ПОРОШКОВЫЙ КОМПОЗИЦИОННЫЙ МАТЕРИАЛ И СПОСОБ ЕГО ПОЛУЧЕНИЯ Российский патент 2009 года по МПК C22C1/05 C22C21/02 

Описание патента на изобретение RU2353689C2

Изобретение относится к порошковой металлургии и может быть использовано в качестве конструкционного материала для точных приборов систем управления и навигации космических аппаратов.

Известен порошковый композиционный материал, состоящий из сплава на основе алюминия, содержащего кремний, никель и тугоплавкий компонент в виде порошкового кристаллического кремния (см. патент РФ №2149201 от 26.04.1999, опубликован 20.05.2000, бюл. №14). Недостатками этого материала являются нестабильность эксплуатационных характеристик из-за неоднородности, повышенные плотность (удельный вес) и коэффициент линейного расширения, что снижает надежность работы изделий,

Известен способ получения композиционного материала, включающий приготовление расплава, содержащего алюминий, кремний, никель, распыление и добавление порошка кремния (см. описание к патенту РФ 2149201 от 26.04.1999, опубликован 20.05.2000, бюл. №14). Недостатком данного способа является нестабильность эксплуатационных характеристик получаемого материала и ненадежность его эксплуатации в течение длительного срока службы ввиду структурной неоднородности и недостаточной размерной стабильности.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому эффекту к предлагаемому изобретению, принятым за прототип, является порошковый композиционный материал, содержащий алюминий, кремний, никель, оксид алюминия и бериллий при следующем соотношении (мас.%):

кремний 43,5-46, никель 3,5-5, бериллий 0,01-0,05, оксид алюминия 1,5-3, алюминий остальное

при соотношении алюминия к кремнию 1…1,18 (см. патент РФ №2175682 от 07.09 2000 г., опубликован 10.11.2001 г., бюл. №31).

Хотя данный материал по сравнению с аналогом имеет более низкий температурный коэффициент линейного расширения, однако, величина коэффициента линейного расширения является относительно высокой и больше, чем у стали.

Наиболее близким к предлагаемому способу, принятым за прототип, является способ получения порошкового композиционного материала, включающий приготовление расплава, содержащего алюминий, кремний, никель, введение в расплав дополнительно бериллия и кислорода, распыление расплава и добавление в полученный порошок порошкообразного кремния (см. патент РФ №2175682 от 07.09 2000 г., опубликован 10.11.2001 г., бюл. №31). Данный способ по сравнению с аналогом обеспечивает более тонкодисперсную структуру получаемого материала и меньше подвержен расширению под воздействием температуры, однако, относительно высокая величина коэффициента линейного расширения, большая, чем у стали, и нестабильность прецизионных характеристик упругости материала снижают эксплуатационную надежность высокоточных приборов управления и навигации при работе материала в контакте со сталью в течение длительной эксплуатации.

Задачей, на решение которой направлено изобретение, является снижение коэффициента линейного расширения материала до уровня его значений как у стали.

Ожидаемый технический результат заключается в повышении стабильности прецизионных характеристик упругости за счет получения однородной дисперсной структуры, что обеспечит эксплуатационную надежность высокоточных приборов систем управления и навигации при работе предлагаемого материала в контакте со сталью в течение длительного срока эксплуатации.

Это достигается тем, что порошковый композиционный материал на основе алюминия, содержащий кремний, никель, бериллий и оксид алюминия, дополнительно содержит углерод при следующем соотношении компонентов, мас.%:

кремний 35,0-46,0 никель 2,0-5,0 бериллий 0,0001-0,049, оксид алюминия 0,1-3,0 углерод 0,5-2,0 алюминий остальное

Это достигается тем, что способ получения порошкового композиционного материала на основе алюминия включает приготовление расплава, содержащего алюминий, кремний, никель, бериллий и распыление расплава с получением порошка сплава, затем механическое легирование порошка сплава дисперсными углеродом и кремнием с доведением содержания кремния в материале до 35-46 мас.% в азотно-кислородной смеси с содержанием кислорода 2-8 об.%.

