RU2758421C1 - Способ получения алюмоматричного композита - Google Patents
Способ получения алюмоматричного композита Download PDFInfo
- Publication number
- RU2758421C1 RU2758421C1 RU2021108691A RU2021108691A RU2758421C1 RU 2758421 C1 RU2758421 C1 RU 2758421C1 RU 2021108691 A RU2021108691 A RU 2021108691A RU 2021108691 A RU2021108691 A RU 2021108691A RU 2758421 C1 RU2758421 C1 RU 2758421C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- temperature
- aluminum
- gel
- sintering
- aluminum powder
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B22—CASTING; POWDER METALLURGY
- B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
- B22F1/00—Metallic powder; Treatment of metallic powder, e.g. to facilitate working or to improve properties
-
- 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
- C22C1/10—Alloys containing non-metals
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Metallurgy (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Powder Metallurgy (AREA)
Abstract
Изобретение относится к цветной металлургии и предназначено для получения металломатричных композитов, используемых при производстве изделий для автомобилестроения, железнодорожного транспорта, военной и аэрокосмической техники. Способ получения алюмоматричного композита включает смешивание и гомогенизацию порошка алюминия и оксида ванадия, V2O5, таблетирование и спекание в атмосфере инертного газа, при этом смешивание и гомогенизацию осуществляют пропиткой порошка алюминия с размером частиц не более 10 мкм гелем номинального состава V2O5:H2O с содержанием ванадия 3,08-3,36 мас.% при соотношении геля и порошка алюминия, равном (3,36-16,8 г):(9,8 - 9,0 г), последующей выдержкой на воздухе при температуре 80-85°С в течение 1 часа и нагреванием до температуры 350-400°С с выдержкой при этой температуре в течение 0,5 часа, а спекание осуществляют при температуре 800-820°С. Изобретение обеспечивает эффективную гомогенизацию исходных компонентов в обычных условиях без использования установок высокоэнергетического размола в инертной атмосфере, что существенно упрощает технологию. 3 ил., 1 табл., 3 пр.
Description
Изобретение относится к цветной металлургии и предназначено для получения металломатричных композитов, используемых при производстве изделий для автомобилестроения, железнодорожного транспорта, военной и аэрокосмической техники.
Известен способ получения алюмоматричного композита методом “литья с перемешиванием” с использованием в качестве исходного материала слитка алюминия, из которого получают расплав с последующим добавлением порошка V2O5. Оксид ванадия добавляют при вихревом механическом перемешивании в атмосфере аргона. Получают композитный материал на основе алюминия с содержанием V2O5 5 и 10% (T.V. Kumar, M. Nageswararao, Experimental investigations on stir cast aluminium with addition of vanadium pentoxide powders, International Journal of Emerging Trends in Engineering Research 8 (2020) 7111-7115. DOI 10.30534/ijeter/2020/768102020).
Недостатком известного способа является его сложность, обусловленная, во-первых, возможным разбросом материала при введении порошка оксида на поверхность расплава вследствие возникновения термитной реакции; во-вторых, использованием сложного высокотехнологичного оборудования, в частности для создания инертной газовой атмосферы.
Известен способ получения алюмоматричных композитов, основанный на механическом легировании алюминия пентоксидом ванадия. Композиты Al–V2O5 были получены путем механического легирования алюминия высокой чистоты с 10 масс% пентоксида ванадия и добавлением метанола в шаровой мельнице аттриторного типа в течение 24 часов в атмосфере аргона. Механически легированный порошок консолидировали при 400 oC путем горячего прессования под давлением 100 МПа с получением цилиндрических заготовок, которые впоследствии подвергали горячей экструзии при 350°C в стержни диаметром 7 мм. Термическую обработку стержней проводили при 600°C (L. Blaz, Z. Sierpinski, M. Tumidajewicz, J. Kaneko, M. Sugamata, Structure evolution in annealed and hot deformed Al–V2O5 composite, Materials Science and Technology 20 (2004) 1639-1644. DOI 10.1179/026708304X11279).
Недостатки известного способа являются: длительность механической обработки в инертной атмосфере аргона с использованием токсичного метанола; низкая температура отжига стержней, недостаточная для формирования равновесного материала.
