RU2487186C1 - Method to strengthen light alloys - Google Patents
Method to strengthen light alloys Download PDFInfo
- Publication number
- RU2487186C1 RU2487186C1 RU2012108703/02A RU2012108703A RU2487186C1 RU 2487186 C1 RU2487186 C1 RU 2487186C1 RU 2012108703/02 A RU2012108703/02 A RU 2012108703/02A RU 2012108703 A RU2012108703 A RU 2012108703A RU 2487186 C1 RU2487186 C1 RU 2487186C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- aluminum
- carbon nanotubes
- particles
- refractory compound
- ligature
- Prior art date
Links
Abstract
Description
Изобретение относится к области металлургии, а именно к получению легких сплавов на основе алюминия с повышенной прочностью и износоустойчивостью за счет введения в них упрочняющих дисперсных лигатур. Дисперсно-упрочненные алюминиевые сплавы используются при изготовлении деталей и изделий, обладающих высокими прочностными характеристиками при малом весе, в ряде отраслей промышленности (авиационная, ракетно-космическая, автомобильная и т.д.).The invention relates to the field of metallurgy, and in particular to the production of light alloys based on aluminum with increased strength and wear resistance due to the introduction of reinforcing dispersed alloys into them. Dispersion-hardened aluminum alloys are used in the manufacture of parts and products with high strength characteristics with low weight in a number of industries (aviation, space-rocket, automotive, etc.).
В настоящее время нашли широкое применение легкие сплавы с плотностью ρ<3 г/см3 на основе алюминия (дюрали, дуралюмины), в которые вводят (0.5÷5.0) мас.% магния, кремния, цинка, титана, меди, марганца и других металлов. Одним из перспективных направлений повышения прочностных характеристик легких сплавов является введение в их состав дисперсных лигатур из тугоплавких соединений.Currently, light alloys with a density ρ <3 g / cm 3 based on aluminum (duralumin, duralumin), into which (0.5–5.0) wt.% Of magnesium, silicon, zinc, titanium, copper, manganese, and others are introduced, are widely used. metals. One of the promising directions for increasing the strength characteristics of light alloys is the introduction of dispersed alloys of refractory compounds into their composition.
Известен способ получения сплава на основе алюминия путем введения в расплав (1-15) мас.% частиц оксидов размером (1÷100) нм, температура плавления которых выше температуры плавления алюминия [1].A known method of producing an alloy based on aluminum by introducing into the melt (1-15) wt.% Particles of oxides of size (1 ÷ 100) nm, the melting temperature of which is higher than the melting temperature of aluminum [1].
Известны способы получения дисперсно-упрочненных алюминиевых сплавов путем введения в них брикетов из высокопрочных керамических частиц [2] и путем экструзии гранулированных композиций, включающих карбиды и оксид магния [3].Known methods for producing dispersion-hardened aluminum alloys by introducing briquettes into them from high-strength ceramic particles [2] and by extrusion of granular compositions including carbides and magnesium oxide [3].
Открытие технологий получения углеродных нанотрубок (1991 г.), обладающих уникальными прочностными характеристиками (на два порядка превышающими характеристики стали), позволило использовать их для упрочнения легких сплавов на основе алюминия [4-6].The discovery of technologies for producing carbon nanotubes (1991), which have unique strength characteristics (two orders of magnitude higher than the characteristics of steel), made it possible to use them for hardening light alloys based on aluminum [4-6].
Известны способы получения матричных нанокомпозитов путем плазменной обработки смеси порошка Al-Si и углеродных нанотрубок с последующим нанесением на подложку [4] или путем экструзии смеси порошка алюминия и углеродных нанотрубок [5].Known methods for producing matrix nanocomposites by plasma treatment of a mixture of Al-Si powder and carbon nanotubes with subsequent application to the substrate [4] or by extrusion of a mixture of aluminum powder and carbon nanotubes [5].
Известен способ получения упрочненных углеродными нанотрубками алюминиевых композитов путем горячего прессования с вращением матрицы под давлением 6 ГПа [6].There is a method of producing hardened carbon nanotubes aluminum composites by hot pressing with rotation of the matrix under a pressure of 6 GPa [6].
