RU2412020C2 - Способ изготовления наноструктурированного конструкционного материала с объемной наноструктурой - Google Patents
Способ изготовления наноструктурированного конструкционного материала с объемной наноструктурой Download PDFInfo
- Publication number
- RU2412020C2 RU2412020C2 RU2009117927/02A RU2009117927A RU2412020C2 RU 2412020 C2 RU2412020 C2 RU 2412020C2 RU 2009117927/02 A RU2009117927/02 A RU 2009117927/02A RU 2009117927 A RU2009117927 A RU 2009117927A RU 2412020 C2 RU2412020 C2 RU 2412020C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- structural material
- temperature
- mix
- nanostructured
- compacting
- Prior art date
Links
- 239000000463 material Substances 0.000 title claims abstract description 24
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 14
- 239000002086 nanomaterial Substances 0.000 title abstract description 5
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims abstract description 18
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 14
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 claims abstract description 14
- 239000010949 copper Substances 0.000 claims abstract description 14
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 claims abstract description 9
- 238000002844 melting Methods 0.000 claims abstract description 6
- 230000008018 melting Effects 0.000 claims abstract description 6
- 238000002156 mixing Methods 0.000 claims abstract description 6
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 4
- 239000002775 capsule Substances 0.000 claims abstract description 4
- 239000002041 carbon nanotube Substances 0.000 claims abstract description 4
- 229910021393 carbon nanotube Inorganic materials 0.000 claims abstract description 4
- 239000004094 surface-active agent Substances 0.000 claims abstract description 3
- 238000003825 pressing Methods 0.000 claims description 3
- 238000005056 compaction Methods 0.000 abstract description 3
- 238000005272 metallurgy Methods 0.000 abstract description 2
- 238000004663 powder metallurgy Methods 0.000 abstract description 2
- 238000005469 granulation Methods 0.000 abstract 1
- 230000003179 granulation Effects 0.000 abstract 1
- 238000010327 methods by industry Methods 0.000 abstract 1
- 238000005476 soldering Methods 0.000 abstract 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 238000003466 welding Methods 0.000 abstract 1
- 239000000843 powder Substances 0.000 description 6
- 239000000919 ceramic Substances 0.000 description 5
- 238000005245 sintering Methods 0.000 description 5
- 239000002131 composite material Substances 0.000 description 4
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 4
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000000956 alloy Substances 0.000 description 3
- QGZKDVFQNNGYKY-UHFFFAOYSA-N Ammonia Chemical compound N QGZKDVFQNNGYKY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 2
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 2
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 description 2
- 150000001247 metal acetylides Chemical class 0.000 description 2
- 239000002105 nanoparticle Substances 0.000 description 2
- 229910052758 niobium Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000010955 niobium Substances 0.000 description 2
- 150000004767 nitrides Chemical class 0.000 description 2
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 description 2
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 description 2
- 230000001681 protective effect Effects 0.000 description 2
- 229910018072 Al 2 O 3 Inorganic materials 0.000 description 1
- VYZAMTAEIAYCRO-UHFFFAOYSA-N Chromium Chemical compound [Cr] VYZAMTAEIAYCRO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910000881 Cu alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N Hydrogen Chemical compound [H][H] UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910000831 Steel Inorganic materials 0.000 description 1
- RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N Titanium Chemical compound [Ti] RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000004913 activation Effects 0.000 description 1
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 1
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N aluminium oxide Inorganic materials [O-2].[O-2].[O-2].[Al+3].[Al+3] PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910021529 ammonia Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 1
- 238000009835 boiling Methods 0.000 description 1
- 229910052804 chromium Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011651 chromium Substances 0.000 description 1
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 1
- 238000007596 consolidation process Methods 0.000 description 1
- -1 for example Substances 0.000 description 1
- 238000005242 forging Methods 0.000 description 1
- 230000004927 fusion Effects 0.000 description 1
- 238000000227 grinding Methods 0.000 description 1
- 239000003779 heat-resistant material Substances 0.000 description 1
