RU2755353C1 - Composite material based on aluminium or aluminium alloy and method for production thereof - Google Patents
Composite material based on aluminium or aluminium alloy and method for production thereof Download PDFInfo
- Publication number
- RU2755353C1 RU2755353C1 RU2020134417A RU2020134417A RU2755353C1 RU 2755353 C1 RU2755353 C1 RU 2755353C1 RU 2020134417 A RU2020134417 A RU 2020134417A RU 2020134417 A RU2020134417 A RU 2020134417A RU 2755353 C1 RU2755353 C1 RU 2755353C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- aluminium
- composite material
- aluminum
- discrete
- melt
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- 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
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)
- Powder Metallurgy (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к области металлургии, а именно к получению композиционного материала на основе алюминия или алюминиевого сплава, упрочненного дискретными волокнами Al2O3 диаметром нанодиапазона, который может быть использован в различных областях техники в качестве конструкционного материала, обладающего повышенной твердостью без увеличения плотности. К областям приоритетного применения относятся: космические системы, авиастроение, машиностроение, приборостроение, судостроение, железнодорожный и другой вид транспорта.The invention relates to the field of metallurgy, in particular to the production of a composite material based on aluminum or an aluminum alloy, reinforced with discrete fibers of Al 2 O 3 with a diameter of the nano-range, which can be used in various fields of technology as a structural material with increased hardness without increasing density. The areas of priority application include: space systems, aircraft construction, mechanical engineering, instrument making, shipbuilding, railway and other types of transport.
Известен способ изготовления порошкового композиционного материала, который содержит матрицу из алюминиевого или магниевого сплава, и 20-80 об.% упрочнителя, выполненного в виде армирующих нановолокон оксида алюминия, покрытых пленкой аморфного углерода (Патент РФ №2374355 от 27.11.2009). Недостатком предложенного изобретения является сложность технологии, необходимость применения специализированного оборудования, трудность изготовления образцов, опасность горения порошка и взрыва в процессе производства.A known method of manufacturing a powder composite material, which contains a matrix of aluminum or magnesium alloy, and 20-80 vol.% Of the hardener, made in the form of reinforcing nanofibers of aluminum oxide, covered with a film of amorphous carbon (RF Patent No. 2374355 from 27.11.2009). The disadvantage of the proposed invention is the complexity of the technology, the need to use specialized equipment, the difficulty of making samples, the danger of powder burning and explosion during production.
Известен также способ получения сплава на основе алюминия (патент РФ №2516679, от 20.05.2014), который получают механическим замешиванием дискретных керамических частиц углеродсодержащей боридной фазы C2Al3B48 размером 1-2 мкм в расплав в количестве 0,1- 0,6% по массе. Предлагаемый способ механического замешивания практически трудно осуществить по причине агломерации частиц и потери жидкотекучести расплава, к тому же способ не обеспечивает равномерного распределения частиц в матрице и, следовательно, стабильного уровня свойств ЛКМ.There is also known a method of producing an aluminum-based alloy (RF patent No. 2516679, dated 20.05.2014), which is obtained by mechanical mixing of discrete ceramic particles of the carbon-containing boride phase C 2 Al 3 B 48 with a size of 1-2 microns into the melt in an amount of 0.1-0 , 6% by weight. The proposed method of mechanical mixing is practically difficult to implement due to the agglomeration of particles and loss of fluidity of the melt, moreover, the method does not provide a uniform distribution of particles in the matrix and, therefore, a stable level of properties of paintwork materials.
