RU2461530C1 - METHOD OF PRODUCING Al2O3-Al COMPOSITE MATERIAL - Google Patents

METHOD OF PRODUCING Al2O3-Al COMPOSITE MATERIAL Download PDF

Info

Publication number
RU2461530C1
RU2461530C1 RU2011116745/03A RU2011116745A RU2461530C1 RU 2461530 C1 RU2461530 C1 RU 2461530C1 RU 2011116745/03 A RU2011116745/03 A RU 2011116745/03A RU 2011116745 A RU2011116745 A RU 2011116745A RU 2461530 C1 RU2461530 C1 RU 2461530C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
temperature
air
mixture
workpiece
room temperature
Prior art date
Application number
RU2011116745/03A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Дмитрий Алексеевич Иванов (RU)
Дмитрий Алексеевич Иванов
Александр Владимирович Иванов (RU)
Александр Владимирович Иванов
Александр Анатольевич Ильин (RU)
Александр Анатольевич Ильин
Сергей Дмитриевич Шляпин (RU)
Сергей Дмитриевич Шляпин
Original Assignee
Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "МАТИ"- Российский государственный технологический университет им. К.Э. Циолковского
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "МАТИ"- Российский государственный технологический университет им. К.Э. Циолковского filed Critical Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "МАТИ"- Российский государственный технологический университет им. К.Э. Циолковского
Priority to RU2011116745/03A priority Critical patent/RU2461530C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2461530C1 publication Critical patent/RU2461530C1/en

Links

Landscapes

  • Powder Metallurgy (AREA)

Abstract

FIELD: chemistry.
SUBSTANCE: invention relates to the technology of composite materials - cermets, and can be used in producing wear-resistant articles used in tribocouplings. To produce an Al2O3 - Al cermet, aluminium powder with stearic coating on plate-like particles was mixed with aqueous solution of liquid glass with its content in the mixture of 1.0-2.5 wt % with respect to dry residue of substance. The mixture was held at room temperature until completion of the process of formation of sodium stearate and glycerine and then granulated by forcing through a sieve with cell size of 1.5-3.0 mm and then dried. A workpiece was pressed from the mixture at pressure 100-500 MPa and then heat treated in air at temperature 250-300°C for 2.5-10 hours. The workpiece was then heated with an air heat carrier to temperature 550-600°C in order to initiate self-propagating high-temperature synthesis (SHS) and maintaining that temperature for 45-60 minutes. At the end of isothermic holding, the article was cooled on air to room temperature. The composite material has density of 2.1-2.35 g/cm3, impact-bending strength of 10.7·103-12.0·103 J/m2, coefficient of sliding friction (counterface - SHX-15 steel, normal load - 1SH) on a "rod-disc" scheme 0.13-0.17.
EFFECT: high resistance of the material to destruction due to impact load and lower coefficient of sliding friction.
3 cl, 3 ex, 1 tbl

Description

Изобретение относится к технологии композиционных материалов-керметов и может быть использовано для получения прочных, износостойких изделий, работающих в трибосопряжениях в условиях воздействия статических и динамических нагрузок.The invention relates to the technology of composite cermet materials and can be used to obtain durable, wear-resistant products operating in tribological conjugation under the influence of static and dynamic loads.

Известен способ получения композиционного материала Al2O3 - Al [1], включающий приготовление шихты путем смешивания алюминиевого порошка ПАП-2, состоящего из частиц пластинчатой формы со стеариновым покрытием, с водным раствором поливинилового спирта, ее сушку до заданной остаточной влажности (3-10%), прессование заготовки под давлением 1,25·10-2-2,5·10-2 МПа, выжиг из нее на воздухе органической связки, дополнительное прессование заготовки под давлением 520-600 МПа и инициирование процесса самораспространяющегося высокотемпературного синтеза путем нагрева заготовки воздушным теплоносителем до температуры 550-600°C с последующим ее охлаждением за счет выдержки на воздухе при комнатной температуре.A known method of producing a composite material Al 2 O 3 - Al [1], including the preparation of a mixture by mixing aluminum powder PAP-2, consisting of lamellar particles with a stearin coating, with an aqueous solution of polyvinyl alcohol, drying it to a predetermined residual moisture content (3- 10%), pressing the workpiece under pressure of 1.25 · 10 -2 -2.5 · 10 -2 MPa, burning out it in air organic binder, an additional pressing the workpiece under pressure 520-600 MPa and initiating the process of self-propagating high-temperature synthesis way heating the workpiece to an air-cooled temperature of 550-600 ° C, followed by cooling due to its exposure to air at room temperature.

Недостатком этого способа является его высокая трудоемкость, связанная с необходимостью реализации достаточно большого количества технологических операций. Кроме того, материал, полученный по данному способу, демонстрирует относительно высокий коэффициент трения в трибосопряжениях со стальным контртелом, а также недостаточно высокое сопротивление разрушению при воздействии удара.The disadvantage of this method is its high complexity associated with the need to implement a sufficiently large number of technological operations. In addition, the material obtained by this method demonstrates a relatively high coefficient of friction in tribological conjugations with a steel counterbody, as well as insufficiently high resistance to fracture when exposed to impact.

