[go: up one dir, main page]

RU2730251C1 - Method of making composite materials - Google Patents

Method of making composite materials Download PDF

Info

Publication number
RU2730251C1
RU2730251C1 RU2019144886A RU2019144886A RU2730251C1 RU 2730251 C1 RU2730251 C1 RU 2730251C1 RU 2019144886 A RU2019144886 A RU 2019144886A RU 2019144886 A RU2019144886 A RU 2019144886A RU 2730251 C1 RU2730251 C1 RU 2730251C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
impregnation
alloy
melt
copper
workpiece
Prior art date
Application number
RU2019144886A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Виктор Александрович Гулевский
Николай Юрьевич Мирошкин
Original Assignee
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Волгоградский государственный технический университет" (ВолгГТУ)
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Волгоградский государственный технический университет" (ВолгГТУ) filed Critical Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Волгоградский государственный технический университет" (ВолгГТУ)
Priority to RU2019144886A priority Critical patent/RU2730251C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2730251C1 publication Critical patent/RU2730251C1/en

Links

Images

Classifications

    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22FWORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F3/00Manufacture of workpieces or articles from metallic powder characterised by the manner of compacting or sintering; Apparatus specially adapted therefor ; Presses and furnaces
    • B22F3/10Sintering only
    • B22F3/11Making porous workpieces or articles
    • B22F3/1146After-treatment maintaining the porosity
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22FWORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F3/00Manufacture of workpieces or articles from metallic powder characterised by the manner of compacting or sintering; Apparatus specially adapted therefor ; Presses and furnaces
    • B22F3/24After-treatment of workpieces or articles
    • B22F3/26Impregnating
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60VEHICLES IN GENERAL
    • B60LPROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L5/00Current collectors for power supply lines of electrically-propelled vehicles
    • B60L5/18Current collectors for power supply lines of electrically-propelled vehicles using bow-type collectors in contact with trolley wire
    • B60L5/20Details of contact bow
    • B60L5/205Details of contact bow with carbon contact members

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Transportation (AREA)
  • Manufacture Of Alloys Or Alloy Compounds (AREA)

Abstract

FIELD: technological processes.SUBSTANCE: invention relates to production of composite materials with impregnation of a porous carbon-graphite frame, having high electrical conductivity, antifriction properties and resistance to aggressive media. Vibrovacuuming of the porous billet is carried out in a separate vessel for 7–8 minutes in a melt of a matrix copper-phosphate alloy. Workpiece is pre-impregnated before impregnation in cooled to 600 ºC alloy of phosphorous copper on crystallized as a result of cooling surface of copper phosphate alloy, which is preliminarily poured into impregnation device at melt temperature of phosphorous copper 800 ºC per 2/3 of the device volume. Device for impregnation with a molten alloy of phosphorous copper, heated to 800 ºC, is filled. Impregnation of workpiece is carried out due to phase transition of alloy of phosphorous copper from solid state to liquid at heating impregnation device to temperature by 100 ºC higher than liquidus temperature of copper alloy. Then isothermal holding is carried out at the same temperature for 20 minutes to ensure thermal expansion of copper alloy melt.EFFECT: reduced time for composite material production.1 cl, 2 dwg, 1 tbl, 1 ex

Description

Изобретение относится к области металлургии, а именно к способу получения композиционных материалов, обладающих высокой электропроводностью, антифрикционными свойствами и стойкостью в агрессивных средах, которые могут использоваться в машиностроении для изготовления токосъемников, вставок пантографов, электрических щеток, уплотнителей, вкладышей подшипников скольжения.The invention relates to the field of metallurgy, namely to a method for producing composite materials with high electrical conductivity, antifriction properties and resistance in aggressive environments, which can be used in mechanical engineering for the manufacture of current collectors, pantograph inserts, electric brushes, seals, plain bearing shells.

Известен способ получения композиционного материала пропиткой с одновременным химическим воздействием. Заготовку устанавливают на специальной графитовой платформе, прогревают над поверхностью расплава кремния или сплавом на основе кремния и меди, имеющим температуру 1700-1800°C, затем постепенно, со скоростью не более 10 см/мин опускают заготовку в ванну с расплавом. Тем самым осуществляя пропитку однонаправленным потоком расплава, распространяющимся фронтом по всему сечению заготовки (патент РФ №2276631, МПК С04В35/52, опубл. 02.08.2004).A known method of obtaining a composite material by impregnation with simultaneous chemical action. The workpiece is installed on a special graphite platform, heated over the surface of a silicon melt or an alloy based on silicon and copper, having a temperature of 1700-1800 ° C, then gradually, at a speed of no more than 10 cm / min, the workpiece is lowered into a bath with a melt. Thereby, carrying out impregnation with a unidirectional melt flow, propagating by the front along the entire section of the workpiece (RF patent No. 2276631, MPK С04В35 / 52, publ. 02.08.2004).

