RU2353689C2 - Powder composite material and method of its receiving - Google Patents
Powder composite material and method of its receiving Download PDFInfo
- Publication number
- RU2353689C2 RU2353689C2 RU2006140244/02A RU2006140244A RU2353689C2 RU 2353689 C2 RU2353689 C2 RU 2353689C2 RU 2006140244/02 A RU2006140244/02 A RU 2006140244/02A RU 2006140244 A RU2006140244 A RU 2006140244A RU 2353689 C2 RU2353689 C2 RU 2353689C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- silicon
- powder
- melt
- beryllium
- aluminum
- Prior art date
Links
Landscapes
- Manufacture Of Metal Powder And Suspensions Thereof (AREA)
- Silicon Compounds (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к порошковой металлургии и может быть использовано в качестве конструкционного материала для точных приборов систем управления и навигации космических аппаратов.The invention relates to powder metallurgy and can be used as a structural material for precision instruments of spacecraft control and navigation systems.
Известен порошковый композиционный материал, состоящий из сплава на основе алюминия, содержащего кремний, никель и тугоплавкий компонент в виде порошкового кристаллического кремния (см. патент РФ №2149201 от 26.04.1999, опубликован 20.05.2000, бюл. №14). Недостатками этого материала являются нестабильность эксплуатационных характеристик из-за неоднородности, повышенные плотность (удельный вес) и коэффициент линейного расширения, что снижает надежность работы изделий,Known powder composite material consisting of an aluminum-based alloy containing silicon, nickel and a refractory component in the form of crystalline silicon powder (see RF patent No. 2149201 dated 04/26/1999, published 05/20/2000, bull. No. 14). The disadvantages of this material are the instability of operational characteristics due to heterogeneity, increased density (specific gravity) and linear expansion coefficient, which reduces the reliability of the products,
Известен способ получения композиционного материала, включающий приготовление расплава, содержащего алюминий, кремний, никель, распыление и добавление порошка кремния (см. описание к патенту РФ 2149201 от 26.04.1999, опубликован 20.05.2000, бюл. №14). Недостатком данного способа является нестабильность эксплуатационных характеристик получаемого материала и ненадежность его эксплуатации в течение длительного срока службы ввиду структурной неоднородности и недостаточной размерной стабильности.A known method of producing a composite material, including the preparation of a melt containing aluminum, silicon, nickel, spraying and adding silicon powder (see the description of the patent of the Russian Federation 2149201 from 04/26/1999, published 05/20/2000, bull. No. 14). The disadvantage of this method is the instability of the operational characteristics of the obtained material and the unreliability of its operation over a long service life due to structural heterogeneity and insufficient dimensional stability.
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому эффекту к предлагаемому изобретению, принятым за прототип, является порошковый композиционный материал, содержащий алюминий, кремний, никель, оксид алюминия и бериллий при следующем соотношении (мас.%):The closest in technical essence and the achieved effect to the proposed invention, adopted as a prototype, is a powder composite material containing aluminum, silicon, nickel, aluminum oxide and beryllium in the following ratio (wt.%):
при соотношении алюминия к кремнию 1…1,18 (см. патент РФ №2175682 от 07.09 2000 г., опубликован 10.11.2001 г., бюл. №31).when the ratio of aluminum to silicon is 1 ... 1.18 (see RF patent No. 2175682 dated September 7, 2000, published November 10, 2001, bull. No. 31).
Хотя данный материал по сравнению с аналогом имеет более низкий температурный коэффициент линейного расширения, однако, величина коэффициента линейного расширения является относительно высокой и больше, чем у стали.Although this material has a lower temperature coefficient of linear expansion compared to analog, however, the coefficient of linear expansion is relatively high and greater than that of steel.