Наиболее близким к заявляемому по технической сущности и достигаемому эффекту является способ получения композиционного материала Al2O3 - Al [2], (принятый за прототип), включающий термообработку на воздухе (220-250°C) алюминиевого порошка ПАП-2, состоящего из частиц пластинчатой формы со стеариновым покрытием, приготовление шихты путем его смешивания с водным раствором жидкого стекла в количестве 3-15% масс в пересчете на сухой остаток вещества, сушку шихты на воздухе при температуре 20-60°C до полного удаления влаги, прессование из нее заготовки под давлением 620-700 МПа, инициирование процесса самораспространяющегося высокотемпературного синтеза путем нагрева заготовки воздушным теплоносителем до температуры 610-650°C с последующей изотермической выдержкой в течение 1-5 часов и охлаждением за счет выдержки нагретого изделия на воздухе при комнатной температуре. В данном случае термообработку на воздухе порошка ПАП-2 проводят с целью удаления стеарина с поверхности его частиц.The closest to the claimed technical essence and the achieved effect is a method of producing a composite material Al 2 O 3 - Al [2], (adopted as a prototype), including heat treatment in air (220-250 ° C) of aluminum powder PAP-2, consisting of lamellar particles with a stearin coating, the preparation of the mixture by mixing it with an aqueous solution of liquid glass in an amount of 3-15% of the mass, calculated on the dry residue of the substance, drying the mixture in air at a temperature of 20-60 ° C until complete removal of moisture, pressing from it blanks for d pressure of 620-700 MPa, the initiation of the process of self-propagating high-temperature synthesis by heating the workpiece with an air coolant to a temperature of 610-650 ° C followed by isothermal exposure for 1-5 hours and cooling by holding the heated product in air at room temperature. In this case, heat treatment of PAP-2 powder in air is carried out in order to remove stearin from the surface of its particles.

Недостатком способа-прототипа является относительно высокий коэффициент трения, присущий получаемому материалу в паре трения со стальным контртелом, а также недостаточная прочность при ударном воздействии нагрузки.The disadvantage of the prototype method is the relatively high coefficient of friction inherent in the resulting material in a pair of friction with a steel counterbody, as well as insufficient strength under shock impact of the load.

Технической задачей данного изобретения является снижение коэффициента трения при трибосопряжении материала со стальным контртелом, а также увеличение его прочности при ударе.An object of the present invention is to reduce the coefficient of friction during tribological conjugation of a material with a steel counterbody, as well as to increase its strength upon impact.

Для выполнения поставленной задачи в способе получения композиционного материала Al2O3 - Al, включающем приготовление шихты смешиванием алюминиевого порошка, состоящего из частиц пластинчатой формы, с водным раствором жидкого стекла, сушку шихты, прессование заготовки, инициирование процесса самораспространяющегося высокотемпературного синтеза путем нагрева заготовки воздушным теплоносителем и охлаждение за счет выдержки нагретого изделия на воздухе при комнатной температуре, для смешивания используют алюминиевый порошок, пластинчатые частицы которого содержат стеариновое покрытие, а водный раствор жидкого стекла добавляют в количестве 1,0-2,5 мас.% в пересчете на сухой остаток вещества, перед сушкой смесь выдерживают при комнатной температуре до завершения процесса образования стеарата натрия и глицерина, затем ее гранулируют путем продавливания через сито с размером ячеек 1,5-3,0 мм, перед инициированием процесса самораспространяющегося высокотемпературного синтеза отпрессованную заготовку термообрабатывают на воздухе при температуре 250-300°C в течение 2,5-10 часов.To accomplish the task in a method for producing a composite material Al 2 O 3 - Al, which includes preparing a mixture by mixing an aluminum powder consisting of plate-shaped particles with an aqueous solution of liquid glass, drying the mixture, pressing the preform, initiating the process of self-propagating high-temperature synthesis by heating the preform with air coolant and cooling due to exposure of a heated product in air at room temperature, aluminum powder, a plate is used for mixing The particles of which contain a stearin coating, and an aqueous solution of water glass is added in an amount of 1.0-2.5 wt.%, calculated on the dry residue of the substance, before drying, the mixture is kept at room temperature until the formation of sodium stearate and glycerol is completed, then it granulated by pressing through a sieve with a mesh size of 1.5-3.0 mm, before initiating the process of self-propagating high-temperature synthesis, the pressed preform is heat treated in air at a temperature of 250-300 ° C for 2.5-10 hours.

Кроме того, в предложенном способе прессование заготовки проводят под давлением 100-500 МПа, а ее нагрев воздушным теплоносителем, для инициирования самораспространяющегося высокотемпературного синтеза, проводят до температуры 550-600°C при времени изотермической выдержки 45-60 минут.In addition, in the proposed method, the pressing of the preform is carried out under a pressure of 100-500 MPa, and its heating with an air coolant, to initiate self-propagating high-temperature synthesis, is carried out to a temperature of 550-600 ° C with an isothermal exposure time of 45-60 minutes.

Для получения материала по заявленному способу в качестве исходного сырья использовали алюминиевый порошок марки ПАП-2 (ГОСТ-5494-95), состоящий из частиц пластинчатой формы (преобладающие размеры частиц: по длине 10-100 мкм, по ширине 5-50 мкм, по толщине 0,5-1,0 мкм). Частицы порошка, как продукта промышленной поставки, покрыты тонким слоем стеарина (3,0 мас.%), вводимым в качестве жировой добавки на этапе их измельчения в шаровой мельнице.To obtain the material according to the claimed method, aluminum powder of the PAP-2 grade (GOST-5494-95), consisting of lamellar particles (prevailing particle sizes: 10-100 μm in length, 5-50 μm in width, according to 0.5-1.0 μm thick). Particles of powder, as a product of industrial supply, are coated with a thin layer of stearin (3.0 wt.%), Introduced as a fat additive at the stage of their grinding in a ball mill.

Для приготовления шихты в заданную навеску исходного порошка ПАП-2 вводили расчетный объем водного раствора жидкого стекла - гидросиликата натрия (nNa2O3·mSiO2·SiO2·xH2O, где m/n - модуль жидкого стекла, варьируемый от 1 до 4, величина x изменяется в пределах от 1 до 14).To prepare the charge, the calculated volume of an aqueous solution of water glass — sodium hydrosilicate (nNa 2 O 3 · mSiO 2 · SiO 2 · xH 2 O, where m / n is the module of water glass, varying from 1 to 4, the value of x varies from 1 to 14).