Недостатком данного способа является отсутствие в процессе пропитки стадии вакуумирования как сплава, так и заготовки, вследствие чего расплав окисляется, взаимодействуя с воздухом, снижая качество композиционного материала. The disadvantage of this method is the absence in the process of impregnation of the stage of evacuation of both the alloy and the workpiece, as a result of which the melt is oxidized, interacting with air, reducing the quality of the composite material.

Известен способ получения композиционного материала на основе металлической матрицы и неметаллического волокна, включающий приготовление преформы из неметаллического волокна, уплотнение полученной преформы с одновременным удалением воды через перфорированное дно в пресс-форме, ее фиксацию, сушку, заливку матричным металлом и пропитку расплавом матричного металла под давлением (патент РФ №2392090, МПК B22D19/14, С22С47/00, опубл. 20.06.2010).A known method of producing a composite material based on a metal matrix and non-metallic fiber, including the preparation of a preform from a non-metallic fiber, sealing the resulting preform with simultaneous removal of water through a perforated bottom in a mold, fixing it, drying, pouring with matrix metal and impregnation with a melt of matrix metal under pressure (RF patent No. 2392090, IPC B22D19 / 14, C22C47 / 00, publ. 20.06.2010).

Недостатком этого способа являются ограниченность номенклатуры матричных сплавов, которые можно применять при данном способе изготовления, и высокая себестоимость композиционных материалов (КМ) за счет высокой стоимости оборудования и оснастки для пропитки. The disadvantages of this method are the limited nomenclature of matrix alloys that can be used with this manufacturing method, and the high cost of composite materials (CM) due to the high cost of equipment and tooling for impregnation.

Известен способ пропитки пористого тела металлом, при котором пористое тело предварительно нагревают, устанавливают в специальную форму, в которой находятся отверстия, через которые осуществляют впрыск предварительно нагретого матричного расплава с помощью машин для литья под давлением. Давление впрыска 20 МПа, выдержка около 3 сек (патент США №6699410, МПК B22D 9/00, опубл. 02.03.2004).There is a known method of impregnating a porous body with metal, in which the porous body is preheated, installed in a special mold, in which there are holes through which the preheated matrix melt is injected using injection molding machines. Injection pressure 20 MPa, exposure for about 3 seconds (US patent No. 6699410, IPC B22D 9/00, publ. 03/02/2004).

Недостатком этого способа являются изготовление специальных форм для каждой уникальной заготовки, высокая себестоимость изделия, при этом пористое тело покрыто коркой металла с литником, что потребует дополнительной механической обработки.The disadvantage of this method is the manufacture of special shapes for each unique workpiece, the high cost of the product, while the porous body is covered with a metal crust with a sprue, which will require additional machining.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому способу и достигаемому эффекту является способ пропитки пористой заготовки металлом, при котором армирующий пористый каркас предварительно нагревают, затем заливают его матричным сплавом, проводят вакуумную дегазацию и пропитывают под воздействием избыточного давления 15±3 МПа на заготовку за счет термического расширения расплава в замкнутом объеме емкости при нагреве (патент РФ № 2571295, МПК B22F3/26, опубл. 20.12.2015).The closest in technical essence to the proposed method and the achieved effect is a method of impregnating a porous workpiece with metal, in which the reinforcing porous frame is preheated, then poured with a matrix alloy, vacuum degassing is carried out and impregnated under the influence of an excess pressure of 15 ± 3 MPa on the workpiece due to thermal expansion of the melt in a closed volume of the vessel during heating (RF patent No. 2571295, IPC B22F3 / 26, publ. 20.12.2015).

Недостатком способа являются большие затраты времени на нагрев оснастки и ее охлаждение для проведения дегазации камеры для пропитки.The disadvantage of this method is the large amount of time spent on heating the tooling and cooling it for degassing the chamber for impregnation.

