RU2725529C1 - Method of making composite materials - Google Patents

Method of making composite materials Download PDF

Info

Publication number
RU2725529C1
RU2725529C1 RU2019144956A RU2019144956A RU2725529C1 RU 2725529 C1 RU2725529 C1 RU 2725529C1 RU 2019144956 A RU2019144956 A RU 2019144956A RU 2019144956 A RU2019144956 A RU 2019144956A RU 2725529 C1 RU2725529 C1 RU 2725529C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
impregnation
aluminum alloy
aluminum
temperature
alloy
Prior art date
Application number
RU2019144956A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Виктор Александрович Гулевский
Николай Юрьевич Мирошкин
Валерий Иванович Антипов
Алексей Геориевич Колмаков
Леонид Викторович Виноградов
Василий Викторович Гулевский
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 RU2019144956A priority Critical patent/RU2725529C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2725529C1 publication Critical patent/RU2725529C1/en

Links

Images

Classifications

    • 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
    • B22F3/10Sintering only
    • B22F3/11Making porous workpieces or articles
    • B22F3/1146After-treatment maintaining the porosity
    • 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
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60VEHICLES IN GENERAL
    • B60LPROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L5/00Current collectors for power supply lines of electrically-propelled vehicles
    • B60L5/18Current collectors for power supply lines of electrically-propelled vehicles using bow-type collectors in contact with trolley wire
    • B60L5/20Details of contact bow
    • B60L5/205Details of contact bow with carbon contact members

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Transportation (AREA)
  • Manufacture Of Alloys Or Alloy Compounds (AREA)

Abstract

FIELD: technological processes.SUBSTANCE: invention relates to production of composite materials by impregnating a porous carbon-graphite frame. Vacuum degassing of the porous workpiece in the melt of the aluminum matrix alloy is performed in a separate vessel mounted on the vibration table with provision of billet vacuum vibration for 7–8 minutes. Billet in cooled to 550 °C aluminum alloy is placed on crystallized as a result of cooling surface of aluminum alloy, which is pre-poured into impregnation device at aluminum melt temperature of 700 °C per 2/3 of volume of device. Through the hole in the installed cover there completely filled is the device for impregnation of molten aluminum alloy heated to 700 °C, the impregnation device is sealed and impregnation of the workpiece is performed due to phase transition of aluminum alloy from solid state to liquid when the impregnation device is heated to temperature of 173 °C above the liquidus temperature of aluminum. Isothermal holding is carried out at the same temperature for 20 minutes to ensure thermal expansion of molten aluminum alloy.EFFECT: reduced time for composite material production.1 cl, 1 tbl, 1 ex

Description

Изобретение относится к области металлургии, а именно к способу получения композиционных материалов, обладающих высокой электропроводностью, антифрикционными свойствами и стойкостью в агрессивных средах, которые могут использоваться в машиностроении для изготовления токосъемников, вставок пантографов, электрических щеток, уплотнителей, вкладышей подшипников скольжения.The invention relates to the field of metallurgy, and in particular to a method for producing composite materials with high electrical conductivity, antifriction properties and resistance in aggressive environments that can be used in mechanical engineering for the manufacture of current collectors, pantograph inserts, electric brushes, seals, plain bearing shells.

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°C, 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 С04В35/52, опубл. 02.08.2004).A known method of producing a composite material by impregnation with simultaneous chemical exposure. The preform is installed on a special graphite platform, heated above the surface of a silicon melt or an alloy based on silicon and copper, having a temperature of 1700-1800 ° C, then gradually, at a speed of no more than 10 cm / min, the preform is lowered into the bath with the melt. Thus, by impregnating with a unidirectional melt flow, a front propagating along the entire cross section of the billet (RF patent No. 2276631, IPC С04В35 / 52, publ. 02.08.2004).

Недостатком данного способа является отсутствие в процессе пропитки стадии вакуумирования как сплава, так и заготовки, вследствие чего расплав окисляется, взаимодействуя с воздухом, снижая качество композиционного материала. The disadvantage of this method is the absence during the impregnation of the vacuum stage of both the alloy and the workpiece, as a result of which the melt is oxidized by interacting with air, reducing the quality of the composite material.

