КОМПОЗИЦИОННЫЙ МАТЕРИАЛ Российский патент 2023 года по МПК C22C49/06 

Описание патента на изобретение RU2793675C1

Изобретение относиться к металлургии, а именно к получению литейного композиционного материала на основе алюминия и его сплавов, упрочненного армирующими металлическими волокнами, и может быть использовано в машиностроении, при создании конструкций и оборудования в качестве конструкционных материалов с повышенными технологическими и эксплуатационными свойствами.

Известен композиционный материал, включающий матрицу из алюминия, магния или их сплавов и упрочнителя, выполненного в виде армирующих нановолокон оксида алюминия, покрытые пленкой аморфного углерода (патент RU 2374355, МПК С22С 49/14, опубл.27.11.2009).

Недостатком известного композиционного материала является сложность в его получении, поскольку для повышения механических свойств композиционного материала, нановолокна необходимо дополнительно покрывать пленкой аморфного углерода, что влечет за собой повышение стоимости конечного изделия.

Известен композиционный материал на основе алюминия или алюминиевого сплава, содержащий матрицу из алюминиевого сплава и упрочнитель, выполненный в виде конгломерата дискретных волокон оксида алюминия (патент RU 2755353, МПК С22С 49/06, опубл. 15.09.2021).

Недостатком известного композиционного материала является используемый упрочнитель, выполненный в виде конгломерата дискретных волокон оксида алюминия, транспортируемых порошков меди в матрицу из алюминия или алюминиевого сплава, создающей композицию упрочнения различной формы и размеров. Это влияет на технологические и эксплуатационные свойства изделия.

Наиболее близким по технической сущности является композиционный материал на основе алюминиевого сплава с армирующими волокнами, включающий матрицу из алюминиевого сплава Al-Mg-Si и упрочнитель в виде армирующих волокон длиной 2-5 мм в количестве до 25 об.%, выполненных из алюминиевого сплава того же состава, что и матрица, или из титанового сплава и полученных методом высокоскоростного затвердевания расплава (патент RU 2538245, МПК С22С49/06, опубл. 10.01.2015).

Недостатком композиционного материала является неравномерное расположение армирующих волокон малой длины, что способствует неравномерному проявлению прочностных свойств композиционным материалом. Это не обеспечивает идентичности свойств всех деталей, изготовленных из разных частей данного материала.

Задачей данного изобретения является разработка облегченного композиционного материла, обладающего высокими прочностными свойствами во всем объеме.

Техническим результатом является облегченный композиционный материал, обладающий повышенными прочностными характеристиками.

Технический результат достигается тем, что в композиционном материале на основе алюминиевого сплава с армирующими волокнами, включающем матрицу из алюминиевого сплава и упрочнитель, выполненный в виде армирующих волокон, матрица выполнена из алюминиевого сплава АК7, а армирующие волокна выполнены из медной проволоки сечением 0,5 мм и длинной ограниченной размером композиционного материала, уложенных вдоль материала на равных расстояниях друг от друга, при этом на волокна нанизаны вплотную друг к другу полые стальные сферы диаметром 4 мм, а расстояние между армирующими волокнами соответствует 1-2 диаметрам полых стальных сфер.

Армирующие волокна предназначены для упрочнения материала и образуют дополнительный металлический каркас в теле отливки, который позволяет значительно повысить ее прочностные показатели и облегчить композиционный материал (КМ). Насаженные на медные волокна стальные полые сферы обеспечивают снижение массы изделия, за счет образования полостей в теле отливки, при этом выполнение волокон из меди и сфер из стали предотвращает их расплавление при контакте с расплавом алюминия АК7 в процессе заливки формы металлом при производстве КМ. Кроме этого, хорошая смачиваемость и адгезия стальной поверхности позволяет сплаву АК7 максимально заполнять пустоты между гранулами и волокнами, что в свою очередь уменьшает (или полностью исключает) дополнительную (неконтролируемую) пористость в композиционном материале и уменьшает возможность «выкрашивания» полых стальных сфер в процессе эксплуатации изделия.

Для получения композиционного материала использовали полые стальные сферы одинакового диаметра 4 мм, вплотную нанизанные на медное армирующее волокно (например, проволоку) сечением 0,5 мм.