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 description 1
- 238000005470 impregnation Methods 0.000 description 1
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 1
- 239000007769 metal material Substances 0.000 description 1
- 238000003801 milling Methods 0.000 description 1
- GUCVJGMIXFAOAE-UHFFFAOYSA-N niobium atom Chemical compound [Nb] GUCVJGMIXFAOAE-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000000704 physical effect Effects 0.000 description 1
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 description 1
- 238000004321 preservation Methods 0.000 description 1
- 238000001953 recrystallisation Methods 0.000 description 1
- 239000011819 refractory material Substances 0.000 description 1
- 239000010959 steel Substances 0.000 description 1
- 239000000725 suspension Substances 0.000 description 1
- 239000010936 titanium Substances 0.000 description 1
- 229910052719 titanium Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052720 vanadium Inorganic materials 0.000 description 1
- GPPXJZIENCGNKB-UHFFFAOYSA-N vanadium Chemical compound [V]#[V] GPPXJZIENCGNKB-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
Landscapes
- Powder Metallurgy (AREA)
- Battery Electrode And Active Subsutance (AREA)
- Colloid Chemistry (AREA)
- Processing And Handling Of Plastics And Other Materials For Molding In General (AREA)
Abstract
Изобретение относится к области порошковой металлургии, в частности к получению жаропрочного наноструктурированного конструкционного материала методом гранульной металлургии. В предложенном способе смешивают компоненты, содержащие медную основу и углеродные нанотрубки в качестве наноструктурного компонента и компактируют полученную смесь при одновременном воздействии температуры и давления. При этом перед компактированием смесь помещают в капсулу и осуществляют компактирование смеси в капсуле при температуре 0,7-0,95 температуры плавления медной основы и давлении 1100÷1500 атм с выдержкой в течение 2-5 часов. При смешивании компонентов осуществляют их активацию путем деформации в шаровой планетарной мельнице или введением поверхностно активных веществ. Кроме того, подготовленную рабочую смесь подвергают предварительному прессованию при комнатной температуре в диапазоне давлений 0,1-0,5% модуля нормальной упругости. Обеспечивается получение конструкционного материала с сохранением технологических параметров по свариваемости и паяемости и повышенной жаропрочностью. 2 з.п. ф-лы.
Description
Изобретение относится к области порошковой металлургии, в частности к получению жаропрочного наноструктурированного конструкционного материала методом гранульной металлургии.
В настоящее время большое внимание уделяется поиску новых материалов, способных объединить высокую пластичность, теплопроводность с высокой термостойкостью, твердостью и износостойкостью.
Так, к конструкционным материалам, применяемым для изготовления теплонагруженных элементов ракетных двигателей, например внутренних паяных огневых стенок, предъявляются требования: высокие теплопроводность, жаропрочность и жаростойкость.
Этими свойствами обладают используемые в настоящее время жаропрочные легированные сплавы на основе меди БрХ08, БрХЦрТ (Справочник Металлические материалы, хладостойкие до -196 и -253°С. /Под ред. Ю.И.Русинович, И.К.Успенская, Т.А.Власова // ГОНТИ №1, 1982), которые позволяют обеспечить лишь определенный уровень требований. Однако работоспособность перспективных энергонапряженных ракетных двигателей не может быть обеспечена применением таких материалов, так как при температурах" порядка 0,5 температуры плавления меди происходит их разупрочнение и рекристаллизация.
Известен способ получения композиционных материалов, содержащих порошковые частицы Аl2О3, ZrO2, SiO и других оксидов, частицы TiC или других карбидов, нитридов, боридов, а также частицы интерметаллида Ni2Al (патент США 5482673). Способ включает смешивание исходной смеси порошков и уплотнение полученной смеси при температуре и давлении, достаточных для получения плотного керамического композита. Недостатком материала, получаемого данным способом, является его пониженная стойкость к окислению при высоких температурах из-за присутствия в составе материала керамической фазы карбидов или нитридов, склонных к окислению.
Известен также способ получения композиционного материала, состоящего из взаимопроникающих связанных каркасов керамической фазы Аl2О3 и интерметаллидной фазы Ti-Al-Nb или Ti-Al-V. Материал получают совместным высокоэнергетическим помолом порошков титана, алюминия, оксида алюминия с добавлением ванадия или ниобия, с последующим компактированием и спеканием при нормальном давлении (Journal of the American Ceramic Society, т.84, №7, июль 2001 г.). Недостатком данного способа является высокая вероятность опережающего спекания металлической фазы с образованием недостаточно связанного керамического каркаса, что приводит к снижению высокотемпературных свойств материала и изделия из него.
