RO110960B1 - Procedeu de obținere a materialelor compozite cu matrice metalică - Google Patents

Abstract

Prezenta invenție se referă la un procedeu de obținere a materialelor compozite cu matrice metalică, alcătuită din aliaje de aluminiu de turnătorie aluminiu-siliciu (5...12% Si cu conținuturi de Mg) și cu inserții de particule din a A12O3 cu granulațiea 5...120 μια, fa proporție de 5-20%, utilizate pentru fabricarea unor piese cu solicitări mecanice și termice, ridicate, fa motoare de autovehicule (pistoane, biele, elemente de transmisii etc.). Procedeul conform invenției constă din alierea matricei de aliaje de Al-Si cu 0,2-.1,2% Mg și microalierea cu 0,05—0,2% li, și cu 0,01.-0,05% Na, la 680.-720’C, cu 1.3 min înaintea adăugării inserției. Particulele din αΑ12Ο3 cu granulație de 5 ... 120 μτα sunt pregătite, anterior introducerii fa matricea lichidă, prin amestecare mecanică cu particulele de MgO, având granulații de 1—20 μηι, fa proporții de 10—20% față de conținutul de AIA· Particulele de inserție se introduc, sub forma unui amestec alcătuit din 30—50% pulbere de A12O„ 5—15% pulbere de MgO și 30-50% pulbere de Al, amestec presat fa brichete de 10—25 g, particulele din aÂl2O3 cu granulația de 40—120 μηι fiind pregătite anterior introducerii fa matricea lichidă, prin amestecare fa proporție de 1:1 la 1:3 cu KjTiFs, fa apă, urmată de decantare și uscare. Amestecarea componentelor de inserție - particule de aAl2O3 se face cu agitatoare cu palete acționate cu motor electric, cu turația variabilă, paletele fiind protejate prin acoperire cu pulbere de AIA.

Description

Prezenta invenție se referă la un procedeu de obținere a materialelor compozite, cu matrice metalică, alcătuită din aliaje de aluminiu de turnătorie aluminiu-siliciu (5...12% Si cu conținuturi de Mg) și cu inserții de particule din a AI₂0₃ cu granulația 5...120 pm, în proporție de 5...20%, utilizate la fabricarea unor piese cu solicitări mecanice și termice ridicate, în motoare de autovehicule (pistoane, biele, elemente de transmisii etc.).

Este cunoscut un procedeu pentru obținerea materialelor compozite, conținând particule nemetalice, într-o matrice metalică, particulele fiind amestecate în aliaje metalice, topite cu o viteză care să asigure umectarea particulelor de către matrice și o înglobare foarte scăzută, a gazelor din atmosfera de lucru, reducându-se astfel retenția de gaze la interfața particulă-lichid, amestecarea având loc la temperatura maximă, la care particulele nu se degradează chimic, în metalul topit, pe parcursul procesului, turnarea făcându-se la o temperatură suficient de mare, pentru a înlătura posibilitatea prezenței metalului solid în topitură, iar amestecarea se face cu ajutorul unui rotor cu palete.

Este, de asemenea, cunoscut un procedeu de producere a unui material compozit cu matrice metalică, obținut dintr-o preformă din fibre de alumină sau alumină-silice, a cărei coeziune este asigurată de un liant pe baza de silice, care este impregnată la presiuni ridicate, cu un aliaj aluminiu-siliciu lichid, având un conținut de magneziu definit, în principal, funcție de conținutul de silice al armaturii, astfel încât să nu se formeze la interfața matrice-armatură un compus rezidual magneziu-siliciu.

Problema pe care o rezolvă invenția constă în obținerea unor materiale compozite, cu structură omogenă cu o distribuire omogenă a particulelor de inserție în matrice.

Procedeul conform invenției

J constă din elaborarea unui aliaj de Al-Si aliat cu 0,2...1,2% Mg și microaliat cu 0,05...0,2 Ti și cu 0,01,..0,05% Na și introducerea în topitură a unor particule ale inserției a AL₂O₃ amestecate mecanic, în prealabil, cu MgO sau cu K₂TiF₆ în proporții definite, amestecarea componentelor de inserție cu matricea făcându-se cu agitatoare cu palete protejate, prin acoperire cu pulbere de AI₂O₃.