Известен способ получения композиционного материала на основе металлической матрицы и неметаллического волокна, включающий приготовление преформы из неметаллического волокна, уплотнение полученной преформы с одновременным удалением воды через перфорированное дно в пресс-форме, ее фиксацию, сушку, заливку матричным металлом и пропитку расплавом матричного металла под давлением (патент РФ №2392090, МПК B22D19/14, С22С47/00, опубл. 20.06.2010).A known method of producing a composite material based on a metal matrix and non-metallic fiber, comprising preparing a preform of non-metallic fiber, compacting the obtained preform with the simultaneous removal of water through the perforated bottom in the mold, fixing, drying, pouring matrix metal and impregnating the matrix metal under pressure with molten metal (RF patent No. 2392090, IPC B22D19 / 14, C22C47 / 00, publ. 06/20/2010).

Недостатком этого способа являются ограниченность номенклатуры матричных сплавов, которые можно применять при данном способе изготовления, и высокая себестоимость композиционных материалов (КМ) за счет высокой стоимости оборудования и оснастки для пропитки. The disadvantage of this method is the limited range of matrix alloys that can be used with this manufacturing method, and the high cost of composite materials (KM) due to the high cost of equipment and accessories for impregnation.

Известен способ пропитки пористого тела металлом, при котором пористое тело предварительно нагревают, устанавливают в специальную форму, в которой находятся отверстия, через которые осуществляют впрыск предварительно нагретого матричного расплава с помощью машин для литья под давлением. Давление впрыска 20 МПа, выдержка около 3 сек (патент США №6699410, МПК B22D 9/00, опубл. 02.03.2004).A known method of impregnating a porous body with metal, in which the porous body is preheated, is installed in a special form in which there are holes through which the preheated matrix melt is injected using injection molding machines. The injection pressure of 20 MPa, the shutter speed of about 3 seconds (US patent No. 6699410, IPC B22D 9/00, publ. 02.03.2004).

Недостатком этого способа являются изготовление специальных форм для каждой уникальной заготовки, высокая себестоимость изделия, при этом пористое тело покрыто коркой металла с литником, что потребует дополнительной механической обработки.The disadvantage of this method is the manufacture of special forms for each unique workpiece, the high cost of the product, while the porous body is covered with a crust of metal with a gate, which will require additional machining.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому способу и достигаемому эффекту является способ пропитки пористой заготовки алюминием, при котором армирующий пористый каркас предварительно нагревают, затем заливают его матричным сплавом, проводят вакуумную дегазацию и пропитывают под воздействием избыточного давления 15±3 МПа на заготовку за счет термического расширения расплава в замкнутом объеме емкости при нагреве (патент РФ № 2571295, МПК B22F3/26, опубл. 20.12.2015).The closest in technical essence to the proposed method and the achieved effect is a method of impregnating a porous preform with aluminum, in which the reinforcing porous cage is preheated, then it is filled with a matrix alloy, vacuum degassing is carried out and impregnated under the influence of an excess pressure of 15 ± 3 MPa onto the preform due to thermal expansion of the melt in a closed volume of the tank during heating (RF patent No. 2571295, IPC B22F3 / 26, publ. 12/20/2015).

Недостатком способа являются большие затраты времени на нагрев оснастки и ее охлаждение для проведения дегазации камеры для пропитки.The disadvantage of this method is the large investment of time in heating the tool and its cooling for the degassing of the impregnation chamber.

Задачей изобретения является разработка способа изготовления композиционных материалов, позволяющего эффективно использовать температуру нагрева в процессе пропитки углеграфита.The objective of the invention is to develop a method of manufacturing composite materials, which allows the efficient use of the heating temperature in the process of impregnation of carbon graphite.

Техническим результатом изобретения является cокращение времени на получение композиционного материала, что позволяет увеличить производительность способа.The technical result of the invention is to reduce the time to obtain a composite material, which allows to increase the productivity of the method.