Известен способ изготовления композиционного материала с объемной наноструктурой (см. Заявка на изобретение RU №2007116914 кл., МПК B22F 1/00 опубл. 11.10.2008 г.). Способ включает подготовку основы материала, введения в нее наноструктурирующего компонента и термообработку. Указанные операции производят путем подготовки основы прессованием порошкового материала в диапазоне давлений 0,1-0,3% модуля нормальной упругости и предварительного спекания в течение 1-2 час в диапазоне температур 60-70% его абсолютной температуры плавления в защитно-восстановительной газообразной среде, в водороде или диссоциированном аммиаке. Введение наноструктурирующего компонента осуществляют путем вакуумной пропитки основы суспензией наночастиц в жидкости. Термообработку композиции производят в газообразной защитно-восстановительной среде в два этапа: при температуре 80-90% абсолютной температуры кипения защитной жидкости и 80-95% абсолютной температуры плавления материала основы с выдержкой в течение 1-2 час по каждому этапу. При введении в медную матрицу наночастиц тугоплавкого материала, например хрома, прессование производят в диапазоне давлений 100-300 МПа, предварительное и окончательное спекание производят в диапазоне температур 540-680°С и (810-1020)°С соответственно. Данный метод обеспечивает получение жаропрочного материала. Недостаток: невысокая теплопроводность.
Наиболее близким является способ изготовления наноструктурного конструкционного материала на медной основе, обладающего повышенной теплопроводностью, раскрытый в заявке Японии №10-168502, B22F 1/00, опубл. 23.06.1998 - прототип. Известный способ включает получение рабочей смеси, содержащей порошок на основе меди и углеродные нанотрубки в качестве наноструктурного компонента, и компактирование при одновременном воздействии на рабочую смесь температуры и давления. Недостатком является недостаточно высокая теплопроводность.
Целью изобретения является устранение указанного недостатка, а именно получение конструкционного материала с повышенной теплопроводностью и сохранением свойств по жаропрочности.
Поставленная цель достигается путем применения способа изготовления наноструктурированного конструкционного материала, включающего операцию смешения основы (матрицы) с наноструктурным компонентом, причем, согласно изобретению, приготовленную рабочую смесь помещают в капсулы и подвергают одновременному воздействию температур, равных 0,7-0,95 температуры плавления материала основы, и давлений 1100÷1500 атм, и выдерживают в течение 2-5 часов. При температурах менее указанного интервала спекание неэффективно, а выше -нецелесообразно из-за возможности нарушения целостности частиц (оплавления). При смешении компонентов активацию поверхностей компонентов проводят за счет физического воздействия путем деформации, например, в шаровой планетарной мельнице или химического воздействия за счет введения поверхностно-активных веществ. Для повышения эффективности консолидации производят предварительное прессование приготовленной рабочей смеси в стальных пресс-формах при комнатной температуре в диапазоне давлений 0,1-0,5% модуля нормальной упругости. Давления ниже этого интервала не дают необходимой на этой технологической стадии плотности и пористости, а превышение увеличивает энергоемкость процесса.
Оптимальными условиями получения наноструктурированного конструкционного материала является, например: приготовление порошковой смеси на медной основе в шаровой планетарной мельнице в течение 30 мин, последующая подпрессовка до плотности 50% при 0,2 модуля нормальной упругости (225 МПа) и горячее изостатическое компактирование по режиму: температура 950°С, давление - 1400°С, время выдержки на режиме 4 час.
Реализация указанного выше технологического решения позволила получить жаропрочный наноструктурированный конструкционный материал с объемной наноструктурой, у которого повышен предел текучести в 2,5 и 1,5 раза в сравнении с чистой медью и сплавом БрХЦрТ при сохранении пластичности материала на уровне 25%, что соответствует пластичности промышленно освоенного сплава БрХЦрТ. По уровню теплопроводности λ=260 Вт/м·К соответствует чистой меди, удельное электросопротивление - 2,7 мкOм·см. В состав наноструктурированного материала входили: медь и углеродные нанотрубки - до 1 мас.%.
