RU2776244C1

RU2776244C1 - Method for producing a composite material and a product therefrom

Info

Publication number: RU2776244C1
Application number: RU2021118141A
Authority: RU
Inventors: Денис Анатольевич Филиппов; Олег Сергеевич Неяглов; Юрий Алексеевич Абузин; Галина Геннадьевна Божко; Полина Андреевна Володина
Original assignee: Общество С Ограниченной Ответственностью "Наноком"
Filing date: 2021-06-22
Publication date: 2022-07-15

Abstract

FIELD: metallurgy.

SUBSTANCE: invention relates to the field of metallurgy and can be used to produce composite materials with a metal matrix and coatings. Method for producing an aluminium matrix composite material containing an aluminium matrix and a ceramic reinforcing agent includes processing the base mixture of aluminium powders and elements forming the ceramic reinforcing agent by mechanical alloying, wherein the mechanical alloying is performed in ball grinding and mixing units with a power rating of 0.02 to 2 kW/l for 0.5 to 30 hours in an argon medium, the processed powder mixture is placed in a thin-walled tube of a material similar to the matrix material, forming an electrode, which is heated to the temperature of the start of an exothermic reaction, followed by crystallising the formed melt droplets on a metal substrate by moving the electrode, forming a continuous layer of a composite material with a predetermined composition.

EFFECT: production of a composite material containing a metal matrix and high-melt reinforcing agents, with a homogeneous dense structure.

4 cl, 4 ex

Description

Изобретение относится к области металлургии, в частности, к способу получения металлических композиционных материалов (МКМ) на основе металлической или интерметаллидной матрицы, армированной упрочняющими наполнителями и изготовления изделий из этих материалов. МКМ, полученные этим способом, найдут широкое применение в разных областях промышленности, в качестве конструкционных и функциональных материалов для изготовления изделий для авиа-, ракето-, автомобиле-, судостроении и др.The invention relates to the field of metallurgy, in particular, to a method for producing metal composite materials (MCM) based on a metal or intermetallic matrix reinforced with reinforcing fillers and manufacturing products from these materials. MKM obtained by this method will find wide application in various fields of industry, as structural and functional materials for the manufacture of products for aircraft, rocket, automobile, shipbuilding, etc.

Перспективность использования МКМ определена потребностями современного производства и динамикой научно-технического прогресса. В настоящее время во всем мире активизируются исследования, направленные на широкое практическое применение конструкционных и функциональных МКМ. Это обусловлено уникальным комплексом их свойств, достичь которого не представляется возможным в традиционно используемых конструкционных материалах. Анализ научно-технической, патентной литературы и иной информации об отечественных и зарубежных разработках показывает, что в настоящее время существует потребность в использовании этих материалов. Разнообразие существующих в настоящее время МКМ достаточно велико и продолжает расти.The prospects for the use of MKM are determined by the needs of modern production and the dynamics of scientific and technological progress. At present, research is being intensified all over the world aimed at the wide practical application of structural and functional MCMs. This is due to the unique complex of their properties, which is not possible to achieve in traditionally used structural materials. An analysis of scientific, technical, patent literature and other information about domestic and foreign developments shows that at present there is a need to use these materials. The variety of currently existing MCMs is quite large and continues to grow.

Известен способ получения литых высокоармированных алюмоматричных композиционных материалов, включающий нагрев частиц карбида кремния в насыпном состоянии до температуры 850-900°С и инфильтрацию частиц алюминиевым расплавом, нагретым до температуры 850-900°С при механическом перемешивании. Затем полученную композиционную смесь подвергают горячему двухстороннему прессованию в нагретых до температуры приготовления композиционной смеси пресс-формах при давлении 2,0-2,2 ГПа. При этом объемная доля частиц карбида кремния в общем объеме материала составляет от 30 до 80% (Патент РФ №2356968). Недостатком данного способа являются высокая температура процесса, сложность аппаратурного оформления, невозможность использования меньшей объемной доли армируемого материала.A known method for producing cast highly reinforced aluminum matrix composite materials, including heating particles of silicon carbide in bulk to a temperature of 850-900°C and infiltration of particles with aluminum melt heated to a temperature of 850-900°C with mechanical stirring. Then the resulting composite mixture is subjected to hot double-sided pressing in molds heated to the temperature of preparation of the composite mixture at a pressure of 2.0-2.2 GPa. In this case, the volume fraction of silicon carbide particles in the total volume of the material is from 30 to 80% (RF Patent No. 2356968). The disadvantage of this method is the high temperature of the process, the complexity of hardware design, the impossibility of using a smaller volume fraction of the reinforced material.