Задачей изобретения является разработка способа изготовления композиционных материалов, позволяющего эффективно использовать температуру нагрева в процессе пропитки углеграфита.The objective of the invention is to develop a method for manufacturing composite materials, which makes it possible to effectively use the heating temperature in the process of impregnating graphite carbon.

Техническим результатом изобретения является cокращение времени на получение композиционного материала, что позволяет увеличить производительность способа.The technical result of the invention is to reduce the time required to obtain a composite material, which makes it possible to increase the productivity of the method.

Технический результат достигается в способе изготовления композиционных материалов, включающем вакуумную дегазацию пористой заготовки в расплаве матричного сплава меди, нагрев и воздействие избыточным давлением на заготовку за счет термического расширения расплава сплава меди в замкнутом объеме герметизированного устройства для пропитки при нагреве устройства для пропитки до температуры на 100°С выше температуры ликвидус сплава меди и последующей изотермической выдержке при той же температуре в течение 20 минут для обеспечения термического расширения расплава сплава меди, при этом в качестве сплава меди используют сплав фосфористой меди, вакуумную дегазацию пористой заготовки в расплаве матричного сплава фосфористой меди ведут в отдельной емкости, установленной на вибростоле с обеспечением вибровакуумирования заготовки в течение 7-8 минут, перед пропиткой заготовку в остывшем до 600°С сплаве фосфористой меди помещают на закристаллизовавшуюся в результате остывания поверхность сплава фосфористой меди, предварительно залитого в устройство для пропитки при температуре расплава фосфористой меди 800°С на 2/3 объема устройства, после чего через отверстие в установленной крышке полностью заполняют устройство для пропитки расплавом сплава фосфористой меди, нагретым до 800°С, а пропитку заготовки осуществляют за счет фазового перехода сплава фосфористой меди из твердого состояния в жидкое.The technical result is achieved in a method for manufacturing composite materials, including vacuum degassing of a porous workpiece in a melt of a copper matrix alloy, heating and exposure to excess pressure on the workpiece due to thermal expansion of a copper alloy melt in a closed volume of a sealed device for impregnation while heating the device for impregnation to a temperature of 100 ° C above the liquidus temperature of the copper alloy and subsequent isothermal holding at the same temperature for 20 minutes to ensure thermal expansion of the copper alloy melt, while a phosphorous copper alloy is used as a copper alloy, vacuum degassing of a porous workpiece in a phosphorous copper matrix alloy melt is carried out in a separate container installed on a vibrating table with the provision of vibration vacuumization of the workpiece for 7-8 minutes, before impregnation, the workpiece in the phosphorous copper alloy cooled to 600 ° C is placed on the surface of the alloy crystallized as a result of cooling. sphorous copper, pre-poured into a device for impregnation at a temperature of a phosphorous copper melt of 800 ° C for 2/3 of the volume of the device, after which the device for impregnation with a melt of phosphorous copper alloy heated to 800 ° C is completely filled through a hole in the installed lid, and impregnation of the workpiece carried out due to the phase transition of a phosphorous copper alloy from a solid state to a liquid state.

Вакуумная дегазация пористой заготовки осуществляется в расплаве матричного сплава фосфористой меди в отдельной емкости (алундовом тигле), установленной на вибростоле с обеспечением вибровакуумирования заготовки в течение 7-8 минут. Расплав сплава фосфористой меди заливается в устройство для пропитки при температуре расплава фосфористой меди 800°С на 2/3 объема устройства. Далее, заготовку в остывшем до 600°С сплаве фосфористой меди (в объеме которого производилось вибровакуумирование) помещают на закристаллизовавшуюся в результате остывания поверхность сплава фосфористой меди в устройстве для пропитки. Устройство заполняется расплавом фосфористой меди и помещается в нагревательную печь, где осуществляется переход матричного сплава из твердого состояния в жидкое с увеличением объема в устройстве. Осуществляется воздействие избыточным давлением на заготовку за счет термического расширения расплава в замкнутом объеме емкости и пропитка пористой заготовки.Vacuum degassing of a porous workpiece is carried out in a melt of a matrix alloy of phosphorous copper in a separate container (alundum crucible) installed on a vibrating table with the provision of vibration vacuuming of the workpiece for 7-8 minutes. A phosphorous copper alloy melt is poured into a device for impregnation at a phosphorous copper melt temperature of 800 ° C for 2/3 of the device volume. Further, the workpiece in the phosphorous copper alloy cooled down to 600 ° C (in the volume of which the vibration vacuumization was performed) is placed on the surface of the phosphorous copper alloy crystallized as a result of cooling in the impregnation device. The device is filled with molten phosphorous copper and placed in a heating furnace, where the transition of the matrix alloy from a solid state to a liquid state occurs with an increase in the volume in the device. Excessive pressure is applied to the workpiece due to thermal expansion of the melt in the closed volume of the container and the impregnation of the porous workpiece.

