RU2158779C1 - Method of production of metal-matrix composite - Google Patents
Method of production of metal-matrix composite Download PDFInfo
- Publication number
- RU2158779C1 RU2158779C1 RU99105649/02A RU99105649A RU2158779C1 RU 2158779 C1 RU2158779 C1 RU 2158779C1 RU 99105649/02 A RU99105649/02 A RU 99105649/02A RU 99105649 A RU99105649 A RU 99105649A RU 2158779 C1 RU2158779 C1 RU 2158779C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- matrix
- powder
- component
- components
- reinforcing
- Prior art date
Links
Abstract
Description
Изобретение относится к изготовлению композиционных материалов и может быть применено в металлургии, машиностроении, электротехнике и электронике. The invention relates to the manufacture of composite materials and can be applied in metallurgy, mechanical engineering, electrical engineering and electronics.
Известны способы изготовления композиционных материалов с металлической матрицей, включающие заполнение армирующим компонентом матричного компонента, расплавление его, самопроизвольную пропитку расплавленным металлом армирующего компонента в присутствии усилителя пропитки (см. патенты РФ 1797603, кл. C 04 B 35/71, C 22 C 1/09, B 22 F 3/26 Б 7, 1993 г. с. 201; 1838441, кл. C 22 C 1/08, C 22 C 1/09, C 04 B 35/58, Б 32, 1993 г., с. 276; 2080964, кл. B 22 F 3/26, C 04 B 41/51, 41/88, 41/69 Б 16, 1997 г., с. 87). Known methods for the manufacture of composite materials with a metal matrix, including filling the reinforcing component of the matrix component, melting it, spontaneous impregnation with molten metal of the reinforcing component in the presence of an impregnation amplifier (see RF patents 1797603, CL C 04 B 35/71, C 22 C 1 / 09, B 22 F 3/26 B 7, 1993 p. 201; 1838441, class C 22 C 1/08, C 22 C 1/09, C 04 B 35/58, B 32, 1993, p. 276; 2080964, class B 22 F 3/26, C 04 B 41/51, 41/88, 41/69 B 16, 1997, p. 87).
Основным недостатком изготовления композиционных материалов указанными выше способами является длительная самопроизвольная пропитка с дорогостоящими усилителями. Это загрязняет структуру сплава и насыщает его газами, что приводит к снижению механических свойств, а процесс становится дорогим. The main disadvantage of manufacturing composite materials by the above methods is the long-term spontaneous impregnation with expensive amplifiers. This pollutes the structure of the alloy and saturates it with gases, which leads to a decrease in mechanical properties, and the process becomes expensive.
Известен способ получения композиционного материала с металлической матрицей, включающий приготовление расплава матричного сплава, введение в него твердых частиц армирующего компонента, перемешивание их с расплавом, последующее распыление расплава и твердых частиц армирующего компонента и их совместное осаждение на подложку (см. патент РФ 2035522, кл. C 22 C 1/10, 1/09 Б 14, 1995 г., с. 161). A known method of producing a composite material with a metal matrix, including the preparation of a molten matrix alloy, introducing solid particles of a reinforcing component into it, mixing them with a melt, subsequent spraying of the melt and solid particles of a reinforcing component and their joint deposition on a substrate (see RF patent 2035522, cl .C 22 C 1/10, 1/09 B 14, 1995, p. 161).
Известен также способ изготовления металломатричных композитов, включающий нагрев до расплавления матричного компонента, поддержание его в расплавленном состоянии и перемешивание с твердыми частицами армирующего компонента (G. S. Hanumanth, G.A. Itons "Partiole incorporation by melt stining for the production of metal-matrix composites". Journal of material science, 28 (1993) 2459-2465). There is also known a method of manufacturing metal matrix composites, including heating until the matrix component melts, maintaining it in the molten state and mixing with the solid particles of the reinforcing component (GS Hanumanth, GA Itons "Partiole incorporation by melt stining for the production of metal-matrix composites". Journal of material science, 28 (1993) 2459-2465).