Известен способ получения композиционного материала, включающий приготовление экзотермической смеси двух и более порошков, помещении смеси в форму и возбуждении в ней реакции СВС путем разогрева ее внешним электромагнитным полем до температуры возникновения в смеси теплового взрыва с последующим ее компактированием, которое начинают в момент достижения экзотермической смесью максимальной температуры взаимодействия и ведут в интервале температур от максимальной температуры взаимодействия до температуры вязкопластического или вязкохрупкого, в зависимости от участвующих реагентов, перехода (Патент РФ №2082556). Недостатками этого способа является, во-первых, взрывоопасность производственного процесса, а во-вторых, необходимость использования оборудования, обеспечивающего нагрев и вакуумирование больших объемов, а также большое давление при получении изделия. Такое дорогостоящее оборудование существенно повышает стоимость продукции. Кроме того, слишком высокие температуры в зоне экзотермической реакции оказывают разрушающее воздействие на упрочняющие компоненты композиционного материала.A method for producing a composite material is known, which includes preparing an exothermic mixture of two or more powders, placing the mixture in a mold and initiating the SHS reaction in it by heating it with an external electromagnetic field to the temperature of a thermal explosion in the mixture, followed by its compaction, which begins at the moment the exothermic mixture reaches the maximum interaction temperature and lead in the temperature range from the maximum interaction temperature to the temperature of the viscoplastic or ductile, depending on the participating reagents, transition (RF Patent No. 2082556). The disadvantages of this method are, firstly, the explosiveness of the production process, and secondly, the need to use equipment that provides heating and evacuation of large volumes, as well as high pressure upon receipt of the product. Such expensive equipment significantly increases the cost of production. In addition, too high temperatures in the exothermic reaction zone have a damaging effect on the strengthening components of the composite material.

Известен способ получения композиционного материала, содержащего матрицу из алюминия или его сплава и наполнитель из порошков борсодержащего материала и вольфрама, включающий приготовление исходной композиционной смеси порошка матричного материала с порошками наполнителя, отличающийся тем, что в качестве наполнителя используют порошок, полученный путем механического смешивания порошка борсодержащего материала, преимущественно карбида бора или нитрида бора, со средним размером частиц 0,5-5 мкм в количестве 5-15 мас. % от состава исходной композиционной смеси с порошком вольфрама со средним размером частиц 0,1-1 мкм в количестве 15-20 мас. % от состава исходной композиционной смеси, механическое смешивание полученного наполнителя с порошком алюминия или его сплавом со средним размером частиц до 100 мкм в количестве до 100 мас. % состава исходной композиционной смеси в течение 0,5-6 часов со скоростью 10-60 об/мин, холодное прессование полученной исходной композиционной смеси при давлении до 1000 Мпа на ультразвуковом гидравлическом прессе в закрытой жесткой пресс-форме с усилием, достаточным для достижения указанного давления на заданной площади гидравлического сечения изделия, с приложением к пресс-форме ультразвуковых механических колебаний частотой 18-24 кГц и амплитудой колебательного смещения формообразующих поверхностей пресс-формы 1-10 мкм. (Патент РФ №2616315). Недостатком данного способа является большое давление процесса, применение сложного оборудования - ультразвукового гидравлического пресса, трудность получения крупных заготовок.A known method for producing a composite material containing a matrix of aluminum or its alloy and a filler of powders of a boron-containing material and tungsten, including the preparation of an initial composite mixture of a powder of a matrix material with filler powders, characterized in that the filler is a powder obtained by mechanical mixing of a boron-containing powder material, mainly boron carbide or boron nitride, with an average particle size of 0.5-5 μm in the amount of 5-15 wt. % of the composition of the original composite mixture with tungsten powder with an average particle size of 0.1-1 μm in the amount of 15-20 wt. % of the composition of the original composite mixture, mechanical mixing of the resulting filler with aluminum powder or its alloy with an average particle size of up to 100 μm in an amount of up to 100 wt. % of the composition of the initial composite mixture for 0.5-6 hours at a speed of 10-60 rpm, cold pressing of the obtained initial composite mixture at a pressure of up to 1000 MPa on an ultrasonic hydraulic press in a closed rigid mold with a force sufficient to achieve the specified pressure on a given area of the hydraulic section of the product, with the application of ultrasonic mechanical vibrations to the mold with a frequency of 18-24 kHz and an amplitude of oscillatory displacement of the shaping surfaces of the mold 1-10 microns. (RF Patent No. 2616315). The disadvantage of this method is the high pressure of the process, the use of sophisticated equipment - ultrasonic hydraulic press, the difficulty of obtaining large workpieces.