Известен способ получения композиционного материала путем алюминотермического синтеза в системе Al–V2O5. Для синтеза композита Al3V/Al2O3 порошки Al (средний размер частиц 45 мкм) и V2O5 (средний размер частиц 120 мкм) с молярным соотношением 28:3 в планетарной шаровой мельнице измельчали с контейнером и стальными шариками в атмосфере аргона в течение часа, при весовом соотношении шарика к порошку 4:1 и скорости вращения 250 об/мин. Параметры измельчения были выбраны таким образом, чтобы предотвратить реакцию горения в контейнере. Смешанный порошок прессовали под давлением 500 МПа с получением цилиндрических образцов диаметром 10 и толщиной 5 мм, которые нагревали в трубчатой печи в атмосфере аргона со скоростью нагрева 10°C / мин до температуры в диапазоне от 650°C до 1000°C и выдерживали при этой температуре в течение 10 минут (M. Ashnagar, A.R Mashreghi, M. Kalantar, The Study of Combustion synthesis, Microstructure and Mechanical Properties of In Situ Composite Produced In Al-V2O5 System, Journal of Metallurgical and Materials Engineering 27 (2016) 51-64. DOI: 10.22067/ma.v27i1.24570).
Недостатками известного способа являются: образование примеси Al8O5, снижающей механическую прочность композита и повышающей его хрупкость; использование инертной атмосферы, что усложняет способ.
Наиболее близким к заявляемому является способ получения алюмоматричного композита, основанный на высокоэнергетическом размоле и спекании компонентов системы Al-V2O5. Были получены композитные порошки Al - 10, 15 и 20 масс.% V2O5. Для измельчения брали смеси Al и V2O5 и помещали в емкость из нержавеющей стали с шариками и изопропиловым спиртом (C3H8O) в качестве агента, регулирующего измельчение. Емкость запаивали в атмосфере аргона. Измельчение проводили в течение 1 - 12 ч. на смесителе / мельнице SPEX 8000. Механически измельченные композиционные порошки прессовали в виде цилиндра с использованием гидравлического давления до 50 МПа, а затем еще раз прессовали на холодном изостатическом прессе (CIP) под давлением 1050 кг/см2. Каждый цилиндр спекали в вакуумной трубчатой печи при 900°C в течение 1 - 4 ч. в атмосфере аргона (K.D. Woo, J.H. Kim, E.P. Kwon, M.S. Moon, H.B. Lee, T. Sato, Z. Liu, Fabrication of Al matrix composite reinforced with submicrometer-sized Al2O3 particles formed by combustion reaction between HEMM Al and V2O5 composite particles during Sintering, Metals and Materials International 16 (2010) 213-218. doi: 10.1007/s12540-010-0408-x)(прототип).
Недостатки известного способа являются: сложная, малопроизводительная, длительная и энергозатратная технология; необходимость защиты материала от воздействия внешней среды при размоле путем запаивания реактора в атмосфере аргона; вероятность загрязнения продукта размола нежелательными примесями из-за намола от стальных шариков и спонтанного возгорания компонентов смеси при избыточном механическом воздействии.
Таким образом, перед авторами стояла задача разработать простой способ получения алюмоматричного композита без использования сложного оборудования, в частности обеспечивающего инертную атмосферу.
Поставленная задача решена в предлагаемом способе получения алюмоматричного композита, включающем получение исходной смеси порошка алюминия и оксида ванадия (V), гомогенизацию исходной смеси, последующее таблетирование и спекание при высокой температуре в атмосфере инертного газа, в котором используют оксид ванадия (V) в виде геля номинального состава V2O5:H2O с содержанием ванадия 3,08-3,36 масс.% и осуществляют гомогенизацию пропиткой порошка алюминия с размером частиц не более 10 мкм гелем состава V2O5:H2O при соотношении геля(г) и порошка алюминия(г), равном 3,36 - 16,8: 9,8 - 9,0, соответственно, с последующей выдержкой на воздухе при температуре 80-85°С в течение 1 часа и нагреванием до температуры 350-400°С и выдержкой при этой температуре в течение 0,5 часа, а спекание осуществляют при температуре 800-820°С.