Технический результат достигается в способе изготовления композиционных материалов, включающем вакуумную дегазацию пористой заготовки в расплаве матричного сплава алюминия, нагрев и воздействие избыточным давлением на заготовку за счет термического расширения расплава сплава алюминия в замкнутом объеме герметизированного устройства для пропитки при нагреве сплава алюминия выше температуры ликвидус, при этом вакуумную дегазацию пористой заготовки в расплаве матричного сплава алюминия ведут в отдельной емкости, установленной на вибростоле с обеспечением вибровакуумирования заготовки в течение 7-8 минут, перед пропиткой заготовку в остывшем до 550°С сплаве алюминия помещают на закристаллизовавшуюся в результате остывания поверхность сплава алюминия, предварительно залитого в устройство для пропитки при температуре расплава алюминия 700°С на 2/3 объема устройства, после чего через отверстие в установленной крышке полностью заполняют устройство для пропитки расплавом сплава алюминия, нагретым до 700°С, а пропитку заготовки осуществляют за счет фазового перехода сплава алюминия из твердого состояния в жидкое при нагреве устройства для пропитки до температуры на 173°С выше температуры ликвидус алюминия и последующей изотермической выдержки при той же температуре в течение 20 минут для обеспечения термического расширения расплава сплава алюминия.The technical result is achieved in a method for manufacturing composite materials, including vacuum degassing of a porous preform in a molten aluminum alloy alloy, heating and exposure to excess pressure on the preform due to thermal expansion of the aluminum alloy melt in a closed volume of a sealed impregnation device when the aluminum alloy is heated above liquidus temperature, this vacuum degassing of the porous preform in the molten matrix aluminum alloy is carried out in a separate container mounted on a vibrating table to provide vibro-evacuation of the preform for 7-8 minutes, before impregnation of the preform in the cooled to 550 ° C aluminum alloy is placed on the surface of the aluminum alloy crystallized as a result of cooling, pre-filled into the device for impregnation at a temperature of molten aluminum of 700 ° C for 2/3 of the volume of the device, after which the device for impregnating with molten aluminum alloy is completely filled through the hole in the installed lid, heated up to 700 ° C, and the preform is impregnated by the phase transition of the aluminum alloy from solid to liquid when the impregnation device is heated to a temperature of 173 ° C above the liquidus aluminum temperature and subsequent isothermal exposure at the same temperature for 20 minutes to ensure thermal expansion of the molten aluminum alloy.

Вакуумная дегазация пористой заготовки осуществляется в расплаве матричного сплава алюминия в отдельной емкости (алундовом тигле), установленной на вибростоле с обеспечением вибровакуумирования заготовки в течение 7-8 минут. Расплав сплава алюминия заливается в устройство для пропитки при температуре расплава алюминия 700°С на 2/3 объема устройства. Далее, заготовку в остывшем до 550°С сплаве алюминия (в объеме которого производилось вибровакуумирование) помещают на закристаллизовавшуюся в результате остывания поверхность сплава алюминия в устройстве для пропитки. Устройство заполняется расплавом алюминия и помещается в нагревательную печь, где осуществляется переход матричного сплава из твердого состояния в жидкое с увеличением объема в устройстве. Осуществляется воздействие избыточным давлением на заготовку за счет термического расширения расплава в замкнутом объеме емкости и пропитка пористой заготовки.Vacuum degassing of the porous preform is carried out in a molten matrix aluminum alloy in a separate container (alundum crucible) mounted on a vibrating table to ensure vibro-evacuation of the preform for 7-8 minutes. The molten aluminum alloy is poured into the impregnation device at a molten aluminum temperature of 700 ° C per 2/3 of the volume of the device. Further, the billet in an aluminum alloy cooled to 550 ° C (in the volume of which vibro-vacuum was produced) is placed on the surface of the aluminum alloy crystallized as a result of cooling in an impregnation device. The device is filled with molten aluminum and placed in a heating furnace, where the matrix alloy transitions from solid to liquid with an increase in volume in the device. Excess pressure is applied to the workpiece due to the thermal expansion of the melt in the closed volume of the vessel and the impregnation of the porous workpiece.