Используют емкость для пропитки из материала с минимальным коэффициентом термического расширения, для обеспечения необходимого давления пропитки (с коэффициентом термического расширения, в 3 раза превышающем коэффициент термического расширения материала емкости) на погруженную в расплав матричного сплава пористую заготовку. Use a container for impregnation of a material with a minimum coefficient of thermal expansion to provide the required impregnation pressure (with a coefficient of thermal expansion 3 times higher than the coefficient of thermal expansion of the container material) on a porous workpiece immersed in the melt of the matrix alloy.

В качестве матричного сплава используют сплав фосфористой меди МФ-9 (ГОСТ 4515-93), расплав которого в процессе пропитки нагревают на 100°C выше температуры ликвидус сплава фосфористой меди. В качестве пористой заготовки используют углеграфит.As a matrix alloy, an alloy of phosphorous copper MF-9 (GOST 4515-93) is used, the melt of which during the impregnation process is heated 100 ° C above the liquidus temperature of the phosphorous copper alloy. Carbon graphite is used as a porous workpiece.

Погружение пористой заготовки в расплав матричного сплава фосфористой меди, находящегося в алундовом тигле, во время вибровакуумирования заготовки позволяет произвести одновременное вакуумирование и первичное (частичное) заполнение открытых пор жидким матричным сплавом. Остывший до 600°С сплав с заготовкой внутри поступает на вторичную пропитку (в устройстве для пропитки).The immersion of a porous workpiece in the melt of a matrix alloy of phosphorous copper, which is in an alundum crucible, during vibration vacuumization of the workpiece, allows simultaneous evacuation and primary (partial) filling of open pores with a liquid matrix alloy. The alloy cooled down to 600 ° C with the workpiece inside goes to the secondary impregnation (in the impregnation device).

Вторичная пропитка осуществляется за счет перехода матричного сплава из твердого состояния в жидкое. Это позволяет получить увеличение объема фосфористой меди на 5.3% за счет фазового перехода сплава фосфористой меди из твердого состояния в жидкое при нагреве устройства для пропитки до температуры на 100°С выше температуры ликвидус фосфористой меди. Последующая изотермическая выдержка при той же температуре в течение 20 минут обеспечивает термическое расширение расплава сплава фосфористой меди. Secondary impregnation is carried out due to the transition of the matrix alloy from the solid to the liquid state. This makes it possible to obtain an increase in the volume of phosphorous copper by 5.3% due to the phase transition of a phosphorous copper alloy from a solid state to a liquid state when the device for impregnation is heated to a temperature of 100 ° C above the liquidus temperature of phosphorous copper. Subsequent isothermal holding at the same temperature for 20 minutes provides thermal expansion of the phosphorous copper alloy melt.

Нагрев на 100°C выше температуры ликвидус сплава фосфористой меди позволяет учесть величину нагрева, необходимую для компенсации объема открытых пор армирующего каркаса за счет термического расширения матричного расплава, и обеспечивает создание требуемого давления пропитки, что позволяет получить композиционный материал (КМ) высокого качества с высокой степенью заполнения объема открытых пор пористой заготовки матричным расплавом.Heating up to 100 ° C above the liquidus temperature of a phosphorous copper alloy allows us to take into account the amount of heating required to compensate for the volume of open pores of the reinforcing frame due to thermal expansion of the matrix melt, and ensures the creation of the required impregnation pressure, which makes it possible to obtain a high quality composite material (CM) with high the degree of filling the volume of open pores of the porous workpiece with the matrix melt.

Использование в качестве матричного расплава сплава фосфористой меди, а в качестве пористого тела углеграфита позволяет получать композиционные материалы, широко применяемые в машиностроении для изготовления токосъемников, вставок пантографов, электрических щеток, уплотнителей, вкладышей подшипников скольжения. The use of a phosphorous copper alloy as a matrix melt, and carbon graphite as a porous body makes it possible to obtain composite materials widely used in mechanical engineering for the manufacture of current collectors, pantograph inserts, electric brushes, seals, and plain bearing liners.