Уникальные свойства углеродных нанотрубок в полной мере могут быть реализованы лишь при их равномерном распределении в матричном материале. К недостаткам рассмотренных способов упрочнения легких сплавов относится сложность обеспечения равномерности распределения углеродных нанотрубок в матрице из алюминиевого сплава, а следовательно, получения сплавов со стабильными характеристиками.The unique properties of carbon nanotubes can be fully realized only if they are uniformly distributed in the matrix material. The disadvantages of the considered methods for hardening light alloys include the difficulty of ensuring a uniform distribution of carbon nanotubes in a matrix of aluminum alloy, and therefore, obtaining alloys with stable characteristics.
Наиболее близким по техническому решению к заявляемому изобретению является способ введения упрочняющих частиц в алюминиевые сплавы [7]. Этот способ включает предварительное получение порошкообразного композиционного материала (порошка тугоплавкого соединения, частицы которого покрыты слоем алюминия толщиной от 10 до 25% от диаметра частиц тугоплавкого соединения) с последующим введением композиционного материала в алюминиевый расплав. Данный способ обеспечивает более равномерное распределение частиц тугоплавкого соединения в расплаве.Closest to the technical solution of the claimed invention is a method of introducing reinforcing particles into aluminum alloys [7]. This method involves the preliminary preparation of a powdered composite material (powder of a refractory compound, the particles of which are coated with a layer of aluminum with a thickness of 10 to 25% of the particle diameter of the refractory compound), followed by the introduction of the composite material into the aluminum melt. This method provides a more uniform distribution of the particles of the refractory compound in the melt.
Техническим результатом настоящего изобретения является разработка способа упрочнения легких сплавов за счет дополнительного введения в них углеродных нанотрубок.The technical result of the present invention is the development of a method for hardening light alloys due to the additional introduction of carbon nanotubes into them.
Для достижения указанного технического результата предложен способ упрочнения легких сплавов путем введения в них лигатуры - порошка микронных размеров тугоплавкого соединения, на поверхность частиц которого наносят смесь равномерно перемешанной смеси нанопорошка алюминия и углеродных нанотрубок. Содержание компонентов лигатуры составляет (80÷90) мас.% тугоплавкого соединения, (10÷5) мас.% нанопорошка алюминия, (10÷5) мас.% углеродных нанотрубок. При этом в качестве тугоплавкого соединения используется оксид или карбид, или нитрид алюминия, или кремния, или циркония, или титана.To achieve the specified technical result, a method for hardening light alloys by introducing a ligature into them — micron-sized powder of a refractory compound, on the surface of the particles of which a mixture of a uniformly mixed mixture of aluminum nanopowder and carbon nanotubes is applied. The content of the ligature components is (80 ÷ 90) wt.% Refractory compounds, (10 ÷ 5) wt.% Aluminum nanopowder, (10 ÷ 5) wt.% Carbon nanotubes. In this case, an oxide or carbide, or aluminum nitride, or silicon, or zirconium, or titanium is used as a refractory compound.
Полученный положительный эффект (повышение прочности и износоустойчивости легких сплавов) обусловлен следующими факторами.The resulting positive effect (increasing the strength and wear resistance of light alloys) is due to the following factors.
Введение в состав лигатуры углеродных нанотрубок (помимо частиц тугоплавких соединений - оксидов, карбидов или нитридов) приводит к дополнительному повышению прочности и износостойкости получаемых упрочненных легких сплавов. Согласно результатам экспериментальных исследований [4-6], углеродные нанотрубки являются практически идеальным материалом для упрочнения легких конструкционных материалов в авиакосмической технике, автомобильной промышленности, при изготовлении спортивных снарядов. Это обусловлено их уникальной структурой, низкой плотностью углеродных нанотрубок и рекордными прочностными характеристиками (предел прочности до 30 ГПа, модуль Юнга до 1 ТПа).The introduction of carbon nanotubes into the ligature (in addition to particles of refractory compounds — oxides, carbides, or nitrides) leads to an additional increase in the strength and wear resistance of the obtained hardened light alloys. According to the results of experimental studies [4-6], carbon nanotubes are almost ideal material for hardening lightweight structural materials in aerospace technology, the automotive industry, and in the manufacture of sports equipment. This is due to their unique structure, low density of carbon nanotubes and record strength characteristics (tensile strength up to 30 GPa, Young's modulus up to 1 TPa).
Однако уникальные свойства углеродных нанотрубок в полной мере могут быть реализованы лишь при их равномерном распределении в матричном материале [4-6]. Известные способы введения нанотрубