RU2653958C1 - Сплав на основе алюминия для получения композиционных материалов - Google Patents
Сплав на основе алюминия для получения композиционных материалов Download PDFInfo
- Publication number
- RU2653958C1 RU2653958C1 RU2017114074A RU2017114074A RU2653958C1 RU 2653958 C1 RU2653958 C1 RU 2653958C1 RU 2017114074 A RU2017114074 A RU 2017114074A RU 2017114074 A RU2017114074 A RU 2017114074A RU 2653958 C1 RU2653958 C1 RU 2653958C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- alloy
- nickel
- zinc
- chromium
- composite
- 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
- C22C1/02—Making non-ferrous alloys by melting
- C22C1/03—Making non-ferrous alloys by melting using master alloys
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
- C22C—ALLOYS
- C22C49/00—Alloys containing metallic or non-metallic fibres or filaments
- C22C49/02—Alloys containing metallic or non-metallic fibres or filaments characterised by the matrix material
- C22C49/04—Light metals
- C22C49/06—Aluminium
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Metallurgy (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Manufacture Of Alloys Or Alloy Compounds (AREA)
Abstract
Изобретение относится к области металлургии, в частности к получению композиционных материалов, и может быть использовано для получения композиционных материалов с повышенными антифрикционными свойствами, а также материалов электротехнического назначения, щеток, вставок пантографов, токосъемников. Способ получения сплава на основе алюминия для изготовления композиционных материалов с углеграфитовым каркасом включает расплавление алюминия и введение в расплав цинка, никеля и хрома, при этом цинк, никель и хром вводят в расплав в виде предварительно подготовленной комплексной легирующей добавки в массовом отношении алюминий:комплексная легирующая добавка равном 11,7-12,7:2-3 при следующем соотношении легирующих компонентов в комплексной добавке, мас.%: цинк 87,8-95,6, никель 3,7-7,3, хром 0,7-4,9. Техническим результатом изобретения является повышение проникающей способности сплава, прочности сцепления между сплавом и армирующим каркасом и, соответственно, повышение качества композиционного материала. 1 пр., 2 табл.
Description
Изобретение относится к области металлургии и получения композиционных материалов и отливок. Может быть использовано для получения пропиткой безгазостатным способом композиционных материалов (КМ), имеющих пористый углеграфитовый каркас, в качестве композиционных материалов с повышенными антифрикционными свойствами, а также материалов электротехнического назначения, щеток, вставок пантографов, токосъемников.
Известны сплавы на основе алюминия [Патент RU №2570264, МПК С22С 21/00, опубл. 10.12.2015; Патент RU №2458171, МПК С22С 21/04, опубл. 10.08.2012; Патент RU №2385358, МПК С22С 21/04, опубл. 27.03.2010], в которых подбор легирующих компонентов для обеспечения химического состава данных сплавов предполагает значительное снижение коэффициента термического расширения (КТР) сплава.
Недостатком данных сплавов является недостаточная проникающая способность сплава и, как следствие, невысокая степень заполнения пор углеграфитового каркаса сплавом.
Известен матричный сплав на основе алюминия для получения композиционных материалов (КМ) методом пропитки и изготовления деталей, работающих в агрессивных средах. Сплав имеет следующий химический состав (масс. %): кремний 11,0-13,0; никель 0,5-3,0; хром 0,5-2,0; свинец 0,1-1,5; ванадий 0,01-0,30; алюминий - остальное [Патент RU №2555737, МПК С22С 21/02, С22С 49/06, С22С 101/10, опубл. 10.07.2015]. Данный термостойкий сплав на основе алюминия предназначен для получения композитов методом безгазостатной пропитки пористых материалов. Сплав отличается тем, что имеет большое содержание кремния и обладает высокими литейными свойствами.
Технический результат достигается в способе получения сплава на основе алюминия для изготовления композиционных материалов с углеграфитовым каркасом, включающем расплавление алюминия и введение в расплав цинка, никеля и хрома, при этом цинк, никель и хром вводят в расплав в виде предварительно подготовленной комплексной легирующей добавки в массовом отношении алюминий:комплексная легирующая добавка равном 11,7-12,7:2-3 при следующем соотношении легирующих компонентов в комплексной добавке, масс. %: цинк 87,8-95,6; никель 3,7-7,3; хром 0,7-4,9.
Сущность изобретения заключается в использовании легирующих металлов в виде комплексной добавки, которая готовится предварительно из цинка, никеля и хрома в заявленных процентных соотношениях.
Ввод легирующих добавок в виде комплексной добавки обеспечивает лучшее усвоение элементов основой сплава для обеспечения заданного химического состава, и, как следствие, увеличение проникающей способности сплава и повышения качества готового КМ.
Кроме этого, комплексная легирующая добавка отвечает вопросам безопасности производства сплава (пироэффект при вводе цинка на высоких температурах).
Введение в состав сплава комплексной легирующей добавки в заявленных отношениях к алюминиевой основе значительно улучшает его проникающую способность по отношению к углеграфитовому каркасу за счет снижения поверхностного натяжения сплава алюминия, снижения его краевого угла смачивания, а также за счет повышения работы адгезии на межфазной границе и увеличения коэффициента термического расширения сплава, также позволяет осуществлять влияние на физический контакт по всей поверхности раздела фаз, то есть улучшить прочность сцепления данного сплава с углеграфитовым каркасом.
Введение в состав сплава комплексной легирующей добавки в количестве, меньшем по отношению к алюминию, чем заявлено, не оказывает значительного эффекта на "пропитывающие" свойства сплава, и, в частности, на минимальное увеличение коэффициента термического расширения, поэтому является нецелесообразным.
Введение в состав сплава комплексной легирующей добавки в количестве, большем по отношению к алюминию, чем заявлено, приводит к увеличению степени образования интерметаллидных фаз в сплаве ввиду большого количества примесей, что пагубно воздействует на его свойства. А также вынуждает использовать в большем количестве дорогостоящие легирующие элементы (никель, хром) для увеличения прочности сцепления сплава с углеграфитовым каркасом.
Введение в состав сплава алюминия комплексной легирующей добавки с массовым отношением 11,7-12,7:2-3 соответственно приводит к существенному повышению прочности матричного сплава вследствие увеличения его коррозионной стойкости и высокой стойкости к окислению.
Предлагаемый сплав обеспечивает более высокую прочность и заполняемость открытых пор углеграфита, чем известные сплавы.
Примеры конкретных составов сплава приведены в таблице 1.
ПРИМЕР приготовления сплава на основе алюминия для получения композиционных материалов (по примеру 2).
Одновременно с расплавлением 260 г алюминия А97 (ГОСТ 11069-2001) до температуры 950°С в печи в первом герметичном устройстве во втором герметичном устройстве (меньшего объема) готовят комплексную легирующую добавку.
Для этого в герметичное устройство меньшего объема, нагретое до 400°С (внутренний объем устройства рассчитан на 45 г по цинку), заливают 40 г расплавленного цинка, затем туда же добавляют 3,35 г нихромовой лигатуры Х20Н80 (ГОСТ 8803-89), с содержанием хрома 20 масс. %, никеля 80 масс. %), фракции 1×1×1 мм.
Герметичное устройство меньшего объема представляет собой емкость, выполненную из Стали 45, состоящую из стакана, крышки, пробки типа усеченный конус и клина, внутренняя поверхность которой позволяет заливать металл таким образом, чтобы он сам вытеснял воздух из устройства. Внешняя сторона крышки позволяет ее герметично закрывать (после заливки металла) без доступа воздуха. Внутренний объем устройства через литейную воронку связан с атмосферой. Воронка после заливки металла герметизируется конусной металлической пробкой из Стали 45 и расклинивается через отверстия в крышке и пробке.
После герметизации устройство устанавливается в печь при температуре 950°С на 60 мин. Через час готовая комплексная легирующая добавка, состоящая из цинка, никеля и хрома, после снижения температуры до 480°С и снятия клина и пробки переливается в первую герметичную емкость с алюминием А97 (ГОСТ 11069-2001). Далее, после герметизации, эта емкость ставится в печь при температуре 950°С на 60 мин.
ПРИМЕР приготовления композиционных материалов (КМ).
Для приготовления КМ изготавливались углеграфитовые образцы сечением 15×15 мм и длиной 30 мм, которые пропитывались безгазостатным способом полученным сплавом при температуре 800°С и давлении 15 МПа.
После пропитки из образцов изготавливали шлифы и исследовали их на цифровом микроскопе OlympusBX61 при различных увеличениях.
