Способ изготовления спеченных изделий из металлических сплавов Советский патент 1981 года по МПК B22F3/14 

Изобретение относится к порошковой неталлургии, в частности к способам изготовления спеченных массивных изделий из аморфных металлических сплавов. Известен способ получения аморфных металлических сплавов, предусматриваю щий химическое, электролитическое осаждение, в процессе которого аморфнал .фаза выпадает в осадок из раствор или осаждение паров металлов в вакуум ной камере на охлаждаемую подложку D Недостатком этого способа является невозможность изготовления массивных изделий. Наиболее близок к предлагаемому по технической сущности и достигаемому эффекту способ изготовления спеченных изделий из металлических сплавов, предусматривающий формование из порошка сплава заготовки и ее горячее прессование при 300-500°С и давлении 400-800 МПа в течение от 5 с до 5 мин 2. Способ позволяет получать массивные изделия, однако не обеспечивает возможности изготовления их из аморфных металлических сплавов при сохранении в последних высоких физико-механических и электрических характеристик , так как при температуре кристаллизации спекаемого сплава из аморфной фазы ниже сплав переходит в кристаллическое состояние с потерей обеспечиваемых отсутствием кристаллической структуры свойств. При температуре кристаллизации из аморфной фазы выше время спекания (5 с -5 мин) при давлении 400-800 МПа оказывается недостаточные для получения заготовок в компактном виде. Кроме того, данный способ предполагает введение твердых смазок, что существенным образом сказывается на свойствах компактных заготовок, ухудшая их физические свойства. Цель изобретения - обеспечение возможности получения изделий из аморфных металлических сплавов при сохранении в них высоких физико-механических и электрических характеристик. Эта цель достигается тем, что согласно способу изготовления спеченных изделий из металлических сплавов, включающему формование за- готовки из порошка и горячее прессо вание, последнее проводят при темпе ретуре ниже температуры кристаллиза ции сплава ия аморфной фазы на 10ИО С в течение 1-6 ч при давлении 10-10 МПа. Горячее прессование проводят в изостатических условиях. Сущность способа состоит в следующем, Любьм известньм способом получаю порошок аморфного сплава, например, закалкой из жидкости путем направле ния струи расплава на вращающуюся со скоростью 2-3 тыс, об./мин. повер ность медного диска с последующим измельчением, Порошок подвергают фо , мованию свободной засыпкой или прес сованием. Температура кристаллизации сплава из аморфной фазы Т р оп ределяют методом дифференциального термического анализа по пику тепловьщеления, Затем проводят горячее прессование путем нагрева заготовки до температуры на lO-JlO C ниже Т кр, приложения давления в пределах 10-10 сШ с.ввдержкой в течение J-6 ч, Нижний предел давления 10 Ша оп ределяется как минимальная величина давления, необходимого для запливан пор в аморфных металлических порошк вых заготовках при заказанных времени и температуре спекания. Следует отметить, что в случае, если температура Спекания попадает в температурный интервал между температурой стеклования и , величина вязкос ти, определжощая величину прикладываемого давления, уменьшается на несколько порядков по сравнению с комнатной температурой, чем и определяется незначительная величина нижнего предела прикладьшаемого дав ния. Установлено, что увеличение .давл ния при спекании до JO Ша при сох ранении времени и температуры спека ния не влияет на качество изделий, Отмечено также, что увеличение давления свыше J О МПа приводит к зна34чительным (десятки градусов) смещениям Т,р. В каждом конкретном случае применения данного способа нецелесообразно проводить процесс при давлениях выше 10 Mia, так как это резко снижает экономическую эффективность способа. Наиболее экономически эффективная реализация данного- способа может заключаться в привлечении газостатной методики, Но в промьшшенных газостатах давления свьш1е JO МПа получаются при температурах, превы- . шающих подавляющего большинства аморфных сплавов. Экспериментально установлено, что гарантированная сплошность заготовок достигается спеканием при указанных условиях. При меньшем времени спекания глубина диффузионного проникновения X TSt, гдеD-коэффициент диффузии: t - время спекания, недостаточна для завершения процесса, При большом времени спекания в указанном температурном интервале происходит кристаллизация аморфных металлических сплавов, согласно экспериментально определенным значениям ТИР и энергии активации кристаллизации, равной 40 ккал/моль, Предла гаемый температурный диапазон обеспечивает получение заготовок в аморфном состоянии. При выходе из указанного температурного интервала диффузионная подвижность недостаточна для того, чтобы процесс спекания завершился до начала кристаллизации. При несоблюдении указанных требований не представляется возможным обеспечить требуемые сплошность и механические свойства изделий. В приведенных примерах выбран плав Те + 15 ат,% Ge, поведение которого при нагреве является типичным для аморфных металлических сплавов, причем большинство последних имеет температуру кристаллизации из аморфной фазы вьш1е, чем у этого сплава, Пример, Порошок аморфного сплава Те + 15 ат,% Ge получают измельчением закаленной из жидкости фольги (закалка производится выплескиванием капель расплава на внутреннюю поверхность вращающегося со скоростью 2.000 об/мин медного цилиндра, толщина фольги 30 мкм, размер измельченных частиц 10 мкм ;) затем прессу.ют в заготовку в металлической прессформе под давлением 150 МПа.