Перемешивание компонентов шихты производили непрерывно при помощи пропеллерной мешалки. Смесь выдерживали при комнатной температуре в течение времени, необходимого для завершения химической реакции образования стеарата натрия и глицерина на поверхности частиц порошка ПАП-2. Эта реакция:Mixing of the charge components was carried out continuously using a propeller mixer. The mixture was kept at room temperature for the time required to complete the chemical reaction of the formation of sodium stearate and glycerol on the surface of the particles of PAP-2 powder. This reaction:

Figure 00000001
Figure 00000001

характеризуется определенной изотермической кинетикой и при комнатной температуре (18-25°C), в соответствии с экспериментальными данными, требуется от 0,5 до 1,0 часа для ее завершения. После окончания реакции (1), протекающей в тонком слое на поверхности пластинчатых алюминиевых частиц, образуется пластичная масса, напоминающая влажную глину (глиноподобная масса). В данной реакции щелочь (NaOH) является продуктом гидролиза силиката натрия.characterized by certain isothermal kinetics and at room temperature (18-25 ° C), in accordance with experimental data, it takes from 0.5 to 1.0 hours to complete it. After the end of reaction (1), proceeding in a thin layer on the surface of plate aluminum particles, a plastic mass is formed that resembles wet clay (clay-like mass). In this reaction, alkali (NaOH) is the product of hydrolysis of sodium silicate.

При содержании жидкого стекла в смеси (С) менее 1,0 мас.% (в пересчете на сухой остаток вещества) пластичность получаемой массы недостаточна для проведения операции ее гранулирования путем продавливания через сито. Увеличение С более 2,5 мас.% не целесообразно, так как снижаются триботехнические свойства спеченного материала (резко повышается коэффициент трения в паре со стальным контртелом из-за повышенного содержания в материале силикатов натрия).When the content of liquid glass in the mixture (C) is less than 1.0 wt.% (In terms of the dry residue of the substance), the plasticity of the resulting mass is insufficient for the operation of granulating it by forcing through a sieve. An increase in C of more than 2.5 wt.% Is not advisable, since the tribotechnical properties of the sintered material are reduced (the friction coefficient paired with a steel counterbody increases sharply due to the increased content of sodium silicates in the material).

Гранулирование массы достаточно производительно обеспечивается ее продавливанием через ячейки сита. Использование сита с размером ячеек (N) менее 1,5 мм не дает возможности провести операцию гранулирования вследствие чрезмерно высокого сопротивления продавливанию массы. Применение сита с величиной N более 3,0 мм не целесообразно вследствие разрушения гранул.Granulation of the mass is quite efficiently ensured by its forcing through sieve cells. The use of a sieve with a mesh size (N) of less than 1.5 mm makes it impossible to carry out the granulation operation due to the excessively high resistance to bursting of the mass. The use of sieves with an N value of more than 3.0 mm is not advisable due to the destruction of the granules.

Влажную шихту (совокупность гранул, полученных продавливанием через сито) высушивали до полного удаления влаги и прессовали с целью изготовления заготовок. Давление прессования (Р) менее 100 МПа приводило к снижению прочности при ударе, увеличение Р более 500 МПа давало эффект образования «перепрессовочных трещин».The wet mixture (a set of granules obtained by pressing through a sieve) was dried to completely remove moisture and pressed to produce blanks. Pressing pressure (P) of less than 100 MPa led to a decrease in impact strength, an increase of P of more than 500 MPa gave the effect of the formation of “repressive cracks”.

Перед инициированием процесса самораспространяющегося высокотемпературного синтеза (СВС) отпрессованную заготовку термообрабатывали на воздухе для частичного разложения смеси стеарата натрия с глицерином и удаления газообразных продуктов разложения в соответствии с химическими реакциями:Before initiating the process of self-propagating high-temperature synthesis (SHS), the pressed billet was heat treated in air to partially decompose a mixture of sodium stearate with glycerin and remove gaseous decomposition products in accordance with chemical reactions:

Figure 00000002
Figure 00000002

Figure 00000003
Figure 00000003

Окончательное разложение смеси стеарата натрия с глицерином завершается при протекании СВС-процесса, а ее предварительное, частичное разложение, согласно реакциям 2 и 3, преследует цель медленного отвода большей доли газообразных продуктов из заготовки. Если указанную термообработку предварительно не проводить, то при инициировании СВС газообразные продукты создают повышенное давление внутри спекаемой заготовки» что приводит к ее разрушению.The final decomposition of the mixture of sodium stearate with glycerin is completed during the course of the SHS process, and its preliminary, partial decomposition, according to reactions 2 and 3, is aimed at the slow removal of a larger proportion of gaseous products from the workpiece. If the specified heat treatment is not preliminarily carried out, then upon initiation of the SHS, gaseous products create increased pressure inside the sintered billet ”, which leads to its destruction.

Снижение температуры термообработки (T1) менее 250°C и времени изотермической выдержки (τ1) менее 2,5 часов невозможно, поскольку в этом случае не обеспечивается достаточный отвод газообразных продуктов реакции из заготовки. Увеличение T1 и τ1 более 300°C и 10 часов (соответственно) не целесообразно, поскольку при этих температурно-временных параметрах достигается медленный отвод основной доли газообразных продуктов реакции (1) и при последующем инициировании СВС разрушения спекаемой заготовки не наблюдалось.A decrease in the heat treatment temperature (T 1 ) of less than 250 ° C and the time of isothermal exposure (τ 1 ) of less than 2.5 hours is not possible, since in this case a sufficient removal of gaseous reaction products from the workpiece is not provided. An increase in T 1 and τ 1 of more than 300 ° C and 10 hours (respectively) is not advisable, since at these temperature-time parameters a slow removal of the main portion of the gaseous reaction products (1) is achieved and no subsequent destruction of the sintered billet was observed upon subsequent initiation of the SHS.

