Матричный сплав на основе сурьмы для получения композиционных материалов пропиткой графитового каркаса Советский патент 1992 года по МПК C22C1/09 C22C12/00 

Изобретение относится к области металлургии и к получению армированных композиционных материалов и отливок и может быть использовано для получения пропиткой композиционных материалов, имеющих армирующий графитовый каркас и работающих в агрессивных средах в качестве уплотнителей, вкладышей подшипников скольжения и т.п. деталей.

Целью изобретения является повышение качества композиционного материала.

Поставленная цель достигается тем, что в матричный сплав для получения КМ пропиткой армирующего графитового каркаса, содержащий сурьму и олово, дополнительно введен галлий при следующем соотношении компонентов, мас.%: Sn 15,00...24,0; Ga 0,15...0,60; Sb остальное.

Существенным отличительным признаком предлагаемого сплава является наличие в нем галлия в количестве 0,15...0,6 мас.%.

Введение в состав сплава галлия в указанном диапазоне концентраций приводит к существенному увеличению прочности

матричного сплава за счет извлечения из него мышьяка, находящегося в сурьме в виде примесили связывания его в арсенид галлия, а также к увеличению проникающей способности матричного сплава за счет поверхностной активности галлия. Это приводит к повышению прочности и плотности КМ и, соответственно, к повышению качества КМ.

Введение в состав сплава менее 0,15 мас.% галлия приводит к снижению его проникающей способности при сохранении, примерно, постоянного уровня прочности до концентрации галлия 0,04...0,06 мас.%.

Введение в состав сплаьа более 0,6 мас,% галлия приводит к снижению прочности сплава при некотором увеличении его проникающей способности и испаряемости.

Указанный отличительный признак в известных технических решениях отсутствует.

Предлагаемый сплав обеспечивает практическое отсутствие испаряемости, обладает более высокими прочностью и просл С

-ч ч со о

4

го

никающей способностью, чем известные сплавы.

П р и м е р 1. Сплав с содержанием ингредиентов, мас.%: Sn 20,0; Ga 0,10; Sb остальное.

Приготовление сплава производится следующим образом: в расплав сурьмы, перегретый до 950°С, добавляют, при непре- рывном перемешивании, мелкими порциями, гранулированное олово. При снижении подвижности расплава производится его промежуточный нагрев до температуры 950°С, затем добавляется очередная порция олова до достижения заданной концентрации. После этого на зеркало расплава в тигле в течение 0,5...1 мин подают аргон, затем, не прекращая подачи аргона, в сплав добавляют требуемое количество галлия, перемешивают в течение 1...2 мин для выравнивания концентрации и разливают в формы. Изготовление КМ производилось пропиткой графитового каркаса из графита марки ГЭ матричным сплавом под давлением 12,0 МПа при температуре 800°С и выдержке под давлением 20 мин.

В качестве технологических характеристик сплава исследовались его прочность, коррозионная стойкость, проникающая способность по отношению к графитовому каркасу, испаряемость.

В качестве технологических характеристик КМ определялись прочность и плотность.

Прочность сплава и КМ на сжатие определялась на цилиндрических образцах диаметром 20 ± 0,2 мм у, высотой 20 мм при настройке разрывной машины на максимальную нагрузку 10000 кгс.

Коррозионная стойкость сплава проверялась по изменению веса цилиндрического образца сплава диаметром 5 мм, высотой 10 мм, после пребывания в агрессивной среде в течение 1200 час, В качестве агрессивных сред применялись 10%-ные растворы серной, азотной и соляной кислот.

Проникающая способность сплава по отношению к графитовому каркасу определялась по глубине затекания сплава в отверстие диаметром 0,3 мм, выполненное в дне плоскодонного сверления в графитовом каркасе. Время изотермической выдержки сплава в плоскодонном сверлении при температуре 800°С составляло 20 мин, постоянство металлостатического давления на дно плоскодонного сверления обеспечивалось заливкой сплава в указанное сверление заподлицо с поверхностью каркаса и постоянством размеров плоскодонного сверления во всех опытах: диаметр 10 ±0,1 мм, глубина - 5 ±0,1 мм. В дне каждого плоскодонного сверления выполнялись три отверстия диаметром 0,3 мм и проникающая способность определялась как среднее значение

глубины затекания из трех опытов. Испытания проводились в атмосфере аргона.

