RU2751864C1 - Способ получения углеграфитового композиционного материала - Google Patents
Способ получения углеграфитового композиционного материала Download PDFInfo
- Publication number
- RU2751864C1 RU2751864C1 RU2020142648A RU2020142648A RU2751864C1 RU 2751864 C1 RU2751864 C1 RU 2751864C1 RU 2020142648 A RU2020142648 A RU 2020142648A RU 2020142648 A RU2020142648 A RU 2020142648A RU 2751864 C1 RU2751864 C1 RU 2751864C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- carbon
- melt
- nickel
- graphite
- impregnation
- Prior art date
Links
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
- C22C47/12—Infiltration or casting under mechanical pressure
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
- C22C—ALLOYS
- C22C49/00—Alloys containing metallic or non-metallic fibres or filaments
- C22C49/02—Alloys containing metallic or non-metallic fibres or filaments characterised by the matrix material
- C22C49/04—Light metals
- C22C49/06—Aluminium
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
- C22C—ALLOYS
- C22C49/00—Alloys containing metallic or non-metallic fibres or filaments
- C22C49/14—Alloys containing metallic or non-metallic fibres or filaments characterised by the fibres or filaments
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C25—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
- C25D—PROCESSES FOR THE ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PRODUCTION OF COATINGS; ELECTROFORMING; APPARATUS THEREFOR
- C25D5/00—Electroplating characterised by the process; Pretreatment or after-treatment of workpieces
- C25D5/10—Electroplating with more than one layer of the same or of different metals
- C25D5/12—Electroplating with more than one layer of the same or of different metals at least one layer being of nickel or chromium
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Metallurgy (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Electrochemistry (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Manufacture Of Alloys Or Alloy Compounds (AREA)
Abstract
Изобретение относится к области металлургии, а именно к созданию композиционных материалов пропиткой пористого каркаса и может быть использовано для изготовления токосъемников, вставок пантографов, электрических щеток, уплотнителей и т.д. Способ получения углеграфитового композиционного материала включает вакуумную дегазацию пористой углеграфитовой заготовки в растворе электролита, нанесение на нее гальванического покрытия и пропитку пористой заготовки расплавом матричного сплава алюминия под воздействием избыточного давления за счет термического расширения расплава при нагреве выше температуры ликвидус сплава алюминия, при этом вакуумную дегазацию проводят в растворе никелевого электролита, содержащего 140 г/л сульфата никеля, 50 г/л сульфата натрия, 30 г/л сульфата магния, 20 г/л сухой борной кислоты, а гальваническое покрытие последовательно наносят, выполняют из внутреннего никелевого, промежуточных цинкового и медного и наружного серебряного слоев. Техническим результатом изобретения является повышение качества композиционных материалов. 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 также 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 воздействием 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 получения углеграфитового композиционного материала, включающий вакуумную дегазацию пористой углеграфитовой заготовки в растворе электролита, нанесение на нее трехслойного гальванического покрытия, состоящего из внутреннего медного, среднего никелевого и наружного серебряного слоев, и пропитку пористой заготовки расплавом матричного сплава алюминия под воздействием избыточного давления за счет термического расширения расплава при нагреве выше температуры ликвидус сплава алюминия (патент РФ № 2688774, МПК B22F 3/26, C22C 1/08, B60L 5/00, опубл. 22.05.2019).
Недостатком этого способа является необходимость пропитки при высоких значениях температуры и давления.
Техническим результатом изобретения является повышение качества композиционных материалов (КМ).
Технический результат достигается в способе получения углеграфитового композиционного материала, включающем вакуумную дегазацию пористой углеграфитовой заготовки в растворе электролита, нанесение на нее гальванического покрытия, содержащего медный, никелевый и серебряный слои, размещение углеграфитовой заготовки с нанесенным гальваническим покрытием в камере для пропитки, заполнение камеры расплавом матричного сплава и пропитку пористой заготовки расплавом матричного сплава алюминия под воздействием избыточного давления за счет термического расширения расплава при нагреве выше температуры ликвидус сплава алюминия, при этом вакуумную дегазацию проводят в растворе никелевого электролита, содержащего 140 г/л сульфата никеля, 50 г/л сульфата натрия, 30 г/л сульфата магния, 20 г/л сухой борной кислоты, гальваническое покрытие содержит дополнительный цинковый слой и выполнено из последовательно нанесенных внутреннего никелевого, промежуточных цинкового и медного, и наружного серебряного слоев, а углеграфитовую заготовку помещают в камеру для пропитки на 2/3 заполненную расплавом матричного сплава температурой ниже температуры ликвидус сплава алюминия на 15-20°С.
