RU2567779C1 - Способ получения модифицированных алюминиевых сплавов - Google Patents
Способ получения модифицированных алюминиевых сплавов Download PDFInfo
- Publication number
- RU2567779C1 RU2567779C1 RU2014129130/02A RU2014129130A RU2567779C1 RU 2567779 C1 RU2567779 C1 RU 2567779C1 RU 2014129130/02 A RU2014129130/02 A RU 2014129130/02A RU 2014129130 A RU2014129130 A RU 2014129130A RU 2567779 C1 RU2567779 C1 RU 2567779C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- melt
- modifier
- aluminum
- titanium
- frequency
- Prior art date
Links
Images
Abstract
Изобретение относится к получению упрочненных легких сплавов на основе алюминия. В расплав алюминиевого сплава при температуре 750÷800ºС вводят 6 мас.% порошка криолита Na3AlF6, через промежуток времени не менее 10 мин в расплав вводят 5÷6 мас.% модификатора при одновременной активации расплава в течение не менее 20 мин механическим перемешиванием и/или воздействием ультразвуковых колебаний частотой 10 кГц, и/или воздействием электромагнитного поля частотой 40 Гц. В качестве модификатора используют перемешанную до однородного состояния смесь, состоящую из 20 мас.% нанопорошка титана, 5 мас.% нанопорошка углерода и 75 мас.% порошка криолита. Обеспечивается повышение прочности и износостойкости дисперсно-упрочненных сплавов за счет образования in situ наночастиц карбида титана, равномерно распределенных в алюминиевой матрице. 1 ил., 1 пр.
Description
Изобретение относится к области металлургии, а именно к получению легких сплавов на основе алюминия с повышенной прочностью и износостойкостью за счет введения в них упрочняющих дисперсных модификаторов. Дисперсно-упрочненные легкие сплавы на основе алюминия используются для изготовления отдельных деталей и изделий в целом, обладающих высокими эксплуатационными характеристиками при малом весе, в ряде отраслей промышленности (ракетно-космическая, авиационная, автомобильная и др.).
В настоящее время нашли широкое применение сплавы с плотностью не более 3000 кг/м3 на основе алюминия, в которые вводят до 15 мас.% кремния, магния, цинка, меди, марганца, титана и других металлов. Одним из наиболее перспективных направлений повышения прочностных характеристик сплавов на основе алюминия (дюралей, силуминов, дуралюминов) является введение в их состав дисперсных добавок из тугоплавких соединений (оксидов, карбидов, боридов различных металлов).
Известен способ получения дисперсно-упрочненных алюминиевых сплавов путем горячей экструзии гранулированных композиций, включающих карбонаты и оксид магния [1].
Известен способ получения литого композиционного материала на основе алюминиевого сплава путем введения в расплав алюминия брикетов из высокопрочных керамических частиц, причем брикетирование проводят под давлением (100÷130) МПа, а брикеты перед вводом в расплав нагревают до температуры ~110°С [2].
Наиболее близким по техническому решению к заявленному изобретению является способ получения сплава на основе алюминия [3]. Этот способ основан на введении в расплавленную алюминиевую основу (1÷15) мас.% мелкодисперсных порошков оксидов металла с размером частиц в диапазоне (1÷100) нм, температура плавления которых превышает температуру плавления расплава.
Техническим результатом настоящего изобретения является разработка способа получения легких сплавов с повышенной прочностью и износостойкостью.
Для достижения указанного технического результата предложен способ получения модифицированных алюминиевых сплавов, включающий введение в расплав на основе алюминия модификатора. В расплав, нагретый до температуры (750÷800)°С, предварительно вводят 6 мас.% порошка криолита (Na3AlF6), через промежуток времени не менее 10 мин в расплав вводят (5÷6) мас.% модификатора при одновременной активации расплава механическим перемешиванием и/или воздействием ультразвуковых колебаний частотой 10 кГц, и/или воздействием электромагнитного поля частотой 40 Гц в течение промежутка времени не менее 20 мин. В качестве модификатора используют перемешанную до однородного состояния смесь нанопорошков титана и углерода и порошка криолита при содержании компонентов, мас.%:
Ti | 20 |
С | 5 |
Na3AlF6 | 75 |
Полученный положительный эффект (повышение прочности и износостойкости легких сплавов) обусловлен следующими факторами.
