RU2616315C1 - Method of producing aluminium matrix composite material - Google Patents
Method of producing aluminium matrix composite material Download PDFInfo
- Publication number
- RU2616315C1 RU2616315C1 RU2015152345A RU2015152345A RU2616315C1 RU 2616315 C1 RU2616315 C1 RU 2616315C1 RU 2015152345 A RU2015152345 A RU 2015152345A RU 2015152345 A RU2015152345 A RU 2015152345A RU 2616315 C1 RU2616315 C1 RU 2616315C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- powder
- microns
- filler
- particle size
- average particle
- Prior art date
Links
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
- C22C—ALLOYS
- C22C1/00—Making non-ferrous alloys
- C22C1/04—Making non-ferrous alloys by powder metallurgy
- C22C1/05—Mixtures of metal powder with non-metallic powder
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
- C22C—ALLOYS
- C22C21/00—Alloys based on aluminium
Landscapes
- Powder Metallurgy (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к порошковой металлургии, в частности к получению композитов на основе металлической матрицы из алюминия или его сплавов, наполненной частицами порошков карбида бора и вольфрама.The invention relates to powder metallurgy, in particular to the production of composites based on a metal matrix of aluminum or its alloys, filled with particles of powders of boron carbide and tungsten.
Известен способ изготовления металломатричного композита, в котором при подготовке усиливающих элементов в виде порошка, подготовке материала матрицы в виде порошка, смешивании и перемешивании порошков и последующей термообработке полученной смеси в качестве материала матрицы используют нанопорошок размером до 150 нм в количестве 1-100 мас. % от массы материала матрицы. Патент РФ №2188248, МПК С22С 1/10, С22С 1/04 г. A known method of manufacturing a metal matrix composite, in which when preparing the reinforcing elements in the form of a powder, preparing the matrix material in the form of a powder, mixing and stirring the powders and subsequent heat treatment of the resulting mixture, nanopowder size of up to 150 nm in an amount of 1-100 wt. % by weight of the matrix material. RF patent №2188248, IPC С22С 1/10, С22С 1/04,
Получаемые способом изделия ограничены по номенклатуре форм и размеров.The products obtained by the method are limited by the range of shapes and sizes.
Известен способ получения композиционного материала, содержащего металлическую матрицу и керамический упрочнитель, включающий приготовление смеси порошка матричного металла с керамическим упрочнителем, брикетирование полученной смеси и горячую экструзию брикетов. Керамический упрочнитель берут в виде порошка, а приготовленную смесь матричного металла и керамического упрочнителя перед брикетированием подвергают механическому легированию с получением композиционных гранул и последующей дегазации в вакууме при температуре выше температуры солидуса матричного сплава (патент РФ 2246379, МПК B22F 3/20, С22С/05,опубл. 2005 г.).A known method of producing a composite material containing a metal matrix and a ceramic hardener, comprising preparing a mixture of the powder of the matrix metal with a ceramic hardener, briquetting the mixture, and hot extruding the briquettes. The ceramic hardener is taken in powder form, and the prepared mixture of matrix metal and ceramic hardener is subjected to mechanical alloying before briquetting to obtain composite granules and subsequent degassing in vacuum at a temperature above the solidus temperature of the matrix alloy (RF patent 2246379, IPC B22F 3/20, C22C / 05 publ. 2005).
Способ предусматривает многостадийную компрессионную и термическую обработку - прессование брикетов на гидравлическом прессе при 480-500°С и давлении 500 МПа, а также последующую горячую экструзию и не обеспечивает достаточной равномерности распределения в матрице частиц наполнителя процедурой дегазации композиционных гранул, проводимой при температуре выше температуры солидуса матричного сплава.The method involves multi-stage compression and heat treatment — pressing briquettes on a hydraulic press at 480-500 ° C and a pressure of 500 MPa, as well as subsequent hot extrusion and does not provide sufficient uniformity of distribution of the filler particles in the matrix by the process of degassing of composite granules carried out at a temperature above the solidus temperature matrix alloy.
Известен способ получения композиционного материала, содержащий матрицу из алюминия или его сплавов и керамический упрочнитель из борсодержащих материалов, включающий приготовление исходной смеси порошка матричного металла с порошком керамического упрочнителя, механическое легирование с получением композиционной смеси, дегазацию приготовленной смеси в вакууме, спекание и горячую экструзию.A known method for producing a composite material containing a matrix of aluminum or its alloys and a ceramic hardener from boron-containing materials, comprising preparing an initial mixture of matrix metal powder with ceramic hardener powder, mechanical alloying to obtain a composite mixture, degassing the prepared mixture in vacuum, sintering and hot extrusion.
