RU2688527C1 - Способ повышения проницаемости пор углеграфитовой заготовки - Google Patents
Способ повышения проницаемости пор углеграфитовой заготовки Download PDFInfo
- Publication number
- RU2688527C1 RU2688527C1 RU2018101545A RU2018101545A RU2688527C1 RU 2688527 C1 RU2688527 C1 RU 2688527C1 RU 2018101545 A RU2018101545 A RU 2018101545A RU 2018101545 A RU2018101545 A RU 2018101545A RU 2688527 C1 RU2688527 C1 RU 2688527C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- impregnation
- melt
- copper
- alloy
- porous
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B22—CASTING; POWDER METALLURGY
- B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
- B22F3/00—Manufacture of workpieces or articles from metallic powder characterised by the manner of compacting or sintering; Apparatus specially adapted therefor ; Presses and furnaces
- B22F3/24—After-treatment of workpieces or articles
- B22F3/26—Impregnating
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
- C22C—ALLOYS
- C22C47/00—Making alloys containing metallic or non-metallic fibres or filaments
- C22C47/08—Making 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
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 материала включает вакуумную дегазацию пористой углеграфитовой заготовки, ее пропитку в камере пропитки расплавом матричного сплава под воздействием избыточного давления за счет термического расширения расплава свинца в камере давления при нагреве на 100°С выше температуры ликвидус матричного сплава одновременно с расплавом свинца, при этом в качестве матричного сплава используют медно-фосфористый сплав, дегазацию проводят до погружения пористой заготовки в расплав матричного сплава, а перед пропиткой пористую заготовку покрывают двухслойным гальваническим покрытием, состоящим из внутреннего медного и наружного хромового слоев. Техническим результатом изобретения является повышение качества композиционных материалов за счет увеличения проницаемости пор углеграфитовой заготовки. 1 пр., 1 табл., 2 ил.
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, находящегося в камере для пропитки, вакуумную дегазацию в расплаве, нагрев на 100°С выше температуры ликвидус сплава алюминия одновременно с расплавом свинца, находящимся в камере для создания давления, и воздействие избыточным давлением на заготовку за счет термического расширения расплава в замкнутом объеме емкости для пропитки (патент РФ №2539528, МПК B22F 3/26, С22С 1/04, опубл. 20.01.2015).
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 в камере пропитки расплавом матричного сплава под воздействием избыточного давления за счет термического расширения расплава свинца в камере давления при нагреве на 100°С выше температуры ликвидус матричного сплава одновременно с расплавом свинца, при этом в качестве матричного сплава используют медно-фосфористый сплав, дегазацию проводят до погружения пористой заготовки в расплав матричного сплава, а перед пропиткой пористую заготовку покрывают двухслойным гальваническим покрытием, состоящим из внутреннего медного 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 двухслойного гальванического покрытия, состоящего из внутреннего медного 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 - внешнее гальваническое 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 и поверхностного натяжения.
Погружение пористой заготовки с нанесенным на нее гальваническим покрытием в расплав матричного медно-фосфористого сплава, находящегося в камере для пропитки 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 хромового покрытия - электролитом хромирования, состоящим из хромового ангидрида и серной кислоты.
После нанесения гальванических покрытий углеграфитовый каркас помещается в устройство для пропитки.
При этом верхняя камера для пропитки устройства снабжена разделительной мембраной, на которую устанавливается углеграфитовый каркас с нанесенным на него двухслойным гальваническим покрытием, состоящим из внутреннего медного и внешнего хромового слоев. После установки углеграфитового каркаса (заготовки) камера для пропитки заполняется медно-фосфористым сплавом. Нижняя камера для создания давления предварительно заполнена расплавом свинца и позволяет осуществлять пропитку пористой заготовки при нагреве, под действием избыточного давления медно-фосфористого матричного сплава и получаемого за счет дополнительного термического расширения свинца, через металлическую мембрану при увеличении объема свинца в замкнутом объеме устройства для пропитки.
Определение температуры ликвидус с перегревом 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 медно-фосфористым матричным сплавом меди.
Использование в качестве матричного расплава - медно-фосфористого сплава, 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.