На фиг. 1 показано устройство для вибровакуумирования, на фиг. 2 показано устройство для пропитки углеграфитовой заготовки.FIG. 1 shows a device for vibration vacuumization, FIG. 2 shows a device for impregnating a carbon-graphite billet.

Устройство для вибровакуумирования состоит из вибростола 1, тигля 2, вакуумного колокола 3 герметично накрывающего тигель 2.The device for vibration vacuumization consists of a vibration table 1, a crucible 2, a vacuum bell 3, which hermetically covers the crucible 2.

В тигель 2 помещена углеграфитовая заготовка 4. В вибростоле 1 выполнено отверстие 5, которое соединено с вакуумным насосом (не показан).In the crucible 2 is placed a carbon-graphite blank 4. In the vibrating table 1, an opening 5 is made, which is connected to a vacuum pump (not shown).

Устройство для пропитки изготавливается из титана ВТ1-0 и состоит из корпуса 6 и крышки 7. Устройство на 2/3 заполнено расплавом матричного сплава фосфористой меди 8 с закристаллизовавшейся (в результате остывания) поверхностью. На закристаллизовавшейся поверхности матричного сплава фосфористой меди 8 установлена пористая заготовка 9 в остывшем до 600°С сплаве фосфористой меди, прошедшая первичную пропитку при вибровакуумировании. Корпус 6 устройства для пропитки герметично закрыт крышкой 7, в которую вставлена пробка 10, зафиксированная клином 11. Оставшийся объем устройства заполнен расплавом матричного сплава.The device for impregnation is made of VT1-0 titanium and consists of a body 6 and a cover 7. The device is 2/3 filled with a molten matrix alloy of phosphorous copper 8 with a crystallized (as a result of cooling) surface. On the crystallized surface of the matrix alloy of phosphorous copper 8, a porous workpiece 9 is installed in the alloy of phosphorous copper cooled to 600 ° C, which has undergone primary impregnation during vibration vacuum. The body 6 of the impregnation device is hermetically closed by a cover 7, into which a plug 10 is inserted, fixed by a wedge 11. The remaining volume of the device is filled with a melt of the matrix alloy.

Способ осуществляется следующим образом. The method is carried out as follows.

На вибростол устанавливается тигель заполненный расплавом матричного сплава фосфористой меди, внутри которого расположена пористая заготовка. Для герметизации тигель накрывается герметичным вакуумным колоколом выполненным из стекла и установка подключается к вакуумному насосу. Вибровакуумирование заготовки из углеграфита в расплаве сплава фосфористой меди проводят в течение 7-8 минут, при температуре на 300С выше температуры плавления выбранного матричного сплава фосфористой меди.A crucible filled with a molten matrix alloy of phosphorous copper, inside which a porous billet is located, is installed on the vibrating table. For sealing, the crucible is covered with a sealed vacuum bell made of glass and the unit is connected to a vacuum pump. Vibro-vacuumization of a carbon graphite workpiece in a phosphorous copper alloy melt is carried out for 7-8 minutes, at a temperature 30 ° C higher than the melting temperature of the selected matrix phosphorous copper alloy.

После проведения вибровакуумирования остывшее содержимое тигля с пористой заготовкой помещают на закристаллизовавшуюся поверхность медно-фосфористого сплава на 2/3 заполняющего устройство для пропитки. После этого достают из печи разогретую крышку и накрывают корпус устройства, полностью заполняют устройство расплавом матричного сплава фосфористой меди через отверстие в крышке (до появления сплава на поверхности конуса) и закрывают это отверстие разогретой пробкой после чего шплинтуют холодным клином. After vibration vacuumization, the cooled content of the crucible with the porous workpiece is placed on the crystallized surface of the copper-phosphorous alloy by 2/3 of the filling device for impregnation. After that, the heated lid is taken out of the furnace and the body of the device is covered, the device is completely filled with a melt of matrix alloy of phosphorous copper through the hole in the lid (until the alloy appears on the surface of the cone) and this hole is closed with a heated stopper, and then cottered with a cold wedge.