Инициирование процесса СВС достигалось за счет нагрева заготовки воздушным теплоносителем до заданной температуры (T2). Снижение Т2 менее 550°C не приводило к инициированию СВС, а превышение Т2 более 600°C невозможно, так как наблюдался выброс алюминиевого расплава из заготовки. Время изотермической выдержки (τ2) менее 45 минут (при температуре T2) не обеспечивало удовлетворительного уровня прочностных свойств спеченной заготовки, увеличение τ2 более 60 минут не оправдано, так как улучшения механических и трибологических свойств спеченного материала не наблюдалось.The initiation of the SHS process was achieved by heating the workpiece with an air coolant to a predetermined temperature (T 2 ). A decrease in T 2 of less than 550 ° C did not lead to the initiation of SHS, and an excess of T 2 of more than 600 ° C is impossible, since an emission of aluminum melt from the workpiece was observed. The isothermal exposure time (τ 2 ) of less than 45 minutes (at a temperature of T 2 ) did not provide a satisfactory level of the strength properties of the sintered billet, an increase of τ 2 of more than 60 minutes is not justified, since no improvement in the mechanical and tribological properties of the sintered material was observed.

После инициирования процесса СВС наблюдается фильтрациониое горение заготовки, механизм которого совпадает с механизмом, реализуемым в способе-прототипе {2]. После завершения фильтрационного горения достигается спекание материала и формирование его конечного фазового состава. Методом рентгенофазового анализа установлено, что в объеме спеченного материала синтезированы следующие кристаллические фазы - Si, Al2O3, Na2Si2O5, С, распределенные в алюминиевой матрице. Образование указанных кристаллических фаз связано с протеканием следующих химических реакций:After initiating the SHS process, filtration combustion of the preform is observed, the mechanism of which coincides with the mechanism implemented in the prototype method {2]. After completion of filtration combustion, sintering of the material and the formation of its final phase composition are achieved. By the method of x-ray phase analysis it was found that the following crystalline phases were synthesized in the volume of sintered material — Si, Al 2 O 3 , Na 2 Si 2 O 5, C, distributed in an aluminum matrix. The formation of these crystalline phases is associated with the occurrence of the following chemical reactions:

Figure 00000004
Figure 00000004

Figure 00000005
Figure 00000005

Figure 00000006
Figure 00000006

Figure 00000007
Figure 00000007

Figure 00000008
Figure 00000008

Figure 00000009
Figure 00000009

Figure 00000010
Figure 00000010

Figure 00000011
Figure 00000011

Figure 00000012
Figure 00000012

Химические реакции (4)-(10) обеспечивают образование твердых кристаллических кремниевых, алюмоокеидных и натрий-силикатных включений в пластичной алюминиевой матрице. Эти включения повышают твердость и износостойкость материала. Указанные реакции реализуются также и в способе-прототипе [2]. В заявленном способе, по сравнению с прототипом, дополнительно имеют место реакции термического разложения стеарата натрия (2) и глицерина (3) с образованием углеродного остатка в виде тонких молекулярных слоев по поверхности пластинчатых алюминиевых частиц, слагающих структуру спеченного изделия.Chemical reactions (4) - (10) provide the formation of solid crystalline silicon, aluminum oxide and sodium silicate inclusions in a plastic aluminum matrix. These inclusions increase the hardness and wear resistance of the material. These reactions are also implemented in the prototype method [2]. In the claimed method, in comparison with the prototype, there are additionally reactions of thermal decomposition of sodium stearate (2) and glycerol (3) with the formation of a carbon residue in the form of thin molecular layers on the surface of plate aluminum particles that compose the structure of the sintered product.

Полученный углеродный остаток выполняет функцию твердой смазки, способной значительно снижать коэффициент трения в трибосопряжениях. Кроме того, при воздействии удара» благодаря оптимальному локальному ослаблению границ раздела между пластинчатыми частицами, зафиксирован весьма энергоемкий механизм разрушения. Он связан с вовлечением в разрушение значительного объема материала, сопровождающегося сдвигом слоев относительно друг друга и их вырывом. При этом высокая работа разрушения обеспечивается преодолением сил трения между пластинчатыми частицами в протяженной зоне разрушения.The obtained carbon residue performs the function of a solid lubricant capable of significantly reducing the friction coefficient in tribological conjugations. In addition, when exposed to impact, ”due to the optimal local weakening of the interface between the lamellar particles, a very energy-intensive fracture mechanism was recorded. It is associated with the involvement in the destruction of a significant amount of material, accompanied by a shift of the layers relative to each other and their breakout. Moreover, the high work of destruction is provided by overcoming the frictional forces between the plate particles in an extended fracture zone.

Благодаря указанным эффектам достигается решение поставленной технической задачи изобретения.Thanks to these effects, a solution to the technical problem of the invention is achieved.