В настоящее время из патентной и научно-технической литературы не известен способ получения алюмоматричного композита с использованием оксид ванадия (V) в виде геля состава V2O5:H2O, и осуществлением гомогенизации пропиткой порошка алюминия гелем состава V2O5:H2O с последующей выдержкой на воздухе при температуре 80-85°С в течение 1 часа и нагреванием до температуры 350-400°С и выдержкой при этой температуре в течение 0,5 часа.
Исследования, проведенные авторами, позволили установить, что высокая степень гомогенизации продукта, обеспечивающая стабилизацию структуры композита при спекании и исключение спонтанного возгорания за счет снижения температуры спекания, может быть достигнута при использовании в качестве пентоксида ванадия геля номинального состава V2O5:H2O, содержащего ванадий в количестве 3,08 – 3,36 мас.%, что позволяет исключить из технологии стадию высокоэнергетического размола с использованием специального энергоемкого оборудования и заменить ее простым смешением компонентов. Разработанный авторами способ упрощает стадию гомогенизации порошков алюминия и пентоксида ванадия, а также обеспечивает предотвращение возможности их спонтанного возгорания при интенсивном высокоэнергетическом размоле, поскольку в качестве источника ванадия берется не крупнодисперсный порошок V2O5, а гель номинального состава V2O5:H2O с содержанием ванадия в количестве 3,08 – 3,36 мас.%, который смешивают с алюминиевым порошком в обычных условиях, что исключает необходимость использования высокоэнергетических смесителей и инертной атмосферы. Металлический порошок, пропитанный гелем, сушат в предлагаемых условиях на воздухе, что обеспечивает полное обезвоживание продукта, необходимое для получения высокой степени контактирования матричного и армирующего элементов.
Предлагаемый способ может быть получен следующим образом. Берут порошок алюминия с размером частиц не более 10 мкм и гель номинального состава V2O5:H2O с содержанием ванадия 3,08 – 3,36 мас.%, и осуществляют пропитку порошка алюминия гелем состава V2O5:H2O при соотношении геля(г) и порошка алюминия(г), равном 3,36 - 16,8: 9,8 - 9,0, соответственно, с последующей выдержкой на воздухе при температуре 80-85оС в течение 1 часа и нагреванием до температуры 350-400оС и выдержкой при этой температуре в течение 0,5 часа. а спекание осуществляют при температуре 800-820°С. Далее порошок запрессовывают в таблетки диаметром 10 мм при давлении 3.92 МПа (40 кг/см2) и отжигают в атмосфере гелия при температуре 800-820°C в течение 2 часов. Рентгенофазовый анализ проводили на дифрактометре Shimadzu (Сukα- излучение) с использованием картотеки Powder Diffraction File YCPDSDICDD (PDF2). Морфологию поверхности синтезированного материала изучали на растровом микроскопе YEOL JSM-6390LA, оснащенном энергодисперсионным рентгеновским анализатором (EDX). Плотность и объем образцов определялась на гелиевом пикнометре AccuPyc II 340. Фазовый анализ полученных композитов представлен в таблице. Таблица 1.
Фазовый состав образцов (масс.%) после спекания | ||
Пример 1 | Пример 2 | Пример 3 |
Al – 98.3 Al2O3 – 0.0 Al3V – 0.7 Al10V – 0.2 V2O3 – 0.8 |
Al – 86.3 α-Al2O3 – 1.7 γ-Al2O3 – 9.3 Al3V – 0.4 V2O3 – 2.3 |
Al – 79.8 α-Al2O3 – 1.7 γ-Al2O3 – 14.3 Al3V – 0.2 V2O3 – 4.0 |
На фиг. 1(а) изображена поверхность таблетки после спекания алюмоматричного композита, полученного в условиях примера 1.
На фиг. 1(б) изображена поверхность таблетки после спекания алюмоматричного композита, полученного в условиях примера 2.
На фиг. 1(в) изображена поверхность таблетки после спекания алюмоматричного композита, полученного в условиях примера 3.
Предлагаемый способ иллюстрируется следующими примерами.