В качестве технологических характеристик сплава исследовались его плотность, твердость, прочность на сжатие, поверхностное натяжение, коэффициент термического расширения, удельная электрическая проводимость.
В качестве технологических характеристик КМ исследовалась прочность на сжатие и плотность.
Прочность сплава и КМ на сжатие определялась на цилиндрических образцах диаметром 20±0,2 мм и высотой 20 мм при настройке разрывной машины на нагрузку 10000 Н.
Для определения поверхностного натяжения сплавов изготавливались углеграфитовые подложки, на которые помещались навески сплава. Подложки с навесками помещались в алундовую лодочку и затем в кварцевую трубку для нагрева в печи. После по контуру капли рассчитывали поверхностное натяжение методом Дарси.
Плотность КМ определялась как процент заполнения открытых пор. Объем открытых пор определялся на образцах, предварительно пропитанных водой, с последующим определением веса и объема заполнившей образец воды.
Твердость матричного сплава определялась на цилиндрических образцах диаметром 20±0,2 мм и высотой 20 мм на прессе Бринелля.
Удельная электрическая проводимость матричных сплавов определялась на цилиндрических образцах диаметром 22 мм и высотой 5 мм вихретоковым методом на приборе «Вихрь-АМ» по ГОСТ 27333-87 после предварительной подготовки образцов по ГОСТ 193-79.
Коэффициент термического расширения сплава определяли по ГОСТ 16817-71. Металлический расплав заливался в полость формы, где фиксировалось его расширение с помощью высокочувствительного индикатора ИЧ с делением шкалы 0,01 мм.
Результаты исследований свойств сплавов и полученных КМ приведены в таблице 2.
Таким образом, сплав на основе алюминия для получения композиционных материалов, содержащий комплексную легирующую добавку из цинка, никеля и хрома в массовом отношении алюминий : комплексная легирующая добавка равном 11,7-12,7:2-3, при заявленном соотношении легирующих компонентов в комплексной добавке обладает повышенной проникающей способностью, прочностью сцепления (связи) между сплавом и армирующим каркасом и, соответственно, способствует повышению качества композиционного материала.
Claims (2)
- Способ получения сплава на основе алюминия для изготовления композиционных материалов с углеграфитовым каркасом, включающий расплавление алюминия и введение в расплав цинка, никеля и хрома, отличающийся тем, что цинк, никель и хром вводят в расплав в виде предварительно подготовленной комплексной легирующей добавки в массовом отношении алюминий:комплексная легирующая добавка равном 11,7-12,7:2-3 при следующем соотношении легирующих компонентов в комплексной добавке, мас.%:
-
цинк 87,8-95,6 никель 3,7-7,3 хром 0,7-4,9
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2017114074A RU2653958C1 (ru) | 2017-04-21 | 2017-04-21 | Сплав на основе алюминия для получения композиционных материалов |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2017114074A RU2653958C1 (ru) | 2017-04-21 | 2017-04-21 | Сплав на основе алюминия для получения композиционных материалов |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2653958C1 true RU2653958C1 (ru) | 2018-05-15 |
Family
ID=62153020
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2017114074A RU2653958C1 (ru) | 2017-04-21 | 2017-04-21 | Сплав на основе алюминия для получения композиционных материалов |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2653958C1 (ru) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2788292C1 (ru) * | 2022-06-29 | 2023-01-17 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Волгоградский государственный технический университет" (ВолгГТУ) | Способ получения углеграфитового композиционного материала пропиткой сплавом на основе алюминия |
Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
EP1132490B1 (en) * | 1999-08-10 | 2007-01-03 | NHK Spring Co., Ltd. | Piston with a metal matrix composite |
RU2333995C1 (ru) * | 2007-01-09 | 2008-09-20 | Юлия Алексеевна Щепочкина | Сплав на основе алюминия |
RU2555737C1 (ru) * | 2014-01-09 | 2015-07-10 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Волгоградский государственный технический университет" (ВолгГТУ) | Литейный сплав на основе алюминия для получения пропиткой композиционных материалов с углеграфитовым каркасом |
