t·exp(-Q/2RT),
где δ - толщина диффузионного слоя, мм;
K - коэффициент, зависящий от материала матрицы;
t - время насыщения, ч.;
Q - энергия активации диффузии, Дж/моль;
R - газовая постоянная;
T - температура насыщения, K.
Диффузионное насыщение титаном (Ti) осуществляют в ванне с легкоплавким расплавом эвтектики свинец-висмут (Pb-Bi), который используется в качестве транспортирующей среды, при 1000 - 1200oC в течение 5-10 ч.
Диффузионное насыщение производят в ванне следующего состава: 97-99% эвтектики Pb-Bi и 1-3% Ti.
В результате получили беспористый, с равномерной укладкой армирующей проволоки, высокопрочный, устойчивый к агрессивным средам при нормальных и повышенных температурах износостойкий композиционный материал, состоящий из стальной матрицы, армированной молибденовой или вольфрамовой проволочкой, прочно связанных между собой и матрицей диффузионным титановым слоем. Перечисленные свойства обеспечиваются тем, что титан диффундирует между витками армирующей проволоки, осаждаясь в пространстве между ними и на поверхности, образуя беспористый диффузионный слой с высокой адгезионной связью с матрицей и армирующими волокнами.
Поставляя вычисленные значения K для исследуемых материалов матрицы и преобразуя формулу (1), получим уравнения для расчета толщины диффузионного слоя титана:
Для стали марки 10: δ = 3006 t • epx(-13895/T); (2)
Для стали марки 08Х18Н10Т: δ = 8730 t • epx(-16044,4/T); (3)
Повышенное содержание в диффузионном слое (до 60-97 мас.%) тугоплавкого металла титана придает композиционному материалу исключительного высокие коррозионные свойства как при нормальных, так и при повышенных температурах, износостойкость.
Для стали марки 10: δ = 3006 t • epx(-13895/T); (2)
Для стали марки 08Х18Н10Т: δ = 8730 t • epx(-16044,4/T); (3)
Повышенное содержание в диффузионном слое (до 60-97 мас.%) тугоплавкого металла титана придает композиционному материалу исключительного высокие коррозионные свойства как при нормальных, так и при повышенных температурах, износостойкость.
Чистота поверхности получаемого композиционного материала соответствует исходной чистоте поверхности матрицы и тем самым не требует последующей механической обработки.
Толщина такого композиционного материала может составлять от 1 до сотен миллиметров. Форма композиционного материала определяется формой матрицы.
Пример 1. Для изготовления композиционного материала применяли сталь 08Х18Н10Т толщиной 1,5 мм, молибденовую проволоку толщиной 0,06 мм, связующий элемент титан и ванну с транспортирующей легкоплавкой эвтектикой свинец висмут.
Титан в количестве 1,5 мас.% растворяли в ванне легкоплавкой эвтектики свинец-висмут. Из стали 08Х18Н10Т изготовляли матрицу 1 (см. чертеж) толщиной 1,5 мм, с двух сторон которой накладывалась молибденовая проволока 2 с шагом 1,0 мм, которая предварительно закреплялась на матрице точечной сваркой. Подготовленную таким образом заготовку обезжиривали и помещали в ванну с транспортирующим расплавом эвтектики свинец-висмут с растворенным в ней титаном.
Для предотвращения диффузии кислорода и азота в диффузионный слой, которые могут вызвать снижение механических свойств, поверхность ванны защищали инертным газом - аргоном. По рассчитанному режиму по формуле (3) при 1100oC в течение 10 ч осуществляли диффузионное насыщение.
В результате получили беспористый, с равномерной укладкой волокон жаропрочный и износостойкий композиционный материал, состоящий из матрицы - стали 08X18Н10Т армированной молибденовой проволокой, и диффузионного слоя на основе титана. Толщина диффузионного слоя, включающего и армирующий элемент, составляет 220 мкм. Микротвердость диффузионного слоя 440 - 500 кгс/мм2. Прочность полученного композиционного материала в 3,5раза выше, чем стали 08Х18Н10Т. В результате испытаний установлено, что полученный композиционный материал не подвергается коррозионному поражению в растворах азотной кислоты. Жаростойкость композиционного материала при 700oC увеличилась в 1,5 раза. Металлографическим анализом на износ установлено, что износ композиционного материала при наработке 100000 циклов не превышает по глубине канавки 60 мкм.
Пример 2. Получали композиционный материал на основе матрицы в виде пластины из стали 10 толщиной 1,5 мм, молибденовой проволоки толщиной 0,06 мм, связующего элемента титана в ванне с транспортирующей легкоплавкой эвтектикой свинец-висмут.
Титан в количестве 1,5 мас.% растворяли в ванне легкоплавкой эвтектики свинец-висмут. Из стали 10 изготовляли матрицу 1 (см. чертеж) толщиной 1,5 мм, с двух сторон которой накладывалась молибденовая проволока 2 с шагом 1,0 мм, которая предварительно закреплялась на матрице точечной сваркой. Подготовленную таким образом заготовку обезжиривали и помещали в ванну с транспортирующим расплавом эвтектики свинец-висмут с растворенным в ней титаном.
Для предотвращения диффузии кислорода и азота в диффузионный слой, которые могут вызвать снижение механических свойств, поверхность ванны защищали инертным газом - аргоном. По рассчитанному режиму по формуле (3) при 1100oC в течение 10 ч осуществляли диффузионное насыщение.