Предлагаемый способ позволяет повысить жаропрочность медных сплавов в 2-3 раза при сохранении тепло- и электропроводности на уровне чистой меди, добиться хорошей свариваемости. Получаемые по данному способу наноструктурированный конструкционный материал может подвергаться дополнительной обработке давлением с целью получения проката различного сортамента, труб, листов, лент, поковок или штамповок, что обеспечит широкое применение материала в различных отраслях индустрии.
Причем данные конструкционные материалы являются экологически чистыми продуктами, не содержащими экологически вредных химических соединений.
Claims (3)
1. Способ изготовления наноструктурированного конструкционного материала, включающий смешивание компонентов, содержащих медную основу и углеродные нанотрубки в качестве наноструктурного компонента, и компактирование полученной смеси при одновременном воздействии температуры и давления, отличающийся тем, что перед компактированием смесь помещают в капсулу и осуществляют компактирование смеси в капсуле при температуре 0,7-0,95 температуры плавления медной основы и давлении 1100÷1500 атм с выдержкой в течение 2-5 ч.
2. Способ по п.1, отличающися тем, что при смешивании компонентов осуществляют их активацию путем деформации в шаровой планетарной мельнице или введения поверхностно-активных веществ.
3. Способ по п.1 или 2, отличающийся тем, что подготовленную рабочую смесь подвергают предварительному прессованию при комнатной температуре в диапазоне давлений 0,1-0,5% модуля нормальной упругости.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2009117927/02A RU2412020C2 (ru) | 2009-05-12 | 2009-05-12 | Способ изготовления наноструктурированного конструкционного материала с объемной наноструктурой |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2009117927/02A RU2412020C2 (ru) | 2009-05-12 | 2009-05-12 | Способ изготовления наноструктурированного конструкционного материала с объемной наноструктурой |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2009117927A RU2009117927A (ru) | 2010-11-20 |
| RU2412020C2 true RU2412020C2 (ru) | 2011-02-20 |
Family
ID=44058050
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2009117927/02A RU2412020C2 (ru) | 2009-05-12 | 2009-05-12 | Способ изготовления наноструктурированного конструкционного материала с объемной наноструктурой |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2412020C2 (ru) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2508961C2 (ru) * | 2012-05-22 | 2014-03-10 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Ульяновский государственный технический университет" | Способ получения объемных сложнопрофильных наноструктурных конструкционных и функциональных материалов |
| RU2625692C2 (ru) * | 2015-11-13 | 2017-07-18 | Общество с ограниченной ответственностью "Карбон тех" | Способ получения нанокомпозитных материалов на основе медной матрицы |
| WO2018169428A1 (ru) * | 2017-03-15 | 2018-09-20 | Общество с ограниченной ответственностью "Карбон тех" | Способ получения нанокомпозитных материалов на основе медной матрицы |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2003183709A (ja) * | 2001-12-14 | 2003-07-03 | Hitachi Metals Ltd | 低熱膨張・高熱伝導性銅複合材料及びその製造方法 |
| RU2246379C1 (ru) * | 2004-02-25 | 2005-02-20 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Всероссийский научно-исследовательский институт авиационных материалов" (ФГУП "ВИАМ") | Способ получения композиционного материала |
| RU2281341C2 (ru) * | 2003-07-23 | 2006-08-10 | Общество с ограниченной ответственностью "Научно-Технический Центр прикладных нанотехнологий" | Спеченный композиционный материал |