Разделение технологии на более простые этапы: разделение операций вакуумной дегазации углеграфитовой заготовки и пропитки, нанесение перед пропиткой на заготовку четырехслойного гальванического покрытия, состоящего из внутреннего никелевого, промежуточных цинкового и медного слоев, и наружного серебряного слоя, способствует лучшему смачиванию углеграфитового каркаса, заполняемости его пор и, соответственно, повышает качество композиционных материалов (КМ).
Перед нанесением гальваническим способом слоя никеля проводится вакуумная дегазация углеграфитового каркаса в никелевом электролите, вследствие чего происходит частичное заполнение пор электролитом, после чего на углеграфитовый каркас наносят гальваническим способом никелевый слой, который образуется и в порах заполненных электролитом, затем, гальванически наносится цинковое, медное и наружное серебряное покрытие, что позволяет за счет более легкоплавкого цинка в большей степени усвоить компоненты и получить эффективное легирующее действие нанесенных особо чистых металлов на межфазной границе каркас/алюминиевый расплав без пироэффекта при соприкосновении с гальваническими покрытиями.
Пропитка пористой заготовки, с нанесенным на нее четырехслойным гальваническим покрытием, в расплаве матричного сплава алюминия, находящегося в камере для пропитки, выполненной из титана марки ВТ1-0 ведет к лучшей заполняемости пор матричным сплавом.
Нанесение гальванических покрытий осуществляется в пластиковых емкостях, которые соответственно наполняют:
- для нанесения никелевого покрытия - сульфатным электролитом никелирования, состоящим из сульфата никеля, сульфата натрия, сульфата магния, сухой борной кислоты;
- для нанесения цинкового покрытия - сульфатным электролитом, состоящим из оксида цинка и щелочи;
- для нанесения медного покрытия - пирофосфатным электролитом меднения, состоящим из сернокислой меди, натрия пирофосфорнокислого, двухзамещенного натрия пирофосфорнокислого;
- для нанесения серебряного слоя покрытия - сульфатным электролитом, состоящим из хлористого серебра, железоцианистого калия, кальцинированной соды.
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 гальваническими покрытиями, позволяет осуществлять пропитку пористой заготовки при нагреве под действием избыточного давления матричного сплава алюминия, получаемого за счет теплового и 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.
Изобретение иллюстрируется следующим примером.
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.
Углеграфитовую заготовку, закрепленную медной проволокой погружают в емкость гальванической камеры, наполненную никелевым электролитом (водный раствор), состоящим из 140 г/л сульфата никеля, 50 г/л сульфата натрия, 30 г/л сульфата магния, 20 г/л сухой борной кислоты. Затем емкость накрывают герметичным куполом, после чего через отверстие в куполе проводят вакуумную дегазацию в течение 5-7 минут с помощью вакуумного насоса. Далее в емкость погружают два никелевых анода, соединенных между собой медной проволокой, после чего аноды и углеграфитовая заготовка подключаются к источнику постоянного тока, сила тока устанавливается 2 А/дм2 с выдержкой в 40-60 мин.
После нанесения никелевого слоя покрытия углеграфитовый каркас промывается в горячей воде и наносится слой цинка. Для этого емкость гальванической камеры наполняют щелочным цинковым электролитом (водный раствор), состоящим из 10 г/л оксида цинка, 100 г/л калиевой щелочи. В гальваническую ванну погружается углеграфитовая заготовка, закрепленная на низкоуглеродистую проволоку. Затем в гальваническую ванну устанавливают аноды, выполненные из цинка соединенные между собой проволокой из низкоуглеродистой стали. Подключение к источнику постоянного тока аналогично ванне никелирования. Сила тока устанавливается на 2-3 А/дм2 с выдержкой в течении 40 минут. Процесс дегазации повторно не проводится.
Далее углеграфитовый каркас промывается горячей водой, и наносится медный слой покрытия. Для этого емкость гальванической камеры наполняют пирофосфатным электролитом меднения (водный раствор), состоящим из 35 г/л сернокислой меди, 130 г/л натрия пирофосфорнокислого, 90 г/л двухзамещенного натрия пирофосфорнокислого. В ванну устанавливаются медные аноды. Сила тока устанавливается на 0.5 А/дм2 с выдержкой в 60 минут при температуре электролита 30°С.