Используют емкость для пропитки из материала с минимальным коэффициентом термического расширения, для обеспечения необходимого давления пропитки (с коэффициентом термического расширения, в 3 раза превышающем коэффициент термического расширения материала емкости) на погруженную в расплав матричного сплава пористую заготовку. Use a container for impregnation from a material with a minimum coefficient of thermal expansion to provide the necessary pressure of impregnation (with a coefficient of thermal expansion 3 times higher than the coefficient of thermal expansion of the material of the container) on a porous preform immersed in the melt of the matrix alloy.

В качестве матричного сплава используют сплав алюминия, расплав которого в процессе пропитки нагревают на 173°C выше температуры ликвидус сплава алюминия. В качестве пористой заготовки используют углеграфит.An aluminum alloy is used as a matrix alloy, the melt of which is heated by 173 ° C above the liquidus temperature of the aluminum alloy during the impregnation process. Carbon graphite is used as a porous preform.

Погружение пористой заготовки в расплав матричного сплава алюминия, находящегося в алундовом тигле, во время вибровакуумирования заготовки позволяет произвести одновременное вакуумирование и первичное (частичное) заполнение открытых пор жидким матричным сплавом. Остывший до 550°С сплав с заготовкой внутри поступает на вторичную пропитку (в устройстве для пропитки).Immersion of the porous preform into the molten matrix alloy of aluminum located in the alundum crucible during vibro-evacuation of the preform allows simultaneous evacuation and primary (partial) filling of open pores with a liquid matrix alloy. The alloy cooled down to 550 ° C with the workpiece inside is fed to secondary impregnation (in the impregnation device).

Вторичная пропитка осуществляется за счет перехода матричного сплава из твердого состояния в жидкое. Это позволяет получить увеличение объема алюминия на 6,1% за счет фазового перехода сплава алюминия из твердого состояния в жидкое при нагреве устройства для пропитки до температуры на 173°С выше температуры ликвидус алюминия. Последующая изотермическая выдержка при той же температуре в течение 20 минут обеспечивает термическое расширение расплава сплава алюминия. Secondary impregnation is carried out due to the transition of the matrix alloy from solid to liquid. This makes it possible to obtain an increase in aluminum volume by 6.1% due to the phase transition of the aluminum alloy from solid to liquid when the device for impregnation is heated to a temperature of 173 ° C above the liquidus aluminum temperature. Subsequent isothermal exposure at the same temperature for 20 minutes provides thermal expansion of the molten aluminum alloy.

Нагрев на 173°C выше температуры ликвидус сплава алюминия позволяет учесть величину нагрева, необходимую для компенсации объема открытых пор армирующего каркаса за счет термического расширения матричного расплава, и обеспечивает создание требуемого давления пропитки, что позволяет получить композиционный материал (КМ) высокого качества с высокой степенью заполнения объема открытых пор пористой заготовки матричным расплавом.Heating 173 ° C above the liquidus temperature of the aluminum alloy allows you to take into account the amount of heating necessary to compensate for the volume of open pores of the reinforcing frame due to thermal expansion of the matrix melt, and ensures the creation of the required impregnation pressure, which allows to obtain high quality composite material (CM) with a high degree filling the open pore volume of the porous preform with a matrix melt.

Использование в качестве матричного расплава сплава алюминия, а в качестве пористого тела углеграфита позволяет получать композиционные материалы, широко применяемые в машиностроении для изготовления токосъемников, вставок пантографов, электрических щеток, уплотнителей, вкладышей подшипников скольжения. The use of an aluminum alloy as a matrix melt and carbon graphite as a porous body allows one to obtain composite materials widely used in mechanical engineering for the manufacture of current collectors, pantograph inserts, electric brushes, seals, and plain bearing shells.

На фиг. 1 показано устройство для вибровакуумирования, на фиг. 2 показано устройство для пропитки углеграфитовой заготовки.In FIG. 1 shows a device for vibration evacuation, in FIG. 2 shows a device for the impregnation of a carbon-graphite blank.

Устройство для вибровакуумирования состоит из вибростола 1, тигля 2, вакуумного колокола 3 герметично накрывающего тигель 2.The device for vibrovacuum consists of a vibrating table 1, a crucible 2, a vacuum bell 3 hermetically covering the crucible 2.

