RU2688524C1 - Способ повышения проницаемости пор углеграфитовой заготовки - Google Patents

Способ повышения проницаемости пор углеграфитовой заготовки Download PDF

Info

Publication number
RU2688524C1
RU2688524C1 RU2018101543A RU2018101543A RU2688524C1 RU 2688524 C1 RU2688524 C1 RU 2688524C1 RU 2018101543 A RU2018101543 A RU 2018101543A RU 2018101543 A RU2018101543 A RU 2018101543A RU 2688524 C1 RU2688524 C1 RU 2688524C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
melt
impregnation
graphite
porous
billet
Prior art date
Application number
RU2018101543A
Other languages
English (en)
Inventor
Виктор Александрович Гулевский
Николай Юрьевич Мирошкин
Павел Станиславович Головинов
Николай Алексеевич Кидалов
Original Assignee
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Волгоградский государственный технический университет" (ВолгГТУ)
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 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Волгоградский государственный технический университет" (ВолгГТУ) filed Critical Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Волгоградский государственный технический университет" (ВолгГТУ)
Priority to RU2018101543A priority Critical patent/RU2688524C1/ru
Application granted granted Critical
Publication of RU2688524C1 publication Critical patent/RU2688524C1/ru

Links

Images

Classifications

    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C22METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22CALLOYS
    • C22C47/00Making alloys containing metallic or non-metallic fibres or filaments
    • C22C47/08Making alloys containing metallic or non-metallic fibres or filaments by contacting the fibres or filaments with molten metal, e.g. by infiltrating the fibres or filaments placed in a mould
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22FWORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F3/00Manufacture of workpieces or articles from metallic powder characterised by the manner of compacting or sintering; Apparatus specially adapted therefor ; Presses and furnaces
    • B22F3/24After-treatment of workpieces or articles
    • B22F3/26Impregnating

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Manufacture Of Alloys Or Alloy Compounds (AREA)

Abstract

Изобретение относится к области металлургии, а именно к созданию композиционных материалов пропиткой пористого каркаса, имеющих высокую электропроводность, антифрикционные свойства, стойкость в агрессивных средах. Способ получения углеграфитового композиционного материала включает вакуумную дегазацию пористой углеграфитовой заготовки, ее пропитку расплавом матричного сплава алюминия под воздействием избыточного давления за счет термического расширения расплава при нагреве выше температуры ликвидус сплава алюминия, при этом дегазацию проводят до погружения пористой заготовки в расплав матричного сплава, а перед пропиткой пористую заготовку покрывают трехслойным гальваническим покрытием, состоящим из внутреннего медного, среднего никелевого и наружного хромового слоев. Техническим результатом изобретения является повышение качества композиционных материалов за счет увеличения проницаемости пор углеграфитовой заготовки. 2 ил., 1 табл., 1 пр.

