RU2516679C1 - Cast composite material based on aluminium and method of its production - Google Patents
Cast composite material based on aluminium and method of its production Download PDFInfo
- Publication number
- RU2516679C1 RU2516679C1 RU2013108471/02A RU2013108471A RU2516679C1 RU 2516679 C1 RU2516679 C1 RU 2516679C1 RU 2013108471/02 A RU2013108471/02 A RU 2013108471/02A RU 2013108471 A RU2013108471 A RU 2013108471A RU 2516679 C1 RU2516679 C1 RU 2516679C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- melt
- aluminum
- composite material
- aluminium
- ccm
- Prior art date
Links
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 32
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 32
- 239000002131 composite material Substances 0.000 title claims abstract description 20
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 11
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 title abstract description 10
- 239000004411 aluminium Substances 0.000 title abstract 4
- 239000002245 particle Substances 0.000 claims abstract description 34
- 239000000155 melt Substances 0.000 claims abstract description 20
- 239000000919 ceramic Substances 0.000 claims abstract description 19
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 claims abstract description 19
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 claims abstract description 14
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 claims abstract description 14
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 12
- 230000003014 reinforcing effect Effects 0.000 claims abstract description 12
- 238000002156 mixing Methods 0.000 claims abstract description 7
- 239000000843 powder Substances 0.000 claims abstract description 7
- 238000003786 synthesis reaction Methods 0.000 claims abstract description 6
- 229910002804 graphite Inorganic materials 0.000 claims abstract description 5
- 239000010439 graphite Substances 0.000 claims abstract description 5
- 238000009826 distribution Methods 0.000 claims abstract description 3
- 229910052719 titanium Inorganic materials 0.000 claims description 10
- 239000012535 impurity Substances 0.000 claims description 9
- 229910052720 vanadium Inorganic materials 0.000 claims description 9
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims description 5
- 229910052712 strontium Inorganic materials 0.000 claims description 5
- CIOAGBVUUVVLOB-UHFFFAOYSA-N strontium atom Chemical group [Sr] CIOAGBVUUVVLOB-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 5
- 238000005266 casting Methods 0.000 claims description 4
- 230000004907 flux Effects 0.000 claims description 4
- JXOOCQBAIRXOGG-UHFFFAOYSA-N [B].[B].[B].[B].[B].[B].[B].[B].[B].[B].[B].[B].[Al] Chemical compound [B].[B].[B].[B].[B].[B].[B].[B].[B].[B].[B].[B].[Al] JXOOCQBAIRXOGG-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 238000002844 melting Methods 0.000 claims description 3
- 230000008018 melting Effects 0.000 claims description 3
- 239000011541 reaction mixture Substances 0.000 claims description 3
- 229910000521 B alloy Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 229910001278 Sr alloy Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 238000004090 dissolution Methods 0.000 claims description 2
- 238000005272 metallurgy Methods 0.000 abstract description 4
- 238000000137 annealing Methods 0.000 abstract description 2
- 230000006835 compression Effects 0.000 abstract description 2
- 238000007906 compression Methods 0.000 abstract description 2
- 230000007613 environmental effect Effects 0.000 abstract description 2
- 230000004048 modification Effects 0.000 abstract description 2
- 238000012986 modification Methods 0.000 abstract description 2
- 239000000274 aluminium melt Substances 0.000 abstract 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract 1
- 238000002791 soaking Methods 0.000 abstract 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 238000000576 coating method Methods 0.000 description 8
- 239000010936 titanium Substances 0.000 description 8
- ZOXJGFHDIHLPTG-UHFFFAOYSA-N Boron Chemical compound [B] ZOXJGFHDIHLPTG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 7
- 229910052796 boron Inorganic materials 0.000 description 7
- 238000005096 rolling process Methods 0.000 description 5
- 229910010271 silicon carbide Inorganic materials 0.000 description 5
- 238000009827 uniform distribution Methods 0.000 description 5
- CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N Carbon dioxide Chemical compound O=C=O CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- HBMJWWWQQXIZIP-UHFFFAOYSA-N silicon carbide Chemical compound [Si+]#[C-] HBMJWWWQQXIZIP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N Titanium Chemical compound [Ti] RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000000956 alloy Substances 0.000 description 3
- 239000003795 chemical substances by application Substances 0.000 description 3
- 230000003993 interaction Effects 0.000 description 3
- 229910000838 Al alloy Inorganic materials 0.000 description 2