В качестве керамического упрочнителя используют композиционный порошок равномерностью 75-85%, полученный путем смешивания порошка борсодержащего материала, преимущественно нитрида бора или карбида бора, размерностью 1,0-100 нм в количестве 2-25 вес. % состава исходной смеси и порошка вольфрама той же размерности в количестве 1-30 вес. % состава исходной смеси и механического легирования. Его затем смешивают с порошком алюминия или его сплавов размерностью 0,1-100 мкм в количестве до 100 вес. % состава исходной смеси. Механическое легирование для получения композиционной смеси осуществляют в течение 0,5-5 ч со скоростью 100-1000 об/мин до равномерности 75-85%. Дегазацию полученной композиционной смеси проводят в вакууме при температуре 0,6-0,8 от температуры плавления алюминия в течение 0,5-1,0 ч. Спекание осуществляют в течение 1-5 ч при температуре 450-550°С. Горячую экструзию через фильеру осуществляют под давлением 3000-15000 МПа на прессе мощностью не менее 500 т - патент РФ 2509818, МПК С22С/05, B22F 3/20, С22С 21/00, от 30.11.2012 г. As a ceramic hardener, a composite powder with a uniformity of 75-85% obtained by mixing a powder of boron-containing material, mainly boron nitride or boron carbide, with a dimension of 1.0-100 nm in an amount of 2-25 weight is used. % of the composition of the initial mixture and tungsten powder of the same dimension in an amount of 1-30 weight. % of the composition of the initial mixture and mechanical alloying. It is then mixed with a powder of aluminum or its alloys with a dimension of 0.1-100 microns in an amount of up to 100 weight. % of the composition of the initial mixture. Mechanical alloying to obtain a composite mixture is carried out for 0.5-5 hours at a speed of 100-1000 rpm to a uniformity of 75-85%. Degassing of the resulting composite mixture is carried out in vacuum at a temperature of 0.6-0.8 from the melting temperature of aluminum for 0.5-1.0 hours. Sintering is carried out for 1-5 hours at a temperature of 450-550 ° C. Hot extrusion through a die is carried out under a pressure of 3000-15000 MPa on a press with a capacity of at least 500 t - RF patent 2509818, IPC C22C / 05, B22F 3/20, C22C 21/00, dated November 30, 2012.
Последовательное использование горячего гидравлического пресса для брикетирования, вакуумного оборудования для предотвращения высокотемпературного окисления, а также отдельного экструзионного пресса является существенным усложнением производства, а указанные параметры экструзионного оборудования могут обеспечить изготовление изделий лишь простой формы, ограниченной сечением не более 3,3 см2.The consistent use of a hot hydraulic briquette press, vacuum equipment to prevent high-temperature oxidation, as well as a separate extrusion press is a significant complication of production, and the specified extrusion equipment parameters can ensure the manufacture of products of only a simple shape, limited to a cross-section of no more than 3.3 cm 2 .
Задача - разработка простого в изготовлении композитного материала с малым удельным весом, высокой теплопроводностью, повышенной гамма- и нейтронной поглощаемостью и высокими механическими свойствами.The task is to develop a composite material that is easy to manufacture and has a low specific gravity, high thermal conductivity, increased gamma and neutron absorption, and high mechanical properties.
Алюмоматричный композитный материал содержит матрицу из алюминия или его сплавов, наполненную частицами борсодержащих порошковых материалов и порошков тяжелых металлов, например, вольфрама. Готовят исходную смесь порошка матричного материала с порошками наполнителей. В качестве наполнителя используют порошок, полученный путем механического смешивания порошка борсодержащего материала, преимущественно карбида бора или нитрида бора со средним размером частиц 0,5-5 мкм в количестве 5-15 мас. % состава и порошка вольфрама со средним размером частиц 0,1-1 мкм в количестве 15-20 мас. % состава. Затем его механически смешивают с порошком алюминия или его сплавов со средним размером частиц до 100 мкм, образуя 100 мас. % состава композитной смеси всех порошков. Далее осуществляют механическое перемешивание смеси в течение 0,5-6 часов со скоростью 10-60 об/мин. и осуществляют холодное прессование полученной смеси давлением до 1000 МПа в закрытой жесткой ультразвуковой пресс-форме на гидравлическом прессе с усилием, достаточным для достижения указанного давления на заданной площади гидравлического сечения изделия. К пресс-форме подводят ультразвуковые механические колебания частотой 18-24 кГц и амплитудой колебательного смещения формообразующих поверхностей пресс-формы 1-10 мкм.The aluminum matrix composite material contains a matrix of aluminum or its alloys filled with particles of boron-containing powder materials and powders of heavy metals, for example, tungsten. An initial mixture of matrix material powder with filler powders is prepared. As the filler, a powder is used, obtained by mechanical mixing of a powder of boron-containing material, mainly boron carbide or boron nitride with an average particle size of 0.5-5 microns in an amount of 5-15 wt. % of the composition and powder of tungsten with an average particle size of 0.1-1 microns in an amount of 15-20 wt. % composition. Then it is mechanically mixed with a powder of aluminum or its alloys with an average particle size of up to 100 microns, forming 100 wt. % composition of the composite mixture of all powders. Next, the mixture is mechanically mixed for 0.5-6 hours at a speed of 10-60 rpm. and carry out cold pressing of the mixture with a pressure of up to 1000 MPa in a closed rigid ultrasonic mold on a hydraulic press with a force sufficient to achieve the specified pressure on a given area of the hydraulic section of the product. Ultrasonic mechanical vibrations with a frequency of 18-24 kHz and an amplitude of vibrational displacement of the forming surfaces of the mold 1-10 microns are fed to the mold.
