RU2413781C1 - Способ получения композиционного материала на металлической матрице, армированной квазикристаллами - Google Patents
Способ получения композиционного материала на металлической матрице, армированной квазикристаллами Download PDFInfo
- Publication number
- RU2413781C1 RU2413781C1 RU2009139785/02A RU2009139785A RU2413781C1 RU 2413781 C1 RU2413781 C1 RU 2413781C1 RU 2009139785/02 A RU2009139785/02 A RU 2009139785/02A RU 2009139785 A RU2009139785 A RU 2009139785A RU 2413781 C1 RU2413781 C1 RU 2413781C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- powder
- composite material
- quasicrystals
- matrix
- temperature
- Prior art date
Links
Landscapes
- Manufacture Of Alloys Or Alloy Compounds (AREA)
- Powder Metallurgy (AREA)
Abstract
Изобретение относится к области порошковой металлургии, в частности к получению композиционных материалов на металлической матрице, армированной квазикристаллами Al-Cu-Fe. Может использоваться для изготовления деталей узлов трения, работающих при температурах до 600°С, применяемых в авиационной, судостроительной, автомобилестроительной и других отраслях промышленности. Порошок квазикристаллов Al-Cu-Fe помещают в пресс-форму, пропитывают расплавом олова или свинца при температуре 300-400°С и давлении не более 400 МПа и измельчают. Полученный порошок смешивают с порошком медной матрицы, прессуют и экструдируют полученную смесь. Полученный изотропный металлический композиционный материал обладает высокой степенью термохимической стабильности, износостойкостью и бездефектной структурой. 1 з.п. ф-лы, 3 табл.
Description
Изобретение относится к области порошковой металлургии и может быть использовано при получении композиционных материалов на металлической матрице, армированной квазикристаллами Al-Cu-Fe, которые предназначены для деталей узлов трения, работающих при температурах до 600°C, применяемых в авиационной, судостроительной, автомобилестроительной и других отраслях промышленности.
Материалы, получаемые методами порошковой металлургии, то есть путем приготовления порошковых смесей, содержащих как матричный металл, так и армирующие компоненты, и компактирования этих смесей при температуре и давлении до образования однородного композиционного материала, обладают оптимальным уровнем свойств, таких как прочность, коэффициент трения, износостойкость. Эти материалы также могут подвергаться операциям деформирования и механической обработки на промышленном оборудовании, что в сочетании с низким удельным весом делают их привлекательными для применения в движущихся конструкциях в качестве узлов трения.
Известен способ получения металлического композиционного материала (МКМ), включающий смешивание исходных порошков металлов, один из которых имеет высокую прочность и жесткость, а другой - абразивную стойкость и поверхностную твердость. После смешивания смесь компактируют и прессуют в изделие. Причем один порошок предпочтительно выполнен из быстро кристаллизующегося сплава, а другой включает хотя бы один элемент, выбранный из группы, содержащей Al2O3, Si3N, BN, SiC, Al4C2, Al8B2O15, B2O3. Полученный материал имеет сочетание таких свойств, как высокая прочность и абразивная стойкость (патент США № 6274082)
Недостатком способа являются высокая энергоемкость процесса и повышенная хрупкость полученного композиционного материала.
Известен способ получения металлического композиционного материала с высокой абразивной стойкостью для пар трения. Материал получают путем смешивания 75-85 мас.%. порошка основного металла, выбранного из группы, содержащей порошки Cu, Sn, сплава Cu-Sn и 15-20 мас.% твердых частиц с получением механически легированного порошка, и добавления не более 3% твердой смазки и 2-85 мас.% другого порошка, выбранного из группы, содержащей основные металлические порошки, с последующим формованием и спеканием. Твердые частицы выбраны из группы, содержащей FeMo, FeCr, FeTi, FeW, FeB, размер частиц менее 15 мкм. Твердая смазка должна быть выбрана из группы, содержащей CaF2, MoS2, BN, размер частиц 30 мкм (заявка KR 20010061913).
Недостатком способа являются низкие трибологические свойства полученного композиционного материала при температурах выше 300°C.
Наиболее близким по технической сущности и назначению, взятый за прототип, является способ получения металлического композиционного материала на алюминиевой матрице, армированной квазикристаллами системы Al-Cu-Fe. Способ заключается в приготовлении смеси порошка матрицы и квазикристаллов, получении из этой смеси заготовки путем горячего изостатического прессования при температуре 450°C в инертной атмосфере (аргон) в течение 4 часов, горячей прокатке при температуре 450°C и холодной прокатке (патент США № 5851317).