Description

Изобретение относится к области металлургии, а именно к созданию композиционных материалов пропиткой пористого каркаса, имеющих высокую электропроводность, антифрикционные свойства, стойкость в агрессивных средах.
Известен способ получения композиционного материала пропиткой с одновременным химическим воздействием. Заготовку устанавливают на специальной графитовой платформе, прогревают над поверхностью расплава кремния или сплавом на основе кремния и меди, имеющим температуру 1700-1800°С, затем постепенно, со скоростью не более 10 см/мин опускают заготовку в ванну с расплавом. Тем самым осуществляя пропитку однонаправленным потоком расплава, распространяющимся фронтом по всему сечению заготовки (патент РФ №2276631 МПК С04В 35/52, опубл. 02.08.2004).
Недостатком данного способа является отсутствие в процессе пропитки стадии вакуумирования как сплава, так и заготовки, вследствие чего различные загрязнения в порах углеграфитовой заготовки препятствуют их заполнению матричным сплавом, а так же отсутствие вакуумирования негативно сказывается на расплаве матричного сплава, который окисляется, взаимодействуя с воздухом, снижая качество композиционного материала.
Известен способ получения композиционного материала пропиткой пористой заготовки металлом, при котором армирующий пористый каркас предварительно нагревают, затем заливают его матричным сплавом, проводят вакуумную дегазацию и пропитывают под воздействии избыточного давления 15±3 МПа на заготовку за счет термического расширения расплава в замкнутом объеме емкости при нагреве (патент РФ №1759932, МПК С22С 1/09, B22F 3/26, опубл. 07.09.92).
Недостатком этого способа при его использовании для получения КМ пропиткой является ограничение номенклатуры металлов для использования их в качестве матричного сплава, только свинец или его сплавы.
Наиболее близким является способ изготовления композиционных материалов, включающий погружение пористой заготовки в расплав матричного сплава алюминия, вакуумную дегазацию и воздействие избыточным давлением на заготовку за счет термического расширения расплава в замкнутом объеме емкости при нагреве на 100°С выше температуры ликвидус сплава алюминия (патент РФ №2571295, МПК B22F 3/26, опубл. 20.12.2015).
Недостатком этого способа является большие потери затраты времени на нагрев оснастки и ее охлаждения для проведения дегазации камеры для пропитки.
Задача - разработка способа максимального заполнения пор в углеграфитовой заготовке при пропитке ее матричным сплавом.
Техническим результатом изобретения является повышение качества композиционных материалов (КМ).
Технический результат достигается в способе повышения проницаемости пор углеграфитовой заготовки, включающем вакуумную дегазацию пористой заготовки, ее пропитку расплавом матричного сплава алюминия под воздействием избыточного давления за счет термического расширения расплава при нагреве выше температуры ликвидус сплава алюминия, при этом дегазацию проводят до погружения пористой заготовки в расплав матричного сплава, а перед пропиткой пористую заготовку покрывают трехслойным гальваническим покрытием, состоящим из внутреннего медного, среднего никелевого и наружного хромового слоев.
Сущность изобретения заключается в разделении технологии на более простые этапы: разделение операций вакуумной дегазации углеграфитовой заготовки и пропитки, нанесение перед пропиткой на заготовку трехслойного гальванического покрытия, состоящего из внутреннего медного среднего никелевого и наружного хромового слоев, что способствует лучшему смачиванию углеграфитового каркаса, увеличивает проницаемость его пор и, соответственно, повышает качество композиционных материалов (КМ), а также позволяет повысить производительность процесса (за счет сокращения времени на получение КМ).