Механическое смешивание порошковых компонентов смеси осуществляют в два этапа. Вначале берут 5-15 мас. % порошка борсодержащего материала со средним размером частиц 0,5-5 мкм, к нему добавляют 15-20 вес. % порошка вольфрама со средним размером частиц 0,1-1 мкм и осуществляют механическое смешивание в шаровой мельнице. Затем к полученной смеси добавляют порошок алюминия или его сплавов со средним размером частиц до 100 мкм, образуя 100 мас. % состава композитной смеси порошка наполнителей и порошка алюминия или его сплавов. Продолжают механическое перемешивание в течение 0,5-6 часов со скоростью 10-60 об/мин, что позволяет подготовить гомогенную композитную порошковую смесь. В результате повышается равномерность распределения структуры, а также физических и механических свойств консолидированного материала.Mechanical mixing of the powder components of the mixture is carried out in two stages. First, take 5-15 wt. % powder of boron-containing material with an average particle size of 0.5-5 microns, add to it 15-20 weight. % tungsten powder with an average particle size of 0.1-1 microns and carry out mechanical mixing in a ball mill. Then, the powder of aluminum or its alloys with an average particle size of up to 100 μm is added to the resulting mixture, forming 100 wt. % of the composition of the composite mixture of filler powder and aluminum powder or its alloys. Mechanical stirring is continued for 0.5-6 hours at a speed of 10-60 rpm, which allows you to prepare a homogeneous composite powder mixture. As a result, the uniformity of the distribution of the structure, as well as the physical and mechanical properties of the consolidated material, is increased.
Оптимальный состав смеси для максимальной плотности упаковки и деформации частиц определен на основе дискретно-элементного моделирования, входными данными для которого являются параметры функций распределения по размерам частиц используемых компонентов смеси. Режим механического смешивания определен опытным путем из условий целесообразности.The optimal composition of the mixture for the maximum packing density and particle deformation is determined on the basis of discrete-element simulation, the input data for which are the parameters of the particle size distribution functions of the used components of the mixture. The mechanical mixing mode is determined empirically from the conditions of expediency.
Сочетание в составе композитного материала порошка алюминия, а также частиц микронных и наноразмерных порошков борсодержащих материалов и вольфрама для наполнителя в оптимальных количествах позволили значительно увеличить плотность взаимной упаковки и деформации частиц смеси в процессе холодного прессования, сохранить низкий удельный вес, высокую теплопроводность, радиационно-защитные и механические свойства полученного материала.The combination of aluminum powder in the composition of the composite material, as well as particles of micron and nanoscale powders of boron-containing materials and tungsten for the filler in optimal quantities significantly increased the density of the mutual packing and deformation of the mixture particles during cold pressing, to maintain a low specific gravity, high thermal conductivity, radiation protective and mechanical properties of the resulting material.
Холодное прессование при давлении до 1000 МПа исключило необходимость предварительной дегазации и вакуумирования смеси, которое в прототипе предотвращало окисление материала матрицы при термической обработке, горячем прессовании и горячей экструзии.Cold pressing at pressures up to 1000 MPa eliminated the need for preliminary degassing and evacuation of the mixture, which in the prototype prevented the oxidation of the matrix material during heat treatment, hot pressing and hot extrusion.