Основным недостатком вышеуказанных способов является то, что практически во всех комбинациях металломатричных композитов отсутствует смачивание расплавом матрицы частиц армирующего компонента. Для замешивания твердых частиц армирующего компонента в расплав металла матрицы приходится перемешивание осуществлять в течение нескольких суток, в результате происходит загрязнение расплава, что снижает механические свойства композиционного материала, а в изделиях из него часто нельзя достигнуть стабильности характеристики по объему. Такие материалы не поддаются обычным способам обработки давлением. Для проведения этого процесса требуются специальное дорогостоящее оборудование и большие энергетические затраты, что делает композиционные материалы дорогими, а процесс их изготовления сложным. The main disadvantage of the above methods is that practically in all combinations of metal matrix composites there is no wetting of the matrix of particles of the reinforcing component by the melt. To knead the solid particles of the reinforcing component into the molten metal of the matrix, mixing has to be carried out for several days, as a result, the melt is contaminated, which reduces the mechanical properties of the composite material, and in the products made of it it is often impossible to achieve stability in volume characteristics. Such materials are not amenable to conventional pressure treatment methods. To carry out this process, special expensive equipment and high energy costs are required, which makes composite materials expensive and their manufacturing process difficult.
Способ изготовления металло-матричного композита, описанный в статье G. S.Hanumanth, G.A. Itons "Partiole incorporation by melt stining for the production of metal-matrix composites". Journal of material science, 28 (1993) 2459-2465, по своей технической сущности и достигаемому техническому результату является наиболее близким к предлагаемому изобретению и выбран за прототип. A method of manufacturing a metal matrix composite described in G. S. Hanumanth, G.A. Itons "Partiole incorporation by melt stining for the production of metal-matrix composites". Journal of material science, 28 (1993) 2459-2465, in its technical essence and the achieved technical result is the closest to the proposed invention and is selected as a prototype.
Задача, на решение которой направлен заявляемый способ, заключается в повышении качества металломатричных композитов, расширении их технологических возможностей. The problem to which the claimed method is directed is to improve the quality of metal matrix composites, expand their technological capabilities.
В предлагаемом способе изготовления металломатричного композита, включающем нагрев для расплавления матричного компонента, поддержание его в расплавленном состоянии и перемешивание с твердыми частицами армирующего компонента, для решения поставленной задачи дополнительно перед нагревом для расплавления матричный и армирующий компоненты в виде порошков смешивают, после чего обрабатывают взрывом, при этом обработку взрывом ведут при давлении 10-200 кбар, а перед обработкой взрывом после смешивания порошков компонентов при матричном компоненте со средним размером, равным 0,1-6,5 среднего размера порошка армирующего компонента, осуществляют спекание или при среднем размере порошка матричного компонента, равном 6,5-50,0 среднего размера порошка армирующего компонента - компактирование, причем в массу перемешиваемых порошков замешивают 5-35% от общей массы порошка армирующего компонента и при минимальном содержании армирующего компонента обработку взрывом ведут при минимальных давлениях из предлагаемого интервала давлений, а при максимальном содержании армирующего компонента обработку взрывом ведут при максимальных давлениях из предлагаемого интервала давлений. Кроме того, после спекания или компактирования перед обработкой взрывом осуществляют дополнительный нагрев перемешанных порошков матричного и армирующего компонентов до температуры 0,2-0,95 температуры плавления матричного компонента. In the proposed method for manufacturing a metal matrix composite, which includes heating to melt the matrix component, maintaining it in the molten state and mixing it with solid particles of the reinforcing component, to solve the problem, before the heating for melting, the matrix and reinforcing components in the form of powders are mixed, and then processed by an explosion, in this case, the explosion treatment is carried out at a pressure of 10-200 kbar, and before the explosion treatment after mixing the component powders with a matrix a component with an average size equal to 0.1-6.5 of the average size of the powder of the reinforcing component, sintering, or with an average size of the powder of the matrix component equal to 6.5-50.0 of the average size of the powder of the reinforcing component is compacted, and to the mass of mixed powders 5-35% of the total mass of the powder of the reinforcing component is kneaded, and with a minimum content of the reinforcing component, the blasting is carried out at minimum pressures from the proposed pressure range, and at the maximum content of the reinforcing component that blast processing is conducted at a maximum pressure of the present pressure range. In addition, after sintering or compaction before blasting, additional heating of the mixed powders of the matrix and reinforcing components is carried out to a temperature of 0.2-0.95 of the melting temperature of the matrix component.
Технический результат при применении заявляемого способа выражается в том, что у металломатричных композитов повышаются механические свойства и стабильность характеристик по всему объему изделия. The technical result when applying the proposed method is expressed in the fact that metal-matrix composites increase the mechanical properties and stability characteristics throughout the volume of the product.