Армирующие волокна с нанизанными полыми стальными сферами заданной длины, соответствующей длине композиционного материала, размещаются, и фиксируются на установленных в нижней полуформе песчано-глинистой литейной формы формирующих пластинах на заданном расстоянии. Расположение волокон с насаженными металлическими полыми сферами осуществляют вдоль композиционного материала. Затем на нижнюю полуформу монтируется верхняя полуформа. В литейную форму в сборе производится заливка расплавом алюминия марки АК7 при температуре сплава 780 °С с последующей выбивкой полученной отливки из формы, после застывания металла и получения из полученного композиционного материала требуемого изделия.

Полученный композиционный материал испытывали на прочность при, растяжении и изгибе, плотность композиционного материала определяли гидростатическим методом. Результаты испытаний приведены в таблице. Для сравнения в тех же условиях эксперимента испытывали отливку из алюминия АК7 (без использования упрочняющих волокон) и КМ с использованием упрочняющих волокон без полых стальных сфер.

Таблица

Композиционный материал Расстояние между армирующими волокнами, мм Плотность, кг/м3 Прочность КМ при растяжении, МПа Прочность КМ при изгибе, МПа По предлагаемому изобретению: с использованием упрочняющих волокон с нанизанными полыми стальными сферами 4 1953 214 228 8 1826 208 221 С использованием упрочняющих волокон без полых стальных сфер - 2946 256 324 Без использования упрочняющих волокон - 2652 147 205

По результатам испытаний было установлено, что композиционный материал, полученный с применением упрочняющих волокон с нанизанными вплотную полыми металлическими сферами, показал самую низкую плотность при среднем повышении прочностных характеристик.

Использование упрочняющих волокон обеспечивает самые высокие прочностные характеристики, но при этом происходит значительное утяжеление композиционного материала.

Таким образом, композиционный материал на основе алюминиевого сплава с армирующими волокнами, включающий матрицу из алюминиевого сплава АК7 и упрочнитель, выполненный в виде армирующих волокон, из медной проволоки сечением 0,5 мм и длинной ограниченной размером композиционного материала, уложенных вдоль материала на равных расстояниях друг от друга, в котором на волокна нанизаны вплотную друг к другу полые стальные сферы диаметром 4 мм, а расстояние между армирующими волокнами соответствует 1-2 диаметрам полых стальных сфер, является облегченным композиционным материалом, обладающим повышенными прочностными характеристиками.

Похожие патенты RU2793675C1

название год авторы номер документа
КОМПОЗИЦИОННЫЙ МАТЕРИАЛ 2022
  • Гулевский Виктор Александрович
  • Мирошкин Николай Юрьевич
  • Цурихин Сергей Николаевич
  • Кидалов Николай Алексеевич
  • Филатов Данил Александрович
RU2793673C1
КОМПОЗИЦИОННЫЙ МАТЕРИАЛ 2022
  • Гулевский Виктор Александрович
  • Мирошкин Николай Юрьевич
  • Цурихин Сергей Николаевич
  • Кидалов Николай Алексеевич
  • Филатов Данил Александрович
RU2793674C1
КОМПОЗИЦИОННЫЙ МАТЕРИАЛ 2022
  • Гулевский Виктор Александрович
  • Мирошкин Николай Юрьевич
  • Цурихин Сергей Николаевич
  • Кидалов Николай Алексеевич
  • Филатов Данил Александрович
RU2797414C1
КОМПОЗИЦИОННЫЙ МАТЕРИАЛ 2022
  • Гулевский Виктор Александрович
  • Мирошкин Николай Юрьевич
  • Цурихин Сергей Николаевич
  • Кидалов Николай Алексеевич
  • Филатов Данил Александрович
  • Антипов Валерий Иванович
  • Виноградов Леонид Викторович
  • Колмаков Алексей Георгиевич
RU2807246C1
КОМПОЗИЦИОННЫЙ МАТЕРИАЛ 2022
  • Гулевский Виктор Александрович
  • Мирошкин Николай Юрьевич
  • Цурихин Сергей Николаевич
  • Кидалов Николай Алексеевич
  • Филатов Данил Александрович
RU2793676C1
МНОГОСЛОЙНЫЙ КОМПОЗИЦИОННЫЙ МАТЕРИАЛ, СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ МНОГОСЛОЙНОГО КОМПОЗИЦИОННОГО МАТЕРИАЛА И ИЗДЕЛИЕ, ВЫПОЛНЕННОЕ ИЗ НЕГО 2003
  • Каблов Е.Н.
  • Фридляндер И.Н.
  • Волкова Е.Ф.
  • Игуменов А.А.
  • Кривопалов И.В.
  • Щеняев В.А.
RU2243289C1
ВОЛОКНИСТЫЙ КОМПОЗИЦИОННЫЙ МАТЕРИАЛ 2012
  • Гращенков Денис Вячеславович
  • Щетанов Борис Владимирович
  • Наймушин Андрей Иванович
  • Серпова Виктория Михайловна
  • Кочетов Владимир Николаевич
  • Шавнев Андрей Александрович
  • Юдин Андрей Викторович
RU2510425C1
ПРОВОД ДЛЯ ВОЗДУШНЫХ ЛИНИЙ ЭЛЕКТРОПЕРЕДАЧ И СПОСОБ ЕГО ИЗГОТОВЛЕНИЯ 2013
  • Сильченков Дмитрий Григорьевич
  • Гришин Сергей Владимирович
RU2568188C2
СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ЦИЛИНДРИЧЕСКОЙ ЗАГОТОВКИ ИЗ АРМИРОВАННОГО МЕТАЛЛИЧЕСКОГО КОМПОЗИЦИОННОГО МАТЕРИАЛА 2012
  • Логинов Юрий Николаевич
  • Мальцева Людмила Алексеевна
  • Мальцева Татьяна Викторовна
  • Тюшляева Дарья Сергеевна
RU2526354C2
КОМПОЗИЦИОННЫЙ МАТЕРИАЛ НА ОСНОВЕ АЛЮМИНИЕВОГО СПЛАВА С АРМИРУЮЩИМИ ВОЛОКНАМИ 2013
  • Быковщенко Валерий Олегович
  • Никитин Сергей Леонидович
  • Осинцев Олег Евгеньевич
  • Московский Валерий Артурович
RU2538245C1