Ультразвуковое воздействие при холодном прессовании позволило дополнительно повысить плотность упаковки и деформации частиц композитной смеси за счет снижения под действием ультразвуковых колебаний предела текучести матричного материала, а также за счет снижения сил пристенного и межчастичного трения, что позволило снизить давление прессования и положительно отразилось на свойствах полученного композитного материала.Ultrasonic action during cold pressing made it possible to further increase the packing density and deformation of the particles of the composite mixture by lowering the yield strength of the matrix material under the action of ultrasonic vibrations, as well as by reducing the forces of wall and interparticle friction, which reduced the pressing pressure and positively affected the properties of the obtained composite material.
Конструкция пресс-формы для прессования смеси порошков определена путем оптимизации схемы приложения нагрузки прессования, а также соблюдения резонансных условий ее колебаний.The design of the mold for pressing a mixture of powders is determined by optimizing the application pattern of the pressing load, as well as observing the resonance conditions of its vibrations.
Оптимальные режимы смешивания и ультразвукового прессования в закрытой жесткой пресс-форме определены модельным и опытным путем.The optimal modes of mixing and ultrasonic pressing in a closed rigid mold are determined by model and experimental methods.
Получение композитного материала с матрицей на основе алюминия или его сплавов, наполненных смесью частиц борсодержащего материала В4С или BN и W, которые в оптимальном соотношении компонентов и при использовании холодного прессования в закрытой жесткой пресс-форме под действием ультразвуковых колебаний позволяет значительно снизить производственные затраты и себестоимость изделий с малым удельным весом, высокой теплопроводностью, повышенной гамма- и нейтронной поглощаемостью, высокими механическими свойствами.Obtaining a composite material with a matrix based on aluminum or its alloys filled with a mixture of particles of boron-containing material B 4 C or BN and W, which in the optimal ratio of components and when using cold pressing in a closed rigid mold under the action of ultrasonic vibrations can significantly reduce production costs and the cost of products with low specific gravity, high thermal conductivity, increased gamma and neutron absorption, high mechanical properties.
Примеры конкретного получения композитных материалов, содержащих матрицу из алюминия или его сплавов, наполненную частицами борсодержащих материалов и вольфрама.Examples of specific production of composite materials containing a matrix of aluminum or its alloys, filled with particles of boron-containing materials and tungsten.
Пример 1Example 1
Порошок карбида бора (ГОСТ 574485) марки М5 в количестве 150 г загружают в цилиндрическую емкость шаровой мельницы, заполненную стальными мелющими телами, добавляют в нее 200 г наноструктурированного порошка вольфрама со средним размером частиц 0,1-1 мкм, полученного методом электрического взрыва проволоки, и проводят предварительное механическое смешивание в течение 0,5 часа со скоростью 10 об/мин, а затем к полученной смеси добавляют порошок сплава АМг6 (ГОСТ 4784-97) со средним размером частиц до 100 мкм в количестве 650 г и продолжают механическое перемешивание в течение 6 часов со скоростью 60 об/мин. Затем приготовленную композитную порошковую смесь загружают в цилиндрическую формообразующую полость закрытой жесткой пресс-формы и прессуют давлением 800 МПа на гидравлическом прессе усилием, достаточным для достижения указанного давления на заданной площади гидравлического сечения изделия.A powder of boron carbide (GOST 574485) of the M5 grade in the amount of 150 g is loaded into a cylindrical tank of a ball mill filled with steel grinding bodies, 200 g of nanostructured tungsten powder with an average particle size of 0.1-1 μm obtained by electric explosion of wire is added to it, and preliminary mechanical mixing is carried out for 0.5 hours at a speed of 10 rpm, and then AMg6 alloy powder (GOST 4784-97) with an average particle size of up to 100 μm in an amount of 650 g is added to the resulting mixture and the mechanical transfer is continued eshivanie for 6 hours at a speed of 60 rev / min. Then, the prepared composite powder mixture is loaded into a cylindrical forming cavity of a closed rigid mold and pressed with a pressure of 800 MPa on a hydraulic press with a force sufficient to achieve the specified pressure on a given area of the hydraulic section of the product.