В тигель 2 помещена углеграфитовая заготовка 4. В вибростоле 1 выполнено отверстие 5, которое соединено с вакуумным насосом (не показан).A carbon-graphite preform 4 is placed in the crucible 2. An opening 5 is made in the vibrating table 1, which is connected to a vacuum pump (not shown).

Устройство для пропитки изготавливается из титана ВТ1-0 и состоит из корпуса 6 и крышки 7. Устройство на 2/3 заполнено расплавом матричного сплава алюминия 8 с закристаллизовавшейся (в результате остывания) поверхностью. На закристаллизовавшейся поверхности матричного сплава алюминия 8 установлена пористая заготовка 9 в остывшем до 550°С сплаве алюминия, прошедшая первичную пропитку при вибровакуумировании. Корпус 6 устройства для пропитки герметично закрыт крышкой 7, в которую вставлена пробка 10, зафиксированная клином 11. Оставшийся объем устройства заполнен расплавом матричного сплава.The impregnation device is made of VT1-0 titanium and consists of a housing 6 and a cover 7. The 2/3 device is filled with a molten matrix alloy of aluminum 8 with a crystallized (as a result of cooling) surface. On the crystallized surface of the matrix aluminum alloy 8, a porous preform 9 is installed in an aluminum alloy cooled to 550 ° C, which has undergone primary impregnation during vibrational evacuation. The housing 6 of the impregnation device is hermetically closed by a cover 7, into which a plug 10 is fixed, fixed by the wedge 11. The remaining volume of the device is filled with a molten matrix alloy.

Способ осуществляется следующим образом. The method is as follows.

На вибростол устанавливается тигель заполненный расплавом матричного сплава алюминия, внутри которого расположена пористая заготовка. Для герметизации тигель накрывается герметичным вакуумным колоколом, выполненным из стекла, и установка подключается к вакуумному насосу. Вибровакуумирование заготовки из углеграфита в расплаве сплава алюминия проводят в течение 7-8 минут, при температуре на 300С выше температуры плавления выбранного матричного сплава алюминия.A crucible is installed on the vibrating table, filled with a melt of a matrix aluminum alloy, inside of which there is a porous preform. For sealing, the crucible is covered with a sealed vacuum bell made of glass, and the installation is connected to a vacuum pump. Vibro-vacuum blanking of carbon graphite in the molten aluminum alloy is carried out for 7-8 minutes, at a temperature of 30 0 C above the melting temperature of the selected matrix aluminum alloy.

После проведения вибровакуумирования остывшее содержимое тигля с пористой заготовкой помещают на закристаллизовавшуюся поверхность алюминиевого сплава на 2/3 заполняющего устройство для пропитки. После этого достают из печи разогретую крышку и накрывают корпус устройства, полностью заполняют устройство расплавом матричного сплава алюминия через отверстие в крышке (до появления сплава на поверхности конуса) и закрывают это отверстие разогретой пробкой после чего шплинтуют холодным клином. After vibro-evacuation, the cooled contents of the crucible with the porous preform are placed on the crystallized surface of the aluminum alloy on 2/3 of the filling impregnation device. After that, the heated cover is taken out of the furnace and the device case is covered, the device is completely filled with molten aluminum matrix alloy through the hole in the cover (until the alloy appears on the surface of the cone) and the hole is closed with a heated stopper, and then it is split with a cold wedge.

ТаблицаTable

Композиционный материал углеграфит - алюминийCarbon Graphite Composite Material - Aluminum По предлагаемому способу при температуре заготовкиAccording to the proposed method at the temperature of the workpiece По прототипуAccording to the prototype 550°С550 ° C 20°С20 ° C Температура сплава, контактирующего с заготовкой, °СThe temperature of the alloy in contact with the workpiece, ° C в начале пропиткиat the beginning of the impregnation 550550 500500 680-700680-700 в конце пропиткиat the end of the impregnation 750750 750750 780780 Давление пропитки, МПаImpregnation pressure, MPa 1515 1515 1212 Время выдержки давления, мин.Pressure holding time, min. 2020 2020 2020 Степень заполнения открытых пор, %The degree of filling of open pores,% 79±279 ± 2 79±279 ± 2 72±272 ± 2 Прочность КМ на сжатие, МПаKM compressive strength, MPa 49.0±249.0 ± 2 49.0±249.0 ± 2 44.6±244.6 ± 2 Вакуумирование, мин.Vacuum min. 77 77 15-2015-20 Результаты металлографических исследованийResults of metallographic studies Не заполнены некоторые микроскопические порыSome microscopic pores are not filled. Не заполнены некоторые микроскопические порыSome microscopic pores are not filled.

