RU2471012C1 - Composite powder material - Google Patents

Composite powder material Download PDF

Info

Publication number
RU2471012C1
RU2471012C1 RU2011151822/02A RU2011151822A RU2471012C1 RU 2471012 C1 RU2471012 C1 RU 2471012C1 RU 2011151822/02 A RU2011151822/02 A RU 2011151822/02A RU 2011151822 A RU2011151822 A RU 2011151822A RU 2471012 C1 RU2471012 C1 RU 2471012C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
matrix
metal
vog
powder
composite material
Prior art date
Application number
RU2011151822/02A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Виктор Николаевич Мироненко
Семен Павлович Червонобродов
Лариса Дмитриевна Квачева
Валерий Валериевич Васенев
Виктор Николаевич Бутрим
Сергей Юрьевич Петрович
Владимир Петрович Черепанов
Владимир Александрович Баранов
Original Assignee
Виктор Николаевич Мироненко
Семен Павлович Червонобродов
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 Виктор Николаевич Мироненко, Семен Павлович Червонобродов filed Critical Виктор Николаевич Мироненко
Priority to RU2011151822/02A priority Critical patent/RU2471012C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2471012C1 publication Critical patent/RU2471012C1/en

Links

Landscapes

  • Powder Metallurgy (AREA)
  • Manufacture Of Alloys Or Alloy Compounds (AREA)

Abstract

FIELD: metallurgy.
SUBSTANCE: composite powder material contains matrix representing metal and/or alloy on the basis of metal, and/or intermetallic compound, and disperse filler in the form of reducing graphite oxide.
EFFECT: material has high physic and mechanical and/or functional properties, has disperse homogeneous structure and high operating reliability.
2 cl, 5 tbl, 5 ex

Description

Изобретение относится к области порошковой металлургии, конкретно к изготовлению композиционных наноматериалов, и может быть использовано в различных областях техники, например при создании космических аппаратов и объектов.The invention relates to the field of powder metallurgy, specifically to the manufacture of composite nanomaterials, and can be used in various fields of technology, for example, when creating spacecraft and objects.

Известны порошковые композиционные материалы, упрочненные углеродом, в частности порошковый композиционный материал на основе алюминия (патент РФ №2353689, БИ №12, 27.04.2009), содержащий кремний, никель, бериллий, оксид алюминия и кремния, углерод. Углерод в виде электродного графита исполняет роль технологической смазки при механическом легировании, вступая в дальнейшем во взаимодействие с алюминием и кремнием с образованием тонких карбидов. Содержание углерода в количестве 0,5-2 мас.% определяется необходимостью предотвращения комкования частиц порошка при механическом легировании. Недостатком материала является низкая пластичность, в том числе технологическая, при изготовлении заготовок, что не позволяет получить материал с плотностью выше 98% теоретической (расчетной) плотности γт и снижает механические свойства. (В качестве теоретической принята плотность, рассчитанная по правилу аддитивности, исходя из объемных долей компонентов в композиционном материалеCarbon-hardened powder composite materials are known, in particular aluminum-based powder composite material (RF patent No. 2353689, BI No. 12, 04/27/2009) containing silicon, nickel, beryllium, aluminum oxide and silicon, carbon. Carbon in the form of electrode graphite plays the role of a technological lubricant during mechanical alloying, subsequently interacting with aluminum and silicon to form thin carbides. The carbon content in an amount of 0.5-2 wt.% Is determined by the need to prevent clumping of powder particles during mechanical alloying. The disadvantage of the material is the low ductility, including technological, in the manufacture of blanks, which does not allow to obtain a material with a density higher than 98% of the theoretical (calculated) density γ t and reduces mechanical properties. (The density calculated by the additivity rule based on the volume fractions of the components in the composite material is accepted as theoretical

γт=1/(cm11+cm22+cm33+…+cmnn),γ t = 1 / (c m1 / γ 1 + c m2 / γ 2 + c m3 / γ 3 + ... + c mn / γ n ),

где cm1…cmn - массовые доли компонентов сплава в композиции,where c m1 ... c mn are the mass fractions of the components of the alloy in the composition,

γ1…γn - плотность компонентов сплава).γ 1 ... γ n is the density of the alloy components).

Известны порошковые композиционные материалы, упрочненные наноразмерными оксидами, карбидами и/или нитридами. В частности, известен композиционный материал с матрицей из металла, выбранного из группы, содержащей алюминий, магний или их сплавы, и 20-80 об.% упрочняющего дисперсного наполнителя, выполненного в виде армирующих нановолокон оксида алюминия, покрытых пленкой аморфного углерода (патент РФ №2374355, С22С 49/14, опубл. 27.11.2009). Недостатком материала является низкая технологичность (совокупность свойств, определяющих приспособленность к достижению оптимальных затрат при производстве для заданных показателей качества), например необходимость покрытия армирующих нановолокон пленкой аморфного углерода.Known powder composite materials reinforced with nanosized oxides, carbides and / or nitrides. In particular, a composite material with a matrix of a metal selected from the group consisting of aluminum, magnesium or their alloys, and 20-80 vol.% Reinforcing dispersed filler made in the form of reinforcing alumina nanofibers coated with an amorphous carbon film is known (RF patent No. 2374355, C22C 49/14, publ. 11/27/2009). The disadvantage of the material is its low manufacturability (a set of properties that determine the suitability for achieving optimal production costs for given quality indicators), for example, the need to cover reinforcing nanofibres with an amorphous carbon film.