ТаблицаTable

Композиционный материал углеграфит - медьCarbon-graphite composite material - copper По предлагаемому способу при температуре заготовкиAccording to the proposed method at the temperature of the workpiece По прототипуBy prototype 600°С600 ° C 20°С20 ° C Температура сплава, контактирующего с заготовкой, °СTemperature of the alloy in contact with the workpiece, ° С в начале пропиткиat the beginning of impregnation 650650 550550 680-700680-700 в конце пропиткиat the end of impregnation 800800 800800 780780 Давление пропитки, МПаImpregnation pressure, MPa 1515 1515 1212 Время выдержки давления, мин.Pressure holding time, min. 2020 2020 2020 Степень заполнения открытых пор, %The degree of filling open pores,% 77±277 ± 2 77±277 ± 2 72±272 ± 2 Прочность КМ на сжатие, МПаCompressive strength of CM, MPa 48.0±248.0 ± 2 48.0±248.0 ± 2 44.6±244.6 ± 2 Вакуумирование, мин.Evacuation, min. 77 77 15-2015-20 Результаты металлографических исследованийResults of metallographic studies Не заполнены некоторые микроскопические порыSome microscopic pores are not filled Не заполнены некоторые микроскопические порыSome microscopic pores are not filled

Далее устройство для пропитки помещают в печь, температура в которой составляет 800°C, и, по достижении расплавом матричного сплава температуры на 100°С выше температуры ликвидус фосфористой меди, выдерживают указанную температуру в течение 20 минут. После этого КМ извлекают из расплава и охлаждают на воздухе. Next, the device for impregnation is placed in a furnace, the temperature in which is 800 ° C, and, when the melt of the matrix alloy reaches a temperature of 100 ° C above the liquidus temperature of phosphorous copper, the specified temperature is maintained for 20 minutes. After this CM is removed from the melt and cooled in air.

Полученный КМ испытывался на прочность при сжатии, степень заполнения открытых пор (плотность пропитки). Степень заполнения пор оценивалась по удельному весу КМ до и после пропитки, структура КМ оценивалась по результатам металлографических исследований. Результаты испытаний КМ приведены в таблице.The resulting CM was tested for compressive strength, the degree of filling of open pores (impregnation density). The degree of pore filling was estimated from the specific gravity of CM before and after impregnation, the CM structure was estimated from the results of metallographic studies. The results of CM tests are shown in the table.

Заявленный способ изготовления композиционных материалов не требует больших затрат времени на нагрев оснастки как при проведении дегазации в устройстве для пропитки и позволяет эффективно использовать температуру нагрева, вынося дегазацию на подготовительный этап обработки пористого каркаса и осуществляя вибровакуумирование с небольшим количеством пропитывающего сплава. При этом исключается многократный цикл нагрев-остывание устройства для пропитки, что позволяет сократить время на получение КМ. The claimed method of manufacturing composite materials does not require large expenditures of time for heating the tooling as in the case of degassing in the device for impregnation and makes it possible to effectively use the heating temperature, carrying out degassing to the preparatory stage of processing the porous frame and performing vibration vacuuming with a small amount of the impregnating alloy. This eliminates the repeated heating-cooling cycle of the impregnation device, which makes it possible to reduce the time for obtaining CM.

Кроме этого, после процесса дегазации получается полуфабрикат – результат первичной пропитки (углеграфит в застывшем сплаве фосфористой меди ), который можно использовать для отсроченной пропитки. При этом время на однократный нагрев устройства для пропитки увеличится на 3-5 минут. В целом указанные этапы позволяют сократить время изготовления КМ на 50%, что позволяет повысить производительность процесса за счет сокращения времени на получение КМ.In addition, after the degassing process, a semi-finished product is obtained - the result of primary impregnation (carbon graphite in a solidified alloy of phosphorous copper), which can be used for delayed impregnation. In this case, the time for a single heating of the impregnation device will increase by 3-5 minutes. In general, these stages allow to reduce the time of CM manufacturing by 50%, which allows increasing the productivity of the process by reducing the time for CM production.