Далее устройство для пропитки помещают в печь, температура в которой составляет 750°C, и, по достижении расплавом матричного сплава температуры на 173°С выше температуры ликвидус алюминия, выдерживают указанную температуру в течение 20 минут. После этого КМ извлекают из расплава и охлаждают на воздухе. Next, the impregnation device is placed in a furnace at a temperature of 750 ° C, and when the melt of the matrix alloy reaches a temperature of 173 ° C higher than the liquidus aluminum temperature, the specified temperature is maintained for 20 minutes. After that, the CM is removed from the melt and cooled in air.

Полученный КМ испытывался на прочность при сжатии, степень заполнения открытых пор (плотность пропитки). Степень заполнения пор оценивалась по удельному весу КМ до и после пропитки, структура КМ оценивалась по результатам металлографических исследований. Результаты испытаний КМ приведены в таблице.The obtained CM was tested for compressive strength, the degree of filling of open pores (impregnation density). The degree of filling of the pores was estimated by the specific gravity of the CM before and after the impregnation, the structure of the CM was evaluated by the results of metallographic studies. KM test results are shown in the table.

Заявленный способ изготовления композиционных материалов не требует больших затрат времени на нагрев оснастки как при проведении дегазации в устройстве для пропитки и позволяет эффективно использовать температуру нагрева, вынося дегазацию на подготовительный этап обработки пористого каркаса и осуществляя вибровакуумирование с небольшим количеством пропитывающего сплава. При этом исключается многократный цикл нагрев-остывание устройства для пропитки, что позволяет сократить время на получение КМ. The claimed method of manufacturing composite materials does not require large expenditures of time for heating the equipment as during degassing in an impregnation device and allows you to effectively use the heating temperature, taking degassing to the preparatory stage of processing the porous skeleton and vibrating with a small amount of impregnating alloy. This eliminates the multiple cycle heating-cooling device for impregnation, which reduces the time to obtain KM.

Кроме этого, после процесса дегазации получается полуфабрикат – результат первичной пропитки (углеграфит в застывшем сплаве алюминия), который можно использовать для отсроченной пропитки. При этом время на однократный нагрев устройства для пропитки увеличится на 3-5 минут. В целом указанные этапы позволяют сократить время изготовления КМ на 50%, что позволяет повысить производительность процесса за счет сокращения времени на получение КМ.In addition, after the degassing process, a semi-finished product is obtained - the result of primary impregnation (carbon graphite in a frozen aluminum alloy), which can be used for delayed impregnation. In this case, the time for a single heating of the impregnation device will increase by 3-5 minutes. In general, these stages allow to reduce the time of manufacturing KM by 50%, which allows to increase the productivity of the process by reducing the time to obtain KM.