Наиболее близким к предлагаемому способу, принятым за прототип, является способ получения порошкового композиционного материала, включающий приготовление расплава, содержащего алюминий, кремний, никель, введение в расплав дополнительно бериллия и кислорода, распыление расплава и добавление в полученный порошок порошкообразного кремния (см. патент РФ №2175682 от 07.09 2000 г., опубликован 10.11.2001 г., бюл. №31). Данный способ по сравнению с аналогом обеспечивает более тонкодисперсную структуру получаемого материала и меньше подвержен расширению под воздействием температуры, однако, относительно высокая величина коэффициента линейного расширения, большая, чем у стали, и нестабильность прецизионных характеристик упругости материала снижают эксплуатационную надежность высокоточных приборов управления и навигации при работе материала в контакте со сталью в течение длительной эксплуатации.Closest to the proposed method, adopted as a prototype, is a method for producing a powder composite material, including the preparation of a melt containing aluminum, silicon, nickel, the introduction of additional beryllium and oxygen into the melt, spraying the melt and adding powdered silicon to the obtained powder (see RF patent No. 2175682 dated September 7, 2000, published November 10, 2001, bull. No. 31). This method, in comparison with the analogue, provides a finer-dispersed structure of the obtained material and is less susceptible to expansion under the influence of temperature, however, the relatively high linear expansion coefficient, greater than that of steel, and the instability of the precision characteristics of the elasticity of the material reduce the operational reliability of high-precision control and navigation devices when the work of the material in contact with steel for a long time.
Задачей, на решение которой направлено изобретение, является снижение коэффициента линейного расширения материала до уровня его значений как у стали.The problem to which the invention is directed, is to reduce the coefficient of linear expansion of the material to the level of its values as in steel.
Ожидаемый технический результат заключается в повышении стабильности прецизионных характеристик упругости за счет получения однородной дисперсной структуры, что обеспечит эксплуатационную надежность высокоточных приборов систем управления и навигации при работе предлагаемого материала в контакте со сталью в течение длительного срока эксплуатации.The expected technical result is to increase the stability of precision elasticity characteristics by obtaining a homogeneous dispersed structure, which will ensure the operational reliability of high-precision instruments of control and navigation systems when the proposed material is in contact with steel for a long period of operation.
Это достигается тем, что порошковый композиционный материал на основе алюминия, содержащий кремний, никель, бериллий и оксид алюминия, дополнительно содержит углерод при следующем соотношении компонентов, мас.%:This is achieved by the fact that the aluminum-based powder composite material containing silicon, nickel, beryllium and aluminum oxide additionally contains carbon in the following ratio of components, wt.%:
Это достигается тем, что способ получения порошкового композиционного материала на основе алюминия включает приготовление расплава, содержащего алюминий, кремний, никель, бериллий и распыление расплава с получением порошка сплава, затем механическое легирование порошка сплава дисперсными углеродом и кремнием с доведением содержания кремния в материале до 35-46 мас.% в азотно-кислородной смеси с содержанием кислорода 2-8 об.%.This is achieved by the fact that the method for producing an aluminum-based powder composite material involves preparing a melt containing aluminum, silicon, nickel, beryllium and spraying the melt to obtain an alloy powder, then mechanically alloying the alloy powder with dispersed carbon and silicon to bring the silicon content in the material to 35 -46 wt.% In a nitrogen-oxygen mixture with an oxygen content of 2-8 vol.%.
Предлагаемый материал и способ его получения формируют структуру в виде дисперсной эвтектики с тонкими как первичными (образующимися при распылении расплава), так и вторичными (образующимися при механическом легировании) эвтектическими составляющими кремния. Углерод, исполняя роль смазки при механическом легировании, вступает в дальнейшем во взаимодействие с алюминием и кремнием с образованием тонких карбидов, способствующих снижению коэффициента линейного расширения материала. Нижний предел содержания углерода определяется необходимым смазывающим эффектом при механическом легировании, предотвращающим комкование частиц порошка. Верхний предел содержания определяется появлением свободного углерода, повышающего коэффициент линейного расширения Верхний и нижний пределы содержания оксида алюминия определяются величиной удельной поверхности порошка сплава, т.е. величиной защитной оксидной пленки на частицах порошка.The proposed material and the method for its preparation form a structure in the form of a dispersed eutectic with thin both primary (formed by melt spraying) and secondary (formed by mechanical alloying) eutectic components of silicon. Carbon, acting as a lubricant in mechanical alloying, subsequently interacts with aluminum and silicon with the formation of thin carbides, which contribute to a decrease in the coefficient of linear expansion of the material. The lower limit of carbon content is determined by the necessary lubricating effect during mechanical alloying, preventing clumping of powder particles. The upper limit of the content is determined by the appearance of free carbon, which increases the linear expansion coefficient. The upper and lower limits of the alumina content are determined by the specific surface area of the alloy powder, i.e. the value of the protective oxide film on the powder particles.