- CAVCGVPGBKGDTG-UHFFFAOYSA-N alumanylidynemethyl(alumanylidynemethylalumanylidenemethylidene)alumane Chemical compound [Al]#C[Al]=C=[Al]C#[Al] CAVCGVPGBKGDTG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- CSDREXVUYHZDNP-UHFFFAOYSA-N alumanylidynesilicon Chemical compound [Al].[Si] CSDREXVUYHZDNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910002092 carbon dioxide Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000001569 carbon dioxide Substances 0.000 description 2
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 2
- 239000006185 dispersion Substances 0.000 description 2
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 2
- 229910000765 intermetallic Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000000463 material Substances 0.000 description 2
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 2
- 230000000051 modifying effect Effects 0.000 description 2
- 239000011858 nanopowder Substances 0.000 description 2
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 description 2
- GPPXJZIENCGNKB-UHFFFAOYSA-N vanadium Chemical compound [V]#[V] GPPXJZIENCGNKB-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 102100036774 Afamin Human genes 0.000 description 1
- 101710149366 Afamin Proteins 0.000 description 1
- 229910052580 B4C Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910000861 Mg alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910000676 Si alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- AZDRQVAHHNSJOQ-UHFFFAOYSA-N alumane Chemical group [AlH3] AZDRQVAHHNSJOQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- UQZIWOQVLUASCR-UHFFFAOYSA-N alumane;titanium Chemical compound [AlH3].[Ti] UQZIWOQVLUASCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- WNROFYMDJYEPJX-UHFFFAOYSA-K aluminium hydroxide Chemical compound [OH-].[OH-].[OH-].[Al+3] WNROFYMDJYEPJX-UHFFFAOYSA-K 0.000 description 1
- INAHAJYZKVIDIZ-UHFFFAOYSA-N boron carbide Chemical compound B12B3B4C32B41 INAHAJYZKVIDIZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 125000004432 carbon atom Chemical group C* 0.000 description 1
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 1
- 239000004020 conductor Substances 0.000 description 1
- 238000005260 corrosion Methods 0.000 description 1
- 230000007797 corrosion Effects 0.000 description 1
- 229910001610 cryolite Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000005474 detonation Methods 0.000 description 1
- 239000002360 explosive Substances 0.000 description 1
- 238000000227 grinding Methods 0.000 description 1
- 230000016507 interphase Effects 0.000 description 1
- 239000004922 lacquer Substances 0.000 description 1
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 1
- 239000003607 modifier Substances 0.000 description 1
- 239000002113 nanodiamond Substances 0.000 description 1
- 238000013021 overheating Methods 0.000 description 1
- 239000003973 paint Substances 0.000 description 1
- 239000004848 polyfunctional curative Substances 0.000 description 1
- 230000008569 process Effects 0.000 description 1
- 230000009257 reactivity Effects 0.000 description 1
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 1
- 239000011214 refractory ceramic Substances 0.000 description 1
- 230000000717 retained effect Effects 0.000 description 1
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 1
- MTPVUVINMAGMJL-UHFFFAOYSA-N trimethyl(1,1,2,2,2-pentafluoroethyl)silane Chemical compound C[Si](C)(C)C(F)(F)C(F)(F)F MTPVUVINMAGMJL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000002966 varnish Substances 0.000 description 1
- 238000009736 wetting Methods 0.000 description 1
Images
Landscapes
- Manufacture Of Alloys Or Alloy Compounds (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к области металлургии, а именно к получению литого композиционного материала (ЛКМ) на основе алюминия для изготовления отливок и деформируемых заготовок электротехнического назначения с повышенными эксплуатационными свойствами.The invention relates to the field of metallurgy, and in particular to the production of cast composite material (LKM) on the basis of aluminum for the manufacture of castings and deformable billets for electrical purposes with enhanced performance properties.
Известен способ получения литого композиционного материала на основе алюминиевого сплава (пат. РФ №2353475 от 27.04.2009), заключающийся в смешивании в размольно-смесительном устройстве порошков матричного компонента из алюминиевого сплава Al+3%Mg и армирующих дискретных керамических частиц карбида кремния зернистостью 30-50 мкм в количестве 3-5 мас.% или 9-15 мас.%, брикетирование смеси под давлением 28-35 МПа, введение брикетов в расплав сплава Al+3%Mg, перемешивание расплава и разливка.A known method of producing a cast composite material based on aluminum alloy (US Pat. RF No. 2353475 from 04/27/2009), which consists in mixing in the grinding and mixing device powders of the matrix component from aluminum alloy Al + 3% Mg and reinforcing discrete ceramic particles of silicon carbide with a grain size of 30 -50 μm in an amount of 3-5 wt.% Or 9-15 wt.%, Briquetting the mixture under a pressure of 28-35 MPa, introducing briquettes into the Al + 3% Mg alloy melt, mixing the melt and casting.
