способ получения литых композиционных материалов

Формула изобретения

Способ получения литых композиционных материалов, включающий нагрев матричного сплава выше температуры ликвидуса, введение в него армирующих частиц металла в виде порошка, перемешивание расплава матричного сплава с выдержкой в течение 1-15 мин, при этом перед введением армирующих частиц на зеркало расплава их равномерно смешивают со стружкой или порошком одинакового или близкого по составу к составу матричного сплава в соотношении от 1:100 до 1:10.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к литейному производству, металлургии и к материаловедению, в частности к способам получения литых композиционных материалов с металлической матрицей, армированных дисперсными твердыми частицами со специальными свойствами.

Известно много способов получения композиционных материалов с металлической матрицей путем растворения, замешивания, пропитки, самодиспергирования армирующих частиц путем получения эндогенных частиц и т.д.

1. «Теория и технология литых композиционных материалов». Гаврилин И.В. Диссертация на соискание ученой степени доктора технических наук. Санкт-Петербург: Санкт-Петербургский технический университет.1991. 340 с.

2. «Композиционные материалы, получаемые методом пропитки». Тучинский Л.И. М.: Металлургия, 1986, с.70-87.

3. «Литье частично твердеющих сплавов». Флемингз М.К., Мерабян Р.Э. Пер. с англ. Материалы 4-го международного конгресса литейщиков. М.: Машиностроение, 1974, с.78-87.

Общим недостатком всех указанных способов является недостаточная равномерность распределения армирующих частиц в матрице вплоть до присутствия скоплений - агломератов, включающих сотни и тысячи частиц, что делает свойства таких композитов нестабильными.

Техническим результатом, достигаемым при реализации изобретения, является повышение однородности распределения вводимых в расплав армирующих частиц и, как следствие, повышение качества сплава.

Этот технический результат достигается способом получения литых композиционных материалов, включающим нагрев матричного сплава выше температуры ликвидуса, введение в него металла армирующих частиц в виде порошка, перемешивание расплава матричного сплава с выдержкой в течение 1-15 минут, при этом перед введением армирующих частиц на зеркало расплава их равномерно смешивают со стружкой или порошком одинакового или близкого по составу к составу матричного сплава в соотношении от 1:100 до 1:10.

Армируемые частицы в виде порошка при смешивании со стружкой равномерно распределяются по шероховатой поверхности стружки в 1-2 слоя. Тем самым армирующие частицы еще до ввода в расплав распределяются тонким слоем равномерно по поверхности стружки. Частицы удерживаются на поверхности стружки силами трения, адгезии и когезии. При вводе в расплав стружка состава, одинакового или близкого к составу матричного сплава, легко смачивается, усваивается и растворяется в расплаве, увлекая за собой равномерно распределенные армирующие частицы, смачивая их и внося их в расплав. Стружка или порошок, покрытые армирующими частицами, выполняют при этом роль носителя армирующих частиц, облегчающего их ввод и равномерное распределение в расплав.

Способ имеет следующие отличия:

- дисперсные армирующие частицы предварительно равномерно смешивают со стружкой или порошком сплава того же или близкого состава, что и расплав, в который необходимо ввести армирующие частицы;

- дисперсные армирующие частицы смешивают со стружкой или порошком в соотношении от 1:100 до 1:10;

- смесь стружки или порошка с армирующими частицами вводят в расплав на зеркало.

Способ прост и эффективен, не требует особых температур и специального оборудования, легко применим в любых литейных и металлургических цехах.

Пример осуществления способа

Предложенный способ получения литых композиционных сплавов с носителем армирующих частиц в виде стружки или порошка того же состава, что и матричный сплав, был осуществлен следующим образом. Для получения композиционного материала в тигельной печи вначале расплавляли часть твердой шихты одного из литейных алюминиевых сплавов. Сплав перегревали на 50-150°С выше температуры ликвидуса (температура в данном способе особого значения не имеет).

Сухую стружку того же состава, что и матричный сплав, равномерно смешивали вручную с армирующими частицами карбида кремния в соотношении от 1:100 до 1:10.

Подачу смеси носителя (стружки или порошка) с армирующими частицами осуществляли порциями прямо на зеркало матричного расплава в печи слоем 5-10 см и слегка притапливали смесь в расплав ручным литейным инструментом. Затем стружка (или порошок) самопроизвольно растворялась (расплавлялась). При необходимости смесь частиц с носителем вводили несколько раз, добиваясь требуемой концентрации частиц в расплаве.

После ввода носителя с частицами сплав перегревали до температуры выпуска и выдерживали 1-15 мин в печи, применяя ручное или индукционное перемешивание. Затем готовый композит разливали в литейные формы.

Данные об однородности получаемого литого композиционного материала по сравнению с известным способом приведены в таблице 1. Критерием однородности является процентное содержание армирующих частиц, распределенных в матрице поодиночке (без скоплений), в сравнении с общим количеством частиц в матрице. Число одиночно расположенных частиц подсчитывали известным методом секущих на микрошлифах твердого готового композита с использованием микроскопа МИМ-8.

Таблица 1
Способ получения композиционного материала	Критерии однородности композиционного материала при соотношении армирующих частиц и стружки (порошка), (%)
1:100	1:70	1:50	1:30	1:20	1:10	1:5	100:1
1. Способ получения с носителем	78	89	70	61	44	18	10	-
2. Известный способ	-	-	-	-	-	-	-	8

Из данных таблицы следует, что предложенный способ обеспечивает многократно более высокую однородность распределения армирующих частиц в матрице по сравнению с известным способом.

Использование соотношения армирующих частиц к стружке > 1:100 (например, 1:200) нецелесообразно по причине малых концентраций армирующих частиц в композите (менее 1%). При соотношении < 1:10 (например, 1:5) эффект повышения однородности не достигается.

Следовательно, технический результат изобретения - достижение высокой равномерности распределения армирующих частиц в матрице композиционного материала, достигнут.