[go: up one dir, main page]

RU2348719C2 - Method of obtaining of composite material aluminium-carbide silicon (ai-sic) - Google Patents

Method of obtaining of composite material aluminium-carbide silicon (ai-sic) Download PDF

Info

Publication number
RU2348719C2
RU2348719C2 RU2006141078/02A RU2006141078A RU2348719C2 RU 2348719 C2 RU2348719 C2 RU 2348719C2 RU 2006141078/02 A RU2006141078/02 A RU 2006141078/02A RU 2006141078 A RU2006141078 A RU 2006141078A RU 2348719 C2 RU2348719 C2 RU 2348719C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
composite material
carbon dioxide
obtaining
processing
mass
Prior art date
Application number
RU2006141078/02A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU2006141078A (en
Inventor
ков Сергей Павлович Серебр (RU)
Сергей Павлович Серебряков
Владимир Анатольевич Изотов (RU)
Владимир Анатольевич Изотов
Александр Яковлевич Ларионов (RU)
Александр Яковлевич Ларионов
Мари Николаевна Зимина (RU)
Мария Николаевна Зимина
Original Assignee
Рыбинская государственная авиационная технологическая академия имени П.А. Соловьева
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Рыбинская государственная авиационная технологическая академия имени П.А. Соловьева filed Critical Рыбинская государственная авиационная технологическая академия имени П.А. Соловьева
Priority to RU2006141078/02A priority Critical patent/RU2348719C2/en
Publication of RU2006141078A publication Critical patent/RU2006141078A/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2348719C2 publication Critical patent/RU2348719C2/en

Links

Images

Landscapes

  • Manufacture Of Alloys Or Alloy Compounds (AREA)
  • Ceramic Products (AREA)

Abstract

FIELD: metallurgy.
SUBSTANCE: invention concerns foundry field and can be used for obtaining of mouldings and blanks processing by pressure from composite material with aluminium matrix, strengthened by silicon-carbide inclusions. It is received composite material on the basis of aluminium matrix with carbide impurities. It is implemented melting of aluminium - siliceous alloy and its processing by carbon dioxide. Percentage consumption KQ of carbon dioxide is chosen in range KQ=MG/MM, where MG - mass of used gas for time of melt treatment, MM - mass of treated metall.
EFFECT: increasing of making productivity of composite material, simplifying of process and cost saving of composite material manufacturing.
1 dwg

Description

Изобретение относится к области литейного производства и может быть использовано для получения отливок и заготовок для обработки давлением из композиционного материала с алюминиевой матрицей, упрочненной карбидокремниевыми включениями.The invention relates to the field of foundry and can be used to produce castings and blanks for pressure treatment from a composite material with an aluminum matrix reinforced with silicon carbide inclusions.

Известны способы получения композиционных материалов, в которых применяется способ изготовления алюминиевых сплавов с упрочняющими включениями с помощью механического замешивания в расплав нерастворимых в нем частиц и последующая жидкая штамповка. (Патент РФ №2136774, приоритет от 27.05.1998 г. Композиционный материал на основе алюминиевого сплава и способ его получения.) Композиционный материал антифрикционного назначения для работы в условиях ограниченной смазки. (Патент №2171307, приоритет от 22.02.2000 г. Чернышева Т.А., Кобелева Л.И., Копьев И.М., Еременко В.И., Панфилов А.В., Каллиопин И.К., Карагодов Ю.Д., Панфилов А.А.)Known methods for producing composite materials in which a method of manufacturing aluminum alloys with hardening inclusions using mechanical mixing of particles insoluble in the melt in the melt and subsequent liquid stamping is used. (RF patent No. 2136774, priority of 05/27/1998, Composite material based on aluminum alloy and method for its production.) Composite material for antifriction purposes for operation in conditions of limited lubrication. (Patent No. 2171307, priority dated 02.22.2000, Chernysheva T.A., Kobeleva L.I., Kopyev I.M., Eremenko V.I., Panfilov A.V., Kalliopin I.K., Karagodov Yu. .D., Panfilov A.A.)

