RU2471012C1

RU2471012C1 - Composite powder material

Info

Publication number: RU2471012C1
Application number: RU2011151822/02A
Authority: RU
Inventors: Виктор Николаевич Мироненко; Семен Павлович Червонобродов; Лариса Дмитриевна Квачева; Валерий Валериевич Васенев; Виктор Николаевич Бутрим; Сергей Юрьевич Петрович; Владимир Петрович Черепанов; Владимир Александрович Баранов
Original assignee: Виктор Николаевич Мироненко; Семен Павлович Червонобродов
Priority date: 2011-12-20
Filing date: 2011-12-20
Publication date: 2012-12-27

Abstract

FIELD: metallurgy.

SUBSTANCE: composite powder material contains matrix representing metal and/or alloy on the basis of metal, and/or intermetallic compound, and disperse filler in the form of reducing graphite oxide.

EFFECT: material has high physic and mechanical and/or functional properties, has disperse homogeneous structure and high operating reliability.

2 cl, 5 tbl, 5 ex

Description

Изобретение относится к области порошковой металлургии, конкретно к изготовлению композиционных наноматериалов, и может быть использовано в различных областях техники, например при создании космических аппаратов и объектов.The invention relates to the field of powder metallurgy, specifically to the manufacture of composite nanomaterials, and can be used in various fields of technology, for example, when creating spacecraft and objects.

Известны порошковые композиционные материалы, упрочненные углеродом, в частности порошковый композиционный материал на основе алюминия (патент РФ №2353689, БИ №12, 27.04.2009), содержащий кремний, никель, бериллий, оксид алюминия и кремния, углерод. Углерод в виде электродного графита исполняет роль технологической смазки при механическом легировании, вступая в дальнейшем во взаимодействие с алюминием и кремнием с образованием тонких карбидов. Содержание углерода в количестве 0,5-2 мас.% определяется необходимостью предотвращения комкования частиц порошка при механическом легировании. Недостатком материала является низкая пластичность, в том числе технологическая, при изготовлении заготовок, что не позволяет получить материал с плотностью выше 98% теоретической (расчетной) плотности γ_т и снижает механические свойства. (В качестве теоретической принята плотность, рассчитанная по правилу аддитивности, исходя из объемных долей компонентов в композиционном материалеCarbon-hardened powder composite materials are known, in particular aluminum-based powder composite material (RF patent No. 2353689, BI No. 12, 04/27/2009) containing silicon, nickel, beryllium, aluminum oxide and silicon, carbon. Carbon in the form of electrode graphite plays the role of a technological lubricant during mechanical alloying, subsequently interacting with aluminum and silicon to form thin carbides. The carbon content in an amount of 0.5-2 wt.% Is determined by the need to prevent clumping of powder particles during mechanical alloying. The disadvantage of the material is the low ductility, including technological, in the manufacture of blanks, which does not allow to obtain a material with a density higher than 98% of the theoretical (calculated) density γ _t and reduces mechanical properties. (The density calculated by the additivity rule based on the volume fractions of the components in the composite material is accepted as theoretical

γ_т=1/(c_m1/γ₁+c_m2/γ₂+c_m3/γ₃+…+c_mn/γ_n),γ _t = 1 / (c _m1 / γ ₁ + c _m2 / γ ₂ + c _m3 / γ ₃ + ... + c _mn / γ _n ),

где c_m1…c_mn - массовые доли компонентов сплава в композиции,where c _m1 ... c _mn are the mass fractions of the components of the alloy in the composition,

γ₁…γ_n - плотность компонентов сплава).γ ₁ ... γ _n is the density of the alloy components).