В результате получили беспористый, с равномерной укладкой волокон, жаропрочный и износостойкий композиционный материал, состоящий из матрицы - стали 10, армированной молибденовой проволокой, и диффузионного слоя на основе титана. Толщина диффузионного слоя, включающего и армирующий элемент, составляет 210 мкм. Микротвердость диффузионного слоя 400-450 кгс/мм2. Прочность полученного композиционного материала в 3,0 раза выше, чем стали 10. В результате испытаний установлено, что полученный композиционный материал не подвергается коррозионному поражению в растворах азотной кислоты. Жаростойкость композиционного материала при 700oC увеличилась в 4,5 раза. Металлографическим анализом на износ установлено, что износ композиционного материала при наработке 100000 циклов не превышает по глубине канавки 60 мкм.
Предложенный композиционный материал можно рекомендовать для изделий, эксплуатируемых при контакте с химическими коррозионными средами, при высоких температурах и трении.
Claims (2)
- Композиционный материал, содержащий матрицу, армирующий элемент и связующий слой, отличающийся тем, что в качестве матрицы он содержит малоуглеродистую сталь, в качестве армирующего элемента - молибденовую проволоку диаметром 0,06 мм при шаге укладки 1 мм, а в качестве связующего он содержит диффузионный титановый слой толщинойгде δ - толщина диффузионного слоя, мм, t - время насыщения, ч, T - температура насыщения, К.
- 2. Композиционный материал, содержащий матрицу, армирующий элемент и связующий слой, отличающийся тем, что в качестве матрицы он содержит легированную сталь, в качестве армирующего элемента - молибденовую проволоку диаметром 0,06 мм при шаге укладки 1 мм, а в качестве связующего он содержит диффузионный титановый слой толщинойгде δ - толщина диффузионного слоя, мм, t - время насыщения, T - температура насыщения, К.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU96108853A RU2115754C1 (ru) | 1996-05-06 | 1996-05-06 | Композиционный материал (варианты) |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU96108853A RU2115754C1 (ru) | 1996-05-06 | 1996-05-06 | Композиционный материал (варианты) |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2115754C1 true RU2115754C1 (ru) | 1998-07-20 |
| RU96108853A RU96108853A (ru) | 1998-08-20 |
Family
ID=20180170
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU96108853A RU2115754C1 (ru) | 1996-05-06 | 1996-05-06 | Композиционный материал (варианты) |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2115754C1 (ru) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2542221C2 (ru) * | 2013-06-25 | 2015-02-20 | Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Уральский федеральный университет имени первого Президента России Б.Н. Ельцина" | Способ получения цилиндрической заготовки в виде прутка из металлического армированного композиционного материала |
| CN109913778A (zh) * | 2017-12-12 | 2019-06-21 | 江苏赛尔亚环保科技有限公司 | 同步带材料 |
-
1996
- 1996-05-06 RU RU96108853A patent/RU2115754C1/ru active
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| Композиционные материалы в конструкциях летательных аппаратов. Сборник статей под ред.проф А.Л.Абибова. - М.: Машиностроение, 1975, с.215 - 220. * |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2542221C2 (ru) * | 2013-06-25 | 2015-02-20 | Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Уральский федеральный университет имени первого Президента России Б.Н. Ельцина" | Способ получения цилиндрической заготовки в виде прутка из металлического армированного композиционного материала |
| CN109913778A (zh) * | 2017-12-12 | 2019-06-21 | 江苏赛尔亚环保科技有限公司 | 同步带材料 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| AU2001275856C1 (en) | Reducing metals as a brazing flux | |
| US4901904A (en) | Method of producing brazing metals | |
| US4763828A (en) | Method for bonding ceramics and metals | |
| US20080063889A1 (en) | Reactive Multilayer Joining WIth Improved Metallization Techniques | |
| US4735866A (en) | Copper-silver-titanium-tin filler metal for direct brazing of structural ceramics | |
| AU2001275856A1 (en) | Reducing metals as a brazing flux | |
| US20050098609A1 (en) | Transient eutectic phase process for ceramic-metal bonding metallization and compositing | |
| EP0146493A2 (en) | Method for bonding ceramics and metals | |
| US4095005A (en) | Method of producing low wear coating reinforced with brazing solder for use as rubbing seal | |
| JP3179812B2 (ja) | 密着性に優れた金属溶射被覆層を有する炭素部材 | |
| US4580714A (en) | Hard solder alloy for bonding oxide ceramics to one another or to metals | |
| RU2115754C1 (ru) | Композиционный материал (варианты) | |
| US5395661A (en) | Method of manufacturing an immersion member with pore-sealing layer | |
| US9016550B2 (en) | Friction welding | |
| JPH03150331A (ja) | 耐浸食合金の接合方法 | |
| JPH03141182A (ja) | セラミック金属複合材料および該材料を金属構造と結合する方法 | |
| EP0927774A1 (en) | Member for molten metal bath, provided with composite sprayed coating having excellent corrosion resistance and peeling resistance against molten metal | |
| US1043579A (en) | Chemical vessel. | |
| JPH0472793B2 (ru) | ||
| Van De Voorde et al. | Developements in High Temperature Materials Joining | |
| JPS59156976A (ja) | 金属部材とセラミツク部材との結合体及びその結合方法 | |
| JP3317177B2 (ja) | 加工性に優れたチタンクラッド鋼板 | |
| Liu et al. | Laser cladding of Al‐Sn alloy on a mild steel | |
| RU2119972C1 (ru) | Способ получения износостойких многослойных покрытий | |
| JPS62297274A (ja) | 非酸化物セラミックスと金属との接合体の製法 |