Известен высоко токопроводящий композиционный материал с наполнителем из механически отслоенного (расслоенного) графена (графен - материал, представляющий один атомный слой графита) (заявка US 2011284805 от 24 ноября 2011 г.). Согласно источнику информации материал сильно пористый, что является его недостатком.A highly conductive composite material with a filler made of mechanically peeled (stratified) graphene is known (graphene is a material representing one atomic layer of graphite) (application US 2011284805 dated November 24, 2011). According to the source of information, the material is highly porous, which is its drawback.

Известны порошковые композиционные материалы, упрочненные наноуглеродом, например порошковый композиционный материал графен/металл, включающий в себя матрицу (базовый металл) и диспергированный в нее графен (заявка US 2011256014 (A1) / US 201113086749, 20110414 / KR 20100034152, 20100414 от 20 октября 2011 г.). Графен ведет себя как упрочнитель матрицы. Графеновые частицы в матрице имеют объемное содержание от 0 до 30%, соответствующее уровню, при котором избегается структурное изменение графена или реакция между частицами графена. Недостатком материала является высокая стоимость и отсутствие производства в России.Nanocarbon hardened powder composite materials are known, for example a graphene / metal powder composite material including a matrix (base metal) and graphene dispersed therein (application US 2011256014 (A1) / US 201113086749, 20110414 / KR 20100034152, 20100414 dated October 20, 2011 g.). Graphene behaves like a matrix hardener. The graphene particles in the matrix have a volume content of 0 to 30%, corresponding to a level at which a structural change in graphene or a reaction between graphene particles is avoided. The disadvantage of the material is the high cost and lack of production in Russia.

Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности и достигаемому эффекту является порошковый композиционный материал, усиленный углеродными нанотрубками (CARBON 49 (2011), с.533-544). Материал содержит матрицу из алюминия или сплавов на его основе систем Al-Ni, Al-Cu-Mg, Al-Si и дисперсный наполнитель, в качестве которого используются углеродные нанотрубки (CNT) в количестве до 12,5%. Недостатком материала является низкая технологичность из-за проблемы обеспечить химическую связь между элементами металлической матрицы и углеродными нанотрубками при изготовлении, отсутствие или ослабление которой снижает эффективность упрочнения.The closest to the proposed technical essence and the achieved effect is a powder composite material reinforced with carbon nanotubes (CARBON 49 (2011), p.533-544). The material contains a matrix of aluminum or alloys based on it of the Al-Ni, Al-Cu-Mg, Al-Si systems and a dispersed filler, which uses carbon nanotubes (CNT) in an amount of up to 12.5%. The disadvantage of the material is low manufacturability due to the problem of providing a chemical bond between the elements of the metal matrix and carbon nanotubes during manufacture, the absence or weakening of which reduces the effectiveness of hardening.

Задачей, на решение которой направлено предлагаемое изобретение, является улучшение технологичности при производстве и повышение физико-механических свойств порошкового композиционного материала.The task to which the invention is directed is to improve manufacturability in production and increase the physicomechanical properties of the powder composite material.

Технический результат заключается в улучшении физико-механических свойств материала и обусловлен увеличением однородности распределения дисперсного наполнителя и улучшением химической связи между элементами металлической матрицы и наполнителем. Кроме того, за счет использования более дешевого восстановленного оксида графита снижаются затраты на производство при заданных показателях качества материала.The technical result consists in improving the physical and mechanical properties of the material and is due to an increase in the uniformity of the distribution of the dispersed filler and to an improvement in the chemical bond between the elements of the metal matrix and the filler. In addition, through the use of cheaper reduced graphite oxide, production costs are reduced for given quality indicators of the material.

Это достигается тем, что порошковый композиционный материал состоит из матрицы, содержащей хотя бы один металл и/или сплав на основе металла, и дисперсного наполнителя из наноразмерного углерода, при этом матрица содержит хотя бы один металл и/или сплав на основе металла - и/или интерметаллид, а в качестве наноразмерного углерода используется восстановленный оксид графита, причем восстановленный оксид графита может быть функционализированным.This is achieved by the fact that the powder composite material consists of a matrix containing at least one metal and / or a metal-based alloy and a dispersed filler of nanosized carbon, while the matrix contains at least one metal and / or a metal-based alloy - and / or an intermetallic compound, and reduced carbon monoxide is used as the nanoscale carbon, the reduced graphite oxide may be functionalized.