Известны порошковые композиционные материалы, упрочненные наноразмерными оксидами, карбидами и/или нитридами. В частности, известен композиционный материал с матрицей из металла, выбранного из группы, содержащей алюминий, магний или их сплавы, и 20-80 об.% упрочняющего дисперсного наполнителя, выполненного в виде армирующих нановолокон оксида алюминия, покрытых пленкой аморфного углерода (патент РФ №2374355, С22С 49/14, опубл. 27.11.2009). Недостатком материала является низкая технологичность (совокупность свойств, определяющих приспособленность к достижению оптимальных затрат при производстве для заданных показателей качества), например необходимость покрытия армирующих нановолокон пленкой аморфного углерода.Known powder composite materials reinforced with nanosized oxides, carbides and / or nitrides. In particular, a composite material with a matrix of a metal selected from the group consisting of aluminum, magnesium or their alloys, and 20-80 vol.% Reinforcing dispersed filler made in the form of reinforcing alumina nanofibers coated with an amorphous carbon film is known (RF patent No. 2374355, C22C 49/14, publ. 11/27/2009). The disadvantage of the material is its low manufacturability (a set of properties that determine the suitability for achieving optimal production costs for given quality indicators), for example, the need to cover reinforcing nanofibres with an amorphous carbon film.

Известен высоко токопроводящий композиционный материал с наполнителем из механически отслоенного (расслоенного) графена (графен - материал, представляющий один атомный слой графита) (заявка US 2011284805 от 24 ноября 2011 г.). Согласно источнику информации материал сильно пористый, что является его недостатком.A highly conductive composite material with a filler made of mechanically peeled (stratified) graphene is known (graphene is a material representing one atomic layer of graphite) (application US 2011284805 dated November 24, 2011). According to the source of information, the material is highly porous, which is its drawback.

Известны порошковые композиционные материалы, упрочненные наноуглеродом, например порошковый композиционный материал графен/металл, включающий в себя матрицу (базовый металл) и диспергированный в нее графен (заявка US 2011256014 (A1) / US 201113086749, 20110414 / KR 20100034152, 20100414 от 20 октября 2011 г.). Графен ведет себя как упрочнитель матрицы. Графеновые частицы в матрице имеют объемное содержание от 0 до 30%, соответствующее уровню, при котором избегается структурное изменение графена или реакция между частицами графена. Недостатком материала является высокая стоимость и отсутствие производства в России.Nanocarbon hardened powder composite materials are known, for example a graphene / metal powder composite material including a matrix (base metal) and graphene dispersed therein (application US 2011256014 (A1) / US 201113086749, 20110414 / KR 20100034152, 20100414 dated October 20, 2011 g.). Graphene behaves like a matrix hardener. The graphene particles in the matrix have a volume content of 0 to 30%, corresponding to a level at which a structural change in graphene or a reaction between graphene particles is avoided. The disadvantage of the material is the high cost and lack of production in Russia.

Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности и достигаемому эффекту является порошковый композиционный материал, усиленный углеродными нанотрубками (CARBON 49 (2011), с.533-544). Материал содержит матрицу из алюминия или сплавов на его основе систем Al-Ni, Al-Cu-Mg, Al-Si и дисперсный наполнитель, в качестве которого используются углеродные нанотрубки (CNT) в количестве до 12,5%. Недостатком материала является низкая технологичность из-за проблемы обеспечить химическую связь между элементами металлической матрицы и углеродными нанотрубками при изготовлении, отсутствие или ослабление которой снижает эффективность упрочнения.The closest to the proposed technical essence and the achieved effect is a powder composite material reinforced with carbon nanotubes (CARBON 49 (2011), p.533-544). The material contains a matrix of aluminum or alloys based on it of the Al-Ni, Al-Cu-Mg, Al-Si systems and a dispersed filler, which uses carbon nanotubes (CNT) in an amount of up to 12.5%. The disadvantage of the material is low manufacturability due to the problem of providing a chemical bond between the elements of the metal matrix and carbon nanotubes during manufacture, the absence or weakening of which reduces the effectiveness of hardening.

Задачей, на решение которой направлено предлагаемое изобретение, является улучшение технологичности при производстве и повышение физико-механических свойств порошкового композиционного материала.The task to which the invention is directed is to improve manufacturability in production and increase the physicomechanical properties of the powder composite material.