Примеры реализации заявленного способаExamples of the implementation of the claimed method

Пример 1. С целью приготовления шихты смешивали 100 грамм алюминиевого порошка (марки ПАП-2) с раствором жидкого стекла (ГОСТ 13078-81). Для обеспечения содержания в шихте жидкого стекла в количестве (Co) 2,5% (в пересчете на сухой остаток вещества) исходный жидкий продукт разбавляли дистиллированной водой (к 4,69 см3 жидкого стекла добавляли 95,31 см3 воды), величина разбавления составляла ~1:20 (1 часть жидкого стекла к 20 частям воды). Смешивание компонентов в течение 30 минут производили в фарфоровой емкости при помощи пропеллерной мешалки. После распределения разбавленного водного раствора жидкого стекла в объеме порошка перемешивание прекращали. Смесь выдерживали до завершения процесса образования стеарата натрия и глицерина (30 минут). Признаком окончания синтеза стеарата натрия и глицерина на поверхности пластинчатых алюминиевых частиц является превращение начальной порошковой смеси в глиноподобную вязкую массу.Example 1. In order to prepare the mixture, 100 grams of aluminum powder (grade PAP-2) was mixed with a solution of liquid glass (GOST 13078-81). To ensure the content of liquid glass in the charge in the amount of (C o ) 2.5% (in terms of the dry residue of the substance), the initial liquid product was diluted with distilled water (95.31 cm 3 of water was added to 4.69 cm 3 of liquid glass), dilution was ~ 1: 20 (1 part liquid glass to 20 parts water). The components were mixed for 30 minutes in a porcelain container using a propeller stirrer. After distribution of the diluted aqueous solution of water glass in the volume of the powder, stirring was stopped. The mixture was kept until the formation of sodium stearate and glycerol was completed (30 minutes). A sign of the end of the synthesis of sodium stearate and glycerol on the surface of plate aluminum particles is the transformation of the initial powder mixture into a clay-like viscous mass.

Ее гранулировали путем продавливания через сито с размером ячеек (N) 3,0 мм. После высушивания на воздухе полученных гранул (до нулевой влажности при температуре 60°C) была получена гранулированная шихта. Заготовку прессовали, прикладывая давление (Р) 500 МПа к засыпке гранул в стальной пресс-форме на гидравлическом прессе П-50.It was granulated by forcing through a sieve with a mesh size (N) of 3.0 mm. After drying the obtained granules in air (to zero humidity at a temperature of 60 ° C), a granular charge was obtained. The billet was pressed by applying a pressure (P) of 500 MPa to the filling of granules in a steel mold on a P-50 hydraulic press.

Отпрессованную заготовку термообрабатывали в сушильном шкафу на воздухе при температуре (T1) 300°C в течение времени (τ1), равного 2,5 часа.The pressed billet was heat-treated in an oven in air at a temperature (T 1 ) of 300 ° C for a time (τ 1 ) of 2.5 hours.

После этого заготовку помещали в муфельную печь и нагревали на воздухе до температуры (T2) 600°C. В результате происходило инициирование процесса СВС. Его начало визуально фиксировалось по свечению заготовки, которую выдерживали в печном пространстве при Т2 в течение времени (τ2) - 60 минут. По завершении выдержки спеченное изделие извлекали из печи и охлаждали при комнатной температуре.After that, the preform was placed in a muffle furnace and heated in air to a temperature (T 2 ) of 600 ° C. As a result, the SHS process was initiated. Its beginning was visually recorded by the glow of the workpiece, which was kept in the furnace space at T 2 for a time (τ 2 ) of 60 minutes. Upon completion of exposure, the sintered product was removed from the furnace and cooled at room temperature.

Согласно данным РФА основной фазовый состав спеченного материала был следующим (об.%): Al - 80%, γ-Al2O3 - 10%, α-Na2Si2O5 - 6%, Si - 2%, С - 2%.According to the XRD data, the main phase composition of the sintered material was as follows (vol.%): Al - 80%, γ-Al 2 O 3 - 10%, α-Na 2 Si 2 O 5 - 6%, Si - 2%, C - 2%

Пример 2. Все технологические операции и их последовательность совпадают с описанными в примере 1.Example 2. All technological operations and their sequence coincide with those described in example 1.

100 грамм алюминиевого порошка ПАП-2 смешивали с водным раствором жидкого стекла (1,87 см жидкого стекла + 98,13 см3 воды), величина разбавления составляла ~1:52 (1 часть жидкого стекла к 52 частям воды). Величина Со составляла 1,0%.100 grams of aluminum powder PAP-2 was mixed with an aqueous solution of liquid glass (1.87 cm of liquid glass + 98.13 cm 3 of water), the dilution was ~ 1: 52 (1 part of liquid glass to 52 parts of water). The value of C about was 1.0%.

Гранулирование полученной смеси производили путем ее продавливания через сито с размером ячеек (N) 1,5 мм. Заготовку прессовали при Р, равном 100 МПа. Отпрессованную заготовку термообрабатывали в сушильном шкафу на воздухе (T1=250°C, τ1=10 часов).The resulting mixture was granulated by forcing it through a sieve with a mesh size (N) of 1.5 mm. The workpiece was pressed at P equal to 100 MPa. The pressed billet was heat treated in an air oven (T 1 = 250 ° C, τ 1 = 10 hours).

Инициирование процесса СВС производили при Т2, равной 550°C, последующую выдержку спекаемой заготовки в печном пространстве осуществляли при τ2, равном 45 минут.The SHS process was initiated at T 2 equal to 550 ° C, the subsequent exposure of the sintered billet in the furnace space was carried out at τ 2 equal to 45 minutes.

Согласно данным РФА основной фазовый состав спеченного материала был следующим (об.%): Al - 73%, γ-Al2O3 - 15%, α-Na2Si2O5 - 7%, Si - 4%, C - 1%.According to the XRD data, the main phase composition of the sintered material was as follows (vol.%): Al - 73%, γ-Al 2 O 3 - 15%, α-Na 2 Si 2 O 5 - 7%, Si - 4%, C - one%.

Пример 3. Все технологические операции и их последовательность совпадают с описанными в примере 1.Example 3. All technological operations and their sequence coincide with those described in example 1.