После прессования получают изделие с составом: 65 мас. % алюминиевого сплава, 15 мас. % карбида бора, 20 мас. % вольфрама. Плотность изделия составляет 85,3% (2,67 г/см3 при теоретической плотности состава 3,13 г/см3). Предел прочности на сжатие полученного материала составляет 382 МПа при незначительном увеличении удельного веса. По результатам исследований, проведенных в учебно-научном центре «Исследовательский ядерный реактор» (ИРТ-Т) Физико-технического института Национального исследовательского Томского политехнического университета, полученный материал имеет высокие радиационно-защитные показатели - коэффициент поглощения нейтронного излучения увеличился на 35%, а коэффициент рассеивания гамма-излучения увеличился на 45% относительно материала на основе алюминиевого сплава АМг6 без добавок.After pressing, a product is obtained with the composition: 65 wt. % aluminum alloy, 15 wt. % boron carbide, 20 wt. % tungsten. The density of the product is 85.3% (2.67 g / cm 3 with a theoretical composition density of 3.13 g / cm 3 ). The compressive strength of the obtained material is 382 MPa with a slight increase in specific gravity. According to the results of studies conducted at the Research Nuclear Reactor Educational and Scientific Center (IRT-T) of the Physicotechnical Institute of the National Research Tomsk Polytechnic University, the obtained material has high radiation protective parameters - the neutron absorption coefficient increased by 35%, and the coefficient gamma radiation scattering increased by 45% relative to the material based on aluminum alloy AMg6 without additives.
Пример 2Example 2
Порошок карбида бора (ГОСТ 574485) марки М5 в количестве 120 г загружают в цилиндрическую емкость шаровой мельницы, заполненную стальными мелющими телами, добавляют в нее 180 г наноструктурированного порошка вольфрама со средним размером частиц 0,1-1 мкм, полученного методом электрического взрыва проволоки. Проводят предварительное механическое смешивание в течение 0,5 часа со скоростью 10 об/мин, а затем к полученной смеси добавляют порошок сплава АМг6 (ГОСТ 4784-97) со средним размером частиц до 100 мкм в количестве 700 г и продолжают механическое перемешивание в течение 6 часов со скоростью 60 об/мин. Затем приготовленную композитную порошковую смесь загружают в цилиндрическую формообразующую полость закрытой жесткой пресс-формы и прессуют давлением 800 МПа на гидравлическом прессе усилием, достаточным для достижения указанного давления на заданной площади гидравлического сечения изделия.M5 grade boron carbide powder (GOST 574485) in the amount of 120 g is loaded into a cylindrical container of a ball mill filled with steel grinding bodies, 180 g of nanostructured tungsten powder with an average particle size of 0.1-1 μm obtained by electric explosion of wire is added to it. Preliminary mechanical mixing is carried out for 0.5 hours at a speed of 10 rpm, and then AMg6 alloy powder (GOST 4784-97) with an average particle size of up to 100 μm in the amount of 700 g is added to the resulting mixture and mechanical mixing is continued for 6 hours at a speed of 60 rpm Then, the prepared composite powder mixture is loaded into a cylindrical forming cavity of a closed rigid mold and pressed with a pressure of 800 MPa on a hydraulic press with a force sufficient to achieve the specified pressure on a given area of the hydraulic section of the product.
После прессования получают изделие с составом: 70 мас. % алюминиевого сплава, 12 мас. % карбида бора, 18 мас. % вольфрама. Плотность изделия составляет 90,8% (2,78 г/см3 при теоретической плотности состава 3,07 г/см3). Предел прочности на сжатие полученного материала составляет 405 МПа при небольшом увеличении удельного веса. Материал имеет высокие радиационно-защитные показатели - коэффициент поглощения нейтронного излучения увеличился на 27% относительно алюминиевого сплава АМг6 без добавок, коэффициент рассеивания гамма-излучения увеличился на 43%.After pressing, a product is obtained with the composition: 70 wt. % aluminum alloy, 12 wt. % boron carbide, 18 wt. % tungsten. The density of the product is 90.8% (2.78 g / cm 3 with a theoretical density of the composition of 3.07 g / cm 3 ). The compressive strength of the obtained material is 405 MPa with a slight increase in specific gravity. The material has high radiation-protective characteristics - the neutron absorption coefficient increased by 27% relative to the aluminum alloy AMg6 without additives, the gamma-ray scattering coefficient increased by 43%.
Пример 3Example 3
По результатам, полученным путем дискретно-элементного моделирования упаковки частиц порошка с экспериментально определенным гранулометрическим составом, оптимальный состав композитной смеси готовят следующим образом.According to the results obtained by discrete-element modeling of the packing of powder particles with experimentally determined particle size distribution, the optimal composition of the composite mixture is prepared as follows.