Недостатком предложенного изобретения является большой размер упрочняющих частиц SiC, что не позволяет проводить обработку давлением композиционного материала, необходимость применения специализированного оборудования и сложность равномерного распределения армирующих частиц в объеме заготовки.The disadvantage of the invention is the large size of the reinforcing particles of SiC, which does not allow for pressure treatment of the composite material, the need for specialized equipment and the difficulty of uniform distribution of the reinforcing particles in the volume of the workpiece.
Известен также способ получения композиционного материала алюминий-карбид кремния (пат. РФ №2348719 от 10.03.2009), согласно которому карбидные включения SiC более мелких размеров (1-10 мкм) синтезируют в расплаве алюминиево-кремниевого сплава при обработке его углекислым газом. В результате модифицирующего эффекта измельчаются структурные составляющие сплава и полученный композиционный материал может обрабатываться давлением. Однако в результате обработки расплава углекислым газом он окисляется, и образовавшиеся оксидные включения снижают качество композиционного материала.There is also known a method for producing a composite material aluminum-silicon carbide (US Pat. RF No. 2348719 dated 03/10/2009), according to which SiC carbide inclusions of smaller sizes (1-10 μm) are synthesized in a molten aluminum-silicon alloy by processing it with carbon dioxide. As a result of the modifying effect, the structural components of the alloy are crushed and the resulting composite material can be pressure treated. However, as a result of processing the melt with carbon dioxide, it is oxidized, and the resulting oxide inclusions reduce the quality of the composite material.
Кроме того, в приведенных аналогах упрочняющими частицами является карбид кремния, который является полупроводником и резко снижает электропроводность композиционного материала.In addition, in the above analogues, the reinforcing particles are silicon carbide, which is a semiconductor and dramatically reduces the electrical conductivity of the composite material.
В качестве прототипа был выбран способ получения литейного композиционного сплава алюминий-карбид титана (пат. РФ №2448178 от 18.08.2009), включающий плавление алюминия и последующий порционный ввод в расплав экзотермической СВС-смеси, состоящей из порошков титана, углерода и флюса криолита в стехиометрическом соотношении, позволяющем синтезировать в расплаве включения карбида титана размером 1-2 мкм с общим его содержанием не более 10 мас.%. В зоне экзотермической реакции температура достигает 1500°C, что ускоряет процесс образования TiC и улучшает смачивание частиц и их равномерное распределение в объеме расплава. Однако высокий локальный перегрев расплава над ликвидусом сопровождается бурным газовыделением и возможным образованием карбида алюминия, который располагается на границе матрица - TiC в виде охрупченного слоя. Карбид алюминия восприимчив к воздействию влаги с образованием гидроокиси алюминия и вызывает коррозию материала на межфазной границе. В результате композиционный материал может быть значительно ослаблен.As a prototype, a method was selected for producing a cast aluminum-titanium carbide composite alloy (US Pat. RF No. 2448178 dated 08/18/2009), including melting of aluminum and subsequent portion introduction into the melt of an exothermic SHS mixture consisting of powders of titanium, carbon and cryolite flux in a stoichiometric ratio that allows you to synthesize titanium carbide inclusions of 1-2 microns in size with a total content of not more than 10 wt.% in the melt. In the exothermic reaction zone, the temperature reaches 1500 ° C, which accelerates the formation of TiC and improves the wetting of particles and their uniform distribution in the volume of the melt. However, a high local overheating of the melt above the liquidus is accompanied by rapid gas evolution and the possible formation of aluminum carbide, which is located at the matrix – TiC interface in the form of a brittle layer. Aluminum carbide is susceptible to moisture with the formation of aluminum hydroxide and causes corrosion of the material at the interface. As a result, the composite material can be significantly weakened.
Задача, на решение которой направленно заявленное изобретение, заключается в разработке состава и способа производства ЛКМ на основе алюминия и дискретных тугоплавких керамических частиц, позволяющего исключить применение высокотемпературного СВС-процесса для синтеза нано- и микроразмерных частиц углеродсодержащих фаз - упрочнителей алюминиевой матрицы, добиться их диспергирования и равномерного распределения в матрице.The problem to which the claimed invention is directed is to develop a composition and method for the manufacture of coatings based on aluminum and discrete refractory ceramic particles, which eliminates the use of a high-temperature SHS process for the synthesis of nano- and micro-sized particles of carbon-containing phases - hardeners of an aluminum matrix, to achieve their dispersion and uniform distribution in the matrix.