Таким образом, способ изготовления композиционного материала, включающий вибровакуумирование пористой заготовки в отдельной емкости в течение 7-8 минут в расплаве матричного сплава фосфористой меди, установку заготовки перед пропиткой в остывшем до 600°С сплаве фосфористой меди на закристаллизовавшуюся в результате остывания поверхность сплава фосфористой меди, предварительно залитого в устройство для пропитки при температуре расплава фосфористой меди 800°С на 2/3 объема устройства, заполнение устройства для пропитки расплавом сплава фосфористой меди, нагретым до 800°С, нагрев и воздействие избыточным давлением на заготовку за счет фазового перехода сплава фосфористой меди из твердого состояния в жидкое, за счет термического расширения расплава сплава меди в замкнутом объеме герметизированного устройства для пропитки при нагреве устройства для пропитки до температуры на 100°С выше температуры ликвидус сплава меди и последующей изотермической выдержке при той же температуре в течение 20 минут для обеспечения термического расширения расплава сплава меди., обеспечивает cокращение времени на получение композиционного материала, что позволяет увеличить производительность способа.Thus, a method for manufacturing a composite material, including vibro-evacuation of a porous workpiece in a separate container for 7-8 minutes in a melt of a matrix alloy of phosphorous copper, installing a workpiece before impregnation in a phosphorous copper alloy cooled to 600 ° C on the surface of a phosphorous copper alloy crystallized as a result of cooling pre-poured into a device for impregnation at a temperature of a molten phosphorous copper of 800 ° C for 2/3 of the volume of the device, filling the device for impregnation with a melt of a phosphorous copper alloy heated to 800 ° C, heating and exposure to excess pressure on the workpiece due to the phase transition of a phosphorous alloy copper from a solid state to a liquid state, due to thermal expansion of a copper alloy melt in a closed volume of a sealed device for impregnation when the device for impregnation is heated to a temperature of 100 ° C higher than the liquidus temperature of the copper alloy and subsequent isothermal holding at the same temperature for 20 minutes to ensure the thermal expansion of the copper alloy melt., provides a reduction in the time to obtain a composite material, which increases the productivity of the method.

Claims (1)

Способ изготовления композиционного материала, включающий вакуумную дегазацию пористой углеграфитовой заготовки в расплаве матричного сплава меди, нагрев и воздействие избыточным давлением на заготовку за счет термического расширения расплава сплава меди в замкнутом объеме герметизированного устройства для пропитки при нагреве устройства для пропитки до температуры на 100°С выше температуры ликвидус сплава меди и последующей изотермической выдержке при той же температуре в течение 20 минут для обеспечения термического расширения расплава сплава меди, отличающийся тем, что в качестве сплава меди используют сплав фосфористой меди, вакуумную дегазацию пористой заготовки в расплаве матричного сплава фосфористой меди ведут в отдельной емкости, установленной на вибростоле с обеспечением вибровакуумирования заготовки в течение 7-8 минут, перед пропиткой заготовку в остывшем до 600°С сплаве фосфористой меди помещают на закристаллизовавшуюся в результате остывания поверхность сплава фосфористой меди, предварительно залитого в устройство для пропитки при температуре расплава фосфористой меди 800°С на 2/3 объема устройства, после чего через отверстие в установленной крышке полностью заполняют устройство для пропитки расплавом сплава фосфористой меди, нагретым до 800°С, а пропитку заготовки осуществляют за счет фазового перехода сплава фосфористой меди из твердого состояния в жидкое.A method of manufacturing a composite material, including vacuum degassing of a porous carbon-graphite workpiece in a melt of a copper matrix alloy, heating and exposure to excess pressure on the workpiece due to thermal expansion of a copper alloy melt in a closed volume of a sealed device for impregnation while heating the device for impregnation to a temperature of 100 ° C higher liquidus temperature of the copper alloy and subsequent isothermal holding at the same temperature for 20 minutes to ensure thermal expansion of the copper alloy melt, characterized in that a phosphorous copper alloy is used as a copper alloy, vacuum degassing of a porous billet in a phosphorous copper matrix alloy melt is carried out in a separate a container installed on a vibration table with the provision of vibration vacuumization of the workpiece for 7-8 minutes, before impregnation, the workpiece in the phosphorous copper alloy cooled to 600 ° C is placed on the surface of the phosphorous alloy crystallized as a result of cooling copper, pre-poured into the device for impregnation at a temperature of phosphorous copper melt of 800 ° C for 2/3 of the volume of the device, after which the device for impregnation with a melt of phosphorous copper alloy heated to 800 ° C is completely filled through the hole in the installed cover, and the workpiece is impregnated due to the phase transition of a phosphorous copper alloy from a solid to a liquid state.
RU2019144886A 2019-12-30 2019-12-30 Method of making composite materials RU2730251C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2019144886A RU2730251C1 (en) 2019-12-30 2019-12-30 Method of making composite materials