Испаряемость определялась по потере веса навески сплава, равной 9 г, нагреваемой в трубчатой печи при температуре

800°С в течение 20 мин в токе аргона, удаляющего пары сплава, при атмосферном давлении.

Плотность КМ определялась как процент заполнения открытых пор. При этом

объем последних в пропитываемом образце определялся предварительно заполнением заранее взвешенного образца водой с последующим определением веса и объема заполнившей образец воды.

Указанный сплав и КМ на его основе в условиях испытаний показали: потерю веса от испарения 0,24%, глубину затекания в капилляр - 0,82 мм, изменение веса в кислотах: серной - 0-05% соляной - 0,06%,

азотной - 0,046%, прочность матричного сплава составила 215 МПа.

Плотность КМ составила 48,5%, его прочность 43,5 МПа.

П р и м е р 2. Сплав с содержанием

ингредиентов, мас.%: Sn 20,0; Ga 0,15; Sb остальное.

Приготовление сплава и условия его испытаний аналогичны примеру 1.

Потеря веса от испарения 0,2%, глубина

затекания 1,17 мм, изменение веса в серной кмслоте - 0,05%, в соляной - 0.005%, в азотной - 0,04%, прочность сплава составила 216 МПа. Плотность КМ составила 56%, его прочность 46,5 МПа.

ПримерЗ. Сплав с содержанием ингредиентов, мас.%: Sn 20,0; Ga 0.375; Sb остальное.

Приготовление сплава и условия его испытаний аналогичны примеру 1.

Потеря веса от испарения 0.21 %, глубина затекания 1,56 мм, изменение веса в серной кислоте - 0,05%, в соляной - 0,008%, в азотной - 0,04%, прочность сплава составила 217 МПа. Плотность КМ составила 49,5%,

его прочность 46,8 МПа.

П р и м е р 4. Сплав с содержанием ингредиентов, мас.%: Sn 20,0; Ga 0,60; Sb остальное.

Приготовление сплава и условия его испытаний аналогичны примеру 1.

Потеря веса от испарения 0,29%, глубина затекания 1,97 мм, изменение веса в серной кислоте - 0,08%, соляной - 0,009%, азотной - 0,044%. Прочность сплава составила 206 МПа. Плотность КМ составила 61,6%, его прочность 44,3 МПа.

П р и м е р 5. Сплав с содержанием ингредиентов, мас.%: Sn 20; Ga 0,90; Sb остальное.

Приготовление сплава и условия его испытаний аналогичны примеру 1.

Потеря веса от испарения 0,41 %, глубина затекания 2,09 мм, изменение веса в серной кислоте-0,13%, в соляной-0,012%, азотной - 0,072%, прочность сплава составила 189 МПа. Плотность КМ составила 62,9%, его прочность 39,4 МПа.

Примеры на варьирование составом сплава, обосновывающие влияние содержания олова на технологические характеристики сплава и КМ. приведены в табл.1 и 2.

В сравнении со сплавом-прототипом предлагаемый сплав обеспечивает большую прочность и плотность композиционного материала при незначительном повышении коррозионной стойкости и снижении испаряемости сплава.

Формула изобретения

Матричный сплав на основе.сурьмы для получения композиционных материалов пропиткой графитового каркаса, содержащий олово, отличающийся тем, что, с целью повышения качества композиционного материала,сплав дополнительно содержит галлий при следующем соотношении компонентов сплава, мас.%:

олово 15,00-25,0

галлий 0.15-0,60

сурьма остальное

Та6лица1

Сущность изобретения: матричный сплав на основе сурьмы, содержащий олово, дополнительно включает галлий при следующем соотношении компонентов в матричном сплаве, мас.%: олово 15,0-25,0; галлий 0,15-0,60, сурьма остальное. Композиционный материал, полученный пропиткой графитового каркаса данным матричным сплавом под давлением 12,0 МПа при 800° С, имеет следующие характеристики: плотность 56,0-62,9%, прочность 40,6-47,9 МПа. Потеря веса сплава от испарения при пропитке 0,19-0.21 %. 2 табл.

Таблица2