Указанный выше результат получается за счет того, что способ по изобретению позволяет значительно снизить время перемешивания за счет того, что при обработке взрывом под действием высоких давлений происходит "схватывание" (практически сваривание) разнородных компонентов. При дальнейшем расплавлении по участкам сваривания наблюдается повышенная смачиваемость. Процесс замачивания порошка армирующего компонента в расплав матрицы значительно сокращается. Это и приводит к увеличению уровня механических свойств и повышению стабильности характеристик материала по объему изделия, а также снижается отрицательное влияние длительного периода перемешивания расплава матрицы с порошком армирующего компонента (отрицательное влияние - это неизбежное загрязнение материала в процессе длительного нагрева и перемешивания от контакта с технологическим оборудованием и инструментом и от химических реакций в смесях). Снижение отрицательного влияния длительности перемешивания и приводит к достижению повышенных значений механических свойств и стабильности характеристик по объему изделий. Таким образом, операцию обработки взрывом включают в технологическую цепочку, для того чтобы улучшить смачиваемость, так как обработка взрывом позволяет сваривать разнородные материалы. Для того чтобы эффект от операции обработки взрывом был высоким, предлагается максимально однородно распределить компоненты матрицы и армирующего материала между собой. Такое равномерное распределение предлагается осуществить за счет перемешивания компонентов в порошкообразном состоянии. The above result is obtained due to the fact that the method according to the invention can significantly reduce the mixing time due to the fact that when processing by explosion under the action of high pressures, "setting" (practically welding) of dissimilar components occurs. With further melting in the weld areas, increased wettability is observed. The process of soaking the powder of the reinforcing component in the molten matrix is significantly reduced. This leads to an increase in the level of mechanical properties and an increase in the stability of the characteristics of the material over the volume of the product, and the negative effect of a long period of mixing of the matrix melt with the powder of the reinforcing component is reduced (a negative effect is the inevitable contamination of the material during prolonged heating and mixing from contact with technological equipment and tool and from chemical reactions in mixtures). Reducing the negative impact of the duration of mixing and leads to the achievement of increased values of mechanical properties and stability characteristics in terms of volume of products. Thus, the explosion treatment operation is included in the process chain in order to improve wettability, since the explosion treatment allows the dissimilar materials to be welded. In order for the effect of the explosion processing operation to be high, it is proposed that the components of the matrix and the reinforcing material be distributed as uniformly as possible. Such a uniform distribution is proposed to be achieved by mixing the components in a powder state.
В способе предлагается также обработку взрывом вести при обеспечении давления 10-200 кбар. Исследования показали, что при обеспечении давления менее 10 кбар не происходит значительного схватывания материала матрицы и армирующего компонента, что не позволяет увеличить смачиваемость между компонентами после расплавления материала матрицы и, следовательно, не произойдет улучшения свойств материала. Для обеспечения давления более 200 кбар требуется усложненное технологическое оборудование и в то же время это не приводит к дальнейшему увеличению механических характеристик. Кроме того, при давлении выше 200 кбар возможен эффект разрушения композита за счет усиления волн разгрузки. The method also proposes to conduct explosion processing while providing a pressure of 10-200 kbar. Studies have shown that when the pressure is less than 10 kbar, there is no significant setting of the matrix material and the reinforcing component, which does not allow to increase the wettability between the components after the matrix material is melted and, therefore, the material properties do not improve. To ensure a pressure of more than 200 kbar, sophisticated technological equipment is required and at the same time this does not lead to a further increase in mechanical characteristics. In addition, at a pressure above 200 kbar, the effect of destruction of the composite due to the amplification of unloading waves is possible.