Перед нанесением гальваническим способом слоя меди проводится вакуумная дегазация углеграфитового каркаса в медном электролите, вследствие чего происходит частичное заполнение пор медным электролитом, после чего на углеграфитовый каркас наносят гальваническим способом медный слой, который образуется и в порах заполненных медным электролитом, затем, гальванически наносится никелевое покрытие, а после - внешнее хромовое покрытие, что позволяет получить легирующие действие нанесенных особо чистых металлов на межфазной границе углеграфитовый каркас/пропитывающий сплав. Это позволяет снизить величину краевого угла смачивания.
Погружение пористой заготовки, с нанесенным на нее трехслойным гальваническим покрытием, в расплав матричного сплава алюминия находящегося в камере для пропитки, выполненную из титана марки ВТ-1 ведет к лучшей заполняемости пор матричным сплавом.
Пластиковые емкости для нанесения гальванических покрытий наполняют:
- для нанесения медного покрытия - сернокислым электролитом меднения, состоящим из медного купороса, дистиллированной воды, серной кислоты;
- для нанесения никелевого покрытия - сульфатным электролитом никелирования, состоящим из сульфата никеля, сульфата натрия, сульфата магния, сухой борной кислоты, дистиллированной воды;
- для нанесения хромового покрытия - электролитом хромирования, состоящим из хромового ангидрида и серной кислоты.
После нанесения гальванических покрытий углеграфитовый каркас помещается в устройство для пропитки.
При этом камера для пропитки, в которую помещают углеграфитовый каркас с нанесенным на него трехслойным гальваническим покрытием, состоящим из внутреннего медного, среднего никелевого и внешнего хромового слоев, позволяет осуществлять пропитку пористой заготовки при нагреве под действием избыточного давления матричного сплава алюминия, получаемого за счет термического расширения алюминия при увеличении объема сплава в замкнутом объеме устройства для пропитки.
Определение температуры ликвидус с перегревом не менее чем в 100°С позволяет учесть величину нагрева обеспечивает создание требуемого давления пропитки, что позволяет получить КМ высокого качества с высокой степенью заполнения объема открытых пор пористой заготовки матричным сплавом.
Использование в качестве матричного расплава - сплава алюминия, а в качестве пористого тела углеграфитовой заготовки позволяет получать композиционные материалы, широко применяемые в машиностроении для изготовления токосъемников, вставок пантографов, электрических щеток, уплотнителей, вкладышей подшипников скольжения.
На фиг. 1 показана гальваническая камера, на фиг. 2 показано устройство для пропитки углеграфитовой заготовки.
Гальваническая камера состоит из пластиковой емкости 1 с электролитом 2 и анодами 3, купола 4, герметично закрывающего емкость 1. В емкости 1 помещена углеграфитовая заготовка 5. В куполе 4 выполнено отверстие 6, которое соединено с вакуумным насосом.
Камера для пропитки 7 углеграфитовой заготовки 5 выполнена из титана ВТ-1. На дне камеры для пропитки размещена углеграфитовая заготовка 5 с нанесенным трехслойным гальваническим покрытием 8. Камера 7 заполнена расплавом матричного сплава алюминия 9. Камера для пропитки 7 герметично закрывается крышкой 10 с пробкой 11.
Пример
По предложенному способу был получен КМ углеграфит - сплав алюминия с использованием углеграфита марки АГ-1500 имеющего открытую пористость 15%. Образец углеграфита был выполнен в виде куба со стороной 30 мм. Таким образом, объем углеграфитового каркаса составлял 900 мм3, объем пор в каркасе составлял 135 мм3