Восстановленный оксид графита (ВОГ) представляет собой структурированную модификацию частично или полностью восстановленного оксида графита, в котором после восстановления, наряду с новыми функциональными группами или двойными связями, остаются старые гидроксильные группы. ВОГ состоит из моно- или малослойных, толщиной 1-10 атомных слоев частиц, длина и ширина которых много больше их толщины, имеющих дефектную или искаженную кристаллическую гексагональную решетку с рентгеноаморфной структурой, не содержащей пика графита на рентгенограмме при рентгенофазовом анализе. Структура ВОГ определяет ряд его специфических свойств: высокие смазывающую способность, тепло- и электропроводность, развитую удельную поверхность, возможность внедрения (легирования) в процессе синтеза атомов или групп атомов (нанокластеров) различных металлов и соединений (функционализирование). Последнее является важным фактором для химического взаимодействия с металлической матрицей, имеющей подобную структуру. При этом в силу дефектности структуры стоимость ВОГ на порядок ниже стоимости известных наноуглеродов, в часности графенов и углеродных нанотрубок.Reduced graphite oxide (FOG) is a structured modification of partially or fully reduced graphite oxide, in which, after reduction, along with new functional groups or double bonds, the old hydroxyl groups remain. FOG consists of mono- or small-layer particles with a thickness of 1-10 atomic layers, the length and width of which are much greater than their thickness, having a defective or distorted hexagonal crystal lattice with an X-ray amorphous structure that does not contain a graphite peak in the x-ray diffraction pattern during x-ray phase analysis. The FOG structure determines a number of its specific properties: high lubricity, heat and electrical conductivity, developed specific surface area, the possibility of incorporation (alloying) in the process of synthesis of atoms or groups of atoms (nanoclusters) of various metals and compounds (functionalization). The latter is an important factor for chemical interaction with a metal matrix having a similar structure. Moreover, due to the defective structure, the cost of FOG is an order of magnitude lower than the cost of known nanocarbons, in particular graphenes and carbon nanotubes.

Примеры конкретного применения.Examples of specific application.

Пример 1Example 1

Порошковый композиционный материал, содержащий матрицу из алюминия марки А7 и дисперсный наполнитель (ДН) в виде ВОГPowder composite material containing a matrix of aluminum grade A7 and dispersed filler (DN) in the form of VOG

Порошковая матрица сплава дисперсностью ≤50 мкм, полученная газовым распылением из расплава, и ВОГ в виде частиц толщиной 0,4-4 нм, длиной и шириной 1-5 мкм обрабатывали 45 мин в аттриторе при энергонасыщенности 3 кВт/кг. Полученную порошковую композицию компактировали в вакууме 10-4-10-5 мм рт.ст. при температуре 450°С и давлении 130 МПа. Физико-механические свойства компактных брикетов из композиционного материала приведены в таблице 1.The powder matrix of the alloy with a dispersion of ≤50 μm, obtained by gas spraying from a melt, and FOG in the form of particles with a thickness of 0.4-4 nm, length and width of 1-5 μm was treated for 45 min in an attritor with an energy saturation of 3 kW / kg. The resulting powder composition was compacted in vacuo at 10 -4 -10 -5 mm Hg. at a temperature of 450 ° C and a pressure of 130 MPa. Physico-mechanical properties of compact briquettes made of composite material are shown in table 1.

Таблица 1Table 1 № п/пNo. p / p МатериалMaterial Состав, мас.%Composition, wt.% Время обработки, ч, ПАВ*Processing time, h, surfactant * ПлотностьDensity σB**, МПаσ B **, MPa δ5***, %δ 5 ***,% МатрицаMatrix ДНDN г/см3 g / cm 3 % расч.% calculation 1one ПредлагаемыйProposed АlAl ВОГ, 2%VOG, 2% 0,75, без ПАВ0.75, without surfactant 2,692.69 100one hundred 148-150148-150 2424 22 ПредлагаемыйProposed АlAl ВОГ, 24%VOG, 24% 0,75, без ПАВ0.75, without surfactant 2,602.60 100one hundred 230-250230-250 2,42,4 33 ПрототипPrototype АlAl CNT, 0,5-5%CNT, 0.5-5% 2-6, ПАВ2-6, surfactant нет данныхthere is no data 94-9994-99 84-14084-140 7-287-28 4four ПрототипPrototype АlAl CNT, 10%CNT, 10% 2-6,этанол2-6, ethanol нет данныхthere is no data 9696 8080 1616 *ПАВ - поверхностно-активные вещества (технологические добавки-пластификаторы, например стеарин).* Surfactants - surfactants (technological additives, plasticizers, for example stearin). **σB - временное сопротивление разрыву (предел прочности),** σ B - temporary tensile strength (tensile strength), ***δ5 - относительное удлинение, определенное на пятикратном образце по ГОСТ 1497.*** δ 5 is the elongation determined on a five-fold specimen according to GOST 1497.