Полученный таким образом металлический композиционный материал обладает хорошими механическими свойствами, значительно выше, чем у алюминия.
Недостатком этого способа является сложность, продолжительность и высокая стоимость осуществления технологии, большие габариты оборудования для горячего изостатического прессования и прокатки, невысокая степень термохимической стабильности и износостойкости. Кроме того, способ не позволяет получать материалы с температурой эксплуатации до 600°C.
Технической задачей данного изобретения является разработка способа получения недорогого изотропного металлического композиционного материала, армированного квазикристаллами Al-Cu-Fe, с повышенной степенью термохимической стабильности, износостойкостью, бездефектной структурой, работающего при температурах до 600°C.
Для достижения поставленной задачи предложен способ получения композиционного материала на металлической матрице, армированной квазикристаллами, включающий смешивание порошка матрицы с порошком квазикристаллов Al-Cu-Fe, с последующим деформированием полученной смеси, отличающийся тем, что в качестве металлической матрицы используют порошок меди, перед смешиванием порошок квазикристаллов помещают в пресс-форму и пропитывают расплавом олова или свинца при температуре 300-400°C и давлении не более 400 МПа с последующим измельчением, а деформирование полученной смеси осуществляют путем прессования и экструдирования.
Измельчение пропитанных квазикристаллов проводят в две стадии, на первой стадии пропитанные квазикристаллы измельчают в мелкую стружку с размером частиц не более 0,3-0,4 мм, на второй стадии измельчают стружку в порошок дисперсностью не более 40 мкм. При высоких температурах квазикристаллы взаимодействуют с матрицей, образуя бинарные соединения, и распадаются. Предварительная пропитка свинцом или оловом создает барьерный слой на поверхности частиц квазикристаллов, что позволяет защитить квазикристаллическую фазу от химического взаимодействия с матрицей при технологических температурах прессования и экструзии.
Измельчение пропитанных квазикристаллов в две стадии позволяет получать порошки дисперсностью не более 40 мкм с меньшими энерго- и трудозатратами. Порошок квазикристаллов дисперсностью больше чем 40 мкм хуже распределяется в матрице и не обеспечивает изотропность и трибологические свойства металлического композиционного материала.
Применение в качестве матрицы медного порошка также обеспечивает повышение износостойкости за счет снижения коэффициента трения.
Примеры осуществления
Пример 1. Получение металлического композиционного материала - 90% Cu и 10% квазикристаллов AL-Cu-Fe (стабилизированы свинцом).
200 г порошка квазикристаллов Al-Cu-Fe засыпали в пресс-форму и пропитали 200 г расплава свинца на гидравлическом прессе при температуре 400°C, давлении 400 МПа. Полученный полуфабрикат измельчили в две стадии. Первая стадия измельчения произведена на токарном станке до размера частиц не более 0,3-0,4 мм. Вторая стадия проведена в планетарной мельнице со стальными шарами диаметром 6-7 мм. Измельчение производилось до образования порошка размером частиц 40 мкм. Подготовленный порошок квазикристаллов смешали с порошком меди (в соотношении 10% вес. наполнителя 90% вес. матрицы). Порошки смешивали в турбулентном смесителе в течение двух часов. Приготовленную смесь засыпали в капсулы из алюминиевой фольги и прессовали в брикеты на гидравлическом прессе при температуре 600°C и давлении 500-550 МПа. Полученные брикеты экструдировали в пруток. Готовый материал содержал заданные 10% наполнителя квазикристаллов, стабилизированных барьерным слоем, и 90% меди. При исследовании структуры макро- и микродефектов не обнаружено.
Пример 2. Получение металлического композиционного материала - 90% Cu и 10% квазикристаллов AL-Cu-Fe (стабилизированы оловом).
200 г порошка квазикристаллов Al-Cu-Fe засыпали в пресс-форму и пропитали 200 г расплава олова на гидравлическом прессе при температуре 300°C, давлении 400 МПа. Полученный полуфабрикат подвергли механической обработке поверхности, а затем измельчили в две стадии. Первая стадия измельчения произведена на токарном станке до размера частиц не более 0,3-0,4 мм. Вторая стадия проведена в планетарной мельнице со стальными шарами диаметром 6-7 мм. Измельчение производилось до образования порошка размером частиц 30 мкм. Подготовленный порошок квазикристаллов смешали с порошком меди (в соотношении 10%вес. наполнителя 90% вес. матрицы). Порошки смешивали в турбулентном смесителе в течение двух часов. Приготовленную смесь засыпали в капсулы из алюминиевой фольги и прессовали в брикеты на гидравлическом прессе при температуре 600°C и давлении 500-550 МПа. Полученные брикеты экструдировали в пруток. Готовый материал содержал заданные 10% наполнителя квазикристаллов, стабилизированных барьерным слоем, и 90% меди. При исследовании структуры макро- и микродефектов не обнаружено.
Пример 3. Получение металлического композиционного материала - 90% AL и 10% квазикристаллов AL-Cu-Fe - по технологии прототипа.
Смешали порошки квазикристаллов Al-Cu-Fe и алюминия (в соотношении 10%вес. квазикристаллов и 90% вес. алюминия). Методом горячего изостатического прессования (ГИП) получили из этой смеси заготовку. Полученную заготовку подвергли горячей прокатке и холодной прокатке.
Полученный металлический композиционный материал был исследован методом рентгенофазового анализа. Квазикристаллическая фаза практически вся распалась по причине взаимодействия с матрицей при технологических температурах. Материал, полученный этим способом, обладал более низкими свойствами, чем материалы, выполненные предлагаемым способом.
Из экструдированного прутка были сделаны образцы из разных частей. Исследования показали незначительное различие твердости разных частей прутка, что свидетельствует о изотропности материала.
№ п/п | Часть прутка | Твердость, НВ |
1 | верх | 69 |
2 | середина | 70 |
3 | низ | 69 |
МКМ: 90% CuC и и 10% Al-Cu-Fe (стабилизированы свинцом).
№ п/п | Часть прутка | Твердость, НВ |
1 | верх | 71 |
2 | середина | 72 |
3 | низ | 71 |
МКМ: 90% Cu и 10% Al-Cu-Fe (стабилизированы оловом).
№ п/п | Часть прутка | Твердость, НВ |
1 | верх | 52 |
2 | середина | 55 |
3 | низ | 50 |
МКМ: 90% AL и 10% Al-Cu-Fe, по технологии прототипа.
Исследования плотности и пористости также подтвердили изотропность полученного материала.
Были проведены исследования степени износостойкости на образцах материалов, полученных по предлагаемому способу (1, 2) и способу прототипа (3). Степень износа на образцах МКМ, полученных по предлагаемому способу, составляет 4,32·10-6,в то время как степень износа на образцах МКМ, полученных по способу прототипа, составляет 4,83·10-4.
Износ контртела в образцах МКМ, выполненных по предлагаемому способу, слабо выражен, а в образцах, полученных по способу прототипа, износ контртела ярко выражен.
Образцы материалов, полученных разными способами, исследовали на степень термохимической стабильности. Образцы нагревали и выдерживали при различных температурах, затем с помощью рентгенофазового анализа устанавливали наличие квазикристаллической фазы и возможности образования новых второстепенных фаз. Было установлено, что вследствие взаимодействия неизолированных квазикристаллов с матрицей образуются новые бинарные соединения за счет перехода элементов из состава квазикристаллов в матрицу. При температуре 450°C квазикристаллическая фаза отчетливо заметна во всех образцах МКМ. При 500°C квазикристаллическая фаза полностью сохраняется в образцах МКМ, выполненных по примерам 1 и 2, но слабо различима в образцах, выполненных по технологии прототипа. При 550°C и 600°C квазикристаллическая фаза еще сохраняется в образцах, выполненных по примерам 1 и 2, в образцах, выполненных по технологии прототипа (пример 3), квазикристаллическая фаза не обнаружена.
Таким образом, применение предлагаемого способа позволяет получать изотропный функциональный металлический композиционный материал с бездефектной структурой и высокими трибологическими свойствами, низким удельным весом, который может быть использован в деталях трения, работающих при температурах до 600°C.
Claims (2)
1. Способ получения композиционного материала на металлической матрице, армированной квазикристаллами, включающий смешивание порошка матрицы с порошком квазикристаллов Al-Cu-Fe и последующее деформирование полученной смеси, отличающийся тем, что в качестве металлической матрицы используют порошок меди, перед смешиванием порошок квазикристаллов помещают в пресс-форму и пропитывают расплавом олова или свинца при температуре 300-400°С и давлении не более 400 МПа с последующим измельчением, а деформирование полученной смеси осуществляют путем прессования и экструдирования.
