Композиционный материал Советский патент 1992 года по МПК B22F7/04 

Изобретение относится к порошковой металлургии, в частности к изготовлению изделий гидросистем, проставочных втулок и др., требующих высокой гидроплотности и антикоррозионной стойкости.

Известно, что спеченные детали, изготавливаемые, методом порошковой металлургии, по своей природе являются композиционными, так как содержат легирующие компоненты (медь, графит, никель и др.) и практически всегда многофазны (в том числе поры также являются одной из фаз). Для изготовления наиболее массовой группы малонагруженных деталей используются пористые углеродистые стали при однократном холодном прессовании, высокотемпературном спекании и пористость деталей при этом составляет 16-25%. Для повышения надежности эксплуатации деталей, в окружающей среде их межчастичные поры заполняют легкоплавкими неорганическими веществами или пластмассами с последующим нанесением защитных пли декоративных покрытий.

Получение беспорисгых материалов (деталей) на железной основе достигается также пропиткой их жидкими металлами и сплавами - медью, латунью и д р.

На многие конструкционные материалы (детали) для устойчивости против коррозионного разрушения после закрытия пор наносят гальванические или химические покрытия никеля, меди, хрома, фосфатно1 пленки и др.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к предлагаемому для герметизации rfop и придания антикоррозионных свойств спеченным изделиям на железной металлопорошковой основе является материал со слоем хрома на поверхности основы, полученный электрохимическим способом.

ж&

Однако данный материал имеет следующие недостатки:

тонкий слой хрома до 20 мкм подистый и не является коррозионно-стойким;

более толстые слои до 60 мкм практически максимальная толщина при износостойком хромировании деталей) располагаются как на твердых участках (металл основы), так и на мягких (участках пор, заполненных каким-либо материалом) и не выдерживают высоких давлений (установлено практически);

нанесение хрома трудоемко вследствие сложности процесса, особенно подготовки поверхности (заполнений пор);

пропитка пор расплавами металлов не обеспечивает заполнения их по всему объему материала и после финишной обработки детали имеются участки железной основы, подвергаемые в дальнейшем коррозии.

Целью изобретения является создание композиционного материала на пористой металлопорошковой основе, преимущественно состоящего из железа, с повышенной гидроплотностью и антикоррозионной стойкостью.

Для этого в композиционном материале, включающем спеченную металлопорошковую основу пористостью 16-25% и покрытие, последнее выполнено толщиной 0,2-1,5 мм из стеклообразного вещества с коэффициентом термического расширения fia 20-40% меньшим, чем у мзталлопорпщ- ковой основы.

Стеклообразный слой толщиной 0,2-1,5 мм с коэффициентом термического расширения на 20-40% меньшим, чел; у пористой основы, на пористой основе (пористость 16- 25%) является запирающим слозм, обеспечивающим гидроплотность материала и его работу при высоких давлениях.

Композиционный материал содержит металлопорошковую основу и стеклообрчо- ное покрытие, между которыми имеется промежуточный слой, способствующий сцеплению основы с покрв тием.

Композиционный материал получают следующим образом.

Берут спеченную металлопорошковую основу, преимущественно из железа, пористостью 16-25%. Термообработкой пористой основы из ее объема удаляют воздух и расширяют поры (увеличивают размер пор). После остывания производят дробеструйную обработку поверхности. Затем наносят на основу слой тонкодисперсных частиц стекла с окислами, в составе которого содержатся материалы (например, СоО, N10, МпО и др.), обеспечивающие сцепление с основой. Коэффициент термического рас,,

0

15

20

25

40

4п

50

55

ширеиия стеклообразного слоя для прочного сцепления на 20-40% меньше, чем у ме тяллопорошковой основы. Далее производят оплавление (обжиг) ее D окислительной среде при температуре плавления слоя. Температура оплавления должна быть ниже на 50-100°С температуры спекания основы. В результате оплавления (обжига) происходит проникновение стеклообразного слоя в поры основы и образование композиционного материала, имеющего мзтзплспорошковую основу и оплавленный стеклообразный слой сцепления основы с покрытием.

Нанесение стеклообразующего споя производят мокрым или сухим способом. При мокром способе тонкодисперсные частицы стекла гидросуспензией (шликером) наносят на меп- ллопорошковую основу методом окунания изделия в п/гфосуспензию и путем встряхивания рэг номерно распределяются по поверхности или пульверизацией гидросуспензии - по требуемой поверхности. После сушки стеклообразного слоя при 100 ± 10°С в течение 0,5 ч производится его оплавление. При сухом способе танкодисперсные частицы стекла рассеивают - орез сито на подогретую металлопорошковую основу до 50 ± 10°С ниже температуры оплавления стекла для предварительного припекания и последующего оплавления по указанному режиму.

Толщина стеклообразного слоя на ме- таллопорошкозой основе составляет 0,2- 1,5 мм о зависимости от требований к гидрсплотпссти композиционного материала. Достижение требуемой толщины производится повторным нанесением тонкодисперсных частиц стекла и их оплчв- ЛЙНИУМ. Нанесение стеклообразного слоя в Зйоисимссти от технических требований и его формы может производиться как нз наружной, так на внутренней стороне

Пример. Для экспериментальной проверки заявляемого решения из порошковой композиции состава, мас.%; медь 2,5; графит 1,5; стеарат цинка 0,4; остальное железо, в стальной пресс-форме на гидравлическом прессе мод, ДБ-2434 прессовали заготовку втулок с размерами, мм: наружный диаметр 77, внутренний 69, высота 100. Удзльное давление прессования составляло 0,5 МПа. Спрессованные втулки спекались при 1150°С в конвейерной электропечи в среде конвертированного газа и имели пористость 22-24%. Коэффициент термического расширения, определенный дилатометрическим методом, спеченного