Анализ результатов показывает, что предлагаемый материал имеет повышенную по сравнению с прототипом технологичность при изготовлении, и, не требуя применения ПАВ при механической обработке в аттриторе, обеспечивает плотность 100% расчетной, на 5-40% повышенную механическую прочность и позволяет сократить время обработки в 2-8 раз.An analysis of the results shows that the proposed material has a higher manufacturability compared to the prototype in manufacturing, and, without requiring the use of surfactants during machining in the attritor, it provides a density of 100% of the calculated, 5-40% increased mechanical strength and allows to reduce the processing time by 2 -8 times.

Пример 2Example 2

Порошковый композиционный материал, содержащий матрицу из химически чистого медного порошка с размером частиц ≤2 мкм и дисперсный наполнитель в виде функционализированного ВОГ, содержащего нанокластеры меди размером от 20 до 500 нм в количестве 1-5%A powder composite material containing a matrix of chemically pure copper powder with a particle size of ≤2 μm and a dispersed filler in the form of a functionalized FOG containing copper nanoclusters ranging in size from 20 to 500 nm in an amount of 1-5%

Матричный порошок и функционализированный ВОГ в виде частиц толщиной 0,4-4 нм, длиной и шириной 1-5 мкм обрабатывали 30 мин в вибросмесителе и просеивали на вибросите через сетку 004 по ГОСТ 6613. Из полученной порошковой композиции холодным прессованием на воздухе при давлении 300 МПа изготавливали образцы диаметром 15, высотой 25 мм. Физико-механические свойства образцов приведены в таблице 2.The matrix powder and functionalized VOG in the form of particles 0.4–4 nm thick, 1–5 μm long and wide were processed for 30 min in a vibratory mixer and sieved on a vibrating sieve through a 004 mesh according to GOST 6613. From the obtained powder composition by cold pressing in air at a pressure of 300 MPa samples were made with a diameter of 15 and a height of 25 mm. Physico-mechanical properties of the samples are shown in table 2.

Таблица 2table 2 № п/пNo. p / p МатериалMaterial Состав, мас.%Composition, wt.% Твердость НвHardness HB λ,* Вт/м·градλ, * W / m МатрицаMatrix ДНDN Состояниеcondition МПаMPa 1one ПредлагаемыйProposed Cu 50%Cu 50% ВОГ функционализированныйVOG functionalized холодно прессованноеcold pressed 6060 818,6818.6 22 ПредлагаемыйProposed Cu 20%Cu 20% ВОГ функционализированныйVOG functionalized холодно прессованноеcold pressed 4040 1497,71497.7 33 МедьCopper М0M0 -- отожженноеannealed 3535 401401 * теплопроводность.* thermal conductivity.

Предлагаемый материал имеет повышенную по сравнению с медью теплопроводность: в ≈2 раза при соотношении объемов Cu к ВОГ 1:1 и в ≈4 раза при соотношении объемов Cu к ВОГ 1:4. Минимальное содержание матричного материала определяется необходимостью сохранения прочного металлического каркаса.The proposed material has a higher thermal conductivity compared to copper: ≈2 times with a ratio of volumes of Cu to FOG 1: 1 and ≈4 times with a ratio of volumes of Cu to FOG 1: 4. The minimum content of the matrix material is determined by the need to maintain a strong metal frame.

Пример 3Example 3

Порошковый композиционный материал, содержащий матрицу из сплава Al-Al3Ni в количестве, соответствующем 1-3 мас.% Ni, - 0,5-1 мас.% переходных металлов (Cr, Zr, V) и дисперсный наполнитель в виде ВОГA powder composite material containing a matrix of an Al-Al 3 Ni alloy in an amount corresponding to 1-3 wt.% Ni, 0.5-1 wt.% Of transition metals (Cr, Zr, V) and a dispersed filler in the form of FOG

Порошковая матрица сплава дисперсностью ≤300 мкм, полученного методом центробежного разбрызгивания расплава, и ВОГ в виде чешуек толщиной 0,4-4 нм, длиной и шириной 1-5 мкм обрабатывали 45-75 мин в аттриторе при энергонасыщенности 3 кВт/кг. Полученную порошковую композицию компактировали в вакууме 10-4-10-5 мм рт.ст. при температуре 480°С и давлении 130 МПа. Физико-механические свойства компактных брикетов из композиционного материала приведены в таблице 3.The powder matrix of the alloy with a dispersion of ≤300 μm obtained by centrifugal melt spraying and FOG in the form of flakes with a thickness of 0.4-4 nm, length and width of 1-5 μm was treated for 45-75 min in an attritor with an energy saturation of 3 kW / kg. The resulting powder composition was compacted in vacuo at 10 -4 -10 -5 mm Hg. at a temperature of 480 ° C and a pressure of 130 MPa. Physico-mechanical properties of compact briquettes made of composite material are given in table 3.

Таблица 3Table 3 № п/пNo. p / p МатериалMaterial Состав, мас.%Composition, wt.% Время обработки, ч, ПАВProcessing time, h, surfactant ПлотностьDensity σB, МПаσ B , MPa δ5, %δ 5 ,% МатрицаMatrix ДНDN г/см3 g / cm 3 % расч.% calculation 1one ПредлагаемыйProposed Al-Ni-ПМAl-Ni-PM ВОГ, 2,5%VOG, 2.5% 0,75-1,5 без ПАВ0.75-1.5 without surfactant 2,752.75 100one hundred 330330 4,54,5 22 ПрототипPrototype Аl-1% NiAl-1% Ni CNT, 6,2%CNT, 6.2% не приведеноnot given не приведенаnot given 95,495.4 213213 -- 33 Прототип*Prototype* Аl-1% NiAl-1% Ni CNT, 4,34%CNT, 4.34% **** не приведенаnot given 9797 337337 3,63.6 *Частицы никеля в алюминии получены химическим осаждением при отжиге, CNT выращены химическим парофазным осаждением;* Nickel particles in aluminum are obtained by chemical deposition during annealing, CNT are grown by chemical vapor deposition; **спекание при 600 МПа, 640°С, 3 ч, подпрессовка 2 ГПа, формирование Аl4С3 при 850°С, 2 ч.** sintering at 600 MPa, 640 ° С, 3 h, prepressing 2 GPa, formation of Al 4 С 3 at 850 ° С, 2 h.

Предлагаемый материал имеет повышенную по сравнению с прототипом технологичность при изготовлении: обеспечивает плотность 100% расчетной и на 40% повышенную механическую прочность. Близкая прочность на материале-прототипе (№3, см. табл.3) получена при вдвое большем по сравнению с ВОГ содержании CNT и существенном усложнении технологии получения материала (см. примечание к таблице 3).The proposed material has a higher manufacturability in comparison with the prototype in manufacturing: it provides a density of 100% of the calculated and 40% increased mechanical strength. Close strength on the material of the prototype (No. 3, see table 3) was obtained with twice as much CNT content as compared with FOG and a significant complication of the technology for producing the material (see note to table 3).

Пример 4Example 4

Порошковый композиционный материал для прецизионных приборов с пониженным температурным коэффициентом линейного расширения (TKЛP), содержащий матрицу из сплава Al-42,5%Si-3%Ni и дисперсный наполнитель в виде ВОГPowder composite material for precision instruments with a reduced temperature coefficient of linear expansion (TKLP), containing an Al-42.5% Si-3% Ni alloy matrix and a dispersed filler in the form of VOG

Порошки сплавов Al-20 мac.% Si и Аl-20 мас.% Ni дисперсностью ≤50 мкм, полученные методом газового распыления из расплава, металлического кремния или карбида кремния дисперсностью ≤2 мкм и ВОГ в виде частиц толщиной 0,4-4 нм, длиной и шириной 1-5 мкм обрабатывали 45-75 мин в аттриторе при энергонасыщенности 3 кВт/кг. ВОГ в композиции используется как технологическая добавка. Полученную порошковую композицию компактировали в вакууме 10-4-10-5 мм рт.ст. при температуре 535°С и давлении 130 МПа. Физико-механические свойства компактных брикетов из композиционного материала приведены в таблице 4.Al-20 mass% Si and Al-20 mass% Ni alloy powders with a dispersion of ≤50 μm obtained by gas spraying from a melt, metal silicon or silicon carbide with a dispersion of ≤2 μm and VOG in the form of particles with a thickness of 0.4-4 nm , length and width of 1-5 microns were treated for 45-75 minutes in the attritor with an energy saturation of 3 kW / kg VOG in the composition is used as a technological additive. The resulting powder composition was compacted in vacuo at 10 -4 -10 -5 mm Hg. at a temperature of 535 ° C and a pressure of 130 MPa. Physico-mechanical properties of compact briquettes made of composite material are given in table 4.

Таблица 4Table 4 № п/пNo. p / p МатериалMaterial Состав, мас.%Composition, wt.% Время обработки, ч, ПАВProcessing time, h, surfactant ПлотностьDensity σB, МПаσ B , MPa ТКЛР, 1·10-61/°CTECL, 1 · 10 -6 1 / ° C δ5, %δ 5 ,% МатрицаMatrix ДНDN г/см3 g / cm 3 % расч.% calculation 1one ПредлагаемыйProposed Al-Si-NiAl-Si-Ni ВОГ, 0,5VOG, 0.5 0,75 без ПАВ0.75 without surfactant 2,5992,599 100one hundred 258258 9,94-10,759.94-10.75 0,170.17 1one ПредлагаемыйProposed M-Si-SiC-NiM-Si-SiC-Ni ВОГ, 0,5VOG, 0.5 0,75 без ПАВ0.75 without surfactant 2,5672,567 100one hundred 250250 10,44-10,4610.44-10.46 0,180.18 22 Прототип*Prototype* Al-23%SiAl-23% Si CNT, 12,5CNT, 12.5 нет данныхthere is no data 2,5562,556 нет данныхthere is no data 8383 15,3715.37 0,190.19