В качестве прототипа был выбран литой композиционный материал на основе алюминиевого сплава и способ его получения(Патент РФ №2353475 от 27.04.2009), заключающийся в смешивании в размольно-смесительном устройстве порошков матричного компонента из алюминиевого сплава Al+3%Mg и армирующих дискретных керамических частиц карбида кремния зернистостью 30-50 мкм в количестве 3-5 мас.% или 9-15 мас.%, брикетирование смеси под давлением 28-35 МПа, введение брикетов в расплав сплава Al+3%Mg, перемешивание расплава и разливка. Недостатком предложенного изобретения является большой размер наполнителя, неэффектифность изготовления композиционных материалов упрочненных наноразмерными наполнителями из-за проблемы введения наноразмерного армирующего фазы в расплав. As a prototype, a cast composite material based on an aluminum alloy and a method for its production were chosen (RF Patent No. 2353475 dated 04/27/2009), which consists in mixing powders of a matrix component from an aluminum alloy Al + 3% Mg and reinforcing discrete ceramic silicon carbide particles with a grain size of 30-50 microns in an amount of 3-5 wt.% or 9-15 wt.%, briquetting the mixture under a pressure of 28-35 MPa, introducing briquettes into the Al + 3% Mg alloy melt, mixing the melt and casting. The disadvantage of the proposed invention is the large size of the filler, the ineffectiveness of manufacturing composite materials reinforced with nanosized fillers due to the problem of introducing a nanosized reinforcing phase into the melt.
Задача, на решение которой направленно заявленное изобретение, заключается в разработке состава и способа производства литого композиционного материала на основе алюминия или алюминиевого сплава, упрочненного дискретными волокнами Al2O3 диаметром нанодиапазона.The problem to be solved by the claimed invention is to develop a composition and a method for producing a cast composite material based on aluminum or an aluminum alloy reinforced with discrete Al 2 O 3 fibers with a nanoscale diameter.
Сущность предлагаемого изобретения состоит в том, что предлагаемый литой композиционный материал на основе алюминия или алюминиевого сплава наполнен дискретными волокнами Al2O3 диаметром нанодиапазона. В качестве эффективного компонента, который с одной стороны может выступать легирующим элементом для матричного материала, а с другой - элементом, обеспечивающим транспортные функции при введении нанаволокон предложено использовать медь. Транспортирующий порошок меди предварительно перетирается с наполнителем, образуя некоторый конгломерат. The essence of the invention lies in the fact that the proposed cast composite material based on aluminum or aluminum alloy is filled with discrete Al 2 O 3 fibers with a nanoscale diameter. It is proposed to use copper as an effective component, which, on the one hand, can act as an alloying element for the matrix material, and on the other hand, as an element providing transport functions when introducing nanofibers. The transporting copper powder is preliminarily ground with a filler, forming a certain conglomerate.
Способ поясняется графическими материалами: фиг.1, фиг.2. На фиг.1 представлена схема получения композиционного материала на основе алюминия или алюминиевого сплава, упрочненного дискретными волокнами Al2O3 диаметром нанодиапазона. На фиг.2 показана схема получения конгломерата.The method is illustrated by graphic materials: Fig. 1, Fig. 2. Figure 1 shows a diagram of obtaining a composite material based on aluminum or aluminum alloy, reinforced with discrete fibers of Al 2 O 3 with a diameter of the nanoscale. Figure 2 shows a scheme for obtaining a conglomerate.
Предлагаемый способ получения литого композиционного материала состоит в перемешивании армирующих фаз, содержащих дискретные волокна оксида алюминия диаметром нанодиапазона (10-20 нм) и микронные порошки меди (10-20 мкм) с последующим механическим замешиванием конгломерата в матричный расплав.The proposed method for producing a cast composite material consists in mixing reinforcing phases containing discrete fibers of aluminum oxide with a diameter of the nanoscale (10-20 nm) and micron-sized copper powders (10-20 microns), followed by mechanical kneading of the conglomerate into the matrix melt.
Перемешивание армирующих фаз осуществляют в керамической ступке при комнатной температуре. Время перемешивания 30-40 минут со скоростью 60 об/минут. Полученный конгломерат вводят в матричный расплав, разогретый до 800±10°C, при условии постоянного перемешивания со скоростью 600 об/минут. В ходе исследований эмпирическим путем установлена оптимальная температура расплава, обеспечивающая должное усвоение наполняющего компонента. При 750-800°C расплав выдерживали в течение 10-15 мин для распределения наполнителя в объеме, затем перемешивали при контролируемом понижении температуры до 740-750°C и разливали. Последующая кристаллизация расплава проходила самопроизвольно. The reinforcing phases are mixed in a ceramic mortar at room temperature. Mixing time 30-40 minutes at a speed of 60 rpm. The resulting conglomerate is introduced into the matrix melt, heated to 800 ± 10 ° C, under the condition of constant stirring at a speed of 600 rpm. In the course of research, the optimal melt temperature was established empirically to ensure proper assimilation of the filling component. At 750-800 ° C, the melt was kept for 10-15 minutes to distribute the filler in volume, then it was stirred at a controlled temperature decrease to 740-750 ° C and poured. The subsequent crystallization of the melt took place spontaneously.