Технический результат заключается в улучшении физико-механических свойств материала и обусловлен увеличением однородности распределения дисперсного наполнителя и улучшением химической связи между элементами металлической матрицы и наполнителем. Кроме того, за счет использования более дешевого восстановленного оксида графита снижаются затраты на производство при заданных показателях качества материала.The technical result consists in improving the physical and mechanical properties of the material and is due to an increase in the uniformity of the distribution of the dispersed filler and to an improvement in the chemical bond between the elements of the metal matrix and the filler. In addition, through the use of cheaper reduced graphite oxide, production costs are reduced for given quality indicators of the material.

Это достигается тем, что порошковый композиционный материал состоит из матрицы, содержащей хотя бы один металл и/или сплав на основе металла, и дисперсного наполнителя из наноразмерного углерода, при этом матрица содержит хотя бы один металл и/или сплав на основе металла - и/или интерметаллид, а в качестве наноразмерного углерода используется восстановленный оксид графита, причем восстановленный оксид графита может быть функционализированным.This is achieved by the fact that the powder composite material consists of a matrix containing at least one metal and / or a metal-based alloy and a dispersed filler of nanosized carbon, while the matrix contains at least one metal and / or a metal-based alloy - and / or an intermetallic compound, and reduced carbon monoxide is used as the nanoscale carbon, the reduced graphite oxide may be functionalized.

Восстановленный оксид графита (ВОГ) представляет собой структурированную модификацию частично или полностью восстановленного оксида графита, в котором после восстановления, наряду с новыми функциональными группами или двойными связями, остаются старые гидроксильные группы. ВОГ состоит из моно- или малослойных, толщиной 1-10 атомных слоев частиц, длина и ширина которых много больше их толщины, имеющих дефектную или искаженную кристаллическую гексагональную решетку с рентгеноаморфной структурой, не содержащей пика графита на рентгенограмме при рентгенофазовом анализе. Структура ВОГ определяет ряд его специфических свойств: высокие смазывающую способность, тепло- и электропроводность, развитую удельную поверхность, возможность внедрения (легирования) в процессе синтеза атомов или групп атомов (нанокластеров) различных металлов и соединений (функционализирование). Последнее является важным фактором для химического взаимодействия с металлической матрицей, имеющей подобную структуру. При этом в силу дефектности структуры стоимость ВОГ на порядок ниже стоимости известных наноуглеродов, в часности графенов и углеродных нанотрубок.Reduced graphite oxide (FOG) is a structured modification of partially or fully reduced graphite oxide, in which, after reduction, along with new functional groups or double bonds, the old hydroxyl groups remain. FOG consists of mono- or small-layer particles with a thickness of 1-10 atomic layers, the length and width of which are much greater than their thickness, having a defective or distorted hexagonal crystal lattice with an X-ray amorphous structure that does not contain a graphite peak in the x-ray diffraction pattern during x-ray phase analysis. The FOG structure determines a number of its specific properties: high lubricity, heat and electrical conductivity, developed specific surface area, the possibility of incorporation (alloying) in the process of synthesis of atoms or groups of atoms (nanoclusters) of various metals and compounds (functionalization). The latter is an important factor for chemical interaction with a metal matrix having a similar structure. Moreover, due to the defective structure, the cost of FOG is an order of magnitude lower than the cost of known nanocarbons, in particular graphenes and carbon nanotubes.

Примеры конкретного применения.Examples of specific application.

Пример 1Example 1

Порошковый композиционный материал, содержащий матрицу из алюминия марки А7 и дисперсный наполнитель (ДН) в виде ВОГPowder composite material containing a matrix of aluminum grade A7 and dispersed filler (DN) in the form of VOG

Порошковая матрица сплава дисперсностью ≤50 мкм, полученная газовым распылением из расплава, и ВОГ в виде частиц толщиной 0,4-4 нм, длиной и шириной 1-5 мкм обрабатывали 45 мин в аттриторе при энергонасыщенности 3 кВт/кг. Полученную порошковую композицию компактировали в вакууме 10^-4-10^-5 мм рт.ст. при температуре 450°С и давлении 130 МПа. Физико-механические свойства компактных брикетов из композиционного материала приведены в таблице 1.The powder matrix of the alloy with a dispersion of ≤50 μm, obtained by gas spraying from a melt, and FOG in the form of particles with a thickness of 0.4-4 nm, length and width of 1-5 μm was treated for 45 min in an attritor with an energy saturation of 3 kW / kg. The resulting powder composition was compacted in vacuo at 10 ^-4 -10 ^-5 mm Hg. at a temperature of 450 ° C and a pressure of 130 MPa. Physico-mechanical properties of compact briquettes made of composite material are shown in table 1.