За прототип принят способ получения алюмоматричного композитного материала, содержащего алюминидную матрицу и керамический упрочнитель, с однородной плотной структурой, включающий приготовление исходной заготовки из смеси порошков алюминия и. по крайней мере, одного керамического оксида путем механического легирования смеси порошков, после чего исходную заготовку помещают в емкость. Нагрев емкости с исходной заготовкой до температуры начала экзотермической реакции осуществляют путем погружения ее донной части в расплав металла, а кристаллизацию осуществляют путем дальнейшего погружения емкости с исходной заготовкой в расплав металла со скоростью, равной скорости распространения фронта экзотермической реакции. Механическое легирование осуществляют в шаровых размольно-смесительных установках при энергонапряженности 0,02-2 кВт/л в течение 0,5-30 часов. (Патент РФ №2263089). Недостаток способа состоит в том, что переход материала из порошковой засыпки через плавление к конечному изделию сопровождается значительными объемными изменениями. Компактный конечный материал имеет плотность, превышающую насыпную плотность исходной порошковой засыпки, что, при недостаточной возможности обеспечения стабильной подачи исходной порошковой смеси к фронту экзотермической реакции, неизбежно приведет к разрыву сплошности всех протекающих процессов и, соответственно, к формированию в объеме изделия дефектных зон с повышенной распределенной пористостью, или с крупными полостями, не содержащими конечный материал. Кроме того, кристаллизация полученного материала происходит также неравномерно по объему заготовки, так как сначала охлаждается наружная поверхность, а затем внутренняя, что способствует образованию внутри- материала дополнительной усадочной пористости. Указанные процессы приводят к формированию внутри изделия дефектных областей с рыхлой структурой и существенно пониженными механическими характеристиками изделия из этого материала.The prototype is a method for producing an alumina-matrix composite material containing an aluminide matrix and a ceramic hardener, with a uniform dense structure, including the preparation of an initial workpiece from a mixture of aluminum and powders. at least one ceramic oxide by mechanical alloying of a mixture of powders, after which the original workpiece is placed in a container. The container with the initial workpiece is heated to the temperature of the beginning of the exothermic reaction by immersing its bottom part in the metal melt, and crystallization is carried out by further immersing the container with the initial workpiece in the metal melt at a rate equal to the propagation velocity of the exothermic reaction front. Mechanical alloying is carried out in ball grinding and mixing plants at an energy density of 0.02-2 kW/l for 0.5-30 hours. (RF Patent No. 2263089). The disadvantage of this method is that the transition of the material from the powder filling through melting to the final product is accompanied by significant volumetric changes. The compact final material has a density exceeding the bulk density of the initial powder filling, which, with insufficient ability to ensure a stable supply of the initial powder mixture to the exothermic reaction front, will inevitably lead to a discontinuity of all ongoing processes and, accordingly, to the formation of defective zones in the product volume with increased distributed porosity, or with large cavities that do not contain the final material. In addition, the crystallization of the resulting material also occurs unevenly over the volume of the workpiece, since the outer surface is first cooled, and then the inner one, which contributes to the formation of additional shrinkage porosity inside the material. These processes lead to the formation of defective areas inside the product with a loose structure and significantly reduced mechanical characteristics of the product made of this material.

Технической задачей данного изобретения является создание способа получения композиционных материалов и изделий (покрытий) из них за счет предварительно накопленной внутренней энергии на этапе предварительной механоактивации, реализации экзотермических химических и физических реакций, приводящих к последовательному расплавлению матрицы и ее управляемую кристаллизацию в микрообъемах, несопоставимых по объему с объемом конечного изделия, обеспечивающих интегральную однородность всего объема конечного изделия.The technical objective of this invention is to create a method for obtaining composite materials and products (coatings) from them due to previously accumulated internal energy at the stage of preliminary mechanical activation, the implementation of exothermic chemical and physical reactions leading to the sequential melting of the matrix and its controlled crystallization in microvolumes that are not comparable in volume with the volume of the final product, ensuring the integral homogeneity of the entire volume of the final product.

Для решения этой задачи предложен способ получения изделия из композиционного материала, включающий получение армирующей заготовки из материала, выбранного из группы, содержащей оксиды, карбиды, бориды, ее механоактивацию и инициацию процесса последующего расплавления матрицеобразующего металла из группы, содержащей Al, Рb Sn, In или их сплавы, и ее кристаллизацию. Исходные реакционноспособные компоненты вместе с матрицей выполняют из предварительно обработанных механической активацией металлических порошков в виде проволоки. Инициацию готовой смеси проводят низкоэнергетическим дуговым разрядом. Дуговой разряд при контакте проволоки с подложкой обеспечивает необходимый локальный разогрев проволоки для инициации экзотермической реакции и релаксации дефектов. При образовании запланированных оксидных, карбидных и боридных соединений выделяется необходимая энергия, обеспечивающая саморазогрев реакционноспособных компонентов, расплавление матрицы и смачивание подложки. Далее кончик проволоки перемещают в нужном направлении. Расплав смачивает новую область подложки, тогда как раннее полученный объем расплава кристаллизуется. Таким образом, движение кончика проволоки из исходной смеси формирует монолитную наплавку на подложке. При этом энергии дуги недостаточно для полного расплавления проволоки. Дуга только инициирует саморазогрев проволоки до расплавления матрицы и формирования в ней требуемой структуры. Весь процесс проводят в защитной атмосфере. Структура конечного материала зависит от уровня саморазогрева исходной смеси. Повышенная степень механической активации исходной смеси компонентов закономерно повышает уровень саморазогрева и увеличивает температуру расплава матрицы вплоть до крайнего состояния, при котором слишком сильный перегрев расплава может спровоцировать выход армирующих компонентов из расплава в шлаковую корочку.To solve this problem, a method is proposed for obtaining a product from a composite material, including obtaining a reinforcing blank from a material selected from the group containing oxides, carbides, borides, its mechanical activation and initiation of the process of subsequent melting of a matrix-forming metal from the group containing Al, Pb Sn, In or their alloys, and its crystallization. The initial reactive components, together with the matrix, are made from metal powders in the form of a wire pre-treated by mechanical activation. The initiation of the finished mixture is carried out by a low-energy arc discharge. The arc discharge at the contact of the wire with the substrate provides the necessary local heating of the wire to initiate an exothermic reaction and relaxation of defects. During the formation of the planned oxide, carbide, and boride compounds, the necessary energy is released to ensure self-heating of the reactive components, melting of the matrix, and wetting of the substrate. Next, the tip of the wire is moved in the desired direction. The melt wets the new area of the substrate, while the previously obtained volume of the melt crystallizes. Thus, the movement of the tip of the wire from the initial mixture forms a monolithic deposit on the substrate. In this case, the arc energy is not enough to completely melt the wire. The arc only initiates self-heating of the wire until the matrix melts and the required structure is formed in it. The whole process is carried out in a protective atmosphere. The structure of the final material depends on the level of self-heating of the initial mixture. An increased degree of mechanical activation of the initial mixture of components naturally increases the level of self-heating and increases the temperature of the matrix melt up to the extreme state, in which too strong overheating of the melt can provoke the release of reinforcing components from the melt into the slag crust.