1. Известно, что карбид титана (TiC) является одним из лучших модификаторов свойств алюминиевых сплавов, причем эффективность TiC повышается при использовании нанодисперсных частиц карбида титана. В известных технологиях порошок карбида титана получают заранее и вводят его в расплав на основе алюминия (ех sity-технологии).
При этом размер частиц модификатора в расплаве лимитируется дисперсностью исходного порошка. Получение нанодисперсных порошков НС представляет достаточно сложную техническую задачу. Кроме того, гидрофобность (плохая смачиваемость) порошка карбида титана с расплавом алюминия затрудняет образование центров кристаллизации алюминия [4].
В предлагаемом способе в расплав вводят смесь порошков титана и углерода, а образование частиц карбида титана происходит непосредственно в расплаве в соответствии с химической реакцией
Данный способ введения модификатора (in situ-технология) [5] позволяет в значительной мере решить отмеченные выше проблемы.
2. Заявляемое соотношение содержания титана и углерода в модификаторе (4/1) соответствует стехиометрии химической реакции (1). Стехиометрическое соотношение реагентов обеспечивает получение карбида титана без образования дополнительных продуктов в расплаве алюминия.
3. Введение в состав модификатора, а также предварительное введение в расплав алюминия порошка криолита способствует равномерному распределению в объеме расплава частиц модификатора. Кроме того, криолит - минерал, широко применяющийся в технологии электролизного получения алюминия из бокситов - позволяет рафинировать расплав (очистить его от шлаков и газовых включений).
Заявляемое содержание криолита в модификаторе (2/3 от основных реагентов - титана и углерода), а также предварительное введение в расплав 6 мас.% Na3AlF6 определено экспериментально из анализа характеристик модифицированных сплавов, полученных данным способом.
4. Активация расплава алюминия механическим перемешиванием и/или воздействием ультразвука и/или электромагнитного поля способствует равномерному распределению образующихся частиц карбида титана в объеме алюминиевой матрицы. Это обеспечивает получение высоких прочностных характеристик модифицированных алюминиевых сплавов.
Значения частоты ультразвуковых колебаний (10 кГц) и/или частоты электромагнитного поля (40 кГц) также определены экспериментально анализом характеристик, полученных модифицированных сплавов.
Заявляемое время активации (не менее 20 мин) соответствует полному времени протекания химической реакции образования карбида титана в расплаве и получено экспериментально для лабораторной плавильной печи.
5. Температура расплава алюминия (750÷800)°С обеспечивает полноту проведения химической реакции образования карбида титана в расплаве.
Пример реализации способа.
Сущность изобретения поясняется на фиг. 1. Смесь порошка титана со среднемассовым диаметром частиц 0.1 мкм (0.5 кг), порошок углерода со средним диаметром частиц 0.01 мкм (0.125 кг) и порошок криолита со среднемассовым диаметром частиц 3.5 мкм (1.875 кг) смешивали до однородного состояния в пневматическом циркуляционном смесителе [6].
Расплав алюминия массой 50 кг в графитовом тигле 1 диаметром 300 мм и высотой 350 мм (фиг. 1) помещали в индукционно-плавильную печь и нагревали до температуры (750÷800)°С. Затем в расплав 2 вводили 2.5 кг порошка криолита. Далее через 10 минут порошок модификатора (2.5 кг) вводили в расплав. Процесс модификации проводили в течение 20 мин при одновременной активации расплава тремя механическими мешалками 3, воздействием ультразвуковых колебаний частотой 10 кГц от ультразвукового технологического аппарата УЗТА-1/22-0 с излучателем 4 и воздействием электромагнитного поля частотой 40 кГц от генератора ТВИ-1 с индукционной катушкой 5.
Расплав с введенным модификатором разливали в кокиль и после полного остывания проводили металлографические исследования.
По результатам лабораторного металлографического анализа показано, что введение модификатора в расплав на основе алюминия - силумина АК-7 - уменьшает средний размер зерен на (30÷50)% от 250 мкм (чистый алюминий в литом состоянии) до (125÷175) мкм (модифицированный материал).
Таким образом, предложенный способ позволяет повысить прочность и износостойкость легких сплавов на основе алюминия за счет снижения размеров зерен и повышения равномерности их распределения в объеме матрицы путем введения модификатора и проведения реакции образования карбида титана непосредственно в расплаве (in situ).