2. Способ по п.1, отличающийся тем, что измельчение пропитанных квазикристаллов Al-Cu-Fe проводят в две стадии, при этом на первой стадии пропитанные квазикристаллы измельчают в мелкую стружку с размером частиц не более 0,3-0,4 мм, а на второй стадии измельчают стружку в порошок дисперсностью не более 40 мкм.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2009139785/02A RU2413781C1 (ru) | 2009-10-28 | 2009-10-28 | Способ получения композиционного материала на металлической матрице, армированной квазикристаллами |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2009139785/02A RU2413781C1 (ru) | 2009-10-28 | 2009-10-28 | Способ получения композиционного материала на металлической матрице, армированной квазикристаллами |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2413781C1 true RU2413781C1 (ru) | 2011-03-10 |
Family
ID=46311136
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2009139785/02A RU2413781C1 (ru) | 2009-10-28 | 2009-10-28 | Способ получения композиционного материала на металлической матрице, армированной квазикристаллами |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2413781C1 (ru) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
EA033554B1 (ru) * | 2017-10-25 | 2019-10-31 | Belarusian National Technical Univ | Способ изготовления композиционного материала с макрогетерогенной структурой |
-
2009
- 2009-10-28 RU RU2009139785/02A patent/RU2413781C1/ru active
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
EA033554B1 (ru) * | 2017-10-25 | 2019-10-31 | Belarusian National Technical Univ | Способ изготовления композиционного материала с макрогетерогенной структурой |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Showaiter et al. | Compaction, sintering and mechanical properties of elemental 6061 Al powder with and without sintering aids | |
CN109321767B (zh) | 一种复合强化法制备混杂颗粒增强铝基复合材料的方法 | |
Erdemir et al. | Corrosion and wear behavior of functionally graded Al2024/SiC composites produced by hot pressing and consolidation | |
Burke et al. | Sintering fundamentals of magnesium powders | |
WO2010026794A1 (ja) | Ti粒子分散マグネシウム基複合材料およびその製造方法 | |
CA1284896C (en) | Method for producing dispersion strengthened aluminum alloys | |
Suśniak et al. | An experimental study of aluminum alloy matrix composite reinforced sic made by hot pressing method | |
Lu et al. | The influence of particle surface oxidation treatment on microstructure and mechanical behavior of 3D-SiCp/A356 interpenetrating composites fabricated by pressure infiltration technique | |
RU2413781C1 (ru) | Способ получения композиционного материала на металлической матрице, армированной квазикристаллами | |
RU2246379C1 (ru) | Способ получения композиционного материала | |
WO2016141160A1 (en) | Metal matrix composite granules and methods of making and using the same | |
JP4397425B1 (ja) | Ti粒子分散マグネシウム基複合材料の製造方法 | |
Youseffi et al. | PM processing of elemental and prealloyed 6061 aluminium alloy with and without common lubricants and sintering aids | |
CN104651643A (zh) | 一种双尺度SiC颗粒增强铝基复合材料的制备方法 | |
RU2436656C1 (ru) | Способ получения антифрикционного изделия из композиционного материала | |
Youseffi et al. | Sintering and mechanical properties of prealloyed 6061 Al powder with and without common lubricants and sintering aids | |
Wu et al. | Back pressure equal channel angular consolidation—Application in producing aluminium matrix composites with fine flyash particles | |
Araújo Filho et al. | Manufacturing and characterization of AA1100 aluminum alloy metal matrix composites reinforced by silicon carbide and alumina processed by powder metallurgy | |
JP7266269B2 (ja) | Mg基焼結複合材とその製造方法および摺動部材 | |
Madhusudhana et al. | Study on preparation and mechanical characterization of alluminium-albite composites using powder metallurgy technique | |
Sankar et al. | Microstructural characterization and mechanical behavior of copper matrix composites reinforced by B4C and sea shell powder | |
RU2789324C1 (ru) | Износостойкий антифрикционный материал на основе двухфазного сплава Al-Sn, легированного железом, и способ его получения | |
Hembrom et al. | Studies on amorphous alloy dispersed aluminium matrix composite prepared by high pressure torsion | |
Haleem et al. | Preparing and studying some mechanical properties of aluminum matrix composite materials reinforced by Al2O3 particles | |
RU2418085C1 (ru) | Способ получения спеченного материала на основе цинка (варианты) |