Недостатками способов является тот факт, что для организации замешивания необходим агрегат с механической мешалкой, стойкость которой ограничивается несколькими плавками. Еще одной проблемой является сложность организации режимов, обеспечивающих равномерное распределение твердой фазы по объему заготовки.The disadvantages of the methods is the fact that for the organization of kneading, an aggregate with a mechanical stirrer is required, the resistance of which is limited to a few melts. Another problem is the complexity of the organization of modes that ensure uniform distribution of the solid phase over the volume of the workpiece.

Наиболее близким к предлагаемому изобретению по технической сущности является способ получения заэвтектических алюминиево-кремниевых сплавов с дисперсными частицами карбида кремния, включающий загрузку шихтовых материалов в печь, плавку сплава в вакууме или неокислительной атмосфере и разливку в шихту, дополнительно вводят металлизированный порошок графита, а плавку проводят при температуре 940-1150°С. (Патент РФ №2015185, приоритет от 16.09.1991 г. Щерецкий А.А., Апухтин В.В., Билецкий А.К., Шумихин В.С., Витусевич В.Т.)Closest to the proposed invention in technical essence is a method for producing hypereutectic aluminum-silicon alloys with dispersed particles of silicon carbide, including loading charge materials into a furnace, melting the alloy in a vacuum or non-oxidizing atmosphere, and pouring into a charge, additionally, metallized graphite powder is introduced, and melting is carried out at a temperature of 940-1150 ° C. (RF patent No. 2015185, priority dated September 16, 1991, A. Scheretsky, V. V. Apukhtin, A. K. Biletsky, V. S. Shumikhin, V. T. Vitusevich)

Недостатком известного способа является многооперационный процесс приготовления порошка графита, который требует тщательной подготовки; дополнительной операцией является нанесение металлизированного покрытия на порошок графита для улучшения смачивания его расплавом. Дополнительным недостатком такого процесса является тот факт, что необходимо использовать специальное оборудование для создания вакуума при плавке, что, конечно, скажется на времени изготовления конечного продукта и его стоимости.The disadvantage of this method is the multi-process preparation of graphite powder, which requires careful preparation; an additional operation is the deposition of a metallized coating on graphite powder to improve wetting by melt. An additional disadvantage of this process is the fact that it is necessary to use special equipment to create a vacuum during melting, which, of course, will affect the time of manufacture of the final product and its cost.

Технический результат изобретения - упрощение технологического процесса изготовления подобного композиционного материала и как следствие увеличение производительности и снижение себестоимости изготовления заготовок, возможность использования этого метода на любом производстве независимо от мощности выпуска отливок, так как дополнительным оборудованием является лишь баллон с углекислым газом и активатор. Отсутствие сложной технологии изготовления отливки сказывается на снижении ее стоимости.The technical result of the invention is the simplification of the manufacturing process for the production of such a composite material and, as a result, an increase in productivity and a reduction in the cost of manufacturing blanks, the possibility of using this method in any production, regardless of the casting output, as the additional equipment is only a carbon dioxide cylinder and activator. The lack of sophisticated casting manufacturing technology affects its cost reduction.

Технический результат при получении композиционного материала алюминий - карбид кремния (Al-SiC) достигается тем, что в предложенном способе во время обработки алюминий-кремния (Al-Si) карбидные включения образуются при пропускании через ванну металла углекислого газа.The technical result when obtaining a composite material aluminum - silicon carbide (Al-SiC) is achieved by the fact that in the proposed method during processing of aluminum-silicon (Al-Si) carbide inclusions are formed when carbon dioxide metal is passed through the bath.

Снижение затрат при изготовлении конструкционного материала обеспечивается за счет исключения затрат на покупку дорогостоящего оборудования и его эксплуатацию, а также приготовление металлизированного графитового порошка. При этом отпадает необходимость использовать труд высококвалифицированного персонала, что также снижает затраты.Cost reduction in the manufacture of structural material is ensured by eliminating the cost of the purchase of expensive equipment and its operation, as well as the preparation of metallized graphite powder. At the same time, there is no need to use the labor of highly qualified personnel, which also reduces costs.

Способ получения данного композиционного материала осуществляется следующим образом.A method of obtaining this composite material is as follows.

