RU2729267C1 - Способ получения литых композиционных алюмоматричных сплавов - Google Patents
Способ получения литых композиционных алюмоматричных сплавов Download PDFInfo
- Publication number
- RU2729267C1 RU2729267C1 RU2020102201A RU2020102201A RU2729267C1 RU 2729267 C1 RU2729267 C1 RU 2729267C1 RU 2020102201 A RU2020102201 A RU 2020102201A RU 2020102201 A RU2020102201 A RU 2020102201A RU 2729267 C1 RU2729267 C1 RU 2729267C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- ceramic
- aluminum
- intermetallic phases
- phases
- melt
- 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
- C22C1/08—Alloys with open or closed pores
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
- C22C—ALLOYS
- C22C21/00—Alloys based on aluminium
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
- C22C—ALLOYS
- C22C32/00—Non-ferrous alloys containing at least 5% by weight but less than 50% by weight of oxides, carbides, borides, nitrides, silicides or other metal compounds, e.g. oxynitrides, sulfides, whether added as such or formed in situ
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 легких сплавов, в частности сплавов на основе алюминия, и может быть использовано при получении слитков различными методами литья. Способ получения литого композиционного материала на основе алюминиевого сплава, содержащего упрочняющие эндогенные включения интерметаллидных фаз состава AlX, где Х – легирующая добавка, выбранная из Ti, Zr, Ni, и экзогенные дискретные керамические микро- и наноразмерные частицы, выбранные из группы TiC, ZrC, BC, SiC, AlО, TiB, BN, TiN, включает введение в расплав алюминия порошка легирующего элемента и керамической фазы, выдержку расплава для образования интерметаллидных фаз, перемешивание и разливку, при этом высокотемпературные керамические фазы формируют металлотермическим синтезом в отдельном коническом тигле из графита с отверстием в донной части, введение керамической фазы в расплав осуществляют в жидком состоянии в количестве 0,2-10 мас.% при температуре 720-780°С и выдерживают до разливки 5-20 мин с образованием переходных интерметаллических фаз в количестве 20-35 об.% размером <10мкм и керамических частиц размером >70 нм. Изобретение направлено на получение литого композиционного материала на основе алюминиевого сплава с высоким уровнем жаропрочности и износостойкости. 1 пр.
Description
Изобретение относится к области металлургии легких сплавов, в частности сплавов на основе алюминия, и может быть использовано при получении слитков различными методами литья.
Известен способ получения композиционного материала на основе алюминиевой матрицы, армированной частицами TiAl3 (патент КНР №109913678 (А) опубликован 15.03.2019 МПК B22F 3/18; B22F 7/04; С22С 1/04; C22F 1/04). Способ получения включает следующие этапы, на которых нанотитановый порошок равномерно диспергируется в алюминиевой матрице, затем Ti и Al подвергаются горячей прокатке при температуре ниже температуры плавления алюминия, чтобы смесь прореагировала с образованием дисперсных частиц TiAl3. чтобы получить композиционный материал на основе алюминиевой матрицы, армированной частицами TiAl3, затем, Al в образце экструдируют путем горячей экструзионной прокатки при температуре, превышающей температуру плавления алюминия, так что содержание TiAl3 в образце заметно увеличивается, повышается однородность частиц TiAl3, и плотность образца дополнительно увеличивается в процессе горячей экструзионной прокатки.
Однако недостаток полученного материала в том, что процесс достаточно сложен, требует предварительной операции по диспергированию, горячей прокатке ниже температуры плавления алюминия и, в дальнейшем, горячей экструзивной прокатки при температуре, превышающей температуру плавления алюминия.
Также известен способ получения композитного матричного алюминиевого материала с армированием из высокоэнтропийного сплава (патент КНР CN 109261935 опубликован 25.01.2019 МПК B22D 18/02; С22С 21/02; С22С 21/08; С22С 21/10). Способ включает, смешивание порошка из высокоэнтропийного сплава и порошка алюминия, помещение в форму и прессование при нормальной температуре для получения заготовки. Преформу и пресс-форму подвергают термоизоляции и предварительному нагреву при температуре 400-550°С, расплавленный алюминий отливают в пресс-форму после термоизоляции, давление 10-30 МПа прикладывают к верхней части пресс-формы, расплавленный алюминий проникает в заготовку, и давление повышается до 50-100 МПа и поддерживается в течение 1-5 минут, чтобы получить матричный композитный материал, армированный алюминий с высоким энтропийным упрочняющим каркасом. Частицы высокоэнтропийного наполнителя в структуре приготовленного композиционного материала распределены равномерно и диспергировано, а поверхность раздела с алюминиевым сплавом имеют высокую адгезию и хорошую прочность и ударную вязкость.