По вышеизложенной технологии были изготовлены образцы для измерения физических и механических свойств. Характеристики испытуемых материалов приведены в табл. 1 и 2.Using the above technology, samples were made to measure the physical and mechanical properties. The characteristics of the tested materials are given in table. 1 and 2.
Таким образом, предлагаемый литой композиционный материал отличается от исходных матричных материалов лучшим комплексом свойств: повышением твердости на 41%, микротвердости на 22%. При сохранении плотности на уровне точности второго знака после запятой. Эффект упрочнения при введении нановолокон продемонстрирован в таблице 2 по уровню работы удара. Работа удара уменьшается на 53%. Thus, the proposed cast composite material differs from the original matrix materials in a better set of properties: an increase in hardness by 41%, microhardness by 22%. While maintaining the density at the level of precision of the second decimal place. The hardening effect with the introduction of nanofibers is shown in Table 2 in terms of impact work. Impact work is reduced by 53%.
(г/см3)Density
(g / cm 3 )
(НВ)Hardness
(HB)
Al + 1% Cu материалRaw material
Al + 1% Cu material
композиционный материалAl + 1% (nanoAl 2 O 3 + Cu)
composite material
Al Initial matrix material
Al
Al + 1% Cu материалRaw material
Al + 1% Cu material
композиционный материалAl + 1% (nanoAl 2 O 3 + Cu)
composite material
Claims (2)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2020134417A RU2755353C1 (en) | 2020-10-20 | 2020-10-20 | Composite material based on aluminium or aluminium alloy and method for production thereof |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2020134417A RU2755353C1 (en) | 2020-10-20 | 2020-10-20 | Composite material based on aluminium or aluminium alloy and method for production thereof |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2755353C1 true RU2755353C1 (en) | 2021-09-15 |
Family
ID=77745692
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2020134417A RU2755353C1 (en) | 2020-10-20 | 2020-10-20 | Composite material based on aluminium or aluminium alloy and method for production thereof |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2755353C1 (en) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN115595477A (en) * | 2022-10-28 | 2023-01-13 | 北京航空航天大学(Cn) | Aluminum-based composite material and preparation method thereof |
RU2793674C1 (en) * | 2022-12-27 | 2023-04-04 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Волгоградский государственный технический университет" (ВолгГТУ) | Composite material |
Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
EP0204319A1 (en) * | 1985-06-04 | 1986-12-10 | Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha | Composite material including alumina short fibers as reinforcing material and aluminium alloy with copper and magnesium as matrix metal |
DE3765436D1 (en) * | 1986-01-31 | 1990-11-15 | Toyota Motor Co Ltd | COMPOSITE MATERIAL WITH SHORT ALUMINUM SILICATE FIBERS AS A REINFORCEMENT ELEMENT AND A MATRIX CONSTRUCTING AN ALUMINUM ALLOY WITH A LOW COPPER AND MAGNESIUM CONTENT. |
WO1997000976A1 (en) * | 1995-06-21 | 1997-01-09 | Minnesota Mining And Manufacturing Company | Fiber reinforced aluminum matrix composite |
RU2358245C1 (en) * | 2007-11-12 | 2009-06-10 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Южно-Уральский государственный университет" | Method and device for measuring temperature |
RU2374355C1 (en) * | 2008-11-01 | 2009-11-27 | Валентин Александрович Жабрев | Composite material |
-
2020
- 2020-10-20 RU RU2020134417A patent/RU2755353C1/en active
Patent Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
EP0204319A1 (en) * | 1985-06-04 | 1986-12-10 | Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha | Composite material including alumina short fibers as reinforcing material and aluminium alloy with copper and magnesium as matrix metal |