Таблица 1Table 1 № п/пNo. p / p МатериалMaterial Состав, мас.%Composition, wt.% Время обработки, ч, ПАВ*Processing time, h, surfactant * ПлотностьDensity σ_B**, МПаσ _B **, MPa δ₅***, %δ ₅ ***,% МатрицаMatrix ДНDN г/см³ g / cm ³ % расч.% calculation 1one ПредлагаемыйProposed АlAl ВОГ, 2%VOG, 2% 0,75, без ПАВ0.75, without surfactant 2,692.69 100one hundred 148-150148-150 2424 22 ПредлагаемыйProposed АlAl ВОГ, 24%VOG, 24% 0,75, без ПАВ0.75, without surfactant 2,602.60 100one hundred 230-250230-250 2,42,4 33 ПрототипPrototype АlAl CNT, 0,5-5%CNT, 0.5-5% 2-6, ПАВ2-6, surfactant нет данныхthere is no data 94-9994-99 84-14084-140 7-287-28 4four ПрототипPrototype АlAl CNT, 10%CNT, 10% 2-6,этанол2-6, ethanol нет данныхthere is no data 9696 8080 1616 *ПАВ - поверхностно-активные вещества (технологические добавки-пластификаторы, например стеарин).* Surfactants - surfactants (technological additives, plasticizers, for example stearin). **σ_B - временное сопротивление разрыву (предел прочности),** σ _B - temporary tensile strength (tensile strength), ***δ₅ - относительное удлинение, определенное на пятикратном образце по ГОСТ 1497.*** δ ₅ is the elongation determined on a five-fold specimen according to GOST 1497.

Анализ результатов показывает, что предлагаемый материал имеет повышенную по сравнению с прототипом технологичность при изготовлении, и, не требуя применения ПАВ при механической обработке в аттриторе, обеспечивает плотность 100% расчетной, на 5-40% повышенную механическую прочность и позволяет сократить время обработки в 2-8 раз.An analysis of the results shows that the proposed material has a higher manufacturability compared to the prototype in manufacturing, and, without requiring the use of surfactants during machining in the attritor, it provides a density of 100% of the calculated, 5-40% increased mechanical strength and allows to reduce the processing time by 2 -8 times.

Пример 2Example 2

Порошковый композиционный материал, содержащий матрицу из химически чистого медного порошка с размером частиц ≤2 мкм и дисперсный наполнитель в виде функционализированного ВОГ, содержащего нанокластеры меди размером от 20 до 500 нм в количестве 1-5%A powder composite material containing a matrix of chemically pure copper powder with a particle size of ≤2 μm and a dispersed filler in the form of a functionalized FOG containing copper nanoclusters ranging in size from 20 to 500 nm in an amount of 1-5%

Матричный порошок и функционализированный ВОГ в виде частиц толщиной 0,4-4 нм, длиной и шириной 1-5 мкм обрабатывали 30 мин в вибросмесителе и просеивали на вибросите через сетку 004 по ГОСТ 6613. Из полученной порошковой композиции холодным прессованием на воздухе при давлении 300 МПа изготавливали образцы диаметром 15, высотой 25 мм. Физико-механические свойства образцов приведены в таблице 2.The matrix powder and functionalized VOG in the form of particles 0.4–4 nm thick, 1–5 μm long and wide were processed for 30 min in a vibratory mixer and sieved on a vibrating sieve through a 004 mesh according to GOST 6613. From the obtained powder composition by cold pressing in air at a pressure of 300 MPa samples were made with a diameter of 15 and a height of 25 mm. Physico-mechanical properties of the samples are shown in table 2.