Недостатками данного способа является сложность технологического процесса и сложность осуществления, обусловленная приготовлением и брикетированием порошковых материалов алюминия и переходного металла.
Также известен способ получения композиционного материала на основе алюминиевой матрицы, армированной нано-CuAl2/Al2O3, методом синтеза in-situ (патент CN 109082568 опубликован 25.12.2018 МПК B22F 9/04; С22С 1/05; С22С 21/12; С22С 32/00). Способ приготовления включает следующие стадии: (1) подготовка смешанного порошка, взвешивание смешанного порошка в соответствии с массовым отношением порошка оксида меди к алюминиевому порошку или порошку алюминиевого сплава, составляющим менее 10%, (2) измельчение шариком смешанный порошок, помещая смешанный порошок в графитовый резервуар с шаровидным графитом и измельчая в шарике смешанный порошок под защитой аргона, где параметры измельчения шарика представляют собой отношение шарика к материалу 5:1-15:1, скорость вращения 200 об/мин и время измельчения шаров 1-4 часа; (3) спекание и формование.
Основными недостатками способа является необходимость использования специального оборудования, необходимость предварительного производства или приобретения готовых армирующих частиц, необходимость предварительного брикетирования шихты, сложность достижения равномерности распределения армирующих частиц в матрице и т.д. Все это обуславливает ограниченность использования при получении алюмоматричных композиционных сплавов в промышленности в сравнении с технологиями, предусматривающими использование стандартного литейного производства. В этой связи более перспективным представляется подход, основанный на получении путем простой плавки и литья алюминиевых сплавов с естественно-композитной структурой, формирование которой происходит вследствие протекания при кристаллизации эвтектических превращений.
Наиболее близким к предлагаемому составу сплава и способу его получения, т.е. прототипом, является способ получения литого композиционного материала (ЛКМ) на основе алюминиевого сплава, упрочненного эндогенными включениями интерметаллидных фаз состава Al3X (где X - легирующие добавки Ti, Zr, V, Fe, Ni) и экзогенными дискретными керамическими микро- и наноразмерными частицами (TiC, ZrC, В4С, SiC, Al2O3, ZrO2, BN, TiN), включающий смешивание порошка легирующего элемента с дискретными керамическими частицами, брикетирование полученной. смеси и введение ее в расплав алюминия, выдержку расплава для образования упрочняющих интерметаллидных фаз, перемешивание и разливку (Патент РФ №2323991, А.В. Панфилов, Д.Н. Бранчуков, А.А. Панфилов, А.В. Петрунин и др., приоритет от 22.09.2006, дата выдачи 10.05.2008 г. С22С 1/10 (2006.01), С22С 21/00 (2006.01), B22F 3/02 (2006.01), B22F 3/26 (2006.01), В82В 3/00 (2006.01))
Недостатком такого способа получения является то, что в качестве армирующих наполнителей используются в основном экзогенные частицы, а комплекс эндогенных наполнителей ограничен только интерметаллидными фазами состава Al3X. Такой подход зачастую не обеспечивает существенного повышения уровня эксплуатационных свойств по сравнению с базовым сплавом. Известно, что армирование осуществляется наиболее эффективно и, как следствие, наиболее полно реализуется необходимый комплекс свойств, при использовании широкого спектра именно эндогенных упрочняющих соединений, формирующихся в ходе экзотермических реакций между предварительно введенными исходными реакционноактивными компонентами непосредственно в расплаве, поскольку такие процессы обеспечивают достижение хорошей адгезионной связи между наполнителем и матрицей, обусловленной близким решеточным соответствием матрицы и синтезированных фаз.
Технической задачей, решаемой изобретением, является способ получения литого композиционного материала на основе алюминиевого сплава с высоким уровнем жаропрочности и износостойкости, отличающегося низкой себестоимостью.
Поставленная задача достигается тем, что в способе получения литого композиционного материала на основе алюминиевого сплава, содержащего упрочняющие эндогенные включения интерметаллидных фаз состава Al3X, где Х – легирующая добавка, выбранная из Ti, Zr, Ni, и экзогенные дискретные керамические микро- и наноразмерные частицы, выбранные из группы TiC, ZrC, B4C, SiC, Al2О3, TiB2, BN, TiN, включающем введение в расплав алюминия порошка легирующего элемента и керамической фазы, выдержку расплава для образования интерметаллидных фаз, перемешивание и разливку, согласно изобретению высокотемпературные керамические фазы формируют металлотермическим синтезом в отдельном коническом тигле из графита с отверстием в донной части, введение керамической фазы в расплав осуществляют в жидком состоянии в количестве 0,2-10 мас.% при температуре 720-780 0С, и выдерживают до разливки 5-20 мин с образованием переходных интерметаллических фаз в количестве 20-35 об.% размером <10мкм и керамических частиц размером >70 нм.
