СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ИЗДЕЛИЙ ИЗ МЕТАЛЛИЧЕСКИХ КОМПОЗИЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ НА ОСНОВЕ АЛЮМИНИЕВЫХ СПЛАВОВ, АРМИРОВАННЫХ УГЛЕРОДНЫМИ ВОЛОКНАМИ Советский патент 1995 года по МПК C22C1/09 

Изобретение относится к технологии получения изделий из металлических композиционных материалов (МКМ) и может быть использовано в области машиностроения.

Известен способ получения изделий из металлических композиционных материалов методом вакуумно-компрессионной пропитки, заключающийся в сборке заготовки (каркаса) из упрочняющих волокон в контейнере, нагреве его и пропитке расплавом алюминиевого сплава под давлением (аналог).

Данный способ не позволяет обеспечить высокие прочностные свойства материала, так как в процессе пропитки углеродные волокна интенсивно взаимодействуют с расплавом алюминиевого сплава, что приводит к деградации углеродных волокон и, как следствие, снижению прочностных свойств композиционного материала.

Известен, принятый за прототип, способ получения металлического композиционного материала алюминий-углерод методом прессования, заключающийся в сборке заготовки из чередующихся слоев матрицы и волокна в контейнере, вакуумировании его и последующем нагреве между обогреваемыми плитами пресса до 600^оС при давлении 140 кгс/см². В момент расплавления матрицы выключали нагрев плит, а давление повышали до 560 кгс/см² и поддерживали его в продолжении всего процесса кристаллизации.

Недостатками данного способа являются низкие прочностные свойства получаемого композиционного материала ( σ_b 10-50 кгс/мм²), что обусловлено механическим повреждением углеродных волокон в процессе приложения давления при нагреве, а также взаимодействием углеродных волокон с расплавом матрицы, приводящим к их деградации. В процессе приложения давления при нагреве заготовки, когда матричный материал находится в твердом состоянии, в местах контакта хрупких углеродных волокон, которые используются в виде жгутов, развиваются высокие давления, приводящие к их разрушению. Кроме того, в процессе нагрева заготовки в интервале температур от температуры солидуса до 600^оС образующаяся жидкая фаза матричного материала под действием давления пропитывает (частично) углеродные жгуты, что приводит к физико-химическому взаимодействию углеродных волокон с расплавом алюминия и как следствие к их деградации. Помимо вышеизложенного при одновременном прессовании (Р 560 кгс/см²) и охлаждении МКМ плитами, нагретыми до температуры 600^оС, интенсивное взаимодействие углеродных волокон с расплавом алюминия протекает до температуры солидуса матричного материала. Причем чем больше длительность охлаждения МКМ от температуры 600^оС до температуры солидуса, тем больше происходит разупрочнение волокон, а следовательно, тем ниже свойства МКМ. Уменьшать время охлаждения МКМ при больших габаритах изделия из МКМ не представляется возможным из-за массивности плит.

Целью изобретения является повышение прочностных свойств металлического композиционного материала алюминий углерод, получаемого прессованием.

Поставленная цель достигается тем, что в известном способе получения изделий из металлического композиционного материала на основе алюминиевых сплавов, армированных углеродным волокном, включающим сборку заготовки из чередующихся слоев матрицы и волокна в контейнере, нагрев и прессование заготовки, прессование осуществляют во время охлаждения заготовки от температуры ликвидуса до температуры солидуса алюминиевых сплавов при давлении не менее 300 кгс/см² плитами, нагретыми до температуры солидуса алюминиевых сплавов. Применение данного способа позволяет повысить прочностные свойства МКМ за счет уменьшения деградации волокон путем уменьшения времени их взаимодействия с расплавом алюминия в процессе его кристаллизации при прессовании.

П р и м е р. Производили прессование листовой заготовки из углеродной (с) ленты "Кулон" и алюминиевой фольги (ф)АМг2 толщиной 150 мкм, собранной по схеме (ф+с+ф+с+ф+с+ф+с+ф+с+ф). Заготовку размещали в титановом контейнере. Для свободного извлечения МКМ из контейнера с двух сторон заготовку из МКМ прокладывали слюдой. Нагрев заготовки проводили в печи до температуры 640^оС, плиты пресса нагревали до температуры 570^оС. После нагрева заготовку помещали между плитами пресса и охлаждали под действием 300 кгс/см² в течение 2 мин. Величина давления 3000 кгс/см² обеспечивает получение полной пропитываемости материала и отсутствий литейных пор. При меньшем давлении в материале имеет место образование пор. При более высоких давлениях каких-либо изменений в свойствах или структуре материала не обнаружено. МКМ алюминий-углерод, полученный по предлагаемому способу, имеет прочность не растяжение 65-85 кг/мм², прочность на изгиб 75-90 кгс/мм² при объемном содержании углеродных волокон 27% Аналогичный результат получен на сплаве АМг6.

Применение предлагаемого способа получения изделий из МКМ позволяет по сравнению с существующим способом существенно (с 10-50 до 65-85 кгс/мм²) повысить свойства МКМ алюминий углерод за счет уменьшения степени деградации упрочняющих волокон при физико-химическом взаимодействии с расплавом матрицы.

Сущность изобретения: способ включает сборку заготовки в контейнер, нагрев и прессование, осуществляемое во время охлаждения заготовки от температуры ликвидуса до температуры солидуса алюминиевых сплавов при давлении не менее 300 кгс/см² плитами, нагретыми до температуры солидуса алюминиевых сплавов.

СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ИЗДЕЛИЙ ИЗ МЕТАЛЛИЧЕСКИХ КОМПОЗИЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ НА ОСНОВЕ АЛЮМИНИЕВЫХ СПЛАВОВ, АРМИРОВАННЫХ УГЛЕРОДНЫМИ ВОЛОКНАМИ, включающий сборку заготовки в контейнере, нагрев, прессование и охлаждение заготовки, отличающийся тем, что, с целью повышения прочностных свойств композиционного материала, прессование осуществляют во время охлаждения заготовки от температуры ликвидуса до температуры солидуса алюминиевых сплавов при давлении не менее 300 кгс/см² плитами, нагретыми до температуры солидуса алюминиевых сплавов.