Предлагаемый материал и способ его получения формируют структуру в виде дисперсной эвтектики с тонкими как первичными (образующимися при распылении расплава), так и вторичными (образующимися при механическом легировании) эвтектическими составляющими кремния. Углерод, исполняя роль смазки при механическом легировании, вступает в дальнейшем во взаимодействие с алюминием и кремнием с образованием тонких карбидов, способствующих снижению коэффициента линейного расширения материала. Нижний предел содержания углерода определяется необходимым смазывающим эффектом при механическом легировании, предотвращающим комкование частиц порошка. Верхний предел содержания определяется появлением свободного углерода, повышающего коэффициент линейного расширения Верхний и нижний пределы содержания оксида алюминия определяются величиной удельной поверхности порошка сплава, т.е. величиной защитной оксидной пленки на частицах порошка.

Получение предложенного композиционного материала было осуществлено следующим образом.

1. Приготовление расплава сплава на основе алюминия, содержащего алюминий, кремний, никель, бериллий:

- плавление в печи чушкового алюминия марки А7, введение бериллия в количестве 0,0001-0,049 мас.%,

- легирование расплава, содержащего алюминий марки А7 и присадку бериллия, кремнием в количестве 25-30 мас.% (соответствует сплаву CACl по ТУ 48-0107-42-80) или 15-20 мас.% (соответствует неравновесному эвтектическому сплаву АКД-20 по ТУ 48-0106-66-88 при скорости охлаждения при кристаллизации 103 град/с) и никелем из расчета содержания 2-5 мас.% в композиционном материале (предельные значения концентрации никеля в расплаве - 2,5-8,5 мас.% в зависимости от содержания в нем кремния).

2. Распыление приготовленного расплава с температуры 1000°С сжатым азотом с улавливанием полученного порошка в нейтральной среде азота.

3. Рассев полученного порошка сплава на основе алюминия на сите 008 (ГОСТ 6613-86).

4. Размол порошка кремния Кр0 (ТУ 48-107-42-80) в атриторе с последующим выделением после размола порошка кремния фракции ≤2 мкм.

5. Механическое легирование порошка, полученного после распыления расплава и рассева, в атриторе в азотно-кислородной смеси с содержанием 2…8% кислорода в течение 15…120 мин дисперсными углеродом и кремнием фракции ≤2 мкм с доведением содержания кремния в материале до 35-46 мас.%.

6. Рассев полученной механическим легированием порошковой композиции на сите 016 (ГОСТ 6613-86).

7. Дегазация полученной порошковой композиции в вакууме ≥10-4 мм рт.ст. при температуре 450-520°С.

8. Компактирование полученной порошковой композиции в вакууме ≥10-4 мм рт.ст. при температуре ≥520°С.

9. Опрессовка полученных заготовок на прессе 600 тс в течение 3 мин.

По такой технологии изготавливали композиции с разными массовыми процентами входящих в материал компонентов (табл.1).

Примеры конкретного применения

1. Приготовление расплава плавление алюминия А7, введение бериллия в количестве 0,1% от массы А7 в виде лигатуры А1-2% Ве, легирование расплава на содержание в расплаве Si 27,5% и Ni 7,14% (из расчета 5% Ni в композиционном материале), распыление расплава, рассев полученного порошка с выделением фракции <80 мкм; механическое легирование порошка фракции <80 мкм в атриторе, в смеси N2 - 8% O2, дисперсными углеродом на содержание 2% и кремнием фракции ≤2 мкм - 26,53% (до 45,8% в порошковой композиции), рассев полученной композиции с выделением фракции <160 мкм; дегазация, компактирование полученной композиции и опрессовка заготовок.

2. Приготовление расплава: плавление алюминия А7, введение бериллия в количестве 0,002% от массы А7 в виде лигатуры Al - 2% Ве, легирование расплава на содержание в расплаве Si 15,3% и Ni 4,67% (из расчета 3% Ni в композиционном материале), распыление расплава, рассев полученного порошка с выделением фракции <80 мкм, механическое легирование порошка фракции <80 мкм в атриторе, в смеси N2 - 5% О2, дисперсными углеродом на содержание 1% и кремнием фракции ≤2 мкм - 32,36% (до 42,5% в порошковой композиции), рассев полученной композиции с выделением фракции <160 мкм; дегазация, компактирование полученной композиции и опрессовка заготовок.