Таблица 2table 2 № п/пNo. p / p МатериалMaterial Состав, мас.%Composition, wt.% Твердость НвHardness HB λ,* Вт/м·градλ, * W / m МатрицаMatrix ДНDN Состояниеcondition МПаMPa 1one ПредлагаемыйProposed Cu 50%Cu 50% ВОГ функционализированныйVOG functionalized холодно прессованноеcold pressed 6060 818,6818.6 22 ПредлагаемыйProposed Cu 20%Cu 20% ВОГ функционализированныйVOG functionalized холодно прессованноеcold pressed 4040 1497,71497.7 33 МедьCopper М0M0 -- отожженноеannealed 3535 401401 * теплопроводность.* thermal conductivity.

Предлагаемый материал имеет повышенную по сравнению с медью теплопроводность: в ≈2 раза при соотношении объемов Cu к ВОГ 1:1 и в ≈4 раза при соотношении объемов Cu к ВОГ 1:4. Минимальное содержание матричного материала определяется необходимостью сохранения прочного металлического каркаса.The proposed material has a higher thermal conductivity compared to copper: ≈2 times with a ratio of volumes of Cu to FOG 1: 1 and ≈4 times with a ratio of volumes of Cu to FOG 1: 4. The minimum content of the matrix material is determined by the need to maintain a strong metal frame.

Пример 3Example 3

Порошковый композиционный материал, содержащий матрицу из сплава Al-Al₃Ni в количестве, соответствующем 1-3 мас.% Ni, - 0,5-1 мас.% переходных металлов (Cr, Zr, V) и дисперсный наполнитель в виде ВОГA powder composite material containing a matrix of an Al-Al ₃ Ni alloy in an amount corresponding to 1-3 wt.% Ni, 0.5-1 wt.% Of transition metals (Cr, Zr, V) and a dispersed filler in the form of FOG

Порошковая матрица сплава дисперсностью ≤300 мкм, полученного методом центробежного разбрызгивания расплава, и ВОГ в виде чешуек толщиной 0,4-4 нм, длиной и шириной 1-5 мкм обрабатывали 45-75 мин в аттриторе при энергонасыщенности 3 кВт/кг. Полученную порошковую композицию компактировали в вакууме 10^-4-10^-5 мм рт.ст. при температуре 480°С и давлении 130 МПа. Физико-механические свойства компактных брикетов из композиционного материала приведены в таблице 3.The powder matrix of the alloy with a dispersion of ≤300 μm obtained by centrifugal melt spraying and FOG in the form of flakes with a thickness of 0.4-4 nm, length and width of 1-5 μm was treated for 45-75 min in an attritor with an energy saturation of 3 kW / kg. The resulting powder composition was compacted in vacuo at 10 ^-4 -10 ^-5 mm Hg. at a temperature of 480 ° C and a pressure of 130 MPa. Physico-mechanical properties of compact briquettes made of composite material are given in table 3.

Таблица 3Table 3 № п/пNo. p / p МатериалMaterial Состав, мас.%Composition, wt.% Время обработки, ч, ПАВProcessing time, h, surfactant ПлотностьDensity σ_B, МПаσ _B , MPa δ₅, %δ ₅ ,% МатрицаMatrix ДНDN г/см³ g / cm ³ % расч.% calculation 1one ПредлагаемыйProposed Al-Ni-ПМAl-Ni-PM ВОГ, 2,5%VOG, 2.5% 0,75-1,5 без ПАВ0.75-1.5 without surfactant 2,752.75 100one hundred 330330 4,54,5 22 ПрототипPrototype Аl-1% NiAl-1% Ni CNT, 6,2%CNT, 6.2% не приведеноnot given не приведенаnot given 95,495.4 213213 -- 33 Прототип*Prototype* Аl-1% NiAl-1% Ni CNT, 4,34%CNT, 4.34% **** не приведенаnot given 9797 337337 3,63.6 *Частицы никеля в алюминии получены химическим осаждением при отжиге, CNT выращены химическим парофазным осаждением;* Nickel particles in aluminum are obtained by chemical deposition during annealing, CNT are grown by chemical vapor deposition; **спекание при 600 МПа, 640°С, 3 ч, подпрессовка 2 ГПа, формирование Аl₄С₃ при 850°С, 2 ч.** sintering at 600 MPa, 640 ° С, 3 h, prepressing 2 GPa, formation of Al ₄ С ₃ at 850 ° С, 2 h.