Техническим результатом является создание ЛКМ на основе алюминия, обладающего повышенной электропроводностью, прочностью и пластичностью, позволяющей подвергать композиционный материал холодной деформации и достигать высокой степени обжатия без промежуточных отжигов, и способа получения ЛКМ, отличающегося экологической безопасностью, снижением трудоемкости и повышением качества композиционного материала.The technical result is the creation of a paint-and-lacquer based on aluminum, which has increased electrical conductivity, strength and ductility, which makes it possible to subject the composite material to cold deformation and achieve a high degree of reduction without intermediate annealing, and a method for producing paint and varnish, which is environmentally friendly, reducing labor intensity and improving the quality of the composite material.
Технический результат достигается тем, что в предложенном литом композиционном материале на основе алюминия, состоящем из технического алюминия и дискретных керамических частиц, новым является то, что в качестве армирующих дискретных керамических частиц он содержит углеродсодержащий борид алюминия с размером частиц менее 1-2 мкм в количестве 0,1-0,6 мас.%, а в качестве матричного компонента технический алюминий, предварительно рафинированный от примесей Ti, V и модифицированный стронцием в количестве 0,01-0,03 мас.%.The technical result is achieved by the fact that in the proposed cast aluminum-based composite material consisting of technical aluminum and discrete ceramic particles, it is new that it contains carbon-containing aluminum boride with a particle size of less than 1-2 microns in the amount of reinforcing discrete ceramic particles 0.1-0.6 wt.%, And as a matrix component, industrial aluminum, previously refined from Ti, V impurities and modified with strontium in an amount of 0.01-0.03 wt.%.
Предлагаемый способ получения литого композиционного материала на основе алюминия состоит в плавлении алюминия под слоем флюса и введении в расплав реакционной смеси, и отличается тем, что предварительно в расплав технического алюминия вводят лигатуру Аl-В, перемешивают в течение 5-10 мин до полного растворения и вывода из раствора примесей Ti, V и получения в необходимом количестве первичной интерметаллидной фазы AlB12, затем вводят в расплав при температуре 980-1000°C алмазографитовый наноразмерный порошок и выдерживают в течение 10-15 мин для протекания синтеза керамических дискретных частиц и их распределения в объеме расплава, после чего проводят модифицирование лигатурой Al-Sr, перемешивание и разливку при температуре 740-750°C.The proposed method for producing cast aluminum-based composite material consists in melting aluminum under a flux layer and introducing the reaction mixture into the melt, and differs in that the Al-B alloy is introduced into the technical aluminum melt first, mixed for 5-10 minutes until complete dissolution and removal of Ti and V impurities from the solution and obtaining the necessary amount of the primary intermetallic phase AlB 12 , then diamond-graphite nanosized powder is introduced into the melt at a temperature of 980-1000 ° C and held for 10-15 min for flow of synthesis of ceramic discrete particles and their distribution in the melt volume, after which Al-Sr alloy modification is carried out, mixing and casting at a temperature of 740-750 ° C.
Изобретение поясняется иллюстрациями. На фиг1 показаны микроструктуры образцов ЛКМ: а) количество дискретных керамических частиц C2Al3B48 - 0,3 мас.%; б) количество дискретных керамических частиц C2Al3B48 - 0,6 мас.%.The invention is illustrated by illustrations. Figure 1 shows the microstructure of the samples of coatings: a) the number of discrete ceramic particles C 2 Al 3 B 48 - 0.3 wt.%; b) the amount of discrete ceramic particles C 2 Al 3 B 48 - 0.6 wt.%.
Известно, что в техническом алюминии, применяемом в качестве матричного компонента, содержатся примеси Ti и V, которые существенно уменьшают электропроводность композиционного материала. Введение бора в расплав алюминия, в количествах, равных половине весового содержания титана и ванадия, способствует образованию мелкодисперсных соединений TiB2 и VB2, которые нерастворимы в жидком и твердом алюминии и в меньшей степени оказывают влияние на электропроводность [Алюминий: Свойства и физическое металловедение: Справ. Изд. Пер. с англ. / Под ред. Хэтча Дж. Е. - М.; Металлургия, 1989. 422 с.]. Добавление бора в большем количестве, чем необходимо для вывода V и Ti, не рекомендуется из-за образования грубых интерметаллидов AlB2, что отрицательно сказывается на прочности и пластичности материала.It is known that technical aluminum, used as a matrix component, contains Ti and V impurities, which significantly reduce the electrical conductivity of the composite material. The introduction of boron into the aluminum melt, in amounts equal to half the weight content of titanium and vanadium, contributes to the formation of finely dispersed compounds TiB 2 and VB 2 , which are insoluble in liquid and solid aluminum and to a lesser extent affect the electrical conductivity [Aluminum: Properties and physical metallurgy: Ref. Ed. Per. from English / Ed. Hatch J.E. - M .; Metallurgy, 1989. 422 p.]. The addition of boron in a larger amount than is necessary for the output of V and Ti is not recommended due to the formation of coarse AlB 2 intermetallic compounds, which negatively affects the strength and ductility of the material.