Далее углеграфитовую заготовку промывают в воде, и наносят серебряный слой покрытия, для чего емкость гальванической камеры наполняют электролитом серебрения (водный раствор), состоящим из 10-15 г/л хлористого серебра, 15-35 г/л желтой кровяной соли (железоцианистый калий), 15-35 г/л кальцинированной соды. В гальваническую ванну погружается углеграфитовая заготовка, закрепленная на медной проволоке. Затем в гальваническую ванну устанавливают листовые аноды, выполненные из серебра, соединенные между собой медной проволокой. Подключение к источнику постоянного тока аналогично ванне никелирования. Сила тока устанавливается на 1 А/дм2 с выдержкой в 40 минут при температуре электролита 20°С.
Далее углеграфитовую заготовку с нанесенным четырехслойным гальваническим покрытием промывают в воде и сушат.
Камера для пропитки углеграфитовой заготовки выполнена из титана ВТ1-0. Камеру для пропитки нагревают до температуры 400°С и на 2/3 заполняют расплавом алюминия. Выдерживают расплав алюминия до достижения им температуры ниже температуры ликвидус сплава алюминия на 15-20°С. В камеру для пропитки на закристаллизовавшуюся (в результате остывания) поверхность сплава помещают углеграфитовую заготовку с нанесенным гальваническим покрытием. Затем в камеру для пропитки доливают расплав алюминия, полностью покрывая им пористую заготовку. Камеру закрывают крышкой, доливают расплав матричного сплава до конического заливного отверстия в крышке, притирают пробкой, предварительно нагретой до 700°С, и шплинтуют ее.
После герметизации камеру для пропитки углеграфитовой заготовки 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 емкости и расплава матричного сплава алюминия, а также за счет разницы, коэффициентов теплового (при расплавлении алюминия) расширения алюминия, при котором увеличивается объем расплава в камере, создается оптимальное давление пропитки.
Пропитка производилась при давлении 3 МПа, что обеспечивалось температурой нагрева камеры для пропитки, равной 750°С. По окончании пропитки полученный КМ извлекают и производят его охлаждение с кристаллизацией расплава матричного сплава алюминия 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.
Таблица
Композиционный материал | Температура начала пропитки, °С | Температура в конце пропитки, °С | Давление пропитки, МПа | Время выдержки давления, мин | Степень заполнения открытых пор, % | Прочность КМ на сжатие, МПа | Результаты металлографических исследований |
По предлагаемому способу | 520 | 750 | 3 | 20 | 88±2 | 171±2 | Заполнение микроскопических пор максимальное |
По способу прототипа | 680-700 | 980 | 5 | 20 | 84±2 | 92±2 | Заполнение микроскопических пор не полное |
Таким образом, способ получения углеграфитового композиционного материала, включающий вакуумную дегазацию пористой углеграфитовой заготовки в растворе никелевого электролита, содержащего 140 г/л сульфата никеля, 50 г/л сульфата натрия, 30 г/л сульфата магния, 20 г/л сухой борной кислоты, нанесение на нее гальванического покрытия, содержащего внутренний никелевый, промежуточные цинковый и медный, и наружный серебряный слои, размещение углеграфитовой заготовки с нанесенным гальваническим покрытием в камере для пропитки на 2/3 заполненную расплавом матричного сплава температурой ниже температуры ликвидус сплава алюминия на 15-20°С и пропитку пористой заготовки расплавом матричного сплава алюминия под воздействием избыточного давления за счет теплового и термического расширения расплава при нагреве выше температуры ликвидус сплава алюминия, обеспечивает повышение качества композиционных материалов (КМ).
Claims (1)
- Способ получения углеграфитового композиционного материала, включающий вакуумную дегазацию пористой углеграфитовой заготовки в растворе электролита, нанесение на нее гальванического покрытия, содержащего медный, никелевый и серебряный слои, размещение углеграфитовой заготовки с нанесенным гальваническим покрытием в камере для пропитки, заполнение камеры расплавом матричного сплава и пропитку пористой заготовки расплавом матричного сплава алюминия под воздействием избыточного давления за счет термического расширения расплава при нагреве выше температуры ликвидус сплава алюминия, отличающийся тем, что вакуумную дегазацию проводят в растворе никелевого электролита, содержащего 140 г/л сульфата никеля, 50 г/л сульфата натрия, 30 г/л сульфата магния, 20 г/л сухой борной кислоты, гальваническое покрытие содержит дополнительный цинковый слой и выполнено из последовательно нанесенных внутреннего никелевого, промежуточных цинкового и медного и наружного серебряного слоев, а углеграфитовую заготовку помещают в камеру для пропитки, на 2/3 заполненную расплавом матричного сплава температурой ниже температуры ликвидус сплава алюминия на 15-20°С.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2020142648A RU2751864C1 (ru) | 2020-12-23 | 2020-12-23 | Способ получения углеграфитового композиционного материала |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2020142648A RU2751864C1 (ru) | 2020-12-23 | 2020-12-23 | Способ получения углеграфитового композиционного материала |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2751864C1 true RU2751864C1 (ru) | 2021-07-19 |
Family
ID=77019912
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2020142648A RU2751864C1 (ru) | 2020-12-23 | 2020-12-23 | Способ получения углеграфитового композиционного материала |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2751864C1 (ru) |
Citations (4)
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 |
RU2688775C1 (ru) * | 2018-03-12 | 2019-05-22 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Волгоградский государственный технический университет" (ВолгГТУ) | Способ повышения проницаемости пор углеграфитовой заготовки |
RU2688776C1 (ru) * | 2018-03-12 | 2019-05-22 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Волгоградский государственный технический университет" (ВолгГТУ) | Способ повышения проницаемости пор углеграфитовой заготовки |
RU2688774C1 (ru) * | 2018-03-12 | 2019-05-22 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Волгоградский государственный технический университет" (ВолгГТУ) | Способ повышения проницаемости пор углеграфитовой заготовки |
-
2020
- 2020-12-23 RU RU2020142648A patent/RU2751864C1/ru active
Patent Citations (4)
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 |
RU2688775C1 (ru) * | 2018-03-12 | 2019-05-22 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Волгоградский государственный технический университет" (ВолгГТУ) | Способ повышения проницаемости пор углеграфитовой заготовки |
RU2688776C1 (ru) * | 2018-03-12 | 2019-05-22 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Волгоградский государственный технический университет" (ВолгГТУ) | Способ повышения проницаемости пор углеграфитовой заготовки |
RU2688774C1 (ru) * | 2018-03-12 | 2019-05-22 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Волгоградский государственный технический университет" (ВолгГТУ) | Способ повышения проницаемости пор углеграфитовой заготовки |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
RU2688538C1 (ru) | Способ повышения проницаемости пор углеграфитовой заготовки | |
RU2688529C1 (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 | |
RU2688782C1 (ru) | Способ повышения проницаемости пор углеграфитовой заготовки | |
RU2751868C1 (ru) | Способ получения углеграфитового композиционного материала | |
RU2688368C1 (ru) | Способ повышения проницаемости пор углеграфитовой заготовки | |
RU2688778C1 (ru) | Способ повышения проницаемости пор углеграфитовой заготовки | |
RU2688780C1 (ru) | Способ повышения проницаемости пор углеграфитовой заготовки | |
RU2688557C1 (ru) | Способ повышения проницаемости пор углеграфитовой заготовки | |
RU2751864C1 (ru) | Способ получения углеграфитового композиционного материала | |
RU2751870C1 (ru) | Способ получения углеграфитового композиционного материала | |
RU2751866C1 (ru) | Способ получения углеграфитового композиционного материала | |
RU2750300C1 (ru) | Способ получения углеграфитового композиционного материала | |
RU2688776C1 (ru) | Способ повышения проницаемости пор углеграфитовой заготовки | |
RU2750067C1 (ru) | Способ получения углеграфитового композиционного материала | |
RU2751860C1 (ru) | Способ получения углеграфитового композиционного материала | |
RU2751873C1 (ru) | Способ получения углеграфитового композиционного материала | |
RU2751862C1 (ru) | Способ получения углеграфитового композиционного материала | |
RU2688774C1 (ru) | Способ повышения проницаемости пор углеграфитовой заготовки | |
RU2688484C1 (ru) | Способ повышения проницаемости пор углеграфитовой заготовки | |
RU2751856C1 (ru) | Способ получения углеграфитового композиционного материала | |
RU2688474C1 (ru) | Способ повышения проницаемости пор углеграфитовой заготовки |