3. Приготовление расплава: плавление алюминия А7, введение бериллия в количестве 0,0003% от массы А7 в виде лигатуры Al - 2% Ве, легирование расплава на содержание в расплаве Si 20% и Ni 2,53% (из расчета 2% Ni в композиционном материале); распыление расплава, рассев полученного порошка с выделением фракции <80 мкм; механическое легирование порошка фракции <80 мкм в атриторе, в смеси N2 - 2% O2, дисперсными углеродом на содержание 0,5% и кремнием фракции ≤2 мкм - 19,88% (до 35,7% в порошковой композиции), рассев полученной композиции с выделением фракции <160 мкм; дегазация, компактирование полученной композиции и опрессовка заготовок.

4 (запредельный). Приготовление расплава: плавление алюминия А7, введение бериллия в количестве 0,137% от массы А7 в виде лигатуры Al - 2% Ве, легирование расплава на содержание в расплаве Si 30% и Ni 8,1% (из расчета 5,5% Ni в композиционном материале); распыление расплава, рассев полученного порошка с выделением фракции <80 мкм; механическое легирование порошка фракции <80 мкм в атриторе, в смеси N2 - 9% O2, дисперсными углеродом на содержание 2,5% и кремнием фракции ≤2 мкм - 26,57% (до 46,5% в порошковой композиции), рассев полученной композиции с выделением фракции <160 мкм; дегазация, компактирование полученной композиции и опрессовка заготовок

5 (запредельный). Приготовление расплава: плавление алюминия А7, введение бериллия в количестве 0,00016% от массы А7 в виде лигатуры Al - 2% Ве, легирование расплава на содержание в расплаве Si 17,5% и Ni 1,23% (из расчета 1% Ni в композиционном материале); распыление расплава, рассев полученного порошка с выделением фракции <80 мкм; механическое легирование порошка фракции <80 мкм в атриторе, в смеси N2 - 1,5% O2, дисперсными углеродом на содержание 0,8% и кремнием фракции ≤2 мкм - 20,83% (до 34,5% в порошковой композиции), рассев полученной композиции с выделением фракции <160 мкм; дегазация, компактирование полученной композиции и опрессовка заготовок.

Свойства заготовок (табл.2) свидетельствуют, что предлагаемый материал на 20% снижает коэффициент линейного расширения, который практически становится равным коэффициенту линейного расширения стали и обеспечивает стабильность прецизионных характеристик упругости.

Таким образом удалось достигнуть повышения стабильности прецизионных характеристик упругости за счет получения однородной дисперсной структуры, что обеспечит эксплуатационную надежность высокоточных приборов систем управления и навигации при работе предлагаемого материала в контакте со сталью в течение длительного срока эксплуатации.

Таблица 1 №№ п/п Материал Содержание компонентов, мас.% Si Ni Be Al2O3 С Al 1 Предлагаемый 45,8 5 0,045 2,9 2 Остальное 2 42,5 3 0,001 1 1 3 35,7 2 0,0001 0,11 0,5 4 Запредельный 46,5 5,5 0,06 3,5 2,5 5 34,5 1 0,0001 0,05 0,8 6 Прототип 43,5-46,0 3,5-5,0 0,01-0,05 1,5-3,0 -

Таблица 2 №№ п/п Материал ТКЛР, *10-6 1°/С, 20-150°С Плотность Прецизионный предел упругости Р0,002, МПа 1 Предлагаемый 9,94-10,75 2,567 39-57 2 10,44-10,46 2,599 51-57 3 11,24-11,52 2,571 45-59 4 Запредельный 13,60-13,62 2,521-2,584 38-55 5 14,16-14,44 2,66 38-56 6 Прототип 12,3-12,4 2,63-2,65 7,6-58