В расплав системы Al-В при температуре 980-1000°C под слой флюса (Na3AlF6) вводят алмазографитовый нанопорошок (НП-АГ) в количестве, необходимом для получения заданной концентрации армирующих дискретных керамических частиц, образовавшихся в результате взаимодействия α-AlB12 и алмазографитового нанопорошка НП-АГ по реакцииAt a temperature of 980-1000 ° C, an Al-B system melt is injected with a diamond-graphite nanopowder (NP-AG) under a flux layer (Na 3 AlF 6 ) in the amount necessary to obtain a given concentration of reinforcing discrete ceramic particles formed as a result of α-AlB interaction 12 and diamond-graphite nanopowder NP-AG by reaction
4AlB12+2С=C2Al3B48+Аl,4AlB 12 + 2C = C 2 Al 3 B 48 + Al,
с образованием «алмазо-подобного бора» (C2Al3B48). Образование в системе - Аl-С-В углеродсодержащего борида доказано многими исследователями [Самсонов Г.В. и др. Бориды, М:: Атомиздат, 1975 - 376 с.]. Смесь выдерживают в течение 10-15 мин для протекания синтеза керамических дискретных частиц и их равномерного распределения в объеме расплава. НП-АГ получен методом детонационного синтеза из углерода, содержащегося во взрывчатых веществах, его частицы имеют размер в пределах 2-12 нм, удельная поверхность 200-420 м /г и обладают высокой реакционной способностью.with the formation of a "diamond-like boron" (C 2 Al 3 B 48 ). The formation of carbon-containing boride in the Al-C-B system has been proved by many researchers [G. Samsonov and other Borides, M :: Atomizdat, 1975 - 376 p.]. The mixture is kept for 10-15 minutes for the synthesis of ceramic discrete particles and their uniform distribution in the volume of the melt. NP-AG was obtained by the method of detonation synthesis from carbon contained in explosives, its particles have a size in the range of 2-12 nm, a specific surface area of 200-420 m / g and have a high reactivity.
Далее в расплав вводят порошок лигатуры Al-Sr в количестве, необходимом для получения в расплаве 0,01-0,03 мас.% стронция. За счет модифицирования расплава матрицы стронцием снижается межфазная энергия на границе металл-керамической фазы, и как следствие, измельчаются первично кристаллизующиеся интерметаллиды TiB2 и VB2, образующиеся в результате взаимодействия примесей Ti и V с бором, и происходит дополнительное упрочнение алюминиевой матрицы.Next, Al-Sr ligature powder is introduced into the melt in the amount necessary to obtain 0.01-0.03 wt.% Strontium in the melt. By modifying the matrix melt with strontium, the interfacial energy at the boundary of the metal-ceramic phase is reduced, and as a result, the TiB 2 and VB 2 primary crystallizing intermetallics, which are formed as a result of the interaction of Ti and V impurities with boron, are crushed, and an additional hardening of the aluminum matrix occurs.
После расплав перемешивают и осуществляют разливку при температуре 740-750°С в металлические формы.After the melt is mixed and cast at a temperature of 740-750 ° C in metal forms.
Пример получения ЛКМ на основе алюминия.An example of obtaining coatings based on aluminum.