В способе предлагается также при смешивании порошков компонентов применять порошок матричного компонента со средним размером равным 0,1-6,5 среднего размера порошка армирующего компонента. Применять порошок матричного компонента с размером менее 0,1 среднего размера порошка армирующего компонента становится экономически невыгодно, так как в этом случае стоимость порошка резко возрастает. Максимальное отношение указанного интервала объясняется следующими причинами. Если рассмотреть плоскую модель взаимного расположения частиц и предположить, что форма частиц круглая, из геометрических соотношений вытекает, что для того, чтобы три большие частицы касались друг друга и маленькой частицы, размещенной между ними, требуется соблюдать соотношение между большими и маленькой частицами, равное приблизительно 6,9. На практике следует придерживаться несколько меньшей цифры, так как все частицы некруглой формы, и, кроме того, имеет место некоторая деформация в местах контакта. Именно поэтому выбрана цифра 6,5. То есть применение данного интервала обеспечит плотное прилегание частиц разных компонентов друг к другу при обычном перемешивании, что позволит в дальнейшем осуществить спекание порошков и достижение благоприятных условий для обработки взрывом. The method also proposes, when mixing the powders of the components, to apply the powder of the matrix component with an average size of 0.1-6.5 of the average size of the powder of the reinforcing component. The use of matrix component powder with a size of less than 0.1 of the average size of the powder of the reinforcing component becomes economically disadvantageous, since in this case the cost of the powder increases sharply. The maximum ratio of the indicated interval is explained by the following reasons. If we consider a flat model of the relative arrangement of particles and assume that the particle shape is round, it follows from the geometric relationships that in order for the three large particles to touch each other and the small particle placed between them, it is necessary to observe a ratio between large and small particles equal to approximately 6.9. In practice, a slightly lower figure should be followed, since all particles are non-circular in shape, and, in addition, there is some deformation at the contact points. That is why the figure of 6.5 is chosen. That is, the use of this interval will provide a snug fit of particles of different components to each other under normal stirring, which will subsequently allow the sintering of powders and the achievement of favorable conditions for processing by explosion.
В способе предлагается также при смешивании порошков компонентов применять порошок матричного компонента со средним размером, равным 6,5-50,0 среднего размера порошка армирующего компонента. Выше было показано, что отношение среднего размера порошка матричного компонента к среднему размеру порошка армирующего компонента, равное 6,5, является максимальным, при котором все порошинки касаются друг друга. При значениях выше, чем 6,5, такого плотного прилегания всех частиц нет, то есть существуют зазоры. Для определенных случаев это играет положительную роль, a именно значительная часть порошков, которые могут быть применены в качестве матрицы, имеют окисные пленки на поверхности частиц порошка. Эти окисные пленки ухудшают схватываемость матричного и армирующего компонентов в процессе обработки взрывом. При использовании порошков с отношением размеров 6,5-50,0 существуют зазоры между частицами. Деформирование какими-либо методами частиц порошка позволяет значительно очистить места контактов частиц матричного компонента с частицами армирующего компонента от окислов, что и приведет к улучшению схватывания при взрывной обработке и в дальнейшем - к улучшению смачиваемости при перемешивании компонентов. Итак, при отношениях менее 6,5 зазоры между частицами незначительные, для деформирования требуются значительные усилия. При отношении более 50 затруднено равномерное распределение порошка, так как порошок армирующего компонента будет скапливаться в больших зазорах между частицами матричного компонента. The method also proposes, when mixing the powders of the components, to apply the powder of the matrix component with an average size equal to 6.5-50.0 of the average size of the powder of the reinforcing component. It was shown above that the ratio of the average powder size of the matrix component to the average powder size of the reinforcing component, equal to 6.5, is the maximum at which all the powders touch each other. With values higher than 6.5, there is no such tight fit of all particles, that is, there are gaps. For certain cases, this plays a positive role, namely, a significant part of the powders that can be used as a matrix have oxide films on the surface of the powder particles. These oxide films impair the adhesion of the matrix and reinforcing components during explosion processing. When using powders with a size ratio of 6.5-50.0, there are gaps between the particles. The deformation of powder particles by any methods allows one to significantly clean the contact points of the particles of the matrix component with the particles of the reinforcing component from oxides, which will lead to improved setting during blasting and, in the future, to improved wettability when mixing the components. So, with ratios less than 6.5, the gaps between the particles are insignificant, considerable efforts are required for deformation. With a ratio of more than 50, uniform distribution of the powder is difficult, since the powder of the reinforcing component will accumulate in large gaps between the particles of the matrix component.
В способе также предложено перед обработкой взрывом механически смешанные частицы компонентов спекать. Данная операция является эффективной подготовительной операцией перед обработкой взрывом, особенно при соотношении размеров порошков компонентов от 0,1 до 6,5, так как позволяет при минимальных затратах максимально увеличить площадь контакта частиц между собой. The method also proposes to sinter mechanically mixed particles of components prior to blasting. This operation is an effective preparatory operation before blasting, especially when the ratio of the powder sizes of the components is from 0.1 to 6.5, as it allows at the minimum cost to maximize the contact area between the particles.