Анализ результатов, приведенных в табл.4, показывает, что предлагаемый материал позволяет эффективно провести механическое легирование без углеводородных ПАВ, при компактировании обеспечивается плотность 100% расчетной. При этом прочность втрое превышает прочность прототипа при равном относительном удлинении, несмотря на вдвое большее содержание кремния, а ТКЛР материала снижается в 1,5 раза.An analysis of the results given in Table 4 shows that the proposed material can effectively carry out mechanical alloying without hydrocarbon surfactants, while compaction provides a density of 100% calculated. In this case, the strength is three times the strength of the prototype with equal elongation, despite the twice as high silicon content, and the thermal expansion coefficient of the material is reduced by 1.5 times.

Нижний предел содержания ВОГ определяется необходимым смазывающим эффектом при механическом легировании, предотвращающем комкование частиц порошка. Верхний предел определяется требованием обеспечения необходимых физико-механических свойств.The lower limit of the VOG content is determined by the necessary lubricating effect during mechanical alloying, which prevents clumping of powder particles. The upper limit is determined by the requirement to ensure the necessary physical and mechanical properties.

Предлагаемый материал в результате механического легирования имеет структуру с однородно распределенным в матрице дисперсным наполнителем. Высокие смазывающие свойства ВОГ позволяют использовать его как поверхностно-активное вещество. При этом количество ВОГ, необходимое для активации механического легирования, существенно меньше, чем количество графита (в виде электротехнического, электродного или сажи), а в применении ПАВ на основе углеводородов, являющихся источниками вредного водорода в материале, нет необходимости. В отличие от углеродных нанотрубок, ВОГ не образует жгутов. Последнее относится как к случаям использования ВОГ только в количестве, достаточным для смазывающего эффекта, так и когда он используется для упрочненияThe proposed material as a result of mechanical alloying has a structure with a dispersed filler uniformly distributed in the matrix. The high lubricating properties of VOG allow it to be used as a surfactant. Moreover, the amount of FOG required to activate mechanical alloying is significantly less than the amount of graphite (in the form of electrical, electrode, or soot), and there is no need to use surfactants based on hydrocarbons that are sources of harmful hydrogen in the material. Unlike carbon nanotubes, VOG does not form bundles. The latter applies both to cases where VOG is used only in an amount sufficient for the lubricating effect, and when it is used for hardening

Пример 5Example 5

Порошковый композиционный материал, содержащий матрицу из сплава Mg-6%Zn-0,5%Zr (гранулируемый МА14 - МА14 гр) или Mg-2%Zn-0,7%Zr-1,6%Cd-6,5%Y (гранулируемый ВМД10 - ВМД10 гр) и дисперсный наполнитель в виде ВОГ.A powder composite material containing a matrix of an alloy of Mg-6% Zn-0.5% Zr (granulated MA14 - MA14 g) or Mg-2% Zn-0.7% Zr-1.6% Cd-6.5% Y (granulated VMD10 - VMD10 gr) and dispersed filler in the form of VOG.

Гранулы сплавов Mg-6,5 мас.%Zn-0,5 мac.%Zr или Mg-2 мac.%Zn-0,7 мac.%Zr-1,6 мас.%Cd-6,5 мас.%Y дисперсностью ≤1,5 мм, полученные методом центробежного разбрызгивания расплава в жидкий азот, и ВОГ в виде частиц толщиной 0,4-4 нм, длиной и шириной 1-5 мкм обрабатывали 30 мин в вибросмесителе и просеивали на вибросите через сетки 15 и 004 по ГОСТ 6613. Порошковую композицию с гранулометрическим составом ≤1,5 мм, но ≥40 мкм перерабатывали в прессованный полуфабрикат по технологии, указанной в таблице 5.Granules of alloys Mg-6.5 wt.% Zn-0.5 wt.% Zr or Mg-2 wt.% Zn-0.7 wt.% Zr-1.6 wt.% Cd-6.5 wt.% Y dispersion ≤1.5 mm, obtained by centrifugal spraying of the melt into liquid nitrogen, and FOG in the form of particles with a thickness of 0.4-4 nm, length and width of 1-5 μm were processed for 30 min in a vibratory mixer and sieved on a vibrating screen through mesh 15 and 004 according to GOST 6613. A powder composition with a particle size distribution of ≤1.5 mm but ≥40 μm was processed into a pressed semi-finished product according to the technology indicated in table 5.