Порошок карбида бора (ГОСТ 574485) марки М5 - 60 г загружают в цилиндрическую емкость шаровой мельницы, заполненную стальными мелющими телами, и добавляют в нее 200 г наноструктурированного порошка вольфрама со средним размером частиц 0,1-1 мкм, полученного методом электрического взрыва проволоки. Проводят предварительное механическое смешивание в течение 0,5 часа со скоростью 10 об/мин, а затем к полученной смеси добавляют порошок сплава АМг6 (ГОСТ 4784-97) со средним размером частиц до 100 мкм в количестве 740 г и продолжают механическое перемешивание в течение 6 часов со скоростью 60 об/мин. Затем приготовленную композитную порошковую смесь загружают в цилиндрическую формообразующую полость закрытой жесткой пресс-формы с возможностью подведения к зоне прессования ультразвуковых колебаний частотой 20 кГц, мощностью 0-4 кВт и амплитудой колебательного смещения стенок пресс-формы 1-10 мкм. Прессуют давлением 800 МПа на гидравлическом прессе.Powder of boron carbide (GOST 574485) of grade M5 - 60 g is loaded into a cylindrical tank of a ball mill filled with steel grinding bodies, and 200 g of nanostructured tungsten powder with an average particle size of 0.1-1 μm obtained by the electric explosion of wire is added to it. Preliminary mechanical mixing is carried out for 0.5 hours at a speed of 10 rpm, and then AMg6 alloy powder (GOST 4784-97) with an average particle size of up to 100 μm in an amount of 740 g is added to the resulting mixture and mechanical stirring is continued for 6 hours at a speed of 60 rpm Then, the prepared composite powder mixture is loaded into a cylindrical forming cavity of a closed rigid mold with the possibility of bringing ultrasonic vibrations with a frequency of 20 kHz, a power of 0-4 kW and an amplitude of vibrational displacement of the walls of the mold 1-10 μm to the pressing zone. Pressed with a pressure of 800 MPa on a hydraulic press.
После прессования получают изделие с составом: 74 мас. % алюминиевого сплава, 6 мас. % карбида бора, 20 мас. % вольфрама. Плотность изделия составила 90,8% (2,78 г/см3 при теоретической плотности состава 3,14 г/см3) при отсутствии ультразвуковой обработки и 95,1% (2,98 г/см3) при мощности ультразвуковой обработки 2 кВт. При небольшом увеличении удельного веса предел прочности на сжатие полученного материала без ультразвуковой обработки составил 416 МПа, а при мощности ультразвуковой обработки 2 кВт - 448 МПа. Показатели материала - коэффициент поглощения нейтронного излучения увеличился на 21% относительно алюминиевого сплава АМг6, а коэффициент рассеивания гамма-излучения увеличился на 39%.After pressing, a product is obtained with the composition: 74 wt. % aluminum alloy, 6 wt. % boron carbide, 20 wt. % tungsten. The density of the product was 90.8% (2.78 g / cm 3 with a theoretical composition density of 3.14 g / cm 3 ) in the absence of ultrasonic treatment and 95.1% (2.98 g / cm 3 ) with the power of ultrasonic treatment 2 kW With a small increase in the specific gravity, the compressive strength of the obtained material without ultrasonic treatment was 416 MPa, and with an ultrasonic processing power of 2 kW, it was 448 MPa. Material indicators - the absorption coefficient of neutron radiation increased by 21% relative to the aluminum alloy AMg6, and the dispersion coefficient of gamma radiation increased by 39%.
Пример 4 (для сопоставления результатов)Example 4 (to compare results)
Порошок сплава АМг6 (ГОСТ 4784-97) со средним размером частиц до 100 мкм загружают в цилиндрическую формообразующую полость закрытой жесткой пресс-формы и прессуют давлением 800 МПа на гидравлическом прессе.Powder alloy AMg6 (GOST 4784-97) with an average particle size of up to 100 microns is loaded into a cylindrical forming cavity of a closed rigid mold and pressed with a pressure of 800 MPa on a hydraulic press.
После прессования изделие имеет состав 100% алюминиевого сплава. Плотность изделия не превышает 93,8% (2,44 г/см3 при теоретической плотности сплава 2,6 г/см3). Предел прочности на сжатие полученного материала составляет величину до 320 МПа.After pressing, the product has a composition of 100% aluminum alloy. The density of the product does not exceed 93.8% (2.44 g / cm 3 with a theoretical alloy density of 2.6 g / cm 3 ). The compressive strength of the obtained material is up to 320 MPa.
Поставленная задача разработки экономичного и простого способа производства консолидированного алюмоматричного композита, наполненного частицами карбида бора и вольфрама, для использования в качестве конструкционного радиационно-защитного материала решена. При низкой стоимости производства и с существенно меньшими по сравнению с прототипом затратами ресурсов и оборудования получен алюмоматричный композитный материал, обладающий высокими физико-механическими свойствами.The task of developing an economical and simple method for the production of a consolidated aluminomatrix composite filled with boron carbide and tungsten particles for use as a structural radiation-protective material has been solved. At a low cost of production and with significantly lower resource and equipment costs compared with the prototype, an aluminomatric composite material with high physical and mechanical properties is obtained.