Получен ЛКМ вышеизложенным способом, с матрицей из технического алюминия марки А5Е (1060) (в мас.%: Fe-0,26%; Si-0,09%; Cu-0,004%; Mn-0,003%; Mg-0,001%; Cr-0,01%; Ni-0,002%; Zn-0,006%; Ti-0,001%; V-0,002%; Pb-0,001%, всего примесей<0,4%, Al-остальное), армированный дискретными керамическими частицами углеродсодержащей боридной фазы C2Al3B48 (в мас.%: 12,02 Аl; 84,08 B; 3,5 C) в количестве 0,1%, 0,3% и 0,6%. Содержание углерода в порошке составляет 85 мас.%, наноалмазного - не более 15 мас.%, остальные примеси металлов и адсорбированные газы.LKM obtained by the above method, with a matrix from technical aluminum grade A5E (1060) (in wt.%: Fe-0.26%; Si-0.09%; Cu-0.004%; Mn-0.003%; Mg-0.001%; Cr-0.01%; Ni-0.002%; Zn-0.006%; Ti-0.001%; V-0.002%; Pb-0.001%, total impurities <0.4%, Al-the rest), reinforced with discrete carbon-containing ceramic particles the boride phase C 2 Al 3 B 48 (in wt.%: 12,02 Al; 84,08 B; 3,5 C) in an amount of 0.1%, 0.3% and 0.6%. The carbon content in the powder is 85 wt.%, Nanodiamond - not more than 15 wt.%, The remaining metal impurities and adsorbed gases.
Из полученных литых КМ вырезали образцы для исследования электропроводности, механических свойств и микроструктуры. На фиг.1 (а, б) показано равномерное распределение упрочняющих керамических частиц в объеме матрицы. Армирующие частицы имеют размер ≤1-2 мкм, однако в предлагаемом варианте включения керамических фаз более диспергированы в объеме расплава, преобладающий размер частиц менее 1 мкм и, в отличие от прототипа, полностью отсутствуют включения игольчатой морфологии. Высокая степень диспергирования углеродсодержащей боридной фазы C2Al3B48 связана с межфазной и кристаллографической совместимостью со сплавом матрицы, а также применением стронция в качестве модификатора.Samples were cut from the obtained cast CMs to study electrical conductivity, mechanical properties, and microstructure. Figure 1 (a, b) shows the uniform distribution of reinforcing ceramic particles in the volume of the matrix. Reinforcing particles have a size of ≤1-2 μm, however, in the proposed embodiment, the inclusions of ceramic phases are more dispersed in the melt volume, the predominant particle size is less than 1 μm and, unlike the prototype, needle-like morphology is completely absent. The high degree of dispersion of the carbon-containing boride phase of C 2 Al 3 B 48 is associated with interphase and crystallographic compatibility with the matrix alloy, as well as the use of strontium as a modifier.
Механические свойства и электропроводность полученных КМ в литом состоянии и после прокатки (суммарная деформация 60%) приведены в таблице 1 в сравнении с прототипом.The mechanical properties and electrical conductivity of the obtained CMs in the cast state and after rolling (total strain of 60%) are shown in table 1 in comparison with the prototype.
Видно, что с увеличением содержания керамических частиц в ЛКМ до 0,6 мас.% предел прочности на разрыв (σв) увеличивается более чем на 30%, а после прокатки образцов более чем на 20% по сравнению с деформированным техническим алюминием. В соответствии с прототипом аналогичная прочность может быть достигнута при получении в ЛКМ 15 мас.% карбидной фазы, т.е. керамических частиц нужно вводить в ЛКМ в 25 раз больше, чем в предлагаемом решении. Это объясняется более высокой адгезионной связью частиц C2Al3B48 с матрицей, чем частицы TiC. Дополнительный прирост прочности ЛКМ обусловлен упрочнением матрицы дискретными частицами боридов титана, ванадия и других примесей, образовавшихся в результате их взаимодействия с бором.It can be seen that with an increase in the content of ceramic particles in coatings to 0.6 wt.%, The tensile strength (σ in ) increases by more than 30%, and after rolling the samples by more than 20% compared to deformed technical aluminum. In accordance with the prototype, a similar strength can be achieved by obtaining 15 wt.% Carbide phase in coatings, i.e. 25 times more ceramic particles must be added to the paintwork than in the proposed solution. This is due to the higher adhesion of the C 2 Al 3 B 48 particles to the matrix than the TiC particles. An additional increase in the strength of coatings is due to the hardening of the matrix by discrete particles of borides of titanium, vanadium and other impurities formed as a result of their interaction with boron.
Следует отметить, что даже после высокой степени обжатия (более 60%) ЛКМ сохранил достаточную пластичность (6-7%). При содержании дискретных частиц в матрице менее 0,1% прочность ЛКМ недостаточна, а при их содержании более 0,6% повышение прочности ЛКМ незначительно.It should be noted that even after a high degree of compression (more than 60%), the coatings retained sufficient ductility (6-7%). When the content of discrete particles in the matrix is less than 0.1%, the strength of the paintwork is insufficient, and with their content of more than 0.6%, the increase in the strength of paintwork is insignificant.