Amestecarea pulberii de inserție, în aliajul lichid, la temperatura de

680.. .740°C se face într-un regim de amestecare, în două trepte, cu turații de

300.. .500 rot/min, până la introducerea completă a inserției și, ulterior, cu turații de 800...1300 rot/min, pe o durată de

15.. .30 min.

Invenția prezintă următoarele avantaje:

- se obțin materiale compozite, cu matrice de aliaje de Al-Si (Mg) și cu inserții de particule din a AI₂O₃, cu proprietăți de rezistență și duritate ridicate;

- gradul de asimilare al inserției în matrice este ridicat;

tratamentele aplicate particulelor de inserție sunt simple, nu necesită instalații și condiții speciale și au costuri scăzute, în comparație cu tratamentele de acoperire metalice, utilizate în alte procedee;

- se înlătură unele dezavantaje ale procedeelor cunoscute, prin utilizarea, ca agent de degazare și protecție a azotului, care are și rol tehnologic, în asimilarea inserției.

Se dau, în continuare, două exemple de realizare a invenției, în legătură cu fig. 1 și 2, care reprezintă;

- fig. 1, agitatoare cu palete;

- fig. 2, schema instalației de obținere a materialelor compozite.

Procedeul conform invenției constă din introducerea unei cantități de

1.. .3 kg aliaj AI-SÎ7 într-un cuptor electric, de topire, într-un creuzet de grafit, cu capacitate de circa 5 kg, după topirea și încălzirea aliajului de

680.. .700°C efectuându-se tratarea băii metalice, prin barbotare cu azot, pe o durată de 3...5 min. Apoi topitura este aliată (microaliată) cu 0,2...1,2% Mg metalic și cu 0,05...0,25% Ti și 0,01...0,05% Na, introduse în această ordine.

Se introduce, în topitura, agitatorul cu palete preîncălzit la circa 300°C.

Se introduce materialul de inserție, în proporție de 5...20%, în porții de circa 20 g la interval de circa 2 min, începând în maximum 1...3 min, de la alierea cu Mg, Ti și Na.

Particulele de a AI₂O₃, înaintea introducerii în topitura metalică, sunt supuse unor operații de prelucrări și tratamente. Astfel se formează un amestec de pulbere de a AI₂O₃ cu granulația de 5...120 pm și pulbere de MgO cu granulație de 1...20pm, în proporție de 10...20% față de cantitatea de AI₂O₃ sau un amestec format din pulbere de a AI₂O₃, pulbere de MgO cu aceleași granulații și pulbere de Al cu granulația de 40...120 pm, în proporțiile

30.. .50% pulberi de Al și 50...70% amestec de pulbere de AI₂O₃ și MgO în care proporția de MgO este de

10.. .20%. Amestecul de pulberi de AI₂O₃. MgO și Al se presează în brichete de 1O...25g.

Amestecul conținând inserția de a AI₂O₃ se preîncălzește la 150...300°C înaintea introducerii în topitura metalică.

Amestecarea inserției de a AI₂O₃, în proporție de 5...20% se face într-un regim de turații în două trepte, cu turații de 300...500 rot/min până la introducerea completă a cantității de inserție (amestecului) și apoi cu turații de 800-1300 rot/min pe o durată de 1530 min, la 630-700°C.

După omogenizarea componentelor materialului compozit, se efectuează o barbotare de 1-2 min cu azot.

Materialul compozit se toarnă gravitațional, la 68O...72O°C în forme permanente.

într-un alt exemplu de realizare, se introduce în cuptorul electric de topire, cu creuzet de grafit, cu capactitatea de circa 3 kg, o cantitate de

1.. .3 kg de aliaj A1SÎ7 și se execută aceleași operații de topire, tratare a băii metalice, prin barbotare cu azot și aliere cu Mg, Ti și Na în aceleași proporții.

După începerea agitării băii metalice, se introduce materialul de inserție în proporție de 5...20%, în porții de 5...20 g.