ЛИТЕРАТУРА
1. Патент РФ №1797218, МПК B22F 9/04, С22С 1/05. Способ получения дисперсно-упрочненных алюминиевых сплавов / Ф.Г. Ловшенко, Г.Ф. Ловшенко; опубл. 10.09.1996.
2. Патент РФ №2323991, МПК С22С 1/10, С22С 1/00, D22F 3/02, B22F 3/26, В82В 3/00. Литой композиционный материал на основе алюминиевого сплава и способ его получения / А.В. Панфилов, Д.Н. Бранчуков, А.А. Панфилов [и др.]; опубл. 10.05.2008.
3. Патент РФ №2177047, МПК B22F 9/04, С22С 1/05. Способ получения сплава на основе алюминия / В.А. Моисеев, В.В. Стацура, Ю.И. Гордеев, В.В. Летуновский; опубл. 20.12.2001.
4. Su-Hyeon-Kim, Young-Hee Cho, Jung-Moo Lee. Particle distribution and hot workability of in situ synthesized Al-TiCp composite // Metallurgical and Materials Transactions A. 2011. - pp. 1-12.
5. Ramesh C.S., Abrar Ahamed, B.H. Channabasappa, R. Keshavamurthy. Development of Al6063-TiB2 in situ composites // Materials and Design. 2010, №31. - pp. 2230-2236.
6. Росляк A.T., Бирюков Ю.А., Пачин B.H. Пневматические методы и аппараты порошковой технологии. - Томск: Изд-во Том. ун-та, 1990. - 272 с.
Claims (1)
- Способ получения модифицированных алюминиевых сплавов, включающий введение в расплав алюминиевых сплавов модификатора, отличающийся тем, что в расплав, нагретый до температуры 750÷800°C, предварительно вводят 6 мас.% порошка криолита Na3AlF6, через промежуток времени не менее 10 мин в расплав вводят 5÷6 мас.% модификатора при одновременной активации расплава механическим перемешиванием и/или воздействием ультразвуковых колебаний частотой 10 кГц, и/или воздействием электромагнитного поля частотой 40 Гц в течение промежутка времени не менее 20 мин, причем в качестве модификатора используют перемешанную до однородного состояния смесь нанопорошков титана и углерода и порошка криолита при содержании компонентов, мас.%:
нанопрошок титана 20 нанопорошок углерода 5 порошок криолита 75
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2014129130/02A RU2567779C1 (ru) | 2014-07-15 | 2014-07-15 | Способ получения модифицированных алюминиевых сплавов |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2014129130/02A RU2567779C1 (ru) | 2014-07-15 | 2014-07-15 | Способ получения модифицированных алюминиевых сплавов |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2567779C1 true RU2567779C1 (ru) | 2015-11-10 |
Family
ID=54537172
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2014129130/02A RU2567779C1 (ru) | 2014-07-15 | 2014-07-15 | Способ получения модифицированных алюминиевых сплавов |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2567779C1 (ru) |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN108559864A (zh) * | 2018-03-20 | 2018-09-21 | 江苏大学 | 一种新能源汽车用原位纳米强化铝合金轮毂及制造方法 |
CN110669902A (zh) * | 2019-09-30 | 2020-01-10 | 鞍钢股份有限公司 | 一种纳米粒子均匀分散铝基中间体及制备和应用方法 |
CN115420103A (zh) * | 2022-07-06 | 2022-12-02 | 湖南文昌新材科技股份有限公司 | 一种纳米增强铝基复合材料制备装置 |
Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2016112C1 (ru) * | 1992-04-08 | 1994-07-15 | Товарищество с ограниченной ответственностью "Аннаг" | Способ модифицирования алюминиевых сплавов |
RU2177047C1 (ru) * | 2000-07-18 | 2001-12-20 | Открытое акционерное общество "КОРПОРАЦИЯ "КОМПОМАШ" | Способ получения сплава на основе алюминия |
RU2323991C1 (ru) * | 2006-09-22 | 2008-05-10 | Институт металлургии и материаловедения им. А.А. Байкова РАН | Литой композиционный материал на основе алюминиевого сплава и способ его получения |
RU2012155971A (ru) * | 2012-12-24 | 2014-06-27 | Михаил Юрьевич Новомейский | Способ модифицирования литых сплавов |
-
2014
- 2014-07-15 RU RU2014129130/02A patent/RU2567779C1/ru not_active IP Right Cessation
Patent Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2016112C1 (ru) * | 1992-04-08 | 1994-07-15 | Товарищество с ограниченной ответственностью "Аннаг" | Способ модифицирования алюминиевых сплавов |