100 грамм алюминиевого порошка ПАП-2 смешивали с водным раствором жидкого стекла (3,28 см3 жидкого стекла + 96,72 см3 воды), величина разбавления составляла ~1:29 (1 часть жидкого стекла к 29 частям воды). Величина Сo составляла 1,75%.100 grams of aluminum powder PAP-2 was mixed with an aqueous solution of liquid glass (3.28 cm 3 of liquid glass + 96.72 cm 3 of water), the dilution was ~ 1: 29 (1 part of liquid glass to 29 parts of water). The value of C o was 1.75%.

Гранулирование полученной смеси производили путем ее продавливания через сито с размером ячеек (N) 2,0 мм. Заготовку прессовали при Р, равном 300 МПа. Отпрессованную заготовку термообрабатывали в сушильном шкафу на воздухе (T1=275°C, τ1=6,25 часа).The resulting mixture was granulated by forcing it through a sieve with a mesh size (N) of 2.0 mm. The workpiece was pressed at P equal to 300 MPa. The pressed billet was heat treated in an air oven (T 1 = 275 ° C, τ 1 = 6.25 hours).

Инициирование процесса СВС производили при T2, равной 575°C, последующую выдержку спекаемой заготовки в печном пространстве осуществляли при τ2, равном 53 минуты.The SHS process was initiated at T 2 equal to 575 ° C, the subsequent exposure of the sintered billet in the furnace space was carried out at τ 2 equal to 53 minutes.

Согласно данным РФА основной фазовый состав спеченного материала был следующим (об.%): Al - 78%, γ-Al2O3 - 12%, α-Na2Si2O5 - 6,5%, Si - 2%, С - 1,5%.According to the XRD data, the main phase composition of the sintered material was as follows (vol.%): Al - 78%, γ-Al 2 O 3 - 12%, α-Na 2 Si 2 O 5 - 6.5%, Si - 2%, C - 1.5%.

В таблице представлены результаты испытаний материала, полученного по заявленному способу, в сравнении с материалами, изготовленными по способу-аналогу и способу-прототипу.The table shows the test results of the material obtained by the claimed method, in comparison with materials manufactured by the method similar to the prototype method.

Коэффициент трения скольжения определяли по схеме «стержень-диск» на приборе Tribometer, CSM Instr. В качестве контртела использовали шарик диаметром 3 мм из стали ШХ-15. Нормальная нагрузка составляла 1 Н, а линейная скорость перемещения контртела относительно диска (диаметр - 20 мм, высота - 8 мм) - 10 см/сек.The sliding friction coefficient was determined according to the "rod-disk" scheme on a Tribometer, CSM Instr. A ball with a diameter of 3 mm made of ShKh-15 steel was used as a counterbody. The normal load was 1 N, and the linear velocity of the counterbody relative to the disk (diameter - 20 mm, height - 8 mm) - 10 cm / sec.

Прочность при ударном изгибе [3] определяли с использованием маятникового копра на призматических образцах с размерами 7×7×50 мм, расстояние между опорами - 32 мм. Скорость движения ударного диска - 5 м/с.Impact bending strength [3] was determined using a pendulum driver on prismatic samples with dimensions of 7 × 7 × 50 mm, and the distance between the supports was 32 mm. The velocity of the shock disk is 5 m / s.

Как видно из приведенных в таблице данных, достигается улучшение механических характеристик материала, полученного по предложенному способу, в сравнении с материалом, изготовленным по способу-прототипу (прочность при ударном изгибе возрастает в 1,6-2,0 раза, а среднее значение коэффициента трения скольжения снижается в 1,73 раза).As can be seen from the data in the table, an improvement is achieved in the mechanical characteristics of the material obtained by the proposed method in comparison with the material manufactured by the prototype method (the strength under shock bending increases by 1.6-2.0 times, and the average value of the coefficient of friction slip decreases 1.73 times).

Таким образом, техническая задача данного изобретения выполнена - достигнуто увеличение прочности при ударном изгибе и снижение коэффициента трения скольжения композиционного материала Al2O3 - Al.Thus, the technical task of the present invention has been achieved - an increase in strength under shock bending and a decrease in the sliding friction coefficient of the composite material Al 2 O 3 - Al have been achieved.

ТаблицаTable Свойства композиционного материала Al2O3 - AlProperties of the composite material Al 2 O 3 - Al Материал
Свойства
Material
The properties
Плотность ρ, г/см3 Density ρ, g / cm 3 Прочность при ударном изгибе аН·103, Дж/м2 Strength in impact bending a N · 10 3 , J / m 2 Коэф. трения Кc Coef. friction K c
По заявленному способy* According to the claimed method * No. С0, мас.%C 0 , wt.% N, ммN mm Р, МПаR, MPa Т1, °СT 1 , ° C τ1, часτ 1, hour Т2, °CT 2 ° C τ2, часτ 2 , hour 1one 2,52.5 3,03.0 500500 300300 2,52.5 600600 6060 2,352,35 12,012.0 0,130.13 22 1,01,0 1,51,5 100one hundred 250250 1010 550550 4545 2,102.10 8,08.0 0,170.17 33 1,751.75 2,02.0 300300 275275 6,256.25 575575 5353 2,302,30 10,710.7 0,150.15 По способу-прототипу [2]According to the prototype method [2] 2,15-2,502.15-2.50 5,0-6,05.0-6.0 0,23-0,300.23-0.30 По способу-аналогу [1]By the method analogue [1] 2,40-2,532.40-2.53 6,0-7,26.0-7.2 0,51-0,760.51-0.76 * здесь: С0 - сухой остаток жидкого стекла, N - размер ячеек сита, Р - давление прессования заготовки, T1 и τ1 - температура и время термообработки заготовки на воздухе, Т2 - температура воздушного теплоносителя для инициирования СВС, τ2 - время изотермической выдержки при температуре Т2. * here: С 0 - dry residue of liquid glass, N - sieve mesh size, Р - pressure of the workpiece pressing, T 1 and τ 1 - temperature and time of heat treatment of the workpiece in air, T 2 - temperature of the air coolant to initiate SHS, τ 2 - isothermal exposure time at a temperature of T 2 .