Этот результат достигнут:This result has been achieved:
- определением опытным, модельным и экспериментальным путем наилучшего сочетания подобранного состава композитного материала в виде порошков матричной основы, наполненной частицами карбида бора и вольфрама;- determination of the best combination of the selected composition of the composite material in the form of powders of a matrix base filled with particles of boron carbide and tungsten by experimental, model and experimental means;
- их механическим перемешиванием с получением гомогенной композитной смеси;- their mechanical stirring to obtain a homogeneous composite mixture;
- выбором наилучшего сочетания режимов их дальнейшей обработки методом холодного ультразвукового прессования на промышленном оборудовании и без последующего спекания.- the choice of the best combination of modes for their further processing by cold ultrasonic pressing on industrial equipment and without subsequent sintering.
Все перечисленные признаки позволили уменьшить вес корпуса на 25% за счет снижения толщины стенок при неизменных защитных свойствах по сравнению с использующимися в настоящее время корпусами из алюминиевого сплава АМг6. Это ведет к соответствующему сэкономленному весу и увеличению полезной нагрузки. При неизменных габаритах улучшены эксплуатационные свойства других изделий из заявленного материала: они более прочные, легкие, жесткие и радиационно-защитные.All of these features allowed to reduce the weight of the case by 25% due to the reduction of wall thickness with unchanged protective properties compared to currently used cases made of aluminum alloy AMg6. This leads to corresponding saved weight and increased payload. With constant dimensions, the operational properties of other products from the claimed material are improved: they are more durable, lightweight, tough and radiation-protective.
Композит может применяться в качестве конструкционного радиационно-защитного материала в химической и оборонной промышленности, в медицинской диагностике, в атомной технике для радиационно-защитных экранов, элементов хранилищ отработанного топлива, биологической защиты персонала, в космической технике для защиты элементной базы радиоэлектронных приборов от космического излучения. В частности, из полученного композитного материала разработана конструкция корпуса для защиты элементной базы радиоэлектронных приборов космической техники от космического излучения.The composite can be used as a structural radiation-protective material in the chemical and defense industries, in medical diagnostics, in nuclear technology for radiation-protective screens, elements of spent fuel storage, biological protection of personnel, in space technology to protect the elemental base of electronic devices from cosmic radiation . In particular, from the composite material obtained, a housing design has been developed to protect the element base of radio-electronic devices in space technology from cosmic radiation.
Таким образом, технический результат заключается в достижении высоких физических, механических и эксплуатационных свойств композиционного материала с помощью технологии, которая резко снижает себестоимость материала, достигается сочетанием выбранного на основе подбора, моделирования и экспериментально определенного оптимального состава порошковых компонентов композитной смеси исходных материалов в определенном количестве и с определенным гранулометрическим составом, а также выбора режимов выполняемых операций минимального количества технологических стадий в течение всего технологического процесса, осуществляемых на оборудовании с приемлемыми техническими характеристиками.Thus, the technical result is to achieve high physical, mechanical and operational properties of the composite material using technology that dramatically reduces the cost of the material, achieved by a combination of selected, based on selection, modeling and experimentally determined optimal composition of the powder components of the composite mixture of starting materials in a certain amount and with a certain particle size distribution, as well as the choice of modes of operations performed minimum a number of technological stages throughout the entire technological process, carried out on equipment with acceptable technical characteristics.