Particulele de inserție din a AI₂O₃, înaintea introducerii în topitura metalică, sunt supuse unei operații de prelucrări și tratament. Astfel, pulberea de AI₂O₃ cu granulația de 40...120 pm se amestecă în proporție de 1:1 la 1:3 cu K₂TiF₆. Omogenizarea amestecului de inserție se face mecanic, în suspensie de K₂TiF₆ în apă. Amestecul se decantează, se usucă și se preîncălzește la 150...300°C, înaintea introducerii în topitură metalică.

Amestecul conținând inserția o » i

AI₂O₃ în proporție de 5...20%, se face într-un regim de turații, în două trepte, cu turații de 200...500 rot/min, până ia introducerea completă a amestecului de inserție și apoi cu turații de 800...1300 rot/min, pe o durată de 15...30 min, ia

630.. .700°C.

După omogenizarea componentelor materialului compozit, se efectuează o barbotare de 1 ...2 min cu azot.

Materialul compozit, se toarnă gravitațional în forme permanente la 680-720°C.

Claims (7)

1. Revendicări

   1. Procedeu de obținere a materialelor compozite cu matrice metalică din aliaje de aluminiu de turnătorie Al-Si (5...12% Si) cu conținuturi de Mg, și componente de inserție particule din a AI₂O₃ cu granulații de 5...120 pm, în proporție de

   5.. .20% caracterizat prin aceea că se aliază matricea metalică lichidă de Al-Si cu Mg, cu Ti și Na se pregătesc particulele de inserție prin tratamente incluzând adăugarea unor compuși chimici și se amestecă componentele de inserție în topitura metalică cu agitatoare de construcții stabilite în regimuri de temperaturi și turații determinate.
2. 2. Procedeu de obținere a »

   materialelor compozite conform revendicării 1, caracterizat prin aceea că matricea de aliaje de Al-Si se aliază cu 0,2...1,2% Mg și se microaliază cu 0,05...0,2% Ti, și cu 0,01...0,05% Na, la

   680.. .720°C, cu 1..3 min înaintea adăugării inserției.
3. 3. Procedeu de obținere a materialelor compozite conform revendicării 1, caracterizat prin aceea că particulele din a AI₂O₃, cu granulații de 5...120 pm sunt pregătite anterior introducerii în matricea lichidă, prin amestecare mecanică cu particule de MgO având granulații de 1...20 pm, în proporții de 10...20% față de conținutul de Al₂0₃.
4. 4. Procedeu de obținere a materialelor compozite, conform revendicării 3, caracterizat prin aceea că particulele de inserție se introduc, sub forma unui amestec alcătuit din

   30.. .50% pulbere de AI₂O₃, 5...15% pulbere de MgO și 30...50% pulbere de Al, amestec presat în brichete de

   10.. .25 g.
5. 5. Procedeu de obținere a materialelor compozite, conform revendicării 1, caracterizat prin aceea că particulele din a AI₂O₃ cu granulația de 40...120 pm, sunt pregătite anterior introducerii în matricea lichidă, prin amestecare în proporție de 1:1 la 1:3 cu K₂TiF₆, în apă urmată de decantare și uscare.
6. 6. Procedeu de obținere a

   I materialelor compozite, conform revendicării 1, în care amestecarea componentelor de inserție - particule de a AI₂O₃ se face cu agitatoare cu palete acționate cu motor electric cu turația variabilă caracterizat prin aceea că paletele sunt protejate prin acoperire cu pulbere de AI₂O₃.
7. 7. Procedeu de obținere a »

   materialelor compozite conform revendicării 1, caracterizat prin aceea că introducerea componentelor de inserție - particule din a AI₂O₃ pregătite conform revendicărilor 3...5, se face în porții de 10-25 g la interval de 1...2 min începând cu maximum 1...3 minute de la alimentare (microaliere)și amestecarea inserției se face la temperaturi de 630-700°C, în regim de amestecare în două trepte cu turații de

   300.. .500 rot/min până la introducerea completă a inserției și ulterior cu turații de 800...1300 rot/min, pe o durată de

   15.. .30 min.