Пример 1. 9,8 г порошка алюминия марки АСД-4 со сферической формой частиц размером не более 10 мкм и содержанием активного металла 98,7% в фарфоровой ступе в течение 10 мин смешивали с 3,36 г. геля номинального состава V2O5:H2O с содержанием ванадия 3,08 мас.%, что соответствует соотношению гель (г):алюминий (г) = 3,36:9,8. Полученную массу просушивали при температуре 80°C в течение 1 ч при перемешивании и окончательно нагревали до температуры 350°C и выдерживали при этой температуре в течение 0.5 ч. Далее порошок запрессовывали в таблетки диаметром 10 мм при давлении 3.92 МПа (40 кг/см2) и отжигали в атмосфере гелия при температуре 820°C в течение 2 часов. Плотность образца после спекания составляла 2.8486 г/см3. Фазовый состав полученного образца приведен в таблице. На фиг. 1(а) изображена поверхность таблетки после спекания алюмоматричного композита.
Пример 2. 9,5 г порошка алюминия марки АСД-4 со сферической формой частиц размером не более 10 мкм и содержанием активного металла 98,7% в фарфоровой ступе в течение 15 мин смешивали с 8,4 г. геля номинального состава V2O5:H2O с содержанием ванадия 3,08 мас.%, что соответствует соотношению гель (г):алюминий (г) = 8,4: 9,5. Полученную массу просушивали при температуре 85°C в течение 1 ч при перемешивании и окончательно нагревали при 350°C в течение 0.5 ч. Далее порошок запрессовывали в таблетки диаметром 10 мм при давлении 3.92 МПа (40 кг/см2) и отжигали в атмосфере гелия при температуре 800°C в течение 2 часов. Плотность образца после отжига составляла 2.8899 г/см3. Фазовый состав полученного образца приведен в таблице. На фиг. 1(б) изображена поверхность таблетки после спекания алюмоматричного композита, полученного.
Пример 3. 9,0 г порошка алюминия марки АСД-4 со сферической формой частиц размером не более 10 мкм и содержанием активного металла 98,7% в фарфоровой ступе в течение 20 мин смешивали с 16,8 г. геля номинального состава V2O5:H2O с содержанием ванадия 3,36 мас.%, что соответствует соотношению гель (г):алюминий (г) = 16,8:9,0. Полученную массу просушивали при температуре 80°C в течение 1 ч при перемешивании и окончательно нагревали при 400°C в течение 0.5 ч. Далее порошок запрессовывали в таблетки диаметром 10 мм при давлении 3.92 МПа (40 кг/см2) и отжигали в атмосфере гелия при температуре 820°C в течение 2 часов. Плотность образца после отжига составляла 2.9360 г/см3. Фазовый состав полученного образца приведен в таблице. На фиг. 1(в) изображена поверхность таблетки после спекания алюмоматричного композита.
Таким образом, предлагаемый авторами способ получения алюмоматричного композита обеспечивает эффективную гомогенизацию исходных компонентов в обычных условиях без использования установок высокоэнергетического размола в инертной атмосфере, что существенно упрощает технологию.