Получение предложенного композиционного материала было осуществлено следующим образом.Obtaining the proposed composite material was carried out as follows.
1. Приготовление расплава сплава на основе алюминия, содержащего алюминий, кремний, никель, бериллий:1. Melt preparation of an alloy based on aluminum containing aluminum, silicon, nickel, beryllium:
- плавление в печи чушкового алюминия марки А7, введение бериллия в количестве 0,0001-0,049 мас.%,- melting in a furnace of pig aluminum grade A7, the introduction of beryllium in an amount of 0.0001-0.049 wt.%,
- легирование расплава, содержащего алюминий марки А7 и присадку бериллия, кремнием в количестве 25-30 мас.% (соответствует сплаву CACl по ТУ 48-0107-42-80) или 15-20 мас.% (соответствует неравновесному эвтектическому сплаву АКД-20 по ТУ 48-0106-66-88 при скорости охлаждения при кристаллизации 103 град/с) и никелем из расчета содержания 2-5 мас.% в композиционном материале (предельные значения концентрации никеля в расплаве - 2,5-8,5 мас.% в зависимости от содержания в нем кремния).- alloying a melt containing A7 aluminum and a beryllium additive with silicon in an amount of 25-30 wt.% (corresponds to the CACl alloy according to TU 48-0107-42-80) or 15-20 wt.% (corresponds to the AKD-20 nonequilibrium eutectic alloy according to TU 48-0106-66-88 at a cooling rate during crystallization of 10 3 deg / s) and nickel based on the content of 2-5 wt.% in the composite material (the limiting values of the concentration of nickel in the melt are 2.5-8.5 wt. % depending on its silicon content).
2. Распыление приготовленного расплава с температуры 1000°С сжатым азотом с улавливанием полученного порошка в нейтральной среде азота.2. Spraying the prepared melt from a temperature of 1000 ° C with compressed nitrogen to trap the resulting powder in a neutral nitrogen atmosphere.
3. Рассев полученного порошка сплава на основе алюминия на сите 008 (ГОСТ 6613-86).3. Sifting of the obtained aluminum-based alloy powder on a 008 sieve (GOST 6613-86).
4. Размол порошка кремния Кр0 (ТУ 48-107-42-80) в атриторе с последующим выделением после размола порошка кремния фракции ≤2 мкм.4. Grinding of silicon powder Kr0 (TU 48-107-42-80) in the atritor, followed by separation of a fraction of ≤2 μm after grinding the silicon powder.
5. Механическое легирование порошка, полученного после распыления расплава и рассева, в атриторе в азотно-кислородной смеси с содержанием 2…8% кислорода в течение 15…120 мин дисперсными углеродом и кремнием фракции ≤2 мкм с доведением содержания кремния в материале до 35-46 мас.%.5. Mechanical alloying of the powder obtained after spraying the melt and sieving in the atmosphere in a nitrogen-oxygen mixture with a content of 2 ... 8% oxygen for 15 ... 120 min with dispersed carbon and silicon fractions ≤2 μm, bringing the silicon content in the material to 35- 46 wt.%.
6. Рассев полученной механическим легированием порошковой композиции на сите 016 (ГОСТ 6613-86).6. Sieving obtained by mechanical alloying of the powder composition on a sieve 016 (GOST 6613-86).
7. Дегазация полученной порошковой композиции в вакууме ≥10-4 мм рт.ст. при температуре 450-520°С.7. Degassing of the obtained powder composition in a vacuum of ≥10 -4 mm Hg at a temperature of 450-520 ° C.