В способе предложено также перед обработкой взрывом механически смешанные порошки компонентов компактировать. Данная операция позволяет при использовании порошков компонентов с отношением среднего размера порошка матричного компонента к среднему размеру порошка армирующего компонента от 6,5 до 50,0 эффективно освобождать контактирующие поверхности порошков от окислов и удалять из смеси газы, что повышает схватываемость порошков при обработке взрывом, и, следовательно, увеличивает смачиваемость компонентов при последующем перемешивании, и это приводит к увеличению механических свойств материала. The method also proposes to compact mechanically mixed powders of components prior to blasting. This operation allows using components powders with a ratio of the average powder size of the matrix component to the average powder size of the reinforcing component from 6.5 to 50.0 to effectively free the contacting surfaces of the powders from oxides and remove gases from the mixture, which increases the adhesion of the powders during explosion processing, and therefore, it increases the wettability of the components with subsequent mixing, and this leads to an increase in the mechanical properties of the material.
В способе предложено при перемешивании порошков компонентов армирующего компонента замешивать 5-35% от общей массы порошка, причем при минимальном содержании армирующего компонента обработку взрывом вести при минимальных значениях давлений из предлагаемого интервала давлений, а при максимальном содержании армирующего компонента обработку взрывом вести при максимальных значениях давлений из предлагаемого интервала давлений. Как было указано выше, предлагается интервал создаваемых давлений 10-200 кбар. То есть предлагается увеличивать давление при увеличении содержания порошка армирующего элемента в композиционном материале, причем зависимость изменения давления от изменения содержания порошка армирующего элемента предлагается принимать линейной. Исследования показали, что увеличение содержания армирующего компонента приводит к повышению прочности материала, то есть при повышении содержания армирующего компонента требуется прилагать большее усилие для деформации. В то же время было замечено, что необходимо увеличивать давление при увеличении содержания армирующего компонента для обеспечения схватывания компонентов. Это объясняется увеличением демпфирующих свойств у материала при увеличении содержания армирующего компонента, а также возникновением эффекта взрывного дробления частиц окисных пленок на их поверхности. The method suggests mixing 5-35% of the total mass of the powder when mixing the powders of the components of the reinforcing component, and with a minimum content of the reinforcing component, blasting at minimum pressures from the proposed pressure range, and at the maximum content of the reinforcing component, blasting at the maximum pressure from the proposed pressure range. As indicated above, a pressure range of 10-200 kbar is proposed. That is, it is proposed to increase the pressure with increasing powder content of the reinforcing element in the composite material, and it is proposed to take the dependence of the pressure change on the change in the powder content of the reinforcing element linear. Studies have shown that an increase in the content of the reinforcing component leads to an increase in the strength of the material, that is, with an increase in the content of the reinforcing component, more effort is required to deform. At the same time, it was noted that it is necessary to increase the pressure while increasing the content of the reinforcing component to ensure the setting of the components. This is explained by an increase in the damping properties of the material with an increase in the content of the reinforcing component, as well as by the occurrence of the effect of explosive crushing of oxide film particles on their surface.
В способе предлагается также перед обработкой взрывом осуществлять дополнительный нагрев смеси порошков матричного и армирующего компонентов до температуры 0,2-0,95 температуры плавления матричного компонента. При этом нагрев и обработку взрывом осуществляют в неокислительной атмосфере для устранения возможности окисления порошков. Нагрев перед обработкой взрывом позволяет провести в большей степени разрушение окисной пленки на поверхности частиц, а также матричный элемент станет более пластичным и менее прочным. При температуре менее 0,2 температуры плавления эффект от нагрева становится незаметным (то есть не происходит заметного увеличения механических свойств металломатричного композита), но такой нагрев требует дополнительных затрат на нагрев и создание безокислительных условий. Поэтому применять нагрев менее чем 0,2 температуры плавления матричного компонента нецелесообразно. Применение температуры более 0,95 температуры плавления приведет к обязательному расплавлению матричного элемента в процессе обработки взрывом, то есть требует применения специального дорогостоящего оборудования для осуществления операции обработки взрывом. The method also proposes to further heat the mixture of powders of the matrix and reinforcing components to a temperature of 0.2-0.95 the melting temperature of the matrix component before processing the explosion. In this case, heating and explosion processing is carried out in a non-oxidizing atmosphere to eliminate the possibility of oxidation of the powders. Heating before blasting allows for a greater degree of destruction of the oxide film on the surface of the particles, and also the matrix element will become more plastic and less durable. At temperatures below 0.2 melting points, the effect of heating becomes invisible (that is, there is no noticeable increase in the mechanical properties of the metal matrix composite), but such heating requires additional heating costs and the creation of non-oxidizing conditions. Therefore, it is not practical to apply heating of less than 0.2 melting points of the matrix component. The use of temperatures above 0.95 melting points will lead to the mandatory melting of the matrix element during the explosion processing, that is, it requires the use of special expensive equipment for the operation of the explosion processing.