При осуществлении способа углеграфитовую заготовку 5 закрепленную медной проволокой погружают в емкость 1 наполненную медным электролитом 2, состоящим из 200 г/л сернокислой меди, 70 г/л серной кислоты и 10-15 мл спирта, температура электролита 20-25°С. Затем емкость 1 накрывают герметичным куполом 4, после чего через отверстие 6 в куполе проводят вакуумную дегазацию в течение 5-7 минут. Далее в емкость 1 погружают два медных анода 3 соединенных между собой медной проволокой, после чего аноды 3 и углеграфитовая заготовка 5 подключаются к источнику постоянного тока, положительный заряд к анодам, а отрицательный к углеграфитовой заготовке 5, сила тока устанавливается 1.5 А с выдержкой в 40-60 мин. После нанесения на углеграфитовый каркас медного покрытия, наносится слой никеля. Для этого используется емкость, аналогичная емкости 1, наполненная никелевым электролитом 2, состоящим из 140 г/л сульфата никеля, 50 г/л сульфата натрия, 30 г/л сульфата магния, 20 г/л сухой борной кислоты, и установленными в ней анодами 3 выполненных из никеля соединенными между собой медной проволокой. Затем сила тока устанавливается на 2 А с выдержкой 60 минут. Подключение к источнику постоянного тока аналогично ванне меднения. Процесс дегазации повторно не проводится.
После нанесения на углеграфитовый каркас никелевого покрытия, наносится слой хрома. Для этого используется емкость, аналогичная емкости
1, наполненная предварительно нагретым до 50-55°С хромовым электролитом
2, состоящим из 250 г/л хромового ангидрида, 1,5 г/л и установленными в ней анодами 3 из сплава свинца и сурьмы соединенными между собой медной проволокой. Подключение к источнику постоянного тока аналогично ванне меднения.
Чтобы избежать травления слоя меди в хромовом электролите силу тока устанавливают на 2-3 А, после чего углеграфитовый образец с нанесенным медным покрытием погружают в хромовый электролит, сила тока устанавливается на 13-15 А с выдержкой 5-7 минут. Процесс дегазации повторно не проводится.
Далее углеграфитовую заготовку 5 с нанесенным трехслойным гальваническим покрытием 8, состоящим из внутреннего медного среднего никелевого и наружного хромового слоев, промывают в воде, сушат и помещают в емкость для пропитки матричным сплавом алюминия.
При осуществлении способа в камеру для пропитки 7 помещают углеграфитовую заготовку 5, нагревают до температуры 400°С и заполняют камеру 7 расплавом алюминия 9. Закрывают камеру 7 крышкой 10 нагревают до температуры 700-800°С. Затем крышку 10 притирают пробкой 11, предварительно нагретой до 1000-1050°С и шплинтуют ее.
После этого камеру для пропитки 7 углеграфитовой заготовки 5 нагревают не менее чем на 100°С выше температуры ликвидус расплава матричного сплава алюминия с изотермической выдержкой 20 мин при достижении указанной температуры и расчетного давления. За счет разницы коэффициентов термического расширения камеры 7 и расплава матричного сплава алюминия 9, создается оптимальное давление пропитки.
Пропитка производилась при давлении 3-5 МПа, что обеспечивалось температурой нагрева камеры для пропитки, равной 1000-1050°С.
По окончании пропитки, удаляют пробку 11, сливают третью часть расплава матричного сплава алюминия 9, отворачивают крышку 10, сливают оставшийся расплав, извлекают полученный КМ и производят его охлаждение с кристаллизацией расплава матричного сплава алюминия 9 в порах.
Figure 00000001
Полученный КМ испытывался на прочность при сжатии, степень заполнения открытых пор (плотность пропитки) оценивалась по удельному весу КМ до и после пропитки, структура КМ оценивалась по результатам металлографических исследований. Результаты испытаний приведены в таблице.
Таким образом, повышение проницаемости пор углеграфитовой заготовки при котором перед пропиткой расплавом матричного сплава алюминия под воздействием избыточного давления за счет термического расширения расплава при нагреве не менее чем на 100°С выше температуры ликвидус сплава алюминия осуществляют вакуумную дегазацию пористой заготовки и покрывают ее трехслойным гальваническим покрытием, состоящим из внутреннего медного, среднего никелевого и наружного хромового слоев до погружения пористой заготовки в расплав матричного сплава, обеспечивает повышение качества композиционных материалов (КМ).