8. Компактирование полученной порошковой композиции в вакууме ≥10-4 мм рт.ст. при температуре ≥520°С.8. Compaction of the obtained powder composition in a vacuum of ≥10 -4 mm Hg at a temperature of ≥520 ° C.
9. Опрессовка полученных заготовок на прессе 600 тс в течение 3 мин.9. Pressure testing of the obtained blanks on a press of 600 ton-force for 3 minutes.
По такой технологии изготавливали композиции с разными массовыми процентами входящих в материал компонентов (табл.1).Using this technology, compositions were prepared with different mass percentages of the components included in the material (Table 1).
Примеры конкретного примененияCase Studies
1. Приготовление расплава плавление алюминия А7, введение бериллия в количестве 0,1% от массы А7 в виде лигатуры А1-2% Ве, легирование расплава на содержание в расплаве Si 27,5% и Ni 7,14% (из расчета 5% Ni в композиционном материале), распыление расплава, рассев полученного порошка с выделением фракции <80 мкм; механическое легирование порошка фракции <80 мкм в атриторе, в смеси N2 - 8% O2, дисперсными углеродом на содержание 2% и кремнием фракции ≤2 мкм - 26,53% (до 45,8% в порошковой композиции), рассев полученной композиции с выделением фракции <160 мкм; дегазация, компактирование полученной композиции и опрессовка заготовок.1. Preparation of the melt; melting of aluminum A7; introducing beryllium in an amount of 0.1% by weight of A7 in the form of a ligature A1-2% Be; alloying the melt to the content of 27.5% and Ni 7.14% in the melt (from the calculation of 5% Ni in the composite material), spraying the melt, sieving the resulting powder with the release of fractions <80 μm; mechanical alloying of the powder fraction <80 μm in the atmosphere, in a mixture of N 2 - 8% O 2 , dispersed carbon content of 2% and silicon fraction ≤2 μm - 26.53% (up to 45.8% in the powder composition), sieving obtained compositions with fraction separation <160 μm; degassing, compaction of the resulting composition and crimping of the workpieces.
2. Приготовление расплава: плавление алюминия А7, введение бериллия в количестве 0,002% от массы А7 в виде лигатуры Al - 2% Ве, легирование расплава на содержание в расплаве Si 15,3% и Ni 4,67% (из расчета 3% Ni в композиционном материале), распыление расплава, рассев полученного порошка с выделением фракции <80 мкм, механическое легирование порошка фракции <80 мкм в атриторе, в смеси N2 - 5% О2, дисперсными углеродом на содержание 1% и кремнием фракции ≤2 мкм - 32,36% (до 42,5% в порошковой композиции), рассев полученной композиции с выделением фракции <160 мкм; дегазация, компактирование полученной композиции и опрессовка заготовок.2. Melt preparation: melting of A7 aluminum, introduction of beryllium in an amount of 0.002% by weight of A7 in the form of Al alloy - 2% Be, alloying the melt with Si content of 15.3% and Ni 4.67% (based on 3% Ni in the composite material), melt spraying, sieving the obtained powder with the separation of the fraction <80 μm, mechanical alloying of the powder of the fraction <80 μm in the atmosphere, in a mixture of N 2 - 5% O 2 , dispersed carbon content of 1% and silicon fraction ≤2 μm - 32.36% (up to 42.5% in the powder composition), sieving the resulting composition with a fraction of <160 μm; degassing, compaction of the resulting composition and crimping of the workpieces.
3. Приготовление расплава: плавление алюминия А7, введение бериллия в количестве 0,0003% от массы А7 в виде лигатуры Al - 2% Ве, легирование расплава на содержание в расплаве Si 20% и Ni 2,53% (из расчета 2% Ni в композиционном материале); распыление расплава, рассев полученного порошка с выделением фракции <80 мкм; механическое легирование порошка фракции <80 мкм в атриторе, в смеси N2 - 2% O2, дисперсными углеродом на содержание 0,5% и кремнием фракции ≤2 мкм - 19,88% (до 35,7% в порошковой композиции), рассев полученной композиции с выделением фракции <160 мкм; дегазация, компактирование полученной композиции и опрессовка заготовок.3. Melt preparation: melting of A7 aluminum, introduction of beryllium in the amount of 0.0003% of the mass of A7 in the form of Al alloy - 2% Be, alloying of the melt with the content of 20% and Ni 2.53% in the melt (based on 2% Ni in composite material); spraying the melt, sieving the resulting powder with a fraction of <80 μm; mechanical alloying of a powder of a fraction of <80 μm in the atmosphere, in a mixture of N 2 - 2% O 2 , dispersed carbon content of 0.5% and silicon fraction ≤2 μm - 19.88% (up to 35.7% in the powder composition), sieving the resulting composition with a fraction <160 μm; degassing, compaction of the resulting composition and crimping of the workpieces.