Пример реализации способа. Готовят шихту следующего состава (масс. %): оксид никеля NiO - 20; оксид циркония ZrO2 - 3; оксид титана TiO2 - 5; сажа техническая - 8,5; оксид бора B2O3 - 3,5; оксид хрома Cr2O3 - 8,5; нитрат натрия NaNO3 - 3,5; фторид кальция CaF2 - 28; порошковый алюминий Al - 25. Шихтовые материалы, в виде порошка, смешивают в шаровой мельнице в течении 15-20 минут, затем просушивают при температуре 300°С для удаления диспергированной воды в течении 3 часов в сушильном шкафу. Отдельно в печи сопротивления, при температуре 750°С, расплавляют марочный алюминиевый сплав ВАЛ10, массой в отношении к массе исходной шихты 1:50. Исходную шихту загружают в верхний отдельный многократно используемый конический тигель из графита, покрытый огнеупорной краской, с отверстием в донной части. После производят поджиг шихты сверху с помощью вольфрамовой проволоки с обдувом аргоном, расплав выдерживают при температуре 780°С в течение 15 минут. На поверхность расплава наносится покровно-рафинирующий флюс «Эвтектика» (для защиты от окисления), через 5 минут проводится дегазация гексахлорэтаном.
Далее производят разливку металлического расплава в охлаждаемые изложницы. Это обеспечивает отсутствие ликвации и однородную структуру слитка.
По результатам количественного элементного и фазового анализа, в составе слитка имеются включения интерметаллидных фаз состава Al3X, AlX, AlX3, где X - Ti, Zr, Ni, а также армирующие дискретные керамические микро- и наноразмерные экзогенные частицы ZrC, В4С, SiC, BN, TiN и эндогенные частицы TiB2, TiC, Al2O3.
Таким образом, техническим эффектом настоящего изобретения является получение литого композиционного сплава на базе стандартных алюминиевых сплавов, обладающего повышенными механическими и триботехническими свойствами и. обеспечивающего стабильную эксплуатацию изделий при повышенных температурах. Технический эффект достигается тем, что в литом композиционном сплаве на базе стандартных алюминиевых сплавов, содержащем включения интерметаллидных фаз размером <10 мкм в количестве 20-35 об. %, армирующие армирующие дискретные керамические микро- и наноразмерные частицы размером >70 им, полученные металлотермическим синтезом в верхнем отдельном многократно используемом коническом тигле из графита, с отверстием в донной части, в количестве 0,2-10% от массы металла и введенные в жидком состоянии в матричный сплав, в качестве интерметаллидных включений содержатся включения интерметаллидных фаз состава Al3X, AlX, AlX3, где X - Ti, Zr, Ni, в качестве армирующих дискретных керамических микро- и наноразмерных частиц содержатся экзогенные частицы ZrC, В4С, SiC, BN, TiN и эндогенные частицы TiB2, TiC, Al2O3, формируемые в объеме расплава в верхнем отдельном многократно используемом коническом тигле из графита, с отверстием в донной части.
Claims (1)
- Способ получения литого композиционного материала на основе алюминиевого сплава, содержащего упрочняющие эндогенные включения интерметаллидных фаз состава Al3X, где Х – легирующая добавка, выбранная из Ti, Zr, Ni, и экзогенные дискретные керамические микро- и наноразмерные частицы, выбранные из группы TiC, ZrC, B4C, SiC, Al2О3, TiB2, BN, TiN, включающий введение в расплав алюминия порошка легирующего элемента и керамической фазы, выдержку расплава для образования интерметаллидных фаз, перемешивание и разливку, отличающийся тем, что высокотемпературные керамические фазы формируют металлотермическим синтезом в отдельном коническом тигле из графита с отверстием в донной части, введение керамической фазы в расплав осуществляют в жидком состоянии в количестве 0,2-10 мас.% при температуре 720-780°С и выдерживают до разливки 5-20 мин с образованием переходных интерметаллических фаз в количестве 20-35 об.% размером <10мкм и керамических частиц размером >70 нм.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2020102201A RU2729267C1 (ru) | 2020-01-20 | 2020-01-20 | Способ получения литых композиционных алюмоматричных сплавов |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2020102201A RU2729267C1 (ru) | 2020-01-20 | 2020-01-20 | Способ получения литых композиционных алюмоматричных сплавов |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2729267C1 true RU2729267C1 (ru) | 2020-08-05 |