Заготовку в виде холодной прессовки цилиндрической формы загружает в контейнер, обычно используемый для гидроэкструзии. После герметизации загрузочного отверстия в контейнере создают рабочее давление, равное 250 МПа. По достижении рабочего давления контейнер помещают в нагревательную печь, где выдерживают I ч при , что на ниже . В результате обработки получают изделие размером 5x10 мм, применяющееся в качестве исходной заготовки для производства пороговых переключателей.

П р и м е р 2. Упомянутые операции проводят под давлением 150 МПа при при выдержке 3,5 ч. Аналогичные результаты получены и при давлении 10 МПа.

П р и м е р 3. Рабочие параметры: температура (на ниже ТКР.) время вьщержки 6 и, давление 250 МПа Везде Т - температура кристаллизации сплава из аморфной фазы. Аналогичные результаты получены и при давлении 10 МПа. Рентгенографическим исследованием установлено отсутствие пиков кристаллической структуры на дифрактограммах.

На кривых зависимости теплоемкости от температуры, полученных на микрокалориметре, отмечен скачак теплоемкости при температуре стеклования. Это свидетельствует об аморфном состоянии материала изделий.

Микротвердость измеряют на приставке к микроскопу типа Nu и вычисляют по формуле

HV 1854А

d-i

где Р - нагрузка, г;

d - диагональ отпечатка, мм, Р 1,25 г, увеличение X 945, Ну - 5,4 кг/мм

Значения микротвердости закаленной из жидкости фольги и полученных в результате спекания компактных заготовок различаются незначительно (в пределах ошибки измерения),

Плотность спеченных изделий, измеренная способом гидростатического взвешивания, Рг. 6,1 г/см рд„дрф S-образные вольт-амперные характеристики образцов сплава, обладающих эффектом переключения, показьшают, что приложение к ним электрического поля, напряженностью вьш1е пороговой.

приводит к скачкообразному возрастанию их электропроводности в 10 раз. Получение спеченных изделий предлагаемым способом позволяет увеличить

пороговое напряжение на порядок по сравнению с пленочными изделиями. При повьш1ении температуры вьше заготовки кристаллизуются до окончания процесса спекания. На рент.генограммах появляются лики кристаллической структуры. При уменьшении времени спекания заготовки разрушаются в результате приложения рабочей нагрузки (температура спекания ).

5 При понижении температуры спекания ниже 1 00 С и выдержке 6 ч заготовки разрушаются в результате приложения рабочей нагрузки. При увеличении вы-. держки свьш1е 6 ч при той же температуре происходит кристаллизация заготовок, что отмечается появлением пиков кристаллической структуры на рентгенограммах.

Уменьшение давления ниже 10 МПа

5 приводит к разрушению заготовсж в результате приложения рабочей нагрузки, а увеличение свьш1е 10 МПа - к кристаллизации заготовок.

Уменьшение времени спекания до величин, указанных в известном способе приводит к получению заготовок с низкой плотностью 5,4 г/см (плотность близка к плотности холодных прессо -. вок) .

5 В настоящее время в связи с внедрением новой техники многие отрасли народного хозяйства, в частности космическое приборостроение, испытывают насущную необходимость в материалах,

Р имеющих улучшенные по сравнению с применяющимися магнитные и электрические свойства, радиационную стойкость . Обладающие указанными свойствами аморфные сплавы до сих пор имели весьма ограниченное применение в связи с малыми размерами получакнцихся заготовок и изделий.

Указанный в примерах сплав используется в качестве активного элемента пороговых переключателей; величина

0 порогового напряжения зависит от толщины слоя. Получение же слоев аморфного сплава с толщиной, превьш1ающий 100 мкм, известными способами невозможно . Применение предложенного способа решает вопрюс увеличения порогового напряжения. Способ создает перспективу получения массивных изделий из магнитомягких аморфных металлических сплавов (коэрцитивная сила 0,01 А/см, проницаемость 10 ). Гистерезис практически отсутствует, поэтому практически отсутствуют энергетические потери на перемагничивание, Увеличение размеров изделий из магнитномягких аморфных металлических сплавов позволяет изготавливать из них сердечники трансформаторов, что в несколько раз (3-4 раза) снижает энергетические потери на перемагиичивание.

Положительнь эффект от-примене ния предложенного способа состоит в увеличении надежности и улучшении электрофизических характеристик пороговЕос переключателей с активными элементами на основе Te-Ge-сплавов, а также в получении возможности сни жения энергетических потерь на пере магвичивание в результате применения магнитом гких Ш4Орфных металлических сплавов в сердечниках трансформаторов .

Формула изобретения , Способ изготовления спеченных изделий из металлических сплавов.

преимущественно на основе сист i с аморфньии фазами, включающий формование заготовки из порошка и горячее прессование, отличающийся тем, что, с целью обеспечения возможности получения изделий из аморфных металлических сплавов при сохранении в них высоких физико-механических и электрических характеристик, горячее прессование проводят при температуре ниже температуры кристаллизации сплава из аморфной фазы на 1011О С в течение 1-6 ч при давлении 10-10 Па.

2, Способ по п. 1,отличаюг щ и и с я тем, что горячее прессование проводят в изостатических условиях,

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1,D. Е. Polk, В,С/ Yiessen, F, S, Yardner, Materials leience

and Engeneering, 23, 1976, p. 309-316

2,Ваковский В, С, Спеченные материалы в технике, М,,Металлургия. 1978, с, 7-23,