4 (запредельный). Приготовление расплава: плавление алюминия А7, введение бериллия в количестве 0,137% от массы А7 в виде лигатуры Al - 2% Ве, легирование расплава на содержание в расплаве Si 30% и Ni 8,1% (из расчета 5,5% Ni в композиционном материале); распыление расплава, рассев полученного порошка с выделением фракции <80 мкм; механическое легирование порошка фракции <80 мкм в атриторе, в смеси N2 - 9% O2, дисперсными углеродом на содержание 2,5% и кремнием фракции ≤2 мкм - 26,57% (до 46,5% в порошковой композиции), рассев полученной композиции с выделением фракции <160 мкм; дегазация, компактирование полученной композиции и опрессовка заготовок4 (beyond). Melt preparation: melting of A7 aluminum, introduction of beryllium in the amount of 0.137% of the mass of A7 in the form of Al alloy - 2% Be, alloying the melt with Si content of 30% and Ni 8.1% (based on 5.5% Ni in the composite material); spraying the melt, sieving the resulting powder with a fraction of <80 μm; mechanical alloying of a powder of a fraction of <80 μm in the atmosphere, in a mixture of N 2 - 9% O 2 , dispersed carbon content of 2.5% and silicon fraction ≤2 μm - 26.57% (up to 46.5% in the powder composition), sieving the resulting composition with a fraction <160 μm; degassing, compaction of the resulting composition and crimping of the workpieces
5 (запредельный). Приготовление расплава: плавление алюминия А7, введение бериллия в количестве 0,00016% от массы А7 в виде лигатуры Al - 2% Ве, легирование расплава на содержание в расплаве Si 17,5% и Ni 1,23% (из расчета 1% Ni в композиционном материале); распыление расплава, рассев полученного порошка с выделением фракции <80 мкм; механическое легирование порошка фракции <80 мкм в атриторе, в смеси N2 - 1,5% O2, дисперсными углеродом на содержание 0,8% и кремнием фракции ≤2 мкм - 20,83% (до 34,5% в порошковой композиции), рассев полученной композиции с выделением фракции <160 мкм; дегазация, компактирование полученной композиции и опрессовка заготовок.5 (beyond). Melt preparation: melting of A7 aluminum, introduction of beryllium in an amount of 0.00016% by weight of A7 in the form of Al alloy - 2% Be, alloying of the melt with a content of 17.5% and Ni in the melt of 1.25% Ni (based on 1% Ni in composite material); spraying the melt, sieving the resulting powder with a fraction of <80 μm; mechanical alloying of the powder fraction <80 μm in the atmosphere, in a mixture of N 2 - 1.5% O 2 , dispersed carbon content of 0.8% and silicon fraction ≤2 μm - 20.83% (up to 34.5% in the powder composition ), sieving the resulting composition with a fraction <160 μm; degassing, compaction of the resulting composition and crimping of the workpieces.
Свойства заготовок (табл.2) свидетельствуют, что предлагаемый материал на 20% снижает коэффициент линейного расширения, который практически становится равным коэффициенту линейного расширения стали и обеспечивает стабильность прецизионных характеристик упругости.The properties of the workpieces (Table 2) indicate that the proposed material reduces the linear expansion coefficient by 20%, which practically becomes equal to the linear expansion coefficient of steel and ensures the stability of precision elasticity characteristics.
Таким образом удалось достигнуть повышения стабильности прецизионных характеристик упругости за счет получения однородной дисперсной структуры, что обеспечит эксплуатационную надежность высокоточных приборов систем управления и навигации при работе предлагаемого материала в контакте со сталью в течение длительного срока эксплуатации.Thus, it was possible to increase the stability of the precision characteristics of elasticity by obtaining a homogeneous dispersed structure, which will ensure the operational reliability of high-precision instruments of control and navigation systems when the proposed material is in contact with steel for a long period of operation.
Claims (2)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2006140244/02A RU2353689C2 (en) | 2006-11-15 | 2006-11-15 | Powder composite material and method of its receiving |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2006140244/02A RU2353689C2 (en) | 2006-11-15 | 2006-11-15 | Powder composite material and method of its receiving |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2006140244A RU2006140244A (en) | 2008-05-20 |
| RU2353689C2 true RU2353689C2 (en) | 2009-04-27 |
Family
ID=39798630
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2006140244/02A RU2353689C2 (en) | 2006-11-15 | 2006-11-15 | Powder composite material and method of its receiving |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2353689C2 (en) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2509817C1 (en) * | 2012-12-05 | 2014-03-20 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Чувашский государственный университет имени И.Н. Ульянова" | Powder composite |
| RU2676126C1 (en) * | 2017-10-20 | 2018-12-26 | Акционерное общество "Композит" (АО "Композит") | Method for obtaining bar stock from intermetallic alloys for centrifugal plasma spraying |
-
2006
- 2006-11-15 RU RU2006140244/02A patent/RU2353689C2/en active
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2509817C1 (en) * | 2012-12-05 | 2014-03-20 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Чувашский государственный университет имени И.Н. Ульянова" | Powder composite |
| RU2676126C1 (en) * | 2017-10-20 | 2018-12-26 | Акционерное общество "Композит" (АО "Композит") | Method for obtaining bar stock from intermetallic alloys for centrifugal plasma spraying |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| RU2006140244A (en) | 2008-05-20 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Shen et al. | Nanoindentation study on the creep resistance of SnBi solder alloy with reactive nano-metallic fillers | |
| EP2176019B1 (en) | Iron-based powder combination and process for producing it | |
| KR100970796B1 (en) | Iron-based powder combination for powder metallurgy | |
| JP2012513541A (en) | Method for producing diffusion-alloyed iron or iron-based powder, diffusion-alloyed powder, composition comprising the diffusion-alloyed powder, and molded and sintered parts produced from the composition | |
| KR101499707B1 (en) | Metallurgical powder composition and method of production | |
| JP6768392B2 (en) | Sputtering target material | |
| US11273489B2 (en) | Aluminum alloy powder formulations with silicon additions for mechanical property improvements | |
| US10774403B2 (en) | Iron-based alloy powder for powder metallurgy, and sinter-forged member | |
| RU2353689C2 (en) | Powder composite material and method of its receiving | |
| KR20200072618A (en) | Aluminum alloy having excellent strength and wear resistance | |
| Jun et al. | Mechanical and thermo-physical properties of rapidly solidified Al− 50Si− Cu (Mg) alloys for thermal management application | |
| WO2017002851A1 (en) | Sputtering target material | |
| JP6855614B2 (en) | Sputtering target material | |
| WO2009133920A1 (en) | High‑hardness shot material | |
| Khalid et al. | Microstructure and properties of sintered tungsten heavy alloys | |
| JP2022109749A (en) | Multi-component alloyed powder | |
| RU2394928C1 (en) | Procedure for production of powder composite material | |
| RU2175682C1 (en) | Powdered aluminum-based composite material and method of preparation thereof | |
| US1858244A (en) | Refractory composition | |
| US3012883A (en) | Niobium base alloy | |
| JP3104309B2 (en) | Manufacturing method of hot forged member made of Al-Si alloy with excellent toughness | |
| RU2016120C1 (en) | Powdery composite material | |
| US3188205A (en) | Columbium alloy | |
| RU2812936C1 (en) | Wear-resistant copper-based alloy | |
| TWI784294B (en) | Composite ceramic reinforcement material |