Другой вариант реализации изобретения заключается в предварительном формировании композиционных реакционноспособных гранул с пониженной активностью, локальная инициация которых приводит к затухающему процессу саморазогрева. Равномерный слой такого материала на подложке может быть подвергнут инициации внешней дугой малой мощности для компенсации потерь энергии, приводящих к затуханию процесса. В этих условиях, внешняя дуга, сформированная неплавящимся электродом, будет постоянно инициировать локальный экзотермический процесс. При движении электрода, на подложке будет формироваться слой, ограниченный пятном, за пределами которого воздействие дуги падает и процесс затухает. Таким образом, возможно послойное формирование изделия или покрытия по типу аддитивных технологий.Another embodiment of the invention consists in the preliminary formation of composite reactive granules with reduced activity, the local initiation of which leads to a damped self-heating process. A uniform layer of such material on a substrate can be subjected to a low-power external arc initiation to compensate for energy losses leading to process attenuation. Under these conditions, an external arc formed by a non-consumable electrode will constantly initiate a local exothermic process. When the electrode moves, a layer bounded by a spot will form on the substrate, beyond which the arc impact drops and the process fades. Thus, layer-by-layer formation of a product or coating by the type of additive technologies is possible.

Технологической основой для проведения процесса является процесс механической активации. Механоактивацию исходных порошков проводили в планетарной мельнице Retsch РМ 400 со скоростью 200-300 об/мин, в среде технического аргона. Продолжительность механической активации составляет 15-120 минут и зависит от армирующих компонентов.The technological basis for the process is the process of mechanical activation. The mechanical activation of the initial powders was carried out in a Retsch PM 400 planetary mill at a speed of 200–300 rpm, in a technical argon medium. The duration of mechanical activation is 15-120 minutes and depends on the reinforcing components.

Как было установлено, механическая активация смеси порошков металла и матрицы позволяет получить после обработки композиционные гранулы, содержащие одновременно матрицу и армирующие компоненты. Так как частицы находятся в тесном контакте друг с другом и площадь соприкасающихся поверхностей увеличивается, то активность смеси возрастает прямо пропорционально времени обработки смеси. Таким образом, можно получить исходную заготовку с желаемой степенью активности, а температуру инициирования экзотермической реакции снизить до 400°С и ниже.It has been found that mechanical activation of a mixture of metal powders and a matrix makes it possible to obtain, after processing, composite granules containing both a matrix and reinforcing components. Since the particles are in close contact with each other and the area of the contact surfaces increases, the activity of the mixture increases in direct proportion to the processing time of the mixture. Thus, it is possible to obtain the initial workpiece with the desired degree of activity, and the temperature of initiation of the exothermic reaction can be reduced to 400°C and below.

Начавшаяся экзотермическая реакция и релаксация дефектов повышает температуру в зоне реакции до 1400°С и выше, и обеспечивает полное расплавление матрицы.The onset of the exothermic reaction and the relaxation of defects raises the temperature in the reaction zone to 1400°C and above, and ensures complete melting of the matrix.

Преимущество предлагаемого способа состоит в том, что, во-первых, в процессе механической активации порошковой смеси происходит равномерное распределение компонентов реакции и их фиксация друг относительно друга, во-вторых, для нагрева исходной заготовки до температуры возбуждения экзотермической реакции не требуется использования мощного оборудования, наведения электромагнитных полей, индукционных токов, вакуумирования большого объема внутреннего пространства печи (а только объема кончика проволоки), в третьих, при относительно невысоких скоростях прохождения реакции и последовательной кристаллизации относительно небольших объемов получаемого материала, образуется плотная равномерная структура с улучшенными механическими свойствами изделий из этого материала. Кроме того, производственный процесс проходит в контролируемых условиях, реакция имеет управляемый характер, что делает процесс технологичным и безопасным.The advantage of the proposed method is that, firstly, in the process of mechanical activation of the powder mixture, the reaction components are uniformly distributed and fixed relative to each other; induction of electromagnetic fields, induction currents, evacuation of a large volume of the internal space of the furnace (but only the volume of the tip of the wire), thirdly, at relatively low reaction rates and successive crystallization of relatively small volumes of the resulting material, a dense uniform structure is formed with improved mechanical properties of products from this material. In addition, the production process takes place under controlled conditions, the reaction is controlled, which makes the process technological and safe.