RU2571295C1 (ru) * | 2014-05-19 | 2015-12-20 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Волгоградский государственный технический университет" (ВолгГТУ) | Способ изготовления композиционных материалов |
WO2016193974A1 (en) * | 2015-06-01 | 2016-12-08 | Yeda Research And Development Co. Ltd. | Metal alloy composites |
-
2017
- 2017-04-21 RU RU2017114074A patent/RU2653958C1/ru not_active IP Right Cessation
Patent Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
EP1132490B1 (en) * | 1999-08-10 | 2007-01-03 | NHK Spring Co., Ltd. | Piston with a metal matrix composite |
RU2333995C1 (ru) * | 2007-01-09 | 2008-09-20 | Юлия Алексеевна Щепочкина | Сплав на основе алюминия |
RU2555737C1 (ru) * | 2014-01-09 | 2015-07-10 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Волгоградский государственный технический университет" (ВолгГТУ) | Литейный сплав на основе алюминия для получения пропиткой композиционных материалов с углеграфитовым каркасом |
RU2571295C1 (ru) * | 2014-05-19 | 2015-12-20 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Волгоградский государственный технический университет" (ВолгГТУ) | Способ изготовления композиционных материалов |
WO2016193974A1 (en) * | 2015-06-01 | 2016-12-08 | Yeda Research And Development Co. Ltd. | Metal alloy composites |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2788292C1 (ru) * | 2022-06-29 | 2023-01-17 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Волгоградский государственный технический университет" (ВолгГТУ) | Способ получения углеграфитового композиционного материала пропиткой сплавом на основе алюминия |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Yu et al. | Fabrication and characterization of stir casting AA6061—31% B4C composite | |
Timelli et al. | Effect of grain refinement and cooling rate on the microstructure and mechanical properties of secondary Al-Si-Cu alloys | |
Gui et al. | Fabrication and characterization of cast magnesium matrix composites by vacuum stir casting process | |
Hyun et al. | Fabrication of lotus-type porous iron and its mechanical properties | |
Lokesh et al. | Characterization of Al-Cu alloy reinforced fly ash metal matrix composites by squeeze casting method | |
CN109049267B (zh) | 一种Ti-Fe微粉包覆下的多通道陶瓷预制体及其制备方法和应用 | |
WO2019107502A1 (ja) | 熱間金型用Ni基合金及びそれを用いた熱間鍛造用金型、鍛造製品の製造方法 | |
RU2571248C1 (ru) | Матричный сплав на основе меди для получения композиционных материалов пропиткой углеграфитового каркаса | |
Madhu et al. | Evaluation of mechanical properties of ceramic reinforced aluminium-7029 hybrid composite | |
Chirita et al. | On assessment of processing variables in vertical centrifugal casting technique | |
RU2653958C1 (ru) | Сплав на основе алюминия для получения композиционных материалов | |
Liu et al. | Metal injection moulding of aluminium alloy 6061 with tin | |
Gulevskii et al. | Designing of copper-based alloys for the impregnation of carbon-graphite materials | |
RU2714564C1 (ru) | Литейный алюминиевый сплав | |
Prieto Martínez et al. | Recycling of aluminum beverage cans for metallic foams manufacturing | |
RU2430983C1 (ru) | Композиционный материал, содержащий углеграфитовый каркас, пропитанный матричным сплавом на основе меди | |
RU2555737C1 (ru) | Литейный сплав на основе алюминия для получения пропиткой композиционных материалов с углеграфитовым каркасом | |
RU2571296C1 (ru) | Композиционный материал, содержащий углеграфитовый каркас, пропитанный матричным сплавом на основе меди | |
Di Sabatino et al. | Progress on the understanding of fluidity of aluminium foundry alloys | |
RU2447171C1 (ru) | Матричный сплав меди для получения композиционных материалов пропиткой | |
RU2466204C1 (ru) | Композиционный материал для электротехнических изделий | |
Merzkirch et al. | Manufacturing and characterization of interpenetrating SiC lightweight composites | |
Shu et al. | Microstructure and mechanical property of porous nickel aluminides Fabricated by Reactive Synthesis with Space Holder Powder | |
Gu et al. | Microstructures and properties of direct laser sintered tungsten carbide (WC) particle reinforced Cu matrix composites with RE–Si–Fe addition: A comparative study | |
Horiuchi et al. | Liquid-solid equilibrium and intermediate phase formation during solidification in Mg-1.3 at% Zn-1.7 at% Y Alloy |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20190422 |