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
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 (4)
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 |
RU2583259C2 (ru) * | 2014-03-26 | 2016-05-10 | Общество с ограниченной ответственностью "Производственно-коммерческая фирма Лезерс" | Способ утилизации отработанных противообледенительных жидкостей |
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 |
-
2009
- 2009-05-12 RU RU2009117927/02A patent/RU2412020C2/ru not_active IP Right Cessation
Cited By (4)
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 |
RU2583259C2 (ru) * | 2014-03-26 | 2016-05-10 | Общество с ограниченной ответственностью "Производственно-коммерческая фирма Лезерс" | Способ утилизации отработанных противообледенительных жидкостей |
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 |
---|---|---|
JP3570727B2 (ja) | 中性子の遮蔽に応用される金属マトリックス組成物 | |
CN109023013B (zh) | 一种耐腐蚀高强度AlCoCrFeNi-Cu高熵合金的制备方法 | |
CN107557609B (zh) | 一种单相纳米氧化铝颗粒弥散强化的铜合金及其制备方法 | |
CN110257684B (zh) | 一种FeCrCoMnNi高熵合金基复合材料的制备工艺 | |
Ružić et al. | Synthesis, microstructure and mechanical properties of ZrB2 nano and microparticle reinforced copper matrix composite by in situ processings | |
US20060285990A1 (en) | Process for the production of a molybdenum alloy | |
CN105695788A (zh) | 一种石墨烯增强镍基复合材料及其制备方法 | |
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 | |
CN108251695A (zh) | 一种钛铝铌锆钼合金的制备方法 | |
XIAO et al. | Microstructures and mechanical properties of TiAl alloy prepared by spark plasma sintering | |
CN107190178A (zh) | 一种钛基复合材料及其制备方法 | |
CN108251670B (zh) | 耐高温金属间化合物合金的制备方法 | |
CN106244852B (zh) | 一种Zr合金化的Ti‑8Si合金及其制备方法 | |
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 | |
Liu et al. | Densification mechanism of Ti-Al-Nb alloys pressurelessly sintered from Al-Nb master alloy powder for cost-effective manufacturing | |
Mkhwanazi et al. | Densification, microstructure, and mechanical properties of sintered TiAl-NbN composites | |
CN111485158B (zh) | 一种核壳结构增强TiB2-TiC基金属陶瓷及其制备方法 | |
CN103509962A (zh) | 真空热压制备碳纳米管增强钛基复合材料的方法 | |
CN106086493B (zh) | 一种快速低温烧结制备CuCr合金材料的方法 | |
CN106048306B (zh) | 一种Cu合金化的Ti‑8Si合金及其制备方法 | |
CN101649398B (zh) | 原位反应合成TiCx颗粒增强镍基复合材料的方法 | |
CN108486402B (zh) | 一种TiN颗粒增强镍基复合材料及其制备方法 | |
CN113106314B (zh) | 一种核壳结构TiB2基金属陶瓷及其制备方法 | |
CN112935265B (zh) | 一种高强度粉末奥氏体不锈钢的制备方法 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20170513 |