В емкость с алюминиево-кремниевым расплавом погружают активатор, по которому в него вводят струю углекислого газа и выполняют обработку металла в тигле. При этом поток газа приводит в механическое движение весь расплав, при котором происходит химическая реакция между углекислым газом (СО2) и алюминием (Al) с образованием окиси алюминия и свободного углерода и далее углерод (С) взаимодействует с кремнием (Si) из расплава с образованием карбидокремниевых включений.An activator is immersed in a container with aluminum-silicon melt, through which a stream of carbon dioxide is introduced into it and metal processing in the crucible is performed. In this case, the gas flow mechanically drives the entire melt, during which a chemical reaction occurs between carbon dioxide (CO 2 ) and aluminum (Al) to produce aluminum oxide and free carbon, and then carbon (C) interacts with silicon (Si) from the melt with the formation of silicon carbide inclusions.

По заявляемому способу был выполнен эксперимент по обработке Al-Si сплавов: доэвтектического, типа АК9 и заэвтектического, типа АК21 - углекислым газом с использованием установки, содержащей: баллон с углекислым газом (СО2), газовый редуктор, образцовый манометр на выходе газа из редуктора, стальная труба - активатор, окрашенная кокильной краской на основе окиси цинка, в которой выполнено 10 отверстий диаметром 0,5 мм. Для контроля температуры использовали термопару ХА.According to the claimed method, an experiment was performed on the processing of Al-Si alloys: pre-eutectic, type AK9 and hypereutectic, type AK21 - carbon dioxide using an installation containing: a cylinder with carbon dioxide (CO 2 ), a gas pressure reducer, an exemplary pressure gauge at the gas outlet from the pressure reducer , steel pipe - activator, painted with a chill paint based on zinc oxide, in which 10 holes with a diameter of 0.5 mm are made. An XA thermocouple was used to control the temperature.

Каждый алюминиевый сплав был расплавлен в графитошамотном тигле и при различных температурах. Далее выполняли обработку расплава газом. Активатор, через который подавали газ из баллона, погружали в тигель с расплавом на глубину 150 мм.Each aluminum alloy was melted in a graphite chamotte crucible and at various temperatures. Next, the processing of the melt with gas was performed. The activator, through which gas was supplied from the cylinder, was immersed in a crucible with a melt to a depth of 150 mm.

Каждый сплав обрабатывался газом в течение 10 минут, через каждые 2 минуты отливались образцы. Для сравнения свойств обработанного сплава с первичным отливался один образец сразу после расплавления шихты.Each alloy was treated with gas for 10 minutes, and samples were cast every 2 minutes. To compare the properties of the treated alloy with the primary one sample was cast immediately after the charge was melted.

Для оценки количества израсходованного газа при обработке расплава используется относительный расход газа:To estimate the amount of gas consumed during melt processing, the relative gas flow rate is used:

Figure 00000001
Figure 00000001

где MГ - масса израсходованного газа за время обработки расплава,where M G is the mass of gas consumed during the processing of the melt,

где МГ - масса израсходованного газа за время обработки расплава,where M G is the mass of gas consumed during the processing of the melt,

ММ - масса обработанного металла.M M - the mass of processed metal.

С его помощью можно оценивать эффективность обработки расплава.It can be used to evaluate the efficiency of melt processing.

Микроструктурный анализ образцов показал, что в структуре доэвтектического и заэвтектического сплава обнаружена новая фаза, размер которой 1…10 мкм (см. чертеж), также при обработке расплава углекислым газом происходит измельчение размера зерна в АК9 (от 35-65 до 20-30 мкм) и кристаллов кремния в АК21 (от 90…120 до 40…50 мкм).Microstructural analysis of the samples showed that a new phase was found in the structure of the hypereutectic and hypereutectic alloy, the size of which is 1 ... 10 μm (see drawing), also when the melt is treated with carbon dioxide, grain size is crushed in AK9 (from 35-65 to 20-30 μm ) and silicon crystals in AK21 (from 90 ... 120 to 40 ... 50 microns).