Предлагаемый материал имеет повышенную по сравнению с прототипом технологичность при изготовлении: обеспечивает плотность 100% расчетной и на 40% повышенную механическую прочность. Близкая прочность на материале-прототипе (№3, см. табл.3) получена при вдвое большем по сравнению с ВОГ содержании CNT и существенном усложнении технологии получения материала (см. примечание к таблице 3).The proposed material has a higher manufacturability in comparison with the prototype in manufacturing: it provides a density of 100% of the calculated and 40% increased mechanical strength. Close strength on the material of the prototype (No. 3, see table 3) was obtained with twice as much CNT content as compared with FOG and a significant complication of the technology for producing the material (see note to table 3).

Пример 4Example 4

Порошковый композиционный материал для прецизионных приборов с пониженным температурным коэффициентом линейного расширения (TKЛP), содержащий матрицу из сплава Al-42,5%Si-3%Ni и дисперсный наполнитель в виде ВОГPowder composite material for precision instruments with a reduced temperature coefficient of linear expansion (TKLP), containing an Al-42.5% Si-3% Ni alloy matrix and a dispersed filler in the form of VOG

Порошки сплавов Al-20 мac.% Si и Аl-20 мас.% Ni дисперсностью ≤50 мкм, полученные методом газового распыления из расплава, металлического кремния или карбида кремния дисперсностью ≤2 мкм и ВОГ в виде частиц толщиной 0,4-4 нм, длиной и шириной 1-5 мкм обрабатывали 45-75 мин в аттриторе при энергонасыщенности 3 кВт/кг. ВОГ в композиции используется как технологическая добавка. Полученную порошковую композицию компактировали в вакууме 10^-4-10^-5 мм рт.ст. при температуре 535°С и давлении 130 МПа. Физико-механические свойства компактных брикетов из композиционного материала приведены в таблице 4.Al-20 mass% Si and Al-20 mass% Ni alloy powders with a dispersion of ≤50 μm obtained by gas spraying from a melt, metal silicon or silicon carbide with a dispersion of ≤2 μm and VOG in the form of particles with a thickness of 0.4-4 nm , length and width of 1-5 microns were treated for 45-75 minutes in the attritor with an energy saturation of 3 kW / kg VOG in the composition is used as a technological additive. The resulting powder composition was compacted in vacuo at 10 ^-4 -10 ^-5 mm Hg. at a temperature of 535 ° C and a pressure of 130 MPa. Physico-mechanical properties of compact briquettes made of composite material are given in table 4.

Таблица 4Table 4 № п/пNo. p / p МатериалMaterial Состав, мас.%Composition, wt.% Время обработки, ч, ПАВProcessing time, h, surfactant ПлотностьDensity σ_B, МПаσ _B , MPa ТКЛР, 1·10^-61/°CTECL, 1 · 10 ^-6 1 / ° C δ₅, %δ ₅ ,% МатрицаMatrix ДНDN г/см³ g / cm ³ % расч.% calculation 1one ПредлагаемыйProposed Al-Si-NiAl-Si-Ni ВОГ, 0,5VOG, 0.5 0,75 без ПАВ0.75 without surfactant 2,5992,599 100one hundred 258258 9,94-10,759.94-10.75 0,170.17 1one ПредлагаемыйProposed M-Si-SiC-NiM-Si-SiC-Ni ВОГ, 0,5VOG, 0.5 0,75 без ПАВ0.75 without surfactant 2,5672,567 100one hundred 250250 10,44-10,4610.44-10.46 0,180.18 22 Прототип*Prototype* Al-23%SiAl-23% Si CNT, 12,5CNT, 12.5 нет данныхthere is no data 2,5562,556 нет данныхthere is no data 8383 15,3715.37 0,190.19