Таблица 5Table 5 № п/пNo. p / p МатериалMaterial Состав, мас.%Composition, wt.% Металлургический переделMetallurgical redistribution Плотность, г/см3 Density, g / cm 3 σB, МПаσ B , MPa МатрицаMatrix ДНDN 1one ПредлагаемыйProposed МА14 грMA14 gr ВОГ, 0,5%FOG, 0.5% Компактирование в вакууме, 300°С, 6 МПа, прессование 280°С, кв 4Compacting in vacuum, 300 ° С, 6 MPa, pressing 280 ° С, in 4 1,7951,795 ≥350≥350 22 ПредлагаемыйProposed ВМД10 грVMD10 gr ВОГ, 1%VOG, 1% Компактирование в вакууме, 300°С, 6 МПа, прессование 350°С, кв 20Compacting in vacuum, 300 ° С, 6 MPa, pressing 350 ° С, in 20 1,8861,886 ≥350≥350 33 ГранулируемыйGranular МА14 грMA14 gr Компактирование в капсуле, 320°С, 400 МПа, прессование 320°С, кв 4Compacting in a capsule, 320 ° С, 400 MPa, pressing 320 ° С, in 4 1,681.68 320-330320-330 4four ГранулируемыйGranular ВМД10 грнAMD 10 UAH Компактирование в вакууме, 380°С, 6 МПа, прессование 380°С, кв 20Compacting in vacuum, 380 ° C, 6 MPa, pressing 380 ° C, in 20 1,8011,801 ≥330≥330 55 ЛитойCast МА14MA14 -- Прессование 320°С, кв 4Pressing 320 ° C, K in 4 1,761.76 290-330290-330 66 ЛитойCast ВМД10VMD10 -- Прессование 380°С, кв 20Pressing 380 ° C, in 20 1,861.86 320-330320-330 кв - коэффициент вытяжки при прессовании.to in - coefficient of drawing during pressing.

Предлагаемый материал имеет повышенную по сравнению с известными граунулируемыми и литыми сплавами плотность прессованных полуфабрикатов (эффект составляет 0,3-2% по сравнению с литым и 6-6,4% по сравнению с гранулируемым вариантами сплавов, не содержащих ВОГ). ВОГ позволяет на 30-40°С снизить температуру прессования. В результате на 6-20% возрастает механическая прочность.The proposed material has a higher density of pressed semi-finished products in comparison with the known granular and cast alloys (the effect is 0.3-2% compared to cast and 6-6.4% compared to granular versions of alloys that do not contain FOG). FOG makes it possible to reduce the pressing temperature by 30–40 ° C. As a result, mechanical strength increases by 6–20%.

Таким образом, изобретение позволяет существенно повысить технологичность при изготовлении и получить порошковый композиционный материал с дисперсной однородной структурой и повышенными физико-механическими (плотностью, прочностью и др.) и/или функциональными свойствами, повысить его эксплуатационную надежность.Thus, the invention allows to significantly improve manufacturability in the manufacture and to obtain a powder composite material with a dispersed homogeneous structure and increased physical and mechanical (density, strength, etc.) and / or functional properties, to increase its operational reliability.

Claims (2)

1. Порошковый композиционный материал, содержащий металлическую матрицу и дисперсный наполнитель в виде наноразмерного углерода, отличающийся тем, что в качестве матрицы он содержит металл и/или сплав на основе металла, и/или интерметаллид, а в качестве наноразмерного углерода - восстановленный оксид графита.1. A powder composite material containing a metal matrix and a dispersed filler in the form of nanosized carbon, characterized in that it contains a metal and / or metal-based alloy and / or intermetallic as a matrix, and reduced graphite oxide as a nanosized carbon. 2. Порошковый композиционный материал по п.1, отличающийся тем, что в качестве восстановленного оксида графита он содержит функционализированный восстановленный оксид графита. 2. The powder composite material according to claim 1, characterized in that it contains functionalized reduced graphite oxide as reduced graphite oxide.
RU2011151822/02A 2011-12-20 2011-12-20 Composite powder material RU2471012C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2011151822/02A RU2471012C1 (en) 2011-12-20 2011-12-20 Composite powder material

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2011151822/02A RU2471012C1 (en) 2011-12-20 2011-12-20 Composite powder material

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2471012C1 true RU2471012C1 (en) 2012-12-27

Family

ID=49257489

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2011151822/02A RU2471012C1 (en) 2011-12-20 2011-12-20 Composite powder material

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2471012C1 (en)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2803865C1 (en) * 2022-12-26 2023-09-21 федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Санкт-Петербургский политехнический университет Петра Великого" (ФГАОУ ВО "СПбПУ") Method for obtaining a nickel-graphene nanocomposite with increased plasticity
CN117070792A (en) * 2023-08-25 2023-11-17 深圳特新界面科技有限公司 High-conductivity graphene/copper alloy material and preparation and application thereof