Похожие патенты RU2353689C2

название год авторы номер документа
СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ПОРОШКОВОГО КОМПОЗИЦИОННОГО МАТЕРИАЛА 2009
  • Мироненко Виктор Николаевич
  • Бутрим Виктор Николаевич
  • Васенев Валерий Валерьевич
  • Петрович Сергей Юрьевич
  • Черепанов Владимир Петрович
RU2394928C1
ПОРОШКОВЫЙ КОМПОЗИЦИОННЫЙ МАТЕРИАЛ 2011
  • Мироненко Виктор Николаевич
  • Червонобродов Семен Павлович
  • Квачева Лариса Дмитриевна
  • Васенев Валерий Валериевич
  • Бутрим Виктор Николаевич
  • Петрович Сергей Юрьевич
  • Черепанов Владимир Петрович
  • Баранов Владимир Александрович
RU2471012C1
Способ получения прутковых заготовок из интерметаллидных сплавов для центробежного плазменного распыления 2017
  • Логачев Иван Александрович
  • Логачёва Алла Игоревна
  • Гусаков Максим Сергеевич
  • Тимофеев Анатолий Николаевич
RU2676126C1
ПОРОШКОВЫЙ КОМПОЗИЦИОННЫЙ МАТЕРИАЛ 2012
  • Шалунов Евгений Петрович
  • Архипов Иван Владимирович
RU2509817C1
МЕТАЛЛОКЕРАМИЧЕСКИЙ КОМПОЗИЦИОННЫЙ МАТЕРИАЛ НА ОСНОВЕ ИНТЕРМЕТАЛЛИДНОЙ МАТРИЦЫ И СПОСОБ ЕГО ПОЛУЧЕНИЯ 2018
  • Каблов Евгений Николаевич
  • Гращенков Денис Вячеславович
  • Базылева Ольга Анатольевна
  • Аргинбаева Эльвира Гайсаевна
  • Купцов Роман Сергеевич
  • Ефимочкин Иван Юрьевич
RU2686831C1
ПОРОШКОВЫЙ АЛЮМИНИЕВЫЙ МАТЕРИАЛ ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ ИЗДЕЛИЙ МЕТОДАМИ АДДИТИВНЫХ ТЕХНОЛОГИЙ 2023
  • Манн Виктор Христьянович
  • Вахромов Роман Олегович
  • Рябов Дмитрий Константинович
  • Сеферян Александр Гарегинович
  • Митин Виталий Иванович
  • Рахуба Евгений Михайлович
  • Торопов Александр Владимирович
  • Сухенко Александр Александрович
RU2805736C1
СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ВЫСОКОТЕМПЕРАТУРНОГО КОМПОЗИЦИОННОГО МАТЕРИАЛА НА ОСНОВЕ НИКЕЛЯ 2014
  • Каблов Евгений Николаевич
  • Гращенков Денис Вячеславович
  • Ефимочкин Иван Юрьевич
  • Родионов Антон Игоревич
  • Черепанин Роман Николаевич
  • Базылева Ольга Анатольевна
  • Туренко Елена Юрьевна
RU2563084C1
СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ГОРЯЧЕДЕФОРМИРОВАННЫХ ПОРОШКОВЫХ МАТЕРИАЛОВ 2013
  • Дорофеев Юрий Григорьевич
  • Сергеенко Сергей Николаевич
  • Дюжечкин Михаил Константинович
RU2541242C1
ПОРОШКОВЫЙ КОМПОЗИЦИОННЫЙ МАТЕРИАЛ НА ОСНОВЕ АЛЮМИНИЯ И СПОСОБ ЕГО ПОЛУЧЕНИЯ 2000
  • Шмаков Ю.В.
  • Зенина М.В.
  • Головчанский Б.В.
  • Ведерникова М.И.
  • Андрианов К.А.
RU2175682C1
ПОРОШКОВАЯ КОМПОЗИЦИОННАЯ СМЕСЬ НА ОСНОВЕ АЛЮМИНИЯ И СПОСОБ ЕЕ ПОЛУЧЕНИЯ 2005
  • Шмаков Юрий Васильевич
  • Головчанский Борис Владимирович
  • Зенина Марина Валерьевна
  • Андрианов Константин Алексеевич
  • Ведерникова Марина Ильинична
  • Межирицкий Ефим Леонидович
  • Петренко Алексей Борисович
RU2288292C1