Существенным отличием предлагаемого способа от известного является возможность использования внутренней энергии, запасенной на этапе предварительной механоактивации порошков и реализации экзотермических реакций для получения композиционного материала. Предлагаемый способ получения материала, позволит сократить технологические операций, снизить энергозатраты, а также повысить эффективность использования исходных материалов.The essential difference between the proposed method and the known one is the possibility of using the internal energy stored at the stage of preliminary mechanical activation of powders and the implementation of exothermic reactions to obtain a composite material. The proposed method for obtaining material will reduce technological operations, reduce energy costs, and increase the efficiency of the use of raw materials.

Пример 1.Example 1

Получение композиционного материала на основе алюминиевой матрицы, армированной бором, вольфрамом, цирконием и углеродом. Состав смеси, об.%: 60,0 Al -27,0 В - 9,0 С - 4,0 Zr и 67,7 Al - 15,0 В - 15,0 W - 2,4 С. Смесь армирующих компонентов и матрицы подвергают механической активации в шаровой мельнице Retch РМ 400 со скоростью 200 об/мин в течение 40 минут в среде технического аргона. Полученную активную смесь поместили в тонкостенную алюминиевую трубку, сформировав электрод, и инициировали экзотермический процесс электрической дугой. Последовательные движения кончиком электрода сначала по поверхности подложки из стали, а далее по закристаллизовавшемуся слою, позволяют сформировать образец из композиционного материала на основе алюминия, армированного карбидами циркония и бора. Образец практически не имеет адгезии по границе раздела со стальной подложкой.Obtaining a composite material based on an aluminum matrix reinforced with boron, tungsten, zirconium and carbon. The composition of the mixture, vol.%: 60.0 Al -27.0 V - 9.0 C - 4.0 Zr and 67.7 Al - 15.0 V - 15.0 W - 2.4 C. A mixture of reinforcing components and matrices are subjected to mechanical activation in a Retch PM 400 ball mill at a speed of 200 rpm for 40 minutes in a commercial argon environment. The resulting active mixture was placed in a thin-walled aluminum tube, forming an electrode, and the exothermic process was initiated by an electric arc. Successive movements of the electrode tip, first over the surface of the steel substrate, and then over the crystallized layer, make it possible to form a sample from a composite material based on aluminum reinforced with zirconium and boron carbides. The sample has practically no adhesion along the interface with the steel substrate.

Пример 2.Example 2

Изготавливают композиционные гранулы аналогично примеру 1 и в готовую смесь добавляют порошок флюса для алюминиевого расплава. Последовательные движения кончиком электрода по поверхности подложки из алюминия, позволяют сформировать покрытие на алюминиевой подложке из композиционного материала на основе алюминия, армированного карбидами циркония и бора. Покрытие имеет высокую адгезию по границе раздела с алюминиевой подложкой, повышает ее механические характеристики, и может играть роль защитного слоя от ионизирующего гамма и нейтронного излучения.Composite granules are made analogously to example 1 and flux powder for aluminum melt is added to the finished mixture. Successive movements of the electrode tip over the surface of the aluminum substrate make it possible to form a coating on the aluminum substrate from a composite material based on aluminum reinforced with zirconium and boron carbides. The coating has high adhesion along the interface with the aluminum substrate, improves its mechanical characteristics, and can play the role of a protective layer against ionizing gamma and neutron radiation.

Пример 3.Example 3

Изготавливают композиционные гранулы аналогично примеру 1 и в готовую смесь добавляют порошок флюса для алюминиевого расплава. Композиционные гранулы равномерным слоем располагают на алюминиевой подложке. Неплавящимся электродом возбуждают дугу низкой энергии, не способной полностью расплавить композиционные гранулы. За счет суммарного энергетического эффекта, исходная смесь непосредственно под дуговым разрядом расплавляется и образует надежную связь с подложкой. Последовательные движения дугового пятна с перекрытием позволяют сформировать на алюминиевой подложке надежное покрытие из композиционного материала на основе алюминия, армированного карбидами циркония и бора. Покрытие имеет высокую адгезию по границе раздела с алюминиевой подложкой, повышает ее механические характеристики, и может играть роль защитного слоя от ионизирующего гамма и нейтронного излучения.Composite granules are made analogously to example 1 and flux powder for aluminum melt is added to the finished mixture. Composite granules are evenly placed on an aluminum substrate. A non-consumable electrode excites a low-energy arc that is not capable of completely melting the composite granules. Due to the total energy effect, the initial mixture melts directly under the arc discharge and forms a reliable bond with the substrate. Successive movements of the arc spot with overlapping make it possible to form a reliable coating on an aluminum substrate from a composite material based on aluminum reinforced with zirconium and boron carbides. The coating has high adhesion along the interface with the aluminum substrate, improves its mechanical characteristics, and can play the role of a protective layer against ionizing gamma and neutron radiation.