Таким образом, способ изготовления композиционного материала, включающий вакуумную дегазацию пористой заготовки в расплаве матричного сплава алюминия в отдельной емкости, установленной на вибростоле с обеспечением вибровакуумирования заготовки в течение 7-8 минут, помещение заготовки в остывшем до 550°С сплаве алюминия на закристаллизовавшуюся в результате остывания поверхность сплава алюминия, предварительно залитого в устройство для пропитки на 2/3 объема устройства при температуре расплава алюминия 700°С, заполнение устройства для пропитки через отверстие в установленной крышке расплавом сплава алюминия, нагретым до 700°С, герметизацию устройства, воздействие избыточным давлением на заготовку и осуществление ее пропитки за счет термического расширения расплава сплава алюминия в замкнутом объеме устройства для пропитки и за счет фазового перехода сплава алюминия из твердого состояния в жидкое при нагреве устройства для пропитки до температуры на 173°С выше температуры ликвидус алюминия и последующей изотермической выдержки при той же температуре в течение 20 минут, обеспечивает cокращение времени на получение композиционного материала, что позволяет увеличить производительность способа.Thus, a method of manufacturing a composite material, including vacuum degassing of a porous preform in a molten aluminum matrix alloy in a separate container mounted on a vibrating table with vibro-evacuation of the preform for 7-8 minutes, placing the preform in an aluminum alloy that has cooled down to 550 ° C to crystallize as a result cooling the surface of the aluminum alloy pre-filled into the device for impregnation on 2/3 of the volume of the device at an aluminum melt temperature of 700 ° C, filling the device for impregnation through the hole in the installed cover with an aluminum alloy melt heated to 700 ° C, sealing the device, exposure to overpressure on the billet and its impregnation due to the thermal expansion of the molten aluminum alloy in a closed volume of the impregnation device and due to the phase transition of the aluminum alloy from solid to liquid when the impregnation device is heated to a temperature of 173 ° C higher than liquidus alumin and subsequent isothermal exposure at the same temperature for 20 minutes, provides a reduction in the time to obtain composite material, which allows to increase the productivity of the method.

Claims (1)

Способ изготовления композиционного материала, включающий вакуумную дегазацию пористой углеграфитовой заготовки в расплаве матричного сплава алюминия, нагрев и воздействие избыточным давлением на заготовку за счет термического расширения расплава сплава алюминия в замкнутом объеме герметизированного устройства для пропитки при нагреве сплава алюминия выше температуры ликвидус, отличающийся тем, что вакуумную дегазацию пористой заготовки в расплаве матричного сплава алюминия ведут в отдельной емкости, установленной на вибростоле с обеспечением вибровакуумирования заготовки в течение 7-8 минут, перед пропиткой заготовку в остывшем до 550°С сплаве алюминия помещают на закристаллизовавшуюся в результате остывания поверхность сплава алюминия, предварительно залитого в устройство для пропитки при температуре расплава алюминия 700°С на 2/3 объема устройства, после чего через отверстие в установленной крышке полностью заполняют устройство для пропитки расплавом сплава алюминия, нагретым до 700°С, а пропитку заготовки осуществляют за счет фазового перехода сплава алюминия из твердого состояния в жидкое при нагреве устройства для пропитки до температуры на 173°С выше температуры ликвидус алюминия и последующей изотермической выдержке при той же температуре в течение 20 минут для обеспечения термического расширения расплава сплава алюминия.A method of manufacturing a composite material, including vacuum degassing of a porous carbon-graphite workpiece in a molten aluminum matrix alloy, heating and applying overpressure to the workpiece due to thermal expansion of the aluminum alloy melt in a closed volume of a sealed impregnation device when the aluminum alloy is heated above liquidus temperature, characterized in that vacuum degassing of a porous preform in a molten aluminum matrix alloy is carried out in a separate container mounted on a vibrating table to provide vibro-evacuation of the preform for 7-8 minutes; before impregnation, the preform in an aluminum alloy cooled to 550 ° C is placed on the surface of the aluminum alloy crystallized as a result of cooling, previously filled into the device for impregnation at an aluminum melt temperature of 700 ° C per 2/3 of the volume of the device, after which the device for impregnation with an aluminum alloy melt heated to 700 is completely filled through the hole in the installed lid ° C, and the workpiece is impregnated due to the phase transition of the aluminum alloy from solid to liquid when the impregnation device is heated to a temperature of 173 ° C above the liquidus aluminum temperature and subsequent isothermal exposure at the same temperature for 20 minutes to ensure thermal expansion of the melt aluminum alloy.
RU2019144956A 2019-12-30 2019-12-30 Method of making composite materials RU2725529C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2019144956A RU2725529C1 (en) 2019-12-30 2019-12-30 Method of making composite materials

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2019144956A RU2725529C1 (en) 2019-12-30 2019-12-30 Method of making composite materials

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2725529C1 true RU2725529C1 (en) 2020-07-02

Family

ID=71510331

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2019144956A RU2725529C1 (en) 2019-12-30 2019-12-30 Method of making composite materials

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2725529C1 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2788292C1 (en) * 2022-06-29 2023-01-17 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Волгоградский государственный технический университет" (ВолгГТУ) Method for production of carbon-graphite composite material by impregnation with aluminum-based alloy