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2087575C1 (en) * 1994-01-11 1997-08-20 Институт физики твердого тела РАН Sintered composite material
EP1923154A2 (en) * 2006-11-14 2008-05-21 Smith International, Inc. Hybrid carbon nanotube reinforced composite bodies
US20100261028A1 (en) * 2007-10-25 2010-10-14 Katsuyoshi Kondoh Composite metal material and method for producing the same
RU2405848C2 (en) * 2008-08-25 2010-12-10 Государственное научное учреждение "Институт механики металлополимерных систем имени В.А. Белого Национальной академии наук Беларуси" Composite sintered powder material
US20110256014A1 (en) * 2010-04-14 2011-10-20 Soon Hyung Hong Graphene/metal nanocomposite powder and method of manufacturing the same

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2087575C1 (en) * 1994-01-11 1997-08-20 Институт физики твердого тела РАН Sintered composite material
EP1923154A2 (en) * 2006-11-14 2008-05-21 Smith International, Inc. Hybrid carbon nanotube reinforced composite bodies
US20100261028A1 (en) * 2007-10-25 2010-10-14 Katsuyoshi Kondoh Composite metal material and method for producing the same
RU2405848C2 (en) * 2008-08-25 2010-12-10 Государственное научное учреждение "Институт механики металлополимерных систем имени В.А. Белого Национальной академии наук Беларуси" Composite sintered powder material
US20110256014A1 (en) * 2010-04-14 2011-10-20 Soon Hyung Hong Graphene/metal nanocomposite powder and method of manufacturing the same

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
CHIEN-PIN TIEN et al. Polymer/graphite oxide composites as high-performance materials for electric double layer capacitors. Journal of Power Sources, 15.04.2010, Vol.195, Iss.8, pp. 2414-2418. *

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2803865C1 (en) * 2022-12-26 2023-09-21 федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Санкт-Петербургский политехнический университет Петра Великого" (ФГАОУ ВО "СПбПУ") Method for obtaining a nickel-graphene nanocomposite with increased plasticity
CN117070792A (en) * 2023-08-25 2023-11-17 深圳特新界面科技有限公司 High-conductivity graphene/copper alloy material and preparation and application thereof

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Kim et al. Thermo-mechanical improvement of Inconel 718 using ex situ boron nitride-reinforced composites processed by laser powder bed fusion
Khamaj et al. Effect of lattice structure evolution on the thermal and mechanical properties of Cu–Al2O3/GNPs nanocomposites
Dixit et al. The effect of copper granules on interfacial bonding and properties of the copper-graphite composite prepared by flake powder metallurgy
RU2696113C1 (en) Method of producing nanocomposite material based on copper, hardened by carbon nanofibres
Sadeghi et al. Hot rolling of MWCNTs reinforced Al matrix composites produced via spark plasma sintering
Kumar et al. Microstructure and properties of graphite-reinforced copper matrix composites
SE530156C2 (en) Mixed powder for powder metallurgy
Aborkin et al. Effect of ceramic coating on carbon nanotubes interaction with matrix material and mechanical properties of aluminum matrix nanocomposite
Raihanuzzaman et al. Conventional sintering of WC with nano-sized Co binder: Characterization and mechanical behavior
JP5613970B2 (en) Method for synthesizing cubic boron nitride and method for producing sintered cubic boron nitride
Ravi et al. Microstructural evolution and wear behavior of carbon added CoCrFeMnNi multi-component alloy fabricated by mechanical alloying and spark plasma sintering
Kumar et al. Processing and characterization of Al 6061–graphene nanocomposites
Liu et al. Microstructure and mechanical properties of bioinspired laminated CoCrFeNiMn high entropy alloy matrix composites reinforced with graphene
JP2016050344A (en) Aluminum or aluminium alloy powder carrying ceramic nanoparticle, ceramic-aluminum composite material using the same and method for manufacturing the same
Eid et al. Microstructure and mechanical properties of CF/Al composites fabricated by hot coining technique
Wen et al. 2D materials-based metal matrix composites
Wang et al. Synergistic effects of WC nanoparticles and MC nanoprecipitates on the mechanical and tribological properties of Fe40Mn40Cr10Co10 medium-entropy alloy
Borand et al. Fabrication of functionally graded few-layered graphene reinforced Al-4.5 Cu alloy by powder metallurgy
Toozandehjani et al. The effect of the addition of CNTs on the microstructure, densification and mechanical behavior in Al-CNT-Al 2 O 3 hybrid nanocomposites
Corthay et al. Elevated-temperature high-strength h-BN-doped Al2014 and Al7075 composites: experimental and theoretical insights
Xie et al. Cu particulate dispersed Cu50Zr45Al5 bulk metallic glassy composite with enhanced electrical conductivity
Khodaei et al. Mechanochemically synthesized Fe3Al–Al2O3 nanocomposite
Sharma et al. Interfacial microstructure and strengthening mechanisms of SPSed Al/GNP nanocomposite subjected to multi-pass friction stir processing
RU2471012C1 (en) Composite powder material
Nakonechnyi et al. WC-based cemented carbide with NiFeCrWMo high-entropy alloy binder as an alternative to cobalt

Legal Events

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

Effective date: 20131221

NF4A Reinstatement of patent

Effective date: 20150320

MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20161221