Способ осуществляется следующим образом. Подготавливают порошки матричного компонента и порошки армирующего компонента. Соотношение порошков может составлять 5-35 мас. % порошка армирующего компонента и 95-65 мас.% матричного компонента. Средний размер порошка матричного компонента может составлять 0,1-50 средних размеров порошка армирующего компонента. Порошки смешивают механическими способами на соответствующем оборудовании. После этого смесь порошков обрабатывают взрывом, применив для этого специальную технологическую оснастку и оборудование. Затем обработанную взрывом смесь порошков подвергают нагреву для расплавления матричного компонента, поддерживают его в расплавленном состоянии и перемешивают с твердыми частицами армирующего компонента. После этого расплав разливают по требуемым формам и охлаждают. The method is as follows. Powders of the matrix component and powders of the reinforcing component are prepared. The ratio of powders may be 5-35 wt. % powder of the reinforcing component and 95-65 wt.% matrix component. The average powder size of the matrix component may be 0.1-50 average sizes of the powder of the reinforcing component. Powders are mixed mechanically using appropriate equipment. After this, the mixture of powders is treated with an explosion, using special technological equipment and equipment. The explosion-treated powder mixture is then heated to melt the matrix component, maintained in the molten state, and mixed with the solid particles of the reinforcing component. After that, the melt is poured into the required forms and cooled.
В способе возможно обработку взрывом вести при давлении 10-200 кбар. In the method, it is possible to process the explosion at a pressure of 10-200 kbar.
В способе возможно при смешивании порошков компонентов применять порошок матричного компонента со средним радиусом, равным 0,1-6,5 среднего размера порошка армирующего компонента. В этом случае возможно перед обработкой взрывом механически смешанные порошки компонентов спекать путем нагревания в неокислительной атмосфере. In the method, it is possible, when mixing the powders of the components, to apply the powder of the matrix component with an average radius equal to 0.1-6.5 of the average size of the powder of the reinforcing component. In this case, it is possible to sinter mechanically mixed powders of the components before explosion processing by heating in a non-oxidizing atmosphere.
В способе возможно при смешивании порошков компонентов применять порошок матричного компонента со средним размером, равным 6,5-50,0 среднего размера порошка армирующего компонента. В этом случае возможно перед обработкой взрывом механически смешанные порошки компонентов компактировать путем прессования. In the method, it is possible, when mixing the powders of the components, to apply the powder of the matrix component with an average size equal to 6.5-50.0 of the average size of the powder of the reinforcing component. In this case, it is possible to compact mechanically mixed component powders by extrusion before blasting.
В способе возможно при перемешивании порошков компонентов армирующего компонента замешивать 5-35% от общей массы порошков, причем при минимальном содержании армирующего компонента обработку взрывом вести при минимальных давлениях из предлагаемого интервала давлений, а при максимальном содержании армирующего компонента обработку взрывом вести при максимальных давлениях предлагаемого интервала давлений. In the method, when mixing the powders of the components of the reinforcing component, it is possible to knead 5-35% of the total mass of the powders, and with a minimum content of the reinforcing component, blasting at minimum pressures from the proposed pressure range, and at the maximum content of the reinforcing component, blasting at the maximum pressures of the proposed interval pressure.
Кроме того, в способе возможно перед обработкой взрывом осуществлять дополнительный нагрев смешанных порошков матричного и армирующего компонентов до температуры 0,2-0,95 температуры плавления матричного компонента. In addition, in the method, it is possible, prior to explosion treatment, to carry out additional heating of the mixed powders of the matrix and reinforcing components to a temperature of 0.2-0.95 of the melting temperature of the matrix component.