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6699410B2 (en) * 1998-12-09 2004-03-02 Hoffman & Co Elektrokohle Aktiengesellschaft Method of impregnating porous workpieces
RU2276631C2 (en) * 2004-08-02 2006-05-20 Открытое Акционерное Общество "Челябинский Электродный завод" Carbon carbide-silicon composition material producing method
RU2392090C2 (en) * 2008-09-16 2010-06-20 Федеральное государственное унитарное предприятие "Всероссийский научно-исследовательский институт авиационных материалов" (ФГУП "ВИАМ") Method of composite material obtainment
FR2983193A1 (en) * 2011-11-30 2013-05-31 Snecma Propulsion Solide PROCESS FOR MANUFACTURING A PIECE OF MATERIAL CMC
RU2571295C1 (en) * 2014-05-19 2015-12-20 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Волгоградский государственный технический университет" (ВолгГТУ) Production of composite materials
RU2688560C1 (en) * 2018-01-16 2019-05-21 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Волгоградский государственный технический университет" (ВолгГТУ) Method for increasing permeability of pores of a graphite workpiece

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6699410B2 (en) * 1998-12-09 2004-03-02 Hoffman & Co Elektrokohle Aktiengesellschaft Method of impregnating porous workpieces
RU2276631C2 (en) * 2004-08-02 2006-05-20 Открытое Акционерное Общество "Челябинский Электродный завод" Carbon carbide-silicon composition material producing method
RU2392090C2 (en) * 2008-09-16 2010-06-20 Федеральное государственное унитарное предприятие "Всероссийский научно-исследовательский институт авиационных материалов" (ФГУП "ВИАМ") Method of composite material obtainment
FR2983193A1 (en) * 2011-11-30 2013-05-31 Snecma Propulsion Solide PROCESS FOR MANUFACTURING A PIECE OF MATERIAL CMC
RU2571295C1 (en) * 2014-05-19 2015-12-20 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Волгоградский государственный технический университет" (ВолгГТУ) Production of composite materials
RU2688560C1 (en) * 2018-01-16 2019-05-21 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Волгоградский государственный технический университет" (ВолгГТУ) Method for increasing permeability of pores of a graphite workpiece

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2788292C1 (en) * 2022-06-29 2023-01-17 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Волгоградский государственный технический университет" (ВолгГТУ) Method for production of carbon-graphite composite material by impregnation with aluminum-based alloy

Similar Documents

Publication Publication Date Title
RU2539528C1 (en) Composite materials manufacturing method
RU2571295C1 (en) Production of composite materials
SU1759932A1 (en) Method of producing composite materials
NO115451B (en)
RU2688772C1 (en) Method for increasing permeability of pores of a graphite workpiece
RU2688560C1 (en) Method for increasing permeability of pores of a graphite workpiece
RU2725531C1 (en) Method of making composite materials
RU2725529C1 (en) Method of making composite materials
RU2725524C1 (en) Method of producing carbon-graphite composite material
JP6514237B2 (en) Process for preparing molten metal for casting at low to zero superheat temperatures
RU2730251C1 (en) Method of making composite materials
RU2740446C1 (en) Method of manufacturing composite materials
CN112108621A (en) Semi-continuous casting device
US8312913B2 (en) Casting process
RU2688557C1 (en) Method for increasing permeability of pores of graphite workpiece
RU2688522C1 (en) Method for increasing permeability of pores of a carbon-graphite workpiece
CN213671743U (en) Semi-continuous casting device
RU2688558C1 (en) Method for increasing permeability of pores of graphite workpiece
RU2688523C1 (en) Method for increasing permeability of pores of a carbon-graphite workpiece
RU2725526C1 (en) Method of producing carbon-graphite composite material
RU2725518C1 (en) Method of producing carbon-graphite composite material
RU2751869C1 (en) Method for producing carbon-graphite composite material
RU2788159C1 (en) Method for production of carbon-graphite composite material
RU2749979C1 (en) Method for producing carbon-graphite composite material
RU2750072C1 (en) Method for producing carbon-graphite composite material