Для доказательства образования новой фазы был проведен рентгеноструктурный анализ в дифрактометре ДРОП, который подтвердил образование карбидов кремния при обработке доэвтектического и заэвтектического Al-Si сплава углекислым газом.To prove the formation of a new phase, an X-ray diffraction analysis was performed in a DROP diffractometer, which confirmed the formation of silicon carbides during the processing of a hypereutectic and hypereutectic Al-Si alloy with carbon dioxide.

Опытным путем было определено, что для образования карбидов кремния при обработке расплава углекислым газом относительный расход газа должен составлять KQ=0,005…0,05.It was experimentally determined that for the formation of silicon carbides during processing of the melt by carbon dioxide, the relative gas flow rate should be K Q = 0.005 ... 0.05.

Таким образом, результаты эксперимента показывают возможность получения композиционного материала алюминиевой матрицей и упрочняющими карбидными включениями при помощи обработки расплава углекислым газом, при этом наблюдается дополнительный модифицирующий эффект, так, размер кремния в заэвтектическом сплаве измельчается в 2-3 раза, все это приводит к увеличению микротвердости матрицы и твердости образцов.Thus, the experimental results show the possibility of obtaining a composite material with an aluminum matrix and hardening carbide inclusions by treating the melt with carbon dioxide, while an additional modifying effect is observed, for example, the size of silicon in a hypereutectic alloy is crushed by a factor of 2–3, all of which leads to an increase in microhardness matrix and hardness samples.

Claims (1)

Способ получения композиционного материала на основе алюминиевой матрицы с включениями карбида кремния, включающий плавку алюминиево-кремниевого сплава и обработку ванны расплава углекислым газом, отличающийся тем, что относительный расход KQ углекислого газа выбирают из интервала KQ=0,005…0,05, при этом
Figure 00000002
, где МГ - масса израсходованного газа за время обработки расплава, ММ - масса обработанного металла.
A method of obtaining a composite material based on an aluminum matrix with inclusions of silicon carbide, including melting an aluminum-silicon alloy and treating the molten bath with carbon dioxide, characterized in that the relative carbon dioxide consumption K Q is selected from the interval K Q = 0.005 ... 0.05, while
Figure 00000002
where M G is the mass of gas consumed during the processing of the melt, M M is the mass of the treated metal.
RU2006141078/02A 2006-11-20 2006-11-20 Method of obtaining of composite material aluminium-carbide silicon (ai-sic) RU2348719C2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2006141078/02A RU2348719C2 (en) 2006-11-20 2006-11-20 Method of obtaining of composite material aluminium-carbide silicon (ai-sic)

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2006141078/02A RU2348719C2 (en) 2006-11-20 2006-11-20 Method of obtaining of composite material aluminium-carbide silicon (ai-sic)

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2006141078A RU2006141078A (en) 2008-05-27
RU2348719C2 true RU2348719C2 (en) 2009-03-10

Family

ID=39586252

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2006141078/02A RU2348719C2 (en) 2006-11-20 2006-11-20 Method of obtaining of composite material aluminium-carbide silicon (ai-sic)

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2348719C2 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2516679C1 (en) * 2013-02-26 2014-05-20 Федеральное Государственное Автономное Образовательное Учреждение Высшего Профессионального Образования "Сибирский Федеральный Университет" Cast composite material based on aluminium and method of its production

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4808372A (en) * 1986-01-23 1989-02-28 Drexel University In situ process for producing a composite containing refractory material
SU1831413A3 (en) * 1989-07-18 1993-07-30 Lanxide Technology Co Ltd COMPETITION OF THE COMPETITION OF THE MATERIAL WITH METALLIC SECURITIES
RU2015185C1 (en) * 1991-09-16 1994-06-30 Институт проблем литья АН Украины Method for producing hypereutectic aluminium-silicium alloys with disperse particles of silicium carbide
RU2171307C1 (en) * 2000-02-22 2001-07-27 Институт металлургии и материаловедения им. А.А. Байкова РАН Antifriction-destination composite for operations under limited lubrication conditions