Анализ результатов, приведенных в табл.4, показывает, что предлагаемый материал позволяет эффективно провести механическое легирование без углеводородных ПАВ, при компактировании обеспечивается плотность 100% расчетной. При этом прочность втрое превышает прочность прототипа при равном относительном удлинении, несмотря на вдвое большее содержание кремния, а ТКЛР материала снижается в 1,5 раза.An analysis of the results given in Table 4 shows that the proposed material can effectively carry out mechanical alloying without hydrocarbon surfactants, while compaction provides a density of 100% calculated. In this case, the strength is three times the strength of the prototype with equal elongation, despite the twice as high silicon content, and the thermal expansion coefficient of the material is reduced by 1.5 times.

Нижний предел содержания ВОГ определяется необходимым смазывающим эффектом при механическом легировании, предотвращающем комкование частиц порошка. Верхний предел определяется требованием обеспечения необходимых физико-механических свойств.The lower limit of the VOG content is determined by the necessary lubricating effect during mechanical alloying, which prevents clumping of powder particles. The upper limit is determined by the requirement to ensure the necessary physical and mechanical properties.

Предлагаемый материал в результате механического легирования имеет структуру с однородно распределенным в матрице дисперсным наполнителем. Высокие смазывающие свойства ВОГ позволяют использовать его как поверхностно-активное вещество. При этом количество ВОГ, необходимое для активации механического легирования, существенно меньше, чем количество графита (в виде электротехнического, электродного или сажи), а в применении ПАВ на основе углеводородов, являющихся источниками вредного водорода в материале, нет необходимости. В отличие от углеродных нанотрубок, ВОГ не образует жгутов. Последнее относится как к случаям использования ВОГ только в количестве, достаточным для смазывающего эффекта, так и когда он используется для упрочненияThe proposed material as a result of mechanical alloying has a structure with a dispersed filler uniformly distributed in the matrix. The high lubricating properties of VOG allow it to be used as a surfactant. Moreover, the amount of FOG required to activate mechanical alloying is significantly less than the amount of graphite (in the form of electrical, electrode, or soot), and there is no need to use surfactants based on hydrocarbons that are sources of harmful hydrogen in the material. Unlike carbon nanotubes, VOG does not form bundles. The latter applies both to cases where VOG is used only in an amount sufficient for the lubricating effect, and when it is used for hardening

Пример 5Example 5

Порошковый композиционный материал, содержащий матрицу из сплава Mg-6%Zn-0,5%Zr (гранулируемый МА14 - МА14 гр) или Mg-2%Zn-0,7%Zr-1,6%Cd-6,5%Y (гранулируемый ВМД10 - ВМД10 гр) и дисперсный наполнитель в виде ВОГ.A powder composite material containing a matrix of an alloy of Mg-6% Zn-0.5% Zr (granulated MA14 - MA14 g) or Mg-2% Zn-0.7% Zr-1.6% Cd-6.5% Y (granulated VMD10 - VMD10 gr) and dispersed filler in the form of VOG.

Гранулы сплавов Mg-6,5 мас.%Zn-0,5 мac.%Zr или Mg-2 мac.%Zn-0,7 мac.%Zr-1,6 мас.%Cd-6,5 мас.%Y дисперсностью ≤1,5 мм, полученные методом центробежного разбрызгивания расплава в жидкий азот, и ВОГ в виде частиц толщиной 0,4-4 нм, длиной и шириной 1-5 мкм обрабатывали 30 мин в вибросмесителе и просеивали на вибросите через сетки 15 и 004 по ГОСТ 6613. Порошковую композицию с гранулометрическим составом ≤1,5 мм, но ≥40 мкм перерабатывали в прессованный полуфабрикат по технологии, указанной в таблице 5.Granules of alloys Mg-6.5 wt.% Zn-0.5 wt.% Zr or Mg-2 wt.% Zn-0.7 wt.% Zr-1.6 wt.% Cd-6.5 wt.% Y dispersion ≤1.5 mm, obtained by centrifugal spraying of the melt into liquid nitrogen, and FOG in the form of particles with a thickness of 0.4-4 nm, length and width of 1-5 μm were processed for 30 min in a vibratory mixer and sieved on a vibrating screen through mesh 15 and 004 according to GOST 6613. A powder composition with a particle size distribution of ≤1.5 mm but ≥40 μm was processed into a pressed semi-finished product according to the technology indicated in table 5.