Claims (1)
- Способ получения алюмоматричного композита, включающий смешивание и гомогенизацию порошка алюминия и оксида ванадия, V2O5, таблетирование и спекание в атмосфере инертного газа, отличающийся тем, что смешивание и гомогенизацию осуществляют пропиткой порошка алюминия с размером частиц не более 10 мкм гелем номинального состава V2O5:H2O с содержанием ванадия 3,08-3,36 мас.% при соотношении геля и порошка алюминия, равном (3,36-16,8 г):(9,8-9,0 г), последующей выдержкой на воздухе при температуре 80-85°С в течение 1 часа и нагреванием до температуры 350-400°С с выдержкой при этой температуре в течение 0,5 часа, а спекание осуществляют при температуре 800-820°С.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2021108691A RU2758421C1 (ru) | 2021-03-31 | 2021-03-31 | Способ получения алюмоматричного композита |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2021108691A RU2758421C1 (ru) | 2021-03-31 | 2021-03-31 | Способ получения алюмоматричного композита |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2758421C1 true RU2758421C1 (ru) | 2021-10-28 |
Family
ID=78466617
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2021108691A RU2758421C1 (ru) | 2021-03-31 | 2021-03-31 | Способ получения алюмоматричного композита |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2758421C1 (ru) |
Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH02301534A (ja) * | 1989-05-16 | 1990-12-13 | Toyota Motor Corp | 金属基複合材料の製造方法 |
JP2002047519A (ja) * | 2000-05-25 | 2002-02-15 | Ngk Insulators Ltd | 金属間化合物基複合材料の製造方法 |
RU2509790C1 (ru) * | 2012-12-05 | 2014-03-20 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт химии твердого тела Уральского отделения Российской академии наук | Способ активации порошка алюминия |
RU2737950C1 (ru) * | 2020-05-14 | 2020-12-07 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт химии твердого тела Уральского отделения Российской академии наук | Способ активации порошка алюминия |
-
2021
- 2021-03-31 RU RU2021108691A patent/RU2758421C1/ru active
Patent Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH02301534A (ja) * | 1989-05-16 | 1990-12-13 | Toyota Motor Corp | 金属基複合材料の製造方法 |
JP2002047519A (ja) * | 2000-05-25 | 2002-02-15 | Ngk Insulators Ltd | 金属間化合物基複合材料の製造方法 |
RU2509790C1 (ru) * | 2012-12-05 | 2014-03-20 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт химии твердого тела Уральского отделения Российской академии наук | Способ активации порошка алюминия |
RU2737950C1 (ru) * | 2020-05-14 | 2020-12-07 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт химии твердого тела Уральского отделения Российской академии наук | Способ активации порошка алюминия |
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
K.D. Woo et al, Fabrication of Al matrix composite reinforced with submicrometer-sized Al2O3 particles formed by combustion reaction between HEMM Al and V2O5 composite particles during sintering, Metals and materials international, 2010, 16, p. 213-218. * |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US5762768A (en) | Target for cathodic sputtering and method for producing the target | |
CA1174083A (en) | Process for the preparation of alloy powders which can be sintered and which are based on titanium | |
US20090011266A1 (en) | Intermetallic Composite Formation and Fabrication from Nitride-Metal Reactions | |
CN110734289A (zh) | 一种一硼化物高熵陶瓷及其制备方法 | |
IL97473A (en) | A method of producing fine powder consists of nitrides and carbonitrides of titanium | |
US2884688A (en) | Sintered ni-al-zr compositions | |
EA018035B1 (ru) | Способ получения изделий из титановых сплавов | |
RU2758421C1 (ru) | Способ получения алюмоматричного композита | |
Wen et al. | Fabrication of TiAl by blended elemental powder semisolid forming | |
CN111545743B (zh) | 一种制备高性能粉末冶金钛铝金属间化合物的方法 | |
CN111424195A (zh) | 一种细化剂、其制备方法、其应用、铝合金及其细化方法 | |
Yang et al. | The preparation of TiAl-based intermetallics from elemental powders through a two-step pressureless sintering process | |
US3150975A (en) | Method of making intermetallic compound-composition bodies | |
Lee et al. | Aluminium oxide dispersion strengthened copper produced by thermochemical process | |
Dolukhanyan et al. | Formation of titanium and niobium aluminides induced by hydrogen in a hydride cycle | |
RU2312913C1 (ru) | Способ получения полуфабриката для изготовления пенометалла | |
JPH1046269A (ja) | チタン−モリブデン母合金の製造方法及びチタン−モリブデン母合金 | |
Yang et al. | Solid-state hot pressing of elemental aluminum and titanium powders to form TiAl (γ+ α 2) intermetallic microstructure | |
Guoxian et al. | Hot hydrostatic extrusion and microstructures of mechanically alloyed Al 4.9 Fe 4.9 Ni alloy | |
RU2780235C1 (ru) | Способ получения крупногабаритных заготовок и изделий из бериллида титана | |
RU2803865C1 (ru) | Способ получения нанокомпозита никель-графен с повышенной пластичностью | |
RU2750784C1 (ru) | Способ получения порошкового композиционного материала | |
RU2263089C1 (ru) | Способ получения композиционного материала | |
RU2768800C1 (ru) | Способ получения алюмоматричных композиционных материалов | |
JP3413921B2 (ja) | Ti−Al系金属間化合物焼結体の製造方法 |