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2019144886A RU2730251C1 (en) 2019-12-30 2019-12-30 Method of making composite materials

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2730251C1 true RU2730251C1 (en) 2020-08-19

Family

ID=72086289

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2019144886A RU2730251C1 (en) 2019-12-30 2019-12-30 Method of making composite materials

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2730251C1 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN116814930A (en) * 2023-06-29 2023-09-29 重庆理工大学 Copper-containing carbon sliding plate and manufacturing method thereof

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6699410B2 (en) * 1998-12-09 2004-03-02 Hoffman & Co Elektrokohle Aktiengesellschaft Method of impregnating porous workpieces
RU2276631C2 (en) * 2004-08-02 2006-05-20 Открытое Акционерное Общество "Челябинский Электродный завод" Carbon carbide-silicon composition material producing method
RU2392090C2 (en) * 2008-09-16 2010-06-20 Федеральное государственное унитарное предприятие "Всероссийский научно-исследовательский институт авиационных материалов" (ФГУП "ВИАМ") Method of composite material obtainment
RU2571295C1 (en) * 2014-05-19 2015-12-20 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Волгоградский государственный технический университет" (ВолгГТУ) Production of composite materials
RU2688531C1 (en) * 2018-01-16 2019-05-21 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Волгоградский государственный технический университет" (ВолгГТУ) Method for increasing permeability of pores of a carbon-graphite workpiece

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6699410B2 (en) * 1998-12-09 2004-03-02 Hoffman & Co Elektrokohle Aktiengesellschaft Method of impregnating porous workpieces
RU2276631C2 (en) * 2004-08-02 2006-05-20 Открытое Акционерное Общество "Челябинский Электродный завод" Carbon carbide-silicon composition material producing method
RU2392090C2 (en) * 2008-09-16 2010-06-20 Федеральное государственное унитарное предприятие "Всероссийский научно-исследовательский институт авиационных материалов" (ФГУП "ВИАМ") Method of composite material obtainment
RU2571295C1 (en) * 2014-05-19 2015-12-20 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Волгоградский государственный технический университет" (ВолгГТУ) Production of composite materials
RU2688531C1 (en) * 2018-01-16 2019-05-21 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Волгоградский государственный технический университет" (ВолгГТУ) Method for increasing permeability of pores of a carbon-graphite workpiece

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN116814930A (en) * 2023-06-29 2023-09-29 重庆理工大学 Copper-containing carbon sliding plate and manufacturing method thereof

Similar Documents

Publication Publication Date Title
RU2539528C1 (en) Composite materials manufacturing method
RU2571295C1 (en) Production of composite materials
NO115451B (en)
RU2688772C1 (en) Method for increasing permeability of pores of a graphite workpiece
US10843257B2 (en) Method for manufacturing a part out of a metal matrix composite material, and related device
RU2688560C1 (en) Method for increasing permeability of pores of a graphite workpiece
CN105543735B (en) A method of eliminating β/B2 phases in casting high Nb containing TiAl based alloy
RU2730251C1 (en) Method of making composite materials
RU2725529C1 (en) Method of making composite materials
RU2725531C1 (en) Method of making composite materials
Chirita et al. On assessment of processing variables in vertical centrifugal casting technique
RU2740446C1 (en) Method of manufacturing composite materials
JP6514237B2 (en) Process for preparing molten metal for casting at low to zero superheat temperatures
RU2725524C1 (en) Method of producing carbon-graphite composite material
RU2688557C1 (en) Method for increasing permeability of pores of graphite workpiece
RU2688522C1 (en) Method for increasing permeability of pores of a carbon-graphite workpiece
RU2688558C1 (en) Method for increasing permeability of pores of graphite workpiece
RU2688523C1 (en) Method for increasing permeability of pores of a carbon-graphite workpiece
CN213671743U (en) Semi-continuous casting device
US8312913B2 (en) Casting process
RU2688484C1 (en) Method for increasing permeability of pores of graphite workpiece
RU2688476C1 (en) Method for increasing permeability of pores of graphite workpiece
RU2688525C1 (en) Method for increasing permeability of pores of graphite workpiece
RU2725526C1 (en) Method of producing carbon-graphite composite material
RU2750072C1 (en) Method for producing carbon-graphite composite material