Таблица 5Table 5 № п/пNo. p / p МатериалMaterial Состав, мас.%Composition, wt.% Металлургический переделMetallurgical redistribution Плотность, г/см³ Density, g / cm ³ σ_B, МПаσ _B , MPa МатрицаMatrix ДНDN 1one ПредлагаемыйProposed МА14 грMA14 gr ВОГ, 0,5%FOG, 0.5% Компактирование в вакууме, 300°С, 6 МПа, прессование 280°С, к_в 4Compacting in vacuum, 300 ° С, 6 MPa, pressing 280 ° С, _in 4 1,7951,795 ≥350≥350 22 ПредлагаемыйProposed ВМД10 грVMD10 gr ВОГ, 1%VOG, 1% Компактирование в вакууме, 300°С, 6 МПа, прессование 350°С, к_в 20Compacting in vacuum, 300 ° С, 6 MPa, pressing 350 ° С, _in 20 1,8861,886 ≥350≥350 33 ГранулируемыйGranular МА14 грMA14 gr Компактирование в капсуле, 320°С, 400 МПа, прессование 320°С, к_в 4Compacting in a capsule, 320 ° С, 400 MPa, pressing 320 ° С, _in 4 1,681.68 320-330320-330 4four ГранулируемыйGranular ВМД10 грнAMD 10 UAH Компактирование в вакууме, 380°С, 6 МПа, прессование 380°С, к_в 20Compacting in vacuum, 380 ° C, 6 MPa, pressing 380 ° C, _in 20 1,8011,801 ≥330≥330 55 ЛитойCast МА14MA14 -- Прессование 320°С, к_в 4Pressing 320 ° C, K _in 4 1,761.76 290-330290-330 66 ЛитойCast ВМД10VMD10 -- Прессование 380°С, к_в 20Pressing 380 ° C, _in 20 1,861.86 320-330320-330 к_в - коэффициент вытяжки при прессовании.to _in - coefficient of drawing during pressing.

Предлагаемый материал имеет повышенную по сравнению с известными граунулируемыми и литыми сплавами плотность прессованных полуфабрикатов (эффект составляет 0,3-2% по сравнению с литым и 6-6,4% по сравнению с гранулируемым вариантами сплавов, не содержащих ВОГ). ВОГ позволяет на 30-40°С снизить температуру прессования. В результате на 6-20% возрастает механическая прочность.The proposed material has a higher density of pressed semi-finished products in comparison with the known granular and cast alloys (the effect is 0.3-2% compared to cast and 6-6.4% compared to granular versions of alloys that do not contain FOG). FOG makes it possible to reduce the pressing temperature by 30–40 ° C. As a result, mechanical strength increases by 6–20%.

Таким образом, изобретение позволяет существенно повысить технологичность при изготовлении и получить порошковый композиционный материал с дисперсной однородной структурой и повышенными физико-механическими (плотностью, прочностью и др.) и/или функциональными свойствами, повысить его эксплуатационную надежность.Thus, the invention allows to significantly improve manufacturability in the manufacture and to obtain a powder composite material with a dispersed homogeneous structure and increased physical and mechanical (density, strength, etc.) and / or functional properties, to increase its operational reliability.

Claims

1. A powder composite material containing a metal matrix and a dispersed filler in the form of nanosized carbon, characterized in that it contains a metal and / or metal-based alloy and / or intermetallic as a matrix, and reduced graphite oxide as a nanosized carbon.

2. The powder composite material according to claim 1, characterized in that it contains functionalized reduced graphite oxide as reduced graphite oxide.