Claims (1)

  1. Способ получения углеграфитового композиционного материала, включающий вакуумную дегазацию пористой углеграфитовой заготовки, ее пропитку расплавом матричного сплава алюминия под воздействием избыточного давления за счет термического расширения расплава при нагреве выше температуры ликвидус сплава алюминия, отличающийся тем, что дегазацию проводят до погружения пористой заготовки в расплав матричного сплава, а перед пропиткой пористую заготовку покрывают трехслойным гальваническим покрытием, состоящим из внутреннего медного, среднего никелевого и наружного хромового слоев.
RU2018101543A 2018-01-16 2018-01-16 Способ повышения проницаемости пор углеграфитовой заготовки RU2688524C1 (ru)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2018101543A RU2688524C1 (ru) 2018-01-16 2018-01-16 Способ повышения проницаемости пор углеграфитовой заготовки

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2018101543A RU2688524C1 (ru) 2018-01-16 2018-01-16 Способ повышения проницаемости пор углеграфитовой заготовки

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2688524C1 true RU2688524C1 (ru) 2019-05-21

Family

ID=66636927

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2018101543A RU2688524C1 (ru) 2018-01-16 2018-01-16 Способ повышения проницаемости пор углеграфитовой заготовки

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2688524C1 (ru)

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU1759937A1 (ru) * 1990-06-11 1992-09-07 Белорусский Политехнический Институт Смесь дл модифицировани чугуна
EP1477467A1 (en) * 2003-05-16 2004-11-17 Hitachi Metals, Ltd. Composite material having high thermal conductivity and low thermal expansion coefficient, and heat-dissipating substrate
RU2276631C2 (ru) * 2004-08-02 2006-05-20 Открытое Акционерное Общество "Челябинский Электродный завод" Способ получения углеродкарбидокремниевого композиционного материала
JP2009127116A (ja) * 2007-11-27 2009-06-11 Honda Motor Co Ltd 金属基炭素繊維強化複合材料の製造方法
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

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU1759937A1 (ru) * 1990-06-11 1992-09-07 Белорусский Политехнический Институт Смесь дл модифицировани чугуна
EP1477467A1 (en) * 2003-05-16 2004-11-17 Hitachi Metals, Ltd. Composite material having high thermal conductivity and low thermal expansion coefficient, and heat-dissipating substrate
RU2276631C2 (ru) * 2004-08-02 2006-05-20 Открытое Акционерное Общество "Челябинский Электродный завод" Способ получения углеродкарбидокремниевого композиционного материала
JP2009127116A (ja) * 2007-11-27 2009-06-11 Honda Motor Co Ltd 金属基炭素繊維強化複合材料の製造方法
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

Similar Documents

Publication Publication Date Title
RU2688538C1 (ru) Способ повышения проницаемости пор углеграфитовой заготовки
RU2688560C1 (ru) Способ повышения проницаемости пор углеграфитовой заготовки
RU2688772C1 (ru) Способ повышения проницаемости пор углеграфитовой заготовки
RU2688529C1 (ru) Способ повышения проницаемости пор углеграфитовой заготовки
RU2688437C1 (ru) Способ повышения проницаемости пор углеграфитовой заготовки
RU2688471C1 (ru) Способ повышения проницаемости пор углеграфитовой заготовки
RU2688779C1 (ru) Способ повышения проницаемости пор углеграфитовой заготовки
RU2688555C1 (ru) Способ повышения проницаемости пор углеграфитовой заготовки
RU2688781C1 (ru) Способ повышения проницаемости пор углеграфитовой заготовки
RU2688775C1 (ru) Способ повышения проницаемости пор углеграфитовой заготовки
RU2688780C1 (ru) Способ повышения проницаемости пор углеграфитовой заготовки
RU2688368C1 (ru) Способ повышения проницаемости пор углеграфитовой заготовки
RU2725524C1 (ru) Способ получения углеграфитового композиционного материала
RU2688782C1 (ru) Способ повышения проницаемости пор углеграфитовой заготовки
RU2688778C1 (ru) Способ повышения проницаемости пор углеграфитовой заготовки
RU2688531C1 (ru) Способ повышения проницаемости пор углеграфитовой заготовки
RU2688557C1 (ru) Способ повышения проницаемости пор углеграфитовой заготовки
RU2688535C1 (ru) Способ повышения проницаемости пор углеграфитовой заготовки
RU2688774C1 (ru) Способ повышения проницаемости пор углеграфитовой заготовки
RU2688476C1 (ru) Способ повышения проницаемости пор углеграфитовой заготовки
RU2688523C1 (ru) Способ повышения проницаемости пор углеграфитовой заготовки
RU2688484C1 (ru) Способ повышения проницаемости пор углеграфитовой заготовки
RU2688776C1 (ru) Способ повышения проницаемости пор углеграфитовой заготовки
RU2688558C1 (ru) Способ повышения проницаемости пор углеграфитовой заготовки
RU2688522C1 (ru) Способ повышения проницаемости пор углеграфитовой заготовки

Legal Events

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

Effective date: 20200117