Family
ID=72085813
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2020102201A RU2729267C1 (ru) | 2020-01-20 | 2020-01-20 | Способ получения литых композиционных алюмоматричных сплавов |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2729267C1 (ru) |
Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN1327020C (zh) * | 2005-07-28 | 2007-07-18 | 上海交通大学 | 原位混杂颗粒增强铝基复合材料的制备方法 |
CN100357468C (zh) * | 2005-04-05 | 2007-12-26 | 江苏大学 | 一种工业规模制备内生颗粒增强铝基复合材料的制备方法 |
RU2323991C1 (ru) * | 2006-09-22 | 2008-05-10 | Институт металлургии и материаловедения им. А.А. Байкова РАН | Литой композиционный материал на основе алюминиевого сплава и способ его получения |
CN100443605C (zh) * | 2006-12-28 | 2008-12-17 | 上海交通大学 | 颗粒混杂增强铝基复合材料的制备方法 |
RU2516679C1 (ru) * | 2013-02-26 | 2014-05-20 | Федеральное Государственное Автономное Образовательное Учреждение Высшего Профессионального Образования "Сибирский Федеральный Университет" | Литой композиционный материал на основе алюминия и способ его получения |
-
2020
- 2020-01-20 RU RU2020102201A patent/RU2729267C1/ru active
Patent Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN100357468C (zh) * | 2005-04-05 | 2007-12-26 | 江苏大学 | 一种工业规模制备内生颗粒增强铝基复合材料的制备方法 |
CN1327020C (zh) * | 2005-07-28 | 2007-07-18 | 上海交通大学 | 原位混杂颗粒增强铝基复合材料的制备方法 |
RU2323991C1 (ru) * | 2006-09-22 | 2008-05-10 | Институт металлургии и материаловедения им. А.А. Байкова РАН | Литой композиционный материал на основе алюминиевого сплава и способ его получения |
CN100443605C (zh) * | 2006-12-28 | 2008-12-17 | 上海交通大学 | 颗粒混杂增强铝基复合材料的制备方法 |
RU2516679C1 (ru) * | 2013-02-26 | 2014-05-20 | Федеральное Государственное Автономное Образовательное Учреждение Высшего Профессионального Образования "Сибирский Федеральный Университет" | Литой композиционный материал на основе алюминия и способ его получения |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US4915908A (en) | Metal-second phase composites by direct addition | |
KR950014105B1 (ko) | 금속-제 2 상 복합체의 형성방법과 그에 의한 생산물 | |
US3194656A (en) | Method of making composite articles | |
CN112048629A (zh) | 铸造铝硅合金用Al-Ti-Nb-B细化剂的制备方法 | |
CN109385542B (zh) | 用于晶粒细化的铝铌硼合金杆的制备方法 | |
Dong et al. | Microstructures and properties of A356–10% SiC particle composite castings at different solidification pressures | |
Almadhoni et al. | Review of effective parameters of stir casting process on metallurgical properties of ceramics particulate Al composites | |
Ervina Efzan et al. | Fabrication method of aluminum matrix composite (AMCs): a review | |
US20210062315A1 (en) | Preparation method of a lithium-containing magnesium/aluminum matrix composite | |
CN110205536B (zh) | 一种钛/碳化钛核壳结构增强铝基复合材料及其制备方法 | |
Huang et al. | On the interactions between molten aluminum and high entropy alloy particles during aluminum matrix composite processing | |
Manivannan et al. | Fabrication and characterization of Aluminium boron nitride composite for Fins | |
CN111500908A (zh) | 一种超高强、超细晶TiB2增强Al-Zn-Mg-Cu复合材料及制备 | |
Gui M.-C. et al. | Microstructure and mechanical properties of cast (Al–Si)/SiCp composites produced by liquid and semisolid double stirring process | |
Behnamfard et al. | Study on the incorporation of ceramic nanoparticles into the semi-solid A356 melt | |
EP0413747A1 (en) | Arc-melting process for forming metallic-second phase composites and product thereof | |
CN109957685A (zh) | 一种高分散TiB2/A356复合材料制备方法 | |
US20210254194A1 (en) | Preparation method for magnesium matrix composite | |
Deepak Kumar et al. | Solid fraction evolution characteristics of semi-solid A356 alloy and in-situ A356-TiB 2 composites investigated by differential thermal analysis | |
RU2729267C1 (ru) | Способ получения литых композиционных алюмоматричных сплавов | |
CN113136496A (zh) | 基于金属氧化物MxOy的Al-M-B细化剂制备方法 | |
CN112662909B (zh) | 一种碳化物纳米颗粒改性的压铸铝合金及其制备方法 | |
CN114427048B (zh) | 一种含高熵硼化物的铝基晶粒细化剂及其制备方法 | |
CN114277277B (zh) | 一种AlN/Al颗粒增强镁铝稀土基复合材料及其制备方法 | |
CN112442612B (zh) | 一种提高铸造铝铜合金流动性能的方法 |