Claims (1)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2015152345A RU2616315C1 (en) | 2015-12-07 | 2015-12-07 | Method of producing aluminium matrix composite material |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2015152345A RU2616315C1 (en) | 2015-12-07 | 2015-12-07 | Method of producing aluminium matrix composite material |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2616315C1 true RU2616315C1 (en) | 2017-04-14 |
Family
ID=58642958
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2015152345A RU2616315C1 (en) | 2015-12-07 | 2015-12-07 | Method of producing aluminium matrix composite material |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2616315C1 (en) |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2188248C1 (en) * | 2001-04-23 | 2002-08-27 | Московский государственный институт стали и сплавов (технологический университет) | Method of manufacturing metal-matrix composite |
| RU2246379C1 (en) * | 2004-02-25 | 2005-02-20 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Всероссийский научно-исследовательский институт авиационных материалов" (ФГУП "ВИАМ") | Method for producing composition material |
| WO2012128506A2 (en) * | 2011-03-18 | 2012-09-27 | 한국기계연구원 | Method for producing aluminum matrix composites, and aluminum matrix composites produced by the method |
| KR20120109925A (en) * | 2011-03-28 | 2012-10-09 | 한국기계연구원 | Fabrication method of aluminum matrix composites and aluminum matrix composite by the same |
| RU2509818C1 (en) * | 2012-11-30 | 2014-03-20 | Открытое акционерное общество "Инженерно-маркетинговый центр Концерна "Вега" ОАО "ИМЦ Концерна "Вега" | Method of making composite material |
-
2015
- 2015-12-07 RU RU2015152345A patent/RU2616315C1/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2188248C1 (en) * | 2001-04-23 | 2002-08-27 | Московский государственный институт стали и сплавов (технологический университет) | Method of manufacturing metal-matrix composite |
| RU2246379C1 (en) * | 2004-02-25 | 2005-02-20 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Всероссийский научно-исследовательский институт авиационных материалов" (ФГУП "ВИАМ") | Method for producing composition material |
| WO2012128506A2 (en) * | 2011-03-18 | 2012-09-27 | 한국기계연구원 | Method for producing aluminum matrix composites, and aluminum matrix composites produced by the method |
| KR20120109925A (en) * | 2011-03-28 | 2012-10-09 | 한국기계연구원 | Fabrication method of aluminum matrix composites and aluminum matrix composite by the same |
| RU2509818C1 (en) * | 2012-11-30 | 2014-03-20 | Открытое акционерное общество "Инженерно-маркетинговый центр Концерна "Вега" ОАО "ИМЦ Концерна "Вега" | Method of making composite material |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US11969797B2 (en) | Syntactic metal matrix materials and methods | |
| Abdizadeh et al. | Investigation of microstructure and mechanical properties of nano MgO reinforced Al composites manufactured by stir casting and powder metallurgy methods: A comparative study | |
| Zhou et al. | Fabrication and characterization of the Ni–Al energetic structural material with high energy density and mechanical properties | |
| Jahromi | An investigation on the capability of equal channel angular pressing for consolidation of aluminum and aluminum composite powder | |
| Kubota et al. | Mechanical properties of bulk aluminium consolidated from mechanically milled particles by back pressure equal channel angular pressing | |
| Luo et al. | Warm die compaction and sintering of titanium and titanium alloy powders | |
| Chen et al. | Experimental and numerical studies on W–Cu functionally graded materials produced by explosive compaction–welding sintering | |
| Umma et al. | Carbon nano tube reinforced aluminium matrix nano-composite: a critical review | |
| Dong et al. | Study on the compaction characteristics of CNTs/TC4 composites based on electromagnetic warm compaction | |
| Dvilis et al. | Spark plasma sintering of aluminum-magnesium-matrix composites with boron carbide and tungsten nano-powder inclusions: modeling and experimentation | |
| EP2403967A2 (en) | High strength l1 2 aluminum alloys produced by cryomilling | |
| RU2509818C1 (en) | Method of making composite material | |
| Karunanithi et al. | Influence of particle size of the dispersoid on compressibility and sinterability of TiO2 dispersed Al 7075 alloy composites prepared by mechanical milling | |
| US20160303650A1 (en) | Metal matrix composite granules and methods of making and using the same | |
| RU2616315C1 (en) | Method of producing aluminium matrix composite material | |
| Ravichandran et al. | Investigations on properties of Al-B4C composites synthesized through powder metallurgy route | |
| EP2239071A2 (en) | Ceracon forging of L12 aluminum alloys | |
| RU2465094C1 (en) | Method of producing composite aluminium-boron sheets | |
| Costa da Silva et al. | Zamak 2 alloy produced by mechanical alloying and consolidated by sintering and hot pressing | |
| Çanakçı | Production and microstructure of AA2024–B4C metal matrix composites by mechanical alloying method | |
| Chen et al. | Microstructure and Dynamic Compression Properties of PM Al6061/B 4 C Composite | |
| Alalhessabi et al. | The Structural and Mechanical Properties of Al-2.5% wt. B4C Met-al Matrix Nano-composite Fabricated by the Mechanical Alloying | |
| Yang et al. | Compressive Response and Energy Absorption Characteristics of In Situ Grown CNT‐Reinforced Al Composite Foams | |
| US20090208359A1 (en) | Method for producing powder metallurgy metal billets | |
| Sharma et al. | B4C‐Reinforced Al–Zn Foams Having Superior Energy Absorption Efficiency |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20201208 |