Пример 1. Подготовили порошок алюминиевого сплава (силумина), содержащего 7% кремния и 0,3% магния, и порошок карбида кремния. Алюминиевый сплав выступает в роли матричного компонента, а карбид кремния - армирующего компонента. Соотношение порошков составило 35 мас.% порошка карбида кремния (армирующего компонента) и 65 мас.% порошка алюминиевого сплава (матричного компонента). Средний размер порошка алюминиевого сплава (матричного компонента) равнялся 100 мкм, а средний размер порошка карбида кремния (армирующего компонента) равнялся 2 мкм. Отношение среднего размера порошка матричного компонента к среднему размеру порошка армирующего компонента составляло 50. Порошки смешали в мешалках. После этого смесь порошков поместили в специальное технологическое устройство (оснастку) и обработали взрывом во взрывной камере. Затем обработанную взрывом смесь порошков подвергли нагреву для расплавления матричного компонента, а именно до 730oC, поддерживали эту температуру 4 ч, в течение которых осуществляется перемешивание полученной смеси в специальных автоматических мешалках при поддержании безокислительной атмосферы. После этого расплав разлили по формам и охладили.Example 1. Prepared a powder of an aluminum alloy (silumin) containing 7% silicon and 0.3% magnesium, and a powder of silicon carbide. Aluminum alloy acts as a matrix component, and silicon carbide acts as a reinforcing component. The ratio of the powders was 35 wt.% Powder of silicon carbide (reinforcing component) and 65 wt.% Powder of aluminum alloy (matrix component). The average powder size of the aluminum alloy (matrix component) was 100 μm, and the average powder size of silicon carbide (reinforcing component) was 2 μm. The ratio of the average powder size of the matrix component to the average powder size of the reinforcing component was 50. The powders were mixed in mixers. After that, the mixture of powders was placed in a special technological device (equipment) and processed by an explosion in an explosive chamber. Then the explosion-treated powder mixture was heated to melt the matrix component, namely, up to 730 ° C., this temperature was maintained for 4 hours, during which the mixture was mixed in special automatic mixers while maintaining an oxidizing atmosphere. After that, the melt was poured into molds and cooled.
Пример 2. Подготовили порошок алюминиевого сплава (силумина), содержащего 7% кремния и 0,3% магния, и порошок карбида кремния. Алюминиевый сплав выступает в роли матричного компонента, а карбид кремния - армирующего компонента. Соотношение порошков составило 5 мас.% порошка карбида кремния (армирующего компонента) и 95 мас.% порошка алюминиевого сплава (матричного компонента). Средний размер порошка алюминиевого сплава (матричного компонента) равнялся 4 мкм, а средний размер порошка карбида кремния (армирующего компонента) равнялся 40 мкм. Отношение среднего размера порошка матричного компонента к среднему размеру порошка армирующего компонента составило 0,1. Порошки смешали в мешалках. После этого смесь порошков поместили в форму и провели спекание порошков в безокислительной атмосфере при 580oC. После этого спеченные порошки поместили в специальную технологическую оснастку, в которой поддерживали температуру подогрева 120oC (что составляет 0,2 температуры плавления матричного компонента) и обработали взрывом во взрывной камере. Затем обработанную взрывом смесь порошков подвергли нагреву для расплавления матричного компонента, а именно до 740oC, поддерживали эту температуру 5 ч, в течение которых осуществляли перемешивание полученной смеси в специальных автоматических мешалках при поддержании безокислительной атмосферы. После этого расплав разлили по формам и охладили.Example 2. Prepared a powder of an aluminum alloy (silumin) containing 7% silicon and 0.3% magnesium, and silicon carbide powder. Aluminum alloy acts as a matrix component, and silicon carbide acts as a reinforcing component. The ratio of the powders was 5 wt.% Powder of silicon carbide (reinforcing component) and 95 wt.% Powder of aluminum alloy (matrix component). The average powder size of the aluminum alloy (matrix component) was 4 μm, and the average powder size of silicon carbide (reinforcing component) was 40 μm. The ratio of the average powder size of the matrix component to the average powder size of the reinforcing component was 0.1. Powders were mixed in mixers. After that, the powder mixture was placed in a mold and the powders were sintered in an oxidizing atmosphere at 580 ° C. After that, the sintered powders were placed in special technological equipment, in which a heating temperature of 120 ° C was maintained (which is 0.2 melting temperature of the matrix component) and processed explosion in an explosive chamber. Then the explosion-treated powder mixture was heated to melt the matrix component, namely, to 740 ° C., this temperature was maintained for 5 hours, during which the mixture was stirred in special automatic mixers while maintaining an oxidizing atmosphere. After that, the melt was poured into molds and cooled.