DE3765436D1 (en) * | 1986-01-31 | 1990-11-15 | Toyota Motor Co Ltd | COMPOSITE MATERIAL WITH SHORT ALUMINUM SILICATE FIBERS AS A REINFORCEMENT ELEMENT AND A MATRIX CONSTRUCTING AN ALUMINUM ALLOY WITH A LOW COPPER AND MAGNESIUM CONTENT. |
WO1997000976A1 (en) * | 1995-06-21 | 1997-01-09 | Minnesota Mining And Manufacturing Company | Fiber reinforced aluminum matrix composite |
RU2358245C1 (en) * | 2007-11-12 | 2009-06-10 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Южно-Уральский государственный университет" | Method and device for measuring temperature |
RU2374355C1 (en) * | 2008-11-01 | 2009-11-27 | Валентин Александрович Жабрев | Composite material |
Cited By (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN115595477A (en) * | 2022-10-28 | 2023-01-13 | 北京航空航天大学(Cn) | Aluminum-based composite material and preparation method thereof |
RU2793674C1 (en) * | 2022-12-27 | 2023-04-04 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Волгоградский государственный технический университет" (ВолгГТУ) | Composite material |
RU2793673C1 (en) * | 2022-12-27 | 2023-04-04 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Волгоградский государственный технический университет"(ВолгГТУ) | Composite material |
RU2793676C1 (en) * | 2022-12-27 | 2023-04-04 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Волгоградский государственный технический университет" (ВолгГТУ) | Composite material |
RU2793675C1 (en) * | 2022-12-27 | 2023-04-04 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Волгоградский государственный технический университет" (ВолгГТУ) | Composite material |
RU2797414C1 (en) * | 2022-12-27 | 2023-06-05 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Волгоградский государственный технический университет" (ВолгГТУ) | Composite material |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US11077493B2 (en) | Powder composition for the manufacture of casting inserts, casting insert and method of obtaining local composite zones in castings | |
RU2755353C1 (en) | Composite material based on aluminium or aluminium alloy and method for production thereof | |
KR910006069B1 (en) | Method for manufacture of cast articles of fiber-reinforced aluminium composite | |
CN105734347A (en) | Method for preparing TiB2 particle-reinforced Al matrix composite through SPS (spark plasma sintering) | |
CN105689702B (en) | Aluminium packet Graphite Composite Powder, the aluminum-graphite composite and preparation method thereof comprising the composite granule | |
RU2567779C1 (en) | Method of producing of modified aluminium alloys | |
RU2658566C2 (en) | Method for obtaining compact materials containing titanium diboride using self-propagating high-temperature synthesis | |
CN109852870A (en) | A kind of preparation method of nitrogenous steel bonded carbide | |
RU2356968C1 (en) | Method of receiving of cast high-reinforced alumo-matrix composite material | |
RU2555321C2 (en) | Method of production of cast aluminium-matrix composite alloy | |
JP2000073129A (en) | Production of metal-ceramic composite material for casting | |
RU2177047C1 (en) | Method of preparing aluminum-based alloy | |
RU2810143C1 (en) | Al-Ti-B LIGATURE PRECURSOR | |
JPH11170027A (en) | Ingot for metal-ceramic composite and production thereof | |
JP2022025568A (en) | Powdery material, and sintered body using the same | |
JPH11172348A (en) | Metal-ceramics composite and its production | |
JP2000281425A (en) | Production of sulfur composition molded form | |
US404238A (en) | Molding material | |
SU881075A1 (en) | Refractory mass for monolithic lining | |
Amosov et al. | Aluminum matrix composites reinforced with SHS nanoparticles | |
RU2142355C1 (en) | Method for suspension casting of irons | |
SU1687358A1 (en) | Method of producing consumable patterns | |
CN117965972A (en) | Light high-strength high-toughness high-modulus Al-Mg-Yb-Zr-TiB2Composite material, preparation method and application | |
CN105331763A (en) | Preparation method and application of nucleating agent for nodular cast iron | |
JP2000264713A (en) | Production of sulfur composition |