Реферат патента 2009 года ПОРОШКОВЫЙ КОМПОЗИЦИОННЫЙ МАТЕРИАЛ И СПОСОБ ЕГО ПОЛУЧЕНИЯ

Изобретение относится к порошковой металлургии, в частности к композиционным материалам на основе алюминия. Может использоваться в качестве конструкционного материала для точных приборов систем управления и навигации космических аппаратов. Композиционный материал содержит, мас.%: кремний 35,0-46,0; никель 2,0-5,0; бериллий 0,0001-0,049; оксид алюминия 0,1-3,0; углерод 0,5-2,0; алюминий - остальное. Материал получен путем приготовления расплава, содержащего алюминий, кремний, никель, бериллий, и его распыления с получением порошка сплава. Затем осуществляют механическое легирование порошка дисперсными углеродом и кремнием с доведением содержания кремния в материале до 35-46 мас.% в азотно-кислородной смеси с содержанием кислорода 2-8 об.%. Полученный материал имеет однородную дисперсную структуру, что обеспечивает высокую стабильность прецизионных характеристик упругости и эксплуатационную надежность высокоточных приборов систем управления и навигации при работе предлагаемого материала в контакте со сталью в течение длительного срока эксплуатации. 2 н.п. ф-лы, 2 табл.

Формула изобретения RU 2 353 689 C2

1. Порошковый композиционный материал на основе алюминия, содержащий кремний, никель, бериллий и оксид алюминия, отличающийся тем, что он дополнительно содержит углерод при следующем соотношении компонентов, мас.%:
кремний 35,0-46,0 никель 2,0-5,0 бериллий 0,0001-0,049 оксид алюминия 0,1-3,0 углерод 0,5-2,0 алюминий остальное

2. Способ получения порошкового композиционного материала на основе алюминия, включающий приготовление расплава, содержащего алюминий, кремний, никель, бериллий, и распыление расплава с получением порошка сплава, отличающийся тем, что после распыления осуществляют механическое легирование порошка сплава дисперсными углеродом и кремнием с доведением содержания кремния в материале до 35-46 мас.% в азотно-кислородной смеси с содержанием кислорода 2-8 об.%.

Документы, цитированные в отчете о поиске Патент 2009 года RU2353689C2

ПОРОШКОВЫЙ КОМПОЗИЦИОННЫЙ МАТЕРИАЛ НА ОСНОВЕ АЛЮМИНИЯ И СПОСОБ ЕГО ПОЛУЧЕНИЯ 2000
  • Шмаков Ю.В.
  • Зенина М.В.
  • Головчанский Б.В.
  • Ведерникова М.И.
  • Андрианов К.А.
RU2175682C1
ПОРОШКОВЫЙ КОМПОЗИЦИОННЫЙ МАТЕРИАЛ 1999
  • Коваленко А.Я.
  • Колпачев А.А.
  • Головчанский Б.В.
  • Андрианов К.А.
  • Ведерникова М.И.
RU2149201C1
Способ крашения тканей 1922
  • Костин И.Д.
SU62A1
Способ обработки целлюлозных материалов, с целью тонкого измельчения или переведения в коллоидальный раствор 1923
  • Петров Г.С.
SU2005A1
KR 20030005439 A, 23.01.2003
ПРОТЯЖКА ДЛЯ ВНУТРЕННЕГО ПРОТЯГИВАНИЯ 0
SU183016A1

RU 2 353 689 C2

Авторы

Мироненко Виктор Николаевич

Петрович Сергей Юрьевич

Черепанов Владимир Петрович

Окунев Сергей Артурович

Васенев Валерий Валериевич

Даты

2009-04-27Публикация

2006-11-15Подача