Таким образом, предложенный способ изготовления металломатричных композитов позволяет повысить механические свойства на 15-20% и стабилизировать характеристики этих материалов до 10-15 по всему объему изделия (разброс по составам 10-15%) благодаря сокращению времени нагрева для расплавления матричного компонента и перемешивания его с твердыми частицами армирующего компонента путем смешивания их в порошкообразном состоянии и обработки взрывом перед нагревом. Thus, the proposed method for the manufacture of metal matrix composites can increase the mechanical properties by 15-20% and stabilize the characteristics of these materials up to 10-15 throughout the product (variation in compositions 10-15%) by reducing the heating time for melting the matrix component and mixing it with solid particles of the reinforcing component by mixing them in a powder state and processing by explosion before heating.
При этом резко снижаются энергозатраты, упрощается оборудование, а стоимость композитных материалов снижается до 30%. At the same time, energy costs are sharply reduced, equipment is simplified, and the cost of composite materials is reduced to 30%.
Claims (8)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU99105649/02A RU2158779C1 (en) | 1999-03-15 | 1999-03-15 | Method of production of metal-matrix composite |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU99105649/02A RU2158779C1 (en) | 1999-03-15 | 1999-03-15 | Method of production of metal-matrix composite |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2158779C1 true RU2158779C1 (en) | 2000-11-10 |
Family
ID=20217395
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU99105649/02A RU2158779C1 (en) | 1999-03-15 | 1999-03-15 | Method of production of metal-matrix composite |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2158779C1 (en) |
-
1999
- 1999-03-15 RU RU99105649/02A patent/RU2158779C1/en not_active IP Right Cessation
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| HANUMANTH G.S., ITONS G.A. PATRIOLE INCORPORATION BY MELT STINING FOR THE PRODUCTION OF METAL-MATRIX COMPOSITES. JOURNAL OF MATERIAL SCIENCE. - 28 (1993) 2459-2465. * |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US4915605A (en) | Method of consolidation of powder aluminum and aluminum alloys | |
| US20130101456A1 (en) | Method for Producing Shaped Bodies from Aluminium Alloys | |
| US6761852B2 (en) | Forming complex-shaped aluminum components | |
| EP0525325B1 (en) | Process for preparing dense sintered articles | |
| RU2158779C1 (en) | Method of production of metal-matrix composite | |
| JP2849710B2 (en) | Powder forming method of titanium alloy | |
| KR20080046738A (en) | Tungsten scrap | |
| DE19953780C1 (en) | Production of semi-finished material and molded bodies comprises intensively mixing silver and silver alloy powder as matrix powder and powdered particles that increase the strength of the matrix material, and pressing and sintering | |
| EP1965940B1 (en) | Enhancement of thermal stability of porous bodies comprised of stainless steel or an alloy | |
| JPH0633164A (en) | Production of nitride dispersed al alloy member | |
| US6967001B2 (en) | Method for sintering a carbon steel part using a hydrocolloid binder as carbon source | |
| US5193605A (en) | Techniques for preparation of ingot metallurgical discontinuous composites | |
| JPH0254760A (en) | Manufacture of target | |
| JPS59157201A (en) | Manufacture of molded body of zinc-aluminum alloy powder | |
| JPH01312004A (en) | Method of molding al composite material | |
| WO2021112201A1 (en) | Method for manufacturing solder preform | |
| JPH08183661A (en) | Production of silicon carbide sintered compact | |
| RU2167951C2 (en) | Method of producing cast metal-matrix composite | |
| JPH0140081B2 (en) | ||
| JPH10195560A (en) | Production of high heat resistant aluminum alloy and production of green compact | |
| JPH0433782A (en) | Manufacture of composite material made of intermetallic compound partly at least | |
| JPH05214477A (en) | Composite material and its manufacture | |
| GB1562788A (en) | Production of metal articles from tool steel or alloy steel powder | |
| JPH036210B2 (en) | ||
| JPH0551651B2 (en) |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20050316 |