Источники информацииInformation sources

1. Патент РФ №2266270 «Способ получения композиционного материала Al2O3 - Al», C04B 35/65, B22F 3/23, опубл. 20.12.05, бюл №35.1. RF patent No. 2266270 "Method for producing composite material Al 2 O 3 - Al", C04B 35/65, B22F 3/23, publ. 12/20/05, bull. No. 35.

2. Патент РФ 2319678 «Способ получения композиционного материала Al2O3 - Al», C04B 35/65, C04B 35/00, B22F 3/23, опубл. 20.03.08, бюл. №8 (прототип).2. RF patent 2319678 "Method for the production of composite material Al 2 O 3 - Al", C04B 35/65, C04B 35/00, B22F 3/23, publ. 03/20/08, bull. No. 8 (prototype).

3. Практикум по технологии керамики и огнеупоров / под ред. Д.Н.Полубояринова и Р.Я.Попильского. М.: изд-во литературы по строительству, 1972, 351 с.3. Workshop on the technology of ceramics and refractories / ed. D.N. Poluboyarinova and R.Ya. Popilsky. M .: publishing house of construction literature, 1972, 351 pp.

Claims (3)

1. Способ получения композиционного материала Al2O3-Al, включающий приготовление шихты смешиванием алюминиевого порошка, состоящего из частиц пластинчатой формы, с водным раствором жидкого стекла, сушку шихты, прессование заготовки, инициирование процесса самораспространяющегося высокотемпературного синтеза путем нагрева заготовки воздушным теплоносителем и охлаждение за счет выдержки нагретого изделия на воздухе при комнатной температуре, отличающийся тем, что для смешивания используют алюминиевый порошок, пластинчатые частицы которого содержат стеариновое покрытие, а водный раствор жидкого стекла добавляют в количестве 1,0-2,5 мас.% в пересчете на сухой остаток вещества, перед сушкой смесь выдерживают при комнатной температуре до завершения процесса образования стеарата натрия и глицерина, затем ее гранулируют путем продавливания через сито с размером ячеек 1,5-3,0 мм, перед инициированием процесса самораспространяющегося высокотемпературного синтеза отпрессованную заготовку термообрабатывают на воздухе при температуре 250-300°C в течение 2,5-10 ч.1. A method of producing a composite material Al 2 O 3 -Al, including the preparation of a mixture by mixing an aluminum powder consisting of plate-shaped particles with an aqueous solution of liquid glass, drying the mixture, pressing the billet, initiating the process of self-propagating high-temperature synthesis by heating the billet with an air heat carrier and cooling due to exposure of the heated product in air at room temperature, characterized in that aluminum powder, lamellar particles are used for mixing It contains a stearin coating, and an aqueous solution of water glass is added in an amount of 1.0-2.5 wt.%, calculated on the dry residue of the substance, before drying, the mixture is kept at room temperature until the formation of sodium stearate and glycerol is completed, then it is granulated by pressing through a sieve with a mesh size of 1.5-3.0 mm, before initiating the process of self-propagating high-temperature synthesis, the pressed preform is heat treated in air at a temperature of 250-300 ° C for 2.5-10 hours. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что прессование заготовки проводят под давлением 100-500 МПа.2. The method according to claim 1, characterized in that the pressing of the workpiece is carried out under a pressure of 100-500 MPa. 3. Способ по п.1, отличающийся тем, что нагрев заготовки воздушным теплоносителем, для инициирования самораспространяющегося высокотемпературного синтеза, проводят до температуры 550-600°C при времени изотермической выдержки 45-60 мин. 3. The method according to claim 1, characterized in that the preform is heated with an air coolant to initiate self-propagating high-temperature synthesis, carried out to a temperature of 550-600 ° C with an isothermal exposure time of 45-60 minutes
RU2011116745/03A 2011-04-28 2011-04-28 METHOD OF PRODUCING Al2O3-Al COMPOSITE MATERIAL RU2461530C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2011116745/03A RU2461530C1 (en) 2011-04-28 2011-04-28 METHOD OF PRODUCING Al2O3-Al COMPOSITE MATERIAL

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2011116745/03A RU2461530C1 (en) 2011-04-28 2011-04-28 METHOD OF PRODUCING Al2O3-Al COMPOSITE MATERIAL

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2461530C1 true RU2461530C1 (en) 2012-09-20

Family

ID=47077406

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2011116745/03A RU2461530C1 (en) 2011-04-28 2011-04-28 METHOD OF PRODUCING Al2O3-Al COMPOSITE MATERIAL

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2461530C1 (en)

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2545982C1 (en) * 2013-11-11 2015-04-10 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Московский государственный индустриальный университет" METHOD OF OBTAINING COMPOSITE MATERIAL Al2O3-Al
RU2583966C1 (en) * 2015-01-20 2016-05-10 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Московский авиационный институт (национальный исследовательский университет)" METHOD OF PRODUCING Al2O3-Al COMPOSITE MATERIAL
RU2592917C1 (en) * 2015-01-20 2016-07-27 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Московский авиационный институт (национальный исследовательский университет)" METHOD OF PRODUCING Al2O3-Al COMPOSITE MATERIAL
RU2632346C2 (en) * 2016-03-15 2017-10-04 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования Московский авиационный институт (национальный исследовательский университет) (МАИ) METHOD OF PRODUCING COMPOSITE MATERIAL Al2O3-Al
RU2767111C1 (en) * 2020-08-20 2022-03-16 федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Алтайский государственный технический университет им. И.И. Ползунова" (АлтГТУ) Method for producing a composite material, primarily, of a splitter for a sparging unit
RU2796870C1 (en) * 2022-04-22 2023-05-29 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Московский авиационный институт (национальный исследовательский университет)" Method for producing antifriction aluminium matrix composite material