Пример 4.Example 4

Изготавливают композиционные гранулы аналогично примеру 1 и в готовую смесь добавляют порошок флюса для алюминиевого расплава. Композиционные гранулы равномерным слоем располагают на алюминиевой подложке. Неплавящимся электродом возбуждают дугу низкой энергии, не способной полностью расплавить композиционные гранулы. За счет суммарного энергетического эффекта, исходная смесь непосредственно под дуговым разрядом расплавляется и образует надежную связь с подложкой. Движение дугового пятна по определенной траектории приведет к формированию монолитного слоя с конфигурацией, повторяющей траекторию движения дуги. Далее снова засыпают поверхность композиционными гранулами равномерным слоем и повторяют движение дуги. Слой компактного материала удвоился по толщине, аналогично процессам селективного спекания в аддитивных технологиях. Таким образом, возможно формирование детали из композиционного материала на основе алюминия, армированного карбидами циркония и бора. Конечное изделие обладает высокой когезией слоев, обуславливающих ее высокие механические характеристики.Composite granules are made analogously to example 1 and flux powder for aluminum melt is added to the finished mixture. Composite granules are evenly placed on an aluminum substrate. A non-consumable electrode excites a low-energy arc that is not capable of completely melting the composite granules. Due to the total energy effect, the initial mixture melts directly under the arc discharge and forms a reliable bond with the substrate. The movement of the arc spot along a certain trajectory will lead to the formation of a monolithic layer with a configuration that repeats the trajectory of the arc. Next, the surface is again covered with composite granules in a uniform layer and the movement of the arc is repeated. The layer of compact material doubled in thickness, similar to selective sintering processes in additive technologies. Thus, it is possible to form a part from a composite material based on aluminum reinforced with zirconium and boron carbides. The final product has a high cohesion of the layers, causing its high mechanical characteristics.

Таким образом, предложенный способ позволяет получать целый ряд металломатричных композиционных изделий сложной конфигурации с высокими прочностными характеристиками, с равномерным распределением свойств, с возможностью их варьирования в зависимости от требований, предъявляемых к данному изделию, без утраты упрочняющих свойств армирующих элементов, без необходимости применения специального оборудования, высоких давлений, высоких температур, специальной атмосферы. Применение предлагаемого способа позволит повысить качество и надежность изделий из МКМ.Thus, the proposed method makes it possible to obtain a number of metal-matrix composite products of complex configuration with high strength characteristics, with a uniform distribution of properties, with the possibility of varying them depending on the requirements for this product, without losing the strengthening properties of reinforcing elements, without the need to use special equipment. , high pressures, high temperatures, special atmospheres. The application of the proposed method will improve the quality and reliability of products from MKM.

Claims

1. A method for producing an aluminum matrix composite material containing an aluminum matrix and a ceramic hardener, including processing the initial mixture of aluminum powders and elements forming a ceramic hardener by mechanical alloying, characterized in that mechanical alloying is carried out in ball milling and mixing plants at an energy intensity of 0.02 -2 kW / l for 0.5-30 hours in argon, the treated mixture of powders is placed in a thin-walled tube of a material similar to the matrix with the formation of an electrode, it is heated to the temperature of the beginning of the exothermic reaction, followed by crystallization of the resulting melt droplets on a metal substrate by displacement of the electrode with the formation of a continuous layer of composite material with a given composition.

2. The method according to claim 1, characterized in that an electric arc, laser or light radiation, as well as a solid contact heater are used to heat the electrode.

3. The method according to p. 1, characterized in that tungsten, boron, carbon, zirconium, niobium are used as elements for the reinforcing ceramic hardener.

4. The method according to p. 1, characterized in that the composite material is formed in the form of a monolith or a coating.