Устройство для пропитки углеграфитовой заготовки 5 состоит из двух камер: камеры для пропитки 7 и камеры для создания давления 8. Между камерами 7 и 8 установлена металлическая мембрана 9. В верхней камере для пропитки 7 размещена углеграфитовая заготовка 5 с нанесенным гальваническим покрытием 10. Камера для пропитки 7 заполнена расплавом медно-фосфористого матричного сплава 11. Нижняя камера для создания давления 8 заполнена расплавом свинца 12. Устройство для пропитки герметично закрывается крышкой 13 с пробкой 14.
Пример
По предложенному способу был получен КМ углеграфит - медно-фосфористый сплав 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. В качестве медно-фосфористого сплава использовался матричный сплав на основе меди согласно патента на изобретение RU 2430983 (МПК С22С 9/00, С22С 1/04, опубл. 10.10.2011).
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 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 углеграфитовая заготовка 5 с нанесенным двухслойным гальваническим покрытием 10, состоящим из внутреннего медного и наружного хромового слоев, промывают в воде, сушат и помещают в емкость для пропитки матричным сплавом меди.
При осуществлении способа устройство для пропитки углеграфитовой заготовки 5, выполненное из двух камер 7 и 8 нагревают до температуры 400°С и заполняют камеру 8 расплавом свинца 12. Устанавливают металлическую мембрану 9 между камер и скручивают их так, чтобы мембрана 9 герметизировала соединение. Затем, в камере 7 размещают углеграфитовую заготовку 5 с нанесенным гальваническим покрытием 10, закрывают камеру 7 крышкой 13. В камеру 7 заливают расплав медно-фосфористого матричного сплава 11, полностью покрывая им пористую заготовку 5, затем крышку 13 притирают пробкой 14, предварительно нагретой до 900°С и шплинтуют ее.
После этого устройство для пропитки углеграфитовой заготовки 5 нагревают на 100°С выше температуры ликвидус расплава медно-фосфористого матричного сплава с изотермической выдержкой 20 мин при достижении указанной температуры и расчетного давления. За счет разницы коэффициентов термического расширения емкости и расплава медно-фосфористого матричного сплава 11, а также за счет разницы, коэффициентов термического расширения расплава свинца 12 внутри камеры 8 и расплава медно-фосфористого матричного сплава 11, при котором увеличивается объем камеры 7, создается оптимальное давление пропитки.
Пропитка производилась при давлении 3-5 МПа, что обеспечивалось температурой нагрева емкости для пропитки, равной 950-980°С.
По окончании пропитки, удаляют пробку 14, сливают третью часть расплава медно-фосфористого матричного сплава 11, отворачивают крышку 13, извлекают полученный КМ и производят его охлаждение с кристаллизацией расплава медно-фосфористого матричного сплава 11 в порах.
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, способ повышения проницаемости пор углеграфитовой заготовки, включающий вакуумную дегазацию пористой заготовки до ее погружения в расплав матричного сплава, перед пропиткой пористую заготовку покрывают двухслойным гальваническим покрытием, состоящим из внутреннего медного и наружного хромового слоев, и пропитку в камере пропитки расплавом медно-фосфористого матричного сплава под воздействием избыточного давления за счет термического расширения расплава свинца в камере давления при нагреве на 100°С выше температуры ликвидус матричного сплава одновременно с расплавом свинца, обеспечивает повышение качества композиционных материалов (КМ).