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4808372A (en) * 1986-01-23 1989-02-28 Drexel University In situ process for producing a composite containing refractory material
SU1831413A3 (en) * 1989-07-18 1993-07-30 Lanxide Technology Co Ltd COMPETITION OF THE COMPETITION OF THE MATERIAL WITH METALLIC SECURITIES
RU2015185C1 (en) * 1991-09-16 1994-06-30 Институт проблем литья АН Украины Method for producing hypereutectic aluminium-silicium alloys with disperse particles of silicium carbide
RU2171307C1 (en) * 2000-02-22 2001-07-27 Институт металлургии и материаловедения им. А.А. Байкова РАН Antifriction-destination composite for operations under limited lubrication conditions

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2516679C1 (en) * 2013-02-26 2014-05-20 Федеральное Государственное Автономное Образовательное Учреждение Высшего Профессионального Образования "Сибирский Федеральный Университет" Cast composite material based on aluminium and method of its production

Also Published As

Publication number Publication date
RU2006141078A (en) 2008-05-27

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Gupta et al. Strengthening mechanisms in ultrasonically processed aluminium matrix composite with in-situ Al3Ti by salt addition
Pandian et al. Processing and preparation of aerospace-grade aluminium hybrid metal matrix composite in a modified stir casting furnace integrated with mechanical supersonic vibration squeeze infiltration method
Pazhouhanfar et al. Microstructural characterization and mechanical properties of TiB2 reinforced Al6061 matrix composites produced using stir casting process
Kulkarni et al. Effect of fly ash hybrid reinforcement on mechanical property and density of aluminium 356 alloy
US8613789B2 (en) Method of producing particulate-reinforced composites and composites produced thereby
Almadhoni et al. Review of effective parameters of stir casting process on metallurgical properties of ceramics particulate Al composites
EP2885437B1 (en) Al-nb-b master alloy for grain refining
Gupta et al. Fabrication of ceramic reinforcement aluminium and its alloys metal matrix composite materials: A review
Sujith et al. An investigation into fabrication and characterization of direct reaction synthesized Al-7079-TiC in situ metal matrix composites
CN1062769A (en) Method and apparatus for making metal matrix composites
CN102791893B (en) Nanoparticle Reinforced Aluminum Matrix Composite Material and Its Production Process
US20220048105A1 (en) Acoustic rotary liquid processor
Sagar et al. Effect of beryl reinforcement in aluminum 2024 on mechanical properties
Vivekananda et al. Combined effect of process parameters during aluminothermic reaction process on the microstructure and mechanical properties of in situ Al/TiB2 composite
RU2348719C2 (en) Method of obtaining of composite material aluminium-carbide silicon (ai-sic)
WO2012164581A2 (en) A process for producing reinforced aluminum-metal matrix composites
Bandyopadhyay et al. Synthesis and characterization of TiC-reinforced iron-based composites Part I On synthesis and microstructural characterization
Gupta et al. Effect of in-situ formed Al3Ti particles on the microstructure and mechanical properties of 6061 Al alloy
Saravanan et al. Processing of aluminium metal matrix composites-a review
Das et al. Microstructure and mechanical characteristics of an in-situ synthesis of AA7075/TiB2 metal matrix composite
Putri et al. Optimizing the addition of TiB to improve mechanical properties of the ADC 12/SiC composite through stir casting process
Adeosun et al. Mould Temperatureand Mechanical Properties of Cast Aluminum-Silicon Carbide Composite
Gupta et al. Development and characterization of in-situ aluminum–titanium carbide composites prepared by pneumatic powder injection route
Kuzina Obtaining nanopowder pseudo-ligatures Cu–(SiC+ Si3N4) for modification and reinforcement of aluminum alloys
Zeng In-situ Al3Ti/Al composites produced by high shear technology: microstructure and mechanical properties

Legal Events

Date Code Title Description
FA92 Acknowledgement of application withdrawn (lack of supplementary materials submitted)

Effective date: 20080425

FZ9A Application not withdrawn (correction of the notice of withdrawal)

Effective date: 20080619

MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20111121

NF4A Reinstatement of patent

Effective date: 20130227

QB4A Licence on use of patent

Free format text: LICENCE

Effective date: 20100323

MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20181121