| RU2007116914A (ru) * | 2007-05-04 | 2008-11-10 | Федеральное Государственное Унитарное Предприятие "Центральный Научно-Исследовательский Институт Конструкционных Материалов "Прометей" (Фгуп "Цнии Км "Прометей") (Ru) | Способ изготовления композиционного материала с объемной наноструктурой |
-
2009
- 2009-05-12 RU RU2009117927/02A patent/RU2412020C2/ru not_active IP Right Cessation
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2003183709A (ja) * | 2001-12-14 | 2003-07-03 | Hitachi Metals Ltd | 低熱膨張・高熱伝導性銅複合材料及びその製造方法 |
| RU2281341C2 (ru) * | 2003-07-23 | 2006-08-10 | Общество с ограниченной ответственностью "Научно-Технический Центр прикладных нанотехнологий" | Спеченный композиционный материал |
| RU2246379C1 (ru) * | 2004-02-25 | 2005-02-20 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Всероссийский научно-исследовательский институт авиационных материалов" (ФГУП "ВИАМ") | Способ получения композиционного материала |
| RU2007116914A (ru) * | 2007-05-04 | 2008-11-10 | Федеральное Государственное Унитарное Предприятие "Центральный Научно-Исследовательский Институт Конструкционных Материалов "Прометей" (Фгуп "Цнии Км "Прометей") (Ru) | Способ изготовления композиционного материала с объемной наноструктурой |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2508961C2 (ru) * | 2012-05-22 | 2014-03-10 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Ульяновский государственный технический университет" | Способ получения объемных сложнопрофильных наноструктурных конструкционных и функциональных материалов |
| RU2625692C2 (ru) * | 2015-11-13 | 2017-07-18 | Общество с ограниченной ответственностью "Карбон тех" | Способ получения нанокомпозитных материалов на основе медной матрицы |
| WO2018169428A1 (ru) * | 2017-03-15 | 2018-09-20 | Общество с ограниченной ответственностью "Карбон тех" | Способ получения нанокомпозитных материалов на основе медной матрицы |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| RU2009117927A (ru) | 2010-11-20 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN102260814B (zh) | 一种原位纳米TiC陶瓷颗粒增强铝基复合材料及其制备方法 | |
| CN109023013B (zh) | 一种耐腐蚀高强度AlCoCrFeNi-Cu高熵合金的制备方法 | |
| CN102925780B (zh) | 钛镍铝合金材料及其制备工艺 | |
| CN112063869B (zh) | 一种氢辅粉末冶金钛基复合材料的制备方法 | |
| CN102492871A (zh) | 一种TiAl金属间化合物基固体自润滑复合材料及其制备方法 | |
| CN105734390B (zh) | 一种高熵合金结合的立方氮化硼聚晶复合材料的制备方法 | |
| CN105400982B (zh) | 通过氢化钛来制备石墨烯增强钛基纳米复合材料的方法 | |
| CN102242303A (zh) | 一种原位纳米TiC陶瓷颗粒增强铜基复合材料及其制备方法 | |
| CN107142388A (zh) | 一种Ti‑13Nb‑13Zr合金的制备方法 | |
| Cai et al. | Porous NbAl3/TiAl3 intermetallic composites with controllable porosity and pore morphology prepared by two-step thermal explosion | |
| CN103551574B (zh) | 一种含氮的钛基合金的粉末冶金制备方法 | |
| CN101906572B (zh) | 激光燃烧合成原位自生陶瓷颗粒增强铁铝基复合材料的方法 | |
| RU2412020C2 (ru) | Способ изготовления наноструктурированного конструкционного материала с объемной наноструктурой | |
| NL2028306B1 (en) | Method for preparing binderless wc-y2o3 cemented carbide by pressure-assisted cold and hot sintering | |
| CN103509962A (zh) | 真空热压制备碳纳米管增强钛基复合材料的方法 | |
| CN108251670B (zh) | 耐高温金属间化合物合金的制备方法 | |
| CN103243252B (zh) | 一种粘结相的碳化钨硬质合金及其制备方法 | |
| CN110983152B (zh) | 一种Fe-Mn-Si-Cr-Ni基形状记忆合金及其制备方法 | |
| CN100427622C (zh) | 一种细晶TiAl金属间化合物材料的制备方法 | |
| CN104232961B (zh) | 一种高强高硬Cu-Cr复合材料及其制备方法和应用 | |
| CN100465309C (zh) | 一种利用放电等离子烧结制备高铌钛铝合金材料的方法 | |
| CN102776431B (zh) | 一种铁三铝金属间化合物-氮化钛陶瓷复合材料及其制备方法 | |
| CN101906564B (zh) | 激光燃烧合成原位自生陶瓷相增强Al-Cu基复合材料的方法 | |
| RU2624562C1 (ru) | СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ЗАГОТОВОК ИЗ СПЛАВОВ НА ОСНОВЕ ИНТЕРМЕТАЛЛИДОВ СИСТЕМЫ Nb-Al | |
| Sheng et al. | Investigation on B, Cr doped Ni3Al alloy prepared by self-propagation high-temperature synthesis and hot extrusion |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20170513 |