RU2177047C1 (ru) * | 2000-07-18 | 2001-12-20 | Открытое акционерное общество "КОРПОРАЦИЯ "КОМПОМАШ" | Способ получения сплава на основе алюминия |
RU2323991C1 (ru) * | 2006-09-22 | 2008-05-10 | Институт металлургии и материаловедения им. А.А. Байкова РАН | Литой композиционный материал на основе алюминиевого сплава и способ его получения |
RU2012155971A (ru) * | 2012-12-24 | 2014-06-27 | Михаил Юрьевич Новомейский | Способ модифицирования литых сплавов |
Cited By (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN108559864A (zh) * | 2018-03-20 | 2018-09-21 | 江苏大学 | 一种新能源汽车用原位纳米强化铝合金轮毂及制造方法 |
CN108559864B (zh) * | 2018-03-20 | 2020-01-24 | 江苏大学 | 一种新能源汽车用原位纳米强化铝合金轮毂及制造方法 |
CN110669902A (zh) * | 2019-09-30 | 2020-01-10 | 鞍钢股份有限公司 | 一种纳米粒子均匀分散铝基中间体及制备和应用方法 |
CN110669902B (zh) * | 2019-09-30 | 2021-10-22 | 鞍钢股份有限公司 | 一种纳米粒子均匀分散铝基中间体及制备和应用方法 |
CN115420103A (zh) * | 2022-07-06 | 2022-12-02 | 湖南文昌新材科技股份有限公司 | 一种纳米增强铝基复合材料制备装置 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Kumar | Method of stir casting of aluminum metal matrix composites: a review | |
Chak et al. | A review on fabrication methods, reinforcements and mechanical properties of aluminum matrix composites | |
Jawalkar et al. | Fabrication of aluminium metal matrix composites with particulate reinforcement: a review | |
Kulkarni et al. | Effect of fly ash hybrid reinforcement on mechanical property and density of aluminium 356 alloy | |
Ramnath et al. | Evaluation of mechanical properties of aluminium alloy–alumina–boron carbide metal matrix composites | |
Valibeygloo et al. | Microstructural and mechanical properties of Al-4.5 wt% Cu reinforced with alumina nanoparticles by stir casting method | |
Almadhoni et al. | Review of effective parameters of stir casting process on metallurgical properties of ceramics particulate Al composites | |
Singh et al. | Enhancement of wettability of aluminum based silicon carbide reinforced particulate metal matrix composite | |
Rana et al. | Development and analysis of Al-matrix nano composites fabricated by ultrasonic assisted squeeze casting process | |
CN1062769A (zh) | 制造金属基复合材料的方法和装置 | |
CN112593111B (zh) | 一种碳化物纳米颗粒改性的铝基纳米复合材料及其制备方法 | |
US20130189151A1 (en) | Particulate aluminium matrix nano-composites and a process for producing the same | |
RU2567779C1 (ru) | Способ получения модифицированных алюминиевых сплавов | |
US9267190B2 (en) | Production method and production device for a composite metal powder using the gas spraying method | |
Zhong et al. | Microstructure and mechanical properties of in situ TiB2/7055 composites synthesized by direct magnetochemistry melt reaction | |
Jing et al. | Behavior of CeO2 additive in in-situ TiB2 particles reinforced 2014 Al alloy composite | |
Malik et al. | Energy-efficient method for developing in-situ Al-Cu metal matrix composites using microwave sintering and friction stir processing | |
Kannan et al. | Advanced liquid state processing techniques for ex-situ discontinuous particle reinforced nanocomposites: A review | |
RU2542044C1 (ru) | Способ получения упрочненных сплавов на основе алюминия | |
Soundararajan et al. | Investigation on A356-20wt% SiC composites through mechanical stirring and ultra-sonic-assisted cavitation | |
Acharya et al. | Individual and synergistic effect of gamma alumina (γ-Al2O3) and strontium on microstructure and mechanical properties of Al-20Si alloy | |
US20210254194A1 (en) | Preparation method for magnesium matrix composite | |
WO2020020381A1 (zh) | 一种低密度金属基复合材料的制备方法 | |
RU2542191C1 (ru) | Способ получения лигатур для производства алюминиевых сплавов | |
CN112662909B (zh) | 一种碳化物纳米颗粒改性的压铸铝合金及其制备方法 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20170716 |