Существенным отличием от всех рассмотренных аналогов и прототипа разработанного ЛКМ наряду с повышенной прочностью является высокая электропроводность, соответствующая стандартам для проводников электрического тока. При обработке расплава технического алюминия бором электропроводность повысилась на 7% и осталась достаточно высокой при упрочнении матрицы дискретными керамическими частицами углеродсодержащей боридной фазы C2Al3B48. Известно, что карбид бора является полупроводником, однако высокая электропроводность в системе С-Аl-В связана с декомпенсацией ковалентных связей между атомами бора и углерода из-за наличия атомов алюминия и появлением дополнительных зон проводимости.A significant difference from all the considered analogues and the prototype developed by LKM, along with increased strength, is high electrical conductivity that meets the standards for electric current conductors. During the processing of technical aluminum melt with boron, the electrical conductivity increased by 7% and remained quite high during matrix hardening with discrete ceramic particles of the carbon-containing boride phase C 2 Al 3 B 48 . It is known that boron carbide is a semiconductor, but the high electrical conductivity in the С-Аl-В system is associated with the decompensation of covalent bonds between boron and carbon atoms due to the presence of aluminum atoms and the appearance of additional conduction bands.
Из всего вышесказанного можно сделать вывод, что предложенный ЛКМ обладает высокой эксплуатационной надежностью, а способ его получения отличается экологической безопасностью и простотой исполнения.From the foregoing, we can conclude that the proposed coatings have high operational reliability, and the method of its production is environmental friendly and easy to perform.
Claims (2)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2013108471/02A RU2516679C1 (en) | 2013-02-26 | 2013-02-26 | Cast composite material based on aluminium and method of its production |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2013108471/02A RU2516679C1 (en) | 2013-02-26 | 2013-02-26 | Cast composite material based on aluminium and method of its production |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2516679C1 true RU2516679C1 (en) | 2014-05-20 |
Family
ID=50779043
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2013108471/02A RU2516679C1 (en) | 2013-02-26 | 2013-02-26 | Cast composite material based on aluminium and method of its production |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2516679C1 (en) |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2631996C2 (en) * | 2015-12-01 | 2017-09-29 | Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский Томский государственный университет" (НИ ТГУ) | Method for obtaining disperse-reinforced nanocomposite material based on aluminium |
| RU2639088C1 (en) * | 2016-05-23 | 2017-12-19 | Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский технологический университет "МИСиС" | Composite material based on aluminium boron carbide-reinforced alloy and method of its production |
| RU2729267C1 (en) * | 2020-01-20 | 2020-08-05 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Тихоокеанский государственный университет" | Method of producing cast composite aluminum matrixed alloys |
| CN115572840A (en) * | 2022-09-29 | 2023-01-06 | 吉利百矿集团有限公司 | Method for purifying electrolytic aluminum liquid by segregation method |
| CN116144998A (en) * | 2023-02-10 | 2023-05-23 | 东华大学 | Rare earth dodecaboride particle reinforced magnesium-based composite material and preparation method thereof |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2080964C1 (en) * | 1988-11-10 | 1997-06-10 | Ланксид Текнолоджи Компани, Л.П. | Method of making composite material with metallic matrix and composite material made according such method |
| CN1212915A (en) * | 1998-09-02 | 1999-04-07 | 华中理工大学 | Pressureless penetration casting method for aluminium-base composite material |
| JP2006108317A (en) * | 2004-10-04 | 2006-04-20 | Sumitomo Electric Ind Ltd | Composite material |
| RU2348719C2 (en) * | 2006-11-20 | 2009-03-10 | Рыбинская государственная авиационная технологическая академия имени П.А. Соловьева | Method of obtaining of composite material aluminium-carbide silicon (ai-sic) |
| RU2448178C2 (en) * | 2009-08-18 | 2012-04-20 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Самарский государственный технический университет | Method for obtaining castable composite alloy of titanium aluminium carbide |
-
2013
- 2013-02-26 RU RU2013108471/02A patent/RU2516679C1/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2080964C1 (en) * | 1988-11-10 | 1997-06-10 | Ланксид Текнолоджи Компани, Л.П. | Method of making composite material with metallic matrix and composite material made according such method |
| CN1212915A (en) * | 1998-09-02 | 1999-04-07 | 华中理工大学 | Pressureless penetration casting method for aluminium-base composite material |