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3740210A (en) * 1971-07-06 1973-06-19 Int Nickel Co Mechanically alloyed aluminum aluminum oxide
RU2202643C1 (en) * 2001-09-26 2003-04-20 Московский государственный институт стали и сплавов (технологический университет) Method of production of composite material from aluminum alloys (versions) and composite material made according to this method
KR20050027343A (en) * 2003-09-15 2005-03-21 박경숙 Method for preparing a ceramic composite powder using self propagation high temperature synthesis
RU2266270C1 (en) * 2004-03-26 2005-12-20 "МАТИ" - Российский государственный технологический университет им. К.Э. Циолковского METHOD OF PRODUCTION OF COMPOSITE MATERIAL Al2O3-Al
RU2319678C1 (en) * 2006-06-01 2008-03-20 "МАТИ" - Российский государственный технологический университет им. К.Э. Циолковского METHOD OF PRODUCTION OF COMPOSITE MATERIAL Al2O3-Al

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3740210A (en) * 1971-07-06 1973-06-19 Int Nickel Co Mechanically alloyed aluminum aluminum oxide
RU2202643C1 (en) * 2001-09-26 2003-04-20 Московский государственный институт стали и сплавов (технологический университет) Method of production of composite material from aluminum alloys (versions) and composite material made according to this method
KR20050027343A (en) * 2003-09-15 2005-03-21 박경숙 Method for preparing a ceramic composite powder using self propagation high temperature synthesis
RU2266270C1 (en) * 2004-03-26 2005-12-20 "МАТИ" - Российский государственный технологический университет им. К.Э. Циолковского METHOD OF PRODUCTION OF COMPOSITE MATERIAL Al2O3-Al
RU2319678C1 (en) * 2006-06-01 2008-03-20 "МАТИ" - Российский государственный технологический университет им. К.Э. Циолковского METHOD OF PRODUCTION OF COMPOSITE MATERIAL Al2O3-Al

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2545982C1 (en) * 2013-11-11 2015-04-10 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Московский государственный индустриальный университет" METHOD OF OBTAINING COMPOSITE MATERIAL Al2O3-Al
RU2583966C1 (en) * 2015-01-20 2016-05-10 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Московский авиационный институт (национальный исследовательский университет)" METHOD OF PRODUCING Al2O3-Al COMPOSITE MATERIAL
RU2592917C1 (en) * 2015-01-20 2016-07-27 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Московский авиационный институт (национальный исследовательский университет)" METHOD OF PRODUCING Al2O3-Al COMPOSITE MATERIAL
RU2632346C2 (en) * 2016-03-15 2017-10-04 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования Московский авиационный институт (национальный исследовательский университет) (МАИ) METHOD OF PRODUCING COMPOSITE MATERIAL Al2O3-Al
RU2767111C1 (en) * 2020-08-20 2022-03-16 федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Алтайский государственный технический университет им. И.И. Ползунова" (АлтГТУ) Method for producing a composite material, primarily, of a splitter for a sparging unit
RU2796870C1 (en) * 2022-04-22 2023-05-29 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Московский авиационный институт (национальный исследовательский университет)" Method for producing antifriction aluminium matrix composite material

Similar Documents

Publication Publication Date Title
RU2461530C1 (en) METHOD OF PRODUCING Al2O3-Al COMPOSITE MATERIAL
Gan et al. Properties of selective laser melted spodumene glass-ceramic
US20150329769A1 (en) Ultra-light ultra-strong proppants
JP2010510162A (en) Metal and metal oxide granules
US20230201923A1 (en) Metallic compounds and metallic matrix composites made using compression activated synthesis
Junkes et al. Ceramic tile formulations from industrial waste
CN102686534A (en) Powder for dry refractory material
Vieira et al. Effect of grog addition on the properties and microstructure of a red ceramic body for brick production
JP2015218078A (en) Light weight thermal insulation alumina and magnesia refractory
Paul et al. Deformation and structural densification in Al2O3–Y2O3 glass
CN103304231A (en) Preparation method of microporous magnesium aluminate spinel raw material
RU2521009C1 (en) METHOD OF OBTAINING COMPOSITE MATERIAL Al-Al2O3
RU2266270C1 (en) METHOD OF PRODUCTION OF COMPOSITE MATERIAL Al2O3-Al
RU2319678C1 (en) METHOD OF PRODUCTION OF COMPOSITE MATERIAL Al2O3-Al
RU2540674C2 (en) Method of making articles from silicon nitride
RU2592917C1 (en) METHOD OF PRODUCING Al2O3-Al COMPOSITE MATERIAL
Yanti et al. Correlation between thermal behavior of clays and their chemical and mineralogical composition: A review
Chinnam et al. Glass‐Ceramic Composites from Borosilicate Glass and Alumina‐Rich Residues
RU2799462C1 (en) METHOD OF OBTAINING A COMPOSITE MATERIAL Al2O3-Al
RU2536692C1 (en) Method of obtaining constructive aluminium oxide ceramics
RU2641358C2 (en) Method of obtaining technological trainings of ceramic articles from silicon nitride
RU2584992C1 (en) Method of producing alumina structural ceramic
RU2583966C1 (en) METHOD OF PRODUCING Al2O3-Al COMPOSITE MATERIAL
RU2632346C2 (en) METHOD OF PRODUCING COMPOSITE MATERIAL Al2O3-Al
Gupta A Perspective on Green Body Fabrication and Design for Sustainable Manufacturing

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20140429