Claims (1)
- Способ получения углеграфитового композиционного материала, включающий вакуумную дегазацию пористой углеграфитовой заготовки, ее пропитку в камере пропитки расплавом матричного сплава под воздействием избыточного давления за счет термического расширения расплава свинца в камере давления при нагреве на 100°С выше температуры ликвидус матричного сплава одновременно с расплавом свинца, отличающийся тем, что в качестве матричного сплава используют медно-фосфористый сплав, дегазацию проводят до погружения пористой заготовки в расплав матричного сплава, а перед пропиткой пористую заготовку покрывают двухслойным гальваническим покрытием, состоящим из внутреннего медного и наружного хромового слоев.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2018101545A RU2688527C1 (ru) | 2018-01-16 | 2018-01-16 | Способ повышения проницаемости пор углеграфитовой заготовки |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2018101545A RU2688527C1 (ru) | 2018-01-16 | 2018-01-16 | Способ повышения проницаемости пор углеграфитовой заготовки |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2688527C1 true RU2688527C1 (ru) | 2019-05-21 |
Family
ID=66636931
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2018101545A RU2688527C1 (ru) | 2018-01-16 | 2018-01-16 | Способ повышения проницаемости пор углеграфитовой заготовки |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2688527C1 (ru) |
Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US3956568A (en) * | 1973-03-12 | 1976-05-11 | Nippon Carbon Co. Ltd. | Carbon-metal composite material |
US4707299A (en) * | 1983-02-28 | 1987-11-17 | Union Oil Company Of California | Solution useful in making carbon-metal phosphate composite |
US20120114874A1 (en) * | 2007-09-18 | 2012-05-10 | Shimane Prefectural Government | Methods for producing metal-coated carbon material and carbon-metal composite material using the same |
RU2539528C1 (ru) * | 2013-07-04 | 2015-01-20 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Волгоградский государственный технический университет" (ВолгГТУ) | Способ изготовления композиционных материалов |
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 |
-
2018
- 2018-01-16 RU RU2018101545A patent/RU2688527C1/ru not_active IP Right Cessation
Patent Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US3956568A (en) * | 1973-03-12 | 1976-05-11 | Nippon Carbon Co. Ltd. | Carbon-metal composite material |
US4707299A (en) * | 1983-02-28 | 1987-11-17 | Union Oil Company Of California | Solution useful in making carbon-metal phosphate composite |
US20120114874A1 (en) * | 2007-09-18 | 2012-05-10 | Shimane Prefectural Government | Methods for producing metal-coated carbon material and carbon-metal composite material using the same |
RU2539528C1 (ru) * | 2013-07-04 | 2015-01-20 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Волгоградский государственный технический университет" (ВолгГТУ) | Способ изготовления композиционных материалов |
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 | |
RU2688437C1 (ru) | Способ повышения проницаемости пор углеграфитовой заготовки | |
RU2688529C1 (ru) | Способ повышения проницаемости пор углеграфитовой заготовки | |
RU2688560C1 (ru) | Способ повышения проницаемости пор углеграфитовой заготовки | |
RU2688772C1 (ru) | Способ повышения проницаемости пор углеграфитовой заготовки | |
RU2688471C1 (ru) | Способ повышения проницаемости пор углеграфитовой заготовки | |
RU2688555C1 (ru) | Способ повышения проницаемости пор углеграфитовой заготовки | |
RU2688779C1 (ru) | Способ повышения проницаемости пор углеграфитовой заготовки | |
RU2688781C1 (ru) | Способ повышения проницаемости пор углеграфитовой заготовки | |
RU2688775C1 (ru) | Способ повышения проницаемости пор углеграфитовой заготовки | |
RU2688368C1 (ru) | Способ повышения проницаемости пор углеграфитовой заготовки | |
RU2688782C1 (ru) | Способ повышения проницаемости пор углеграфитовой заготовки | |
RU2688535C1 (ru) | Способ повышения проницаемости пор углеграфитовой заготовки | |
RU2688531C1 (ru) | Способ повышения проницаемости пор углеграфитовой заготовки | |
RU2688557C1 (ru) | Способ повышения проницаемости пор углеграфитовой заготовки | |
RU2725524C1 (ru) | Способ получения углеграфитового композиционного материала | |
RU2688780C1 (ru) | Способ повышения проницаемости пор углеграфитовой заготовки | |
RU2688778C1 (ru) | Способ повышения проницаемости пор углеграфитовой заготовки | |
RU2688476C1 (ru) | Способ повышения проницаемости пор углеграфитовой заготовки | |
RU2688474C1 (ru) | Способ повышения проницаемости пор углеграфитовой заготовки | |
RU2688543C1 (ru) | Способ повышения проницаемости пор углеграфитовой заготовки | |
RU2688484C1 (ru) | Способ повышения проницаемости пор углеграфитовой заготовки | |
RU2688558C1 (ru) | Способ повышения проницаемости пор углеграфитовой заготовки | |
RU2688523C1 (ru) | Способ повышения проницаемости пор углеграфитовой заготовки | |
RU2688774C1 (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 |