Реферат патента 2023 года КОМПОЗИЦИОННЫЙ МАТЕРИАЛ

Изобретение относится к области металлургии. Композиционный материал на основе алюминиевого сплава с армирующими волокнами включает матрицу из алюминиевого сплава и упрочнитель. Упрочнитель выполнен в виде армирующих волокон. Матрица выполнена из алюминиевого сплава АК7. Армирующие волокна выполнены из медной проволоки сечением 0,5 мм и длиной, ограниченной размером композиционного материала. Армирующие волокна уложены вдоль композиционного материала на равных расстояниях друг от друга. На армирующие волокна нанизаны вплотную друг к другу полые стальные сферы диаметром 4 мм. Расстояние между армирующими волокнами соответствует 1-2 диаметрам полых стальных сфер. Техническим результатом изобретения является получение облегченного композиционного материала, обладающего повышенными прочностными характеристиками. 1 табл.

Формула изобретения RU 2 793 675 C1

Композиционный материал на основе алюминиевого сплава с армирующими волокнами, включающий матрицу из алюминиевого сплава и упрочнитель, выполненный в виде армирующих волокон, отличающийся тем, что матрица выполнена из алюминиевого сплава АК7, а армирующие волокна выполнены из медной проволоки сечением 0,5 мм и длиной, ограниченной размером композиционного материала, уложенных вдоль материала на равных расстояниях друг от друга, при этом на волокна нанизаны вплотную друг к другу полые стальные сферы диаметром 4 мм, а расстояние между армирующими волокнами соответствует 1-2 диаметрам полых стальных сфер.

Документы, цитированные в отчете о поиске Патент 2023 года RU2793675C1

RU 25338245 C1, 10.01.2015
КОМПОЗИЦИОННЫЙ МАТЕРИАЛ 2008
  • Жабрев Валентин Александрович
  • Горбачев Владимир Николаевич
  • Лиснянски Марк Эликович
RU2374355C1
КОМПОЗИЦИОННЫЙ МАТЕРИАЛ НА ОСНОВЕ АЛЮМИНИЯ ИЛИ АЛЮМИНИЕВОГО СПЛАВА И СПОСОБ ЕГО ПОЛУЧЕНИЯ 2020
  • Курганова Юлия Анатольевна
  • Чэнь Ицзинь
RU2755353C1
CN 103290343 A, 11.09.2013
СИСТЕМА, СПОСОБ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ КОНТРОЛЯ ВЛИЯНИЯ СВЕТА И ЗВУКА НА ЧЕЛОВЕКА 2014
  • Кестле Зигфрид Вальтер
RU2667615C2
US 4713111 A, 15.12.1987.

RU 2 793 675 C1

Авторы

Гулевский Виктор Александрович

Мирошкин Николай Юрьевич

Цурихин Сергей Николаевич

Кидалов Николай Алексеевич

Филатов Данил Александрович

Даты

2023-04-04Публикация

2022-12-27Подача