| JP2006108317A (en) * | 2004-10-04 | 2006-04-20 | Sumitomo Electric Ind Ltd | Composite material |
| RU2348719C2 (en) * | 2006-11-20 | 2009-03-10 | Рыбинская государственная авиационная технологическая академия имени П.А. Соловьева | Method of obtaining of composite material aluminium-carbide silicon (ai-sic) |
| RU2448178C2 (en) * | 2009-08-18 | 2012-04-20 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Самарский государственный технический университет | Method for obtaining castable composite alloy of titanium aluminium carbide |
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2631996C2 (en) * | 2015-12-01 | 2017-09-29 | Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский Томский государственный университет" (НИ ТГУ) | Method for obtaining disperse-reinforced nanocomposite material based on aluminium |
| RU2639088C1 (en) * | 2016-05-23 | 2017-12-19 | Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский технологический университет "МИСиС" | Composite material based on aluminium boron carbide-reinforced alloy and method of its production |
| RU2729267C1 (en) * | 2020-01-20 | 2020-08-05 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Тихоокеанский государственный университет" | Method of producing cast composite aluminum matrixed alloys |
| CN115572840A (en) * | 2022-09-29 | 2023-01-06 | 吉利百矿集团有限公司 | Method for purifying electrolytic aluminum liquid by segregation method |
| CN115572840B (en) * | 2022-09-29 | 2024-01-16 | 吉利百矿集团有限公司 | Method for purifying electrolytic aluminum liquid by segregation method |
| CN116144998A (en) * | 2023-02-10 | 2023-05-23 | 东华大学 | Rare earth dodecaboride particle reinforced magnesium-based composite material and preparation method thereof |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Amouri et al. | Microstructure and mechanical properties of Al-nano/micro SiC composites produced by stir casting technique | |
| Jiang et al. | Fabrication of TiC particulate reinforced magnesium matrix composites | |
| Khosroshahi et al. | Mechanical properties of rolled A356 based composites reinforced by Cu-coated bimodal ceramic particles | |
| KR101124235B1 (en) | Aluminium alloy and aluminium alloy casting | |
| Xue et al. | Study on the effect of CeO2 for fabricating in-situ TiB2/A356 composites with improved mechanical properties | |
| RU2516679C1 (en) | Cast composite material based on aluminium and method of its production | |
| Valdez et al. | Synthesis and microstructural characterization of Al–Mg alloy–SiC particle composite | |
| Borodianskiy et al. | Nanomaterials applications in modern metallurgical processes | |
| Cai et al. | Effect of copper content on microstructure and mechanical properties of Al/Sip composites consolidated by liquid phase hot pressing | |
| Ghazanlou et al. | Fabrication and characterization of GNPs and CNTs reinforced Al7075 matrix composites through the stir casting process | |
| Meher et al. | Synthesis, microstructure and mechanical properties of magnesium matrix composites fabricated by stir casting | |
| Yang et al. | Microstructure evolution of as-cast AlN/AZ91 composites and room temperature compressive properties | |
| US20130189151A1 (en) | Particulate aluminium matrix nano-composites and a process for producing the same | |
| Harsha et al. | Study of mechanical properties of aluminium/nano-zirconia metal matrix composites | |
| US20190118255A1 (en) | Aluminum Alloy Powder Metal With Transition Elements | |
| AU2020100744A4 (en) | Al-Ti-C-La Master Alloy-Reinforced A356 Composite and Preparation Method Thereof | |
| Afkham et al. | Incorporation of silicon carbide and alumina particles into the melt of A356 via electroless metallic coating followed by stir casting | |
| Qasim et al. | Enhancement the mechanical properties of aluminum casting alloys (A356) by adding nanorods structures from zinc oxide | |
| Ding et al. | Effects of Sr addition on the microstructures and mechanical properties of in-situ ZrB2 nanoparticles reinforced AlSi9Cu3 composites | |
| Li et al. | Effect of SiCp volume fraction on the microstructure and tensile properties of SiCp/2024 Al-based composites prepared by powder thixoforming | |
| Hira et al. | Fabrication of hybrid Mg/(Al2O3p+ SiCp+ Grp) metal matrix composite on developed gas injection liquid stir casting setup | |
| Amosov et al. | Effect of alloying on structure and properties of particle–reinforced aluminum matrix composites Al/TiC produced by SHS in aluminum melt | |
| CN117651781A (en) | Powder metal composition containing aluminum nitride MMC | |
| Anuar et al. | Effect of short heat treatments on the microstructural evolution and hardness of thixoformed graphene reinforced aluminium composites | |
| CN112662909B (en) | Carbide nanoparticle modified die-casting aluminum alloy and preparation method thereof |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20180227 |