материала втулок составлял 32Ј - КГ7 в интервале темпера /о 20 500°С. Спеченные втулки подвергались предварительному отжигу в окислительной среде при 700 10°С в течение С. ч для удаления воздуха внутри пор за счет окисления металла и расширения пор с целью повышения затекания стеклообразного слоя и после сстывзния дробеструйной обработки и обдувке возду- хом. Затем нз их поверхность наносился мокрым способом путем окунания в шликер слой размолотого стекла (40-60 мкм) следующего состава, мас,%: SIC 2 50,3; 4,4; В2Оз26,1;СаО 1.1;Мз20 11,9;К20 1;CaF25; СоО 1,2; N10 0,6; МпО 0,6. Рассчитанный коэффициент термического расширения стеклообразного покрытия по общепринятой методике составляет (50,3 х 0,8 + 2,2 х 2,0 + 26,1 хО,1 + 1,5x5,0 + 11.9 х 10,0+ 1,0 х 8,5 + 1,0 х 8,5 + 5,0 х 2,5 + 1,2 х 3,4 - 0,6 х 4,0 -0,6x2,2)-202,1 +5 х . Стеклообразный слой наносился на втулку в 3-х вариантах; на наружную поверхность, внутреннюю поверхность и внутреннюю « наружную по- веруности. Вгулки с нанесенными слоями стеклообразного покрытия подвергались сушке в электрошкафу мод. СИ В 0-4,5x3,4/3- И7 при 100 ± 0°С в течение 0,5 ч и подвергались оплавлению в окислительной среде электропечи мод. Г-30 при 850 ± 5°С в течение 12 мин. Толщина слоя стеклообразного покрытия составляла 0,35-0,37 мм. С целью увеличения толщины покрытия до 0,7 мм производилось для партии втулок повтор- ное нанесение стеклообразного слоя, сушка и его обжиг по описанной методике и режимам.

Контроль качества оплавления стеклообразного покрытия производился визуаль- но и подтвердил наличие на металлопорошковой основе равномерно распределенного и оплавленного стеклянного покрытия темно-синего цвета без вздутий, трещин, волосяных линий и раковин. Анализ переходной зоны металлопорошковой основы и стеклообразного покрытия, выполненный на шлифах торцовой части цилиндров на микроскопе МКМ-8 при увеличении в 100 раз, подтвердил наличие сцепляющего слоя, состоящего из окислов железа, и проникновение стеклянного покрытия в поры металлопорошковой основы на глубину до 1 мм, что дополнительно спо

сооствует механическому удержанию покрытия на металлопорошкозой основе.

Прочность соединения стеклообразного покрытия с металлопорош.оьсй основой и гидроплогность композиционного материала (проникновение жидкости 1 ррез стенку цилиндра) определялись ня специальном стенде давлением масла (И-20) путем подачи его во внутреннюю полость втулки, закрытой с торцов фланцами, Сравнительные результаты испытания гидроплотности проведены для втулок из металлопорошковой основы на основе железа без покрытия, с хромовым двусторонним покрытием толщиной 60 мкм, стеклообразными покрытиями внутренней, наружной сторон и двусторонним покрытием при толщинах 0,35 и 0,7 мм. Резул ьтат ы испытания представлены в таблице.

Визуапьный анализ излома втулки с двусторонним слоем стеклообразного покрытия после полугодовой выдержки на воздухе при комнатной температуре подтвердил отсутствие внутренней коррозии металлопорошковой основы. Втулки без пропитки маслом подвергались коррозии через 5-15 дней.

Из таблицы следует, что предлагаемый композиционный материал обладает значительно-более высокой гидроплотностью, в 25 раз превосходящей композиционной материал из металлопорошковой основы на основе железа, в 2,5-3 раза тот же материал с хромовым покрытием толщиной 60 мкм, имеет высокую антикоррозионную стойкость и декоративный вид.

Использование данного материала позволяет расширить номенклатуру деталей, узлов и изделий гидросистем, изготавливаемых экономичным методом порошковой металлургии.

Формула изобретения

Композиционный материал, включающий спеченную металлопорошковую основу пористостью 16-25% и покрытие, о т л и ч а ю- щ и и с я тем, что, с целью повышения гидроплотности и коррозионной стойкости, покрытие выполнено из стеклообразного вещества с коэффициентом термическог расширения на 20-40% меньше, чем у металлопорошковой основы, и толщиной 0,2- 1,5 мм.

Давление жидкости (масла)

до начала просачивания его

через стенку. МПа

Примечание

Использование: материал предназначен.дня изготовления деталей гидро(гэзо)си- стем. проставочных втулок и т.п., требующих высокой гидро(газо)плотности и антикоррозионной стойкости. Сущность изобретения: композиционный материал включает спеченную металлопорошковую основу пористостью 16-25% и покрытие толщиной 0,2-1,5 мм из стеклообразного вещества с коэффициентом термического рас- ширения на 20-40% меньше, чем у металлопорошковой основы. 1 табл.

Без покрытия

С хромовым двухсторонним покрытием толщиной 60 мкм С внутренним стеклообразным покрытием толщиной 0,35 мм

С наружным стеклообразным покрытием толщиной 0,35 мм С двухсторонним стеклообразным покрытием толщиной 0,35 мм

С внутренним стеклообразным покрытием толщиной 0,7 мм

С наружным4стекжюбразным покрытием толщиной 0,7 мм С двухсторонним стеклообразным покрытием толщиной 0,7 мм

Просачивание масла по всей поверхности

То же

Просачивание масла в единичных точках, отслаивания стеклянного покрытия не наблюдается

То же

Просачивание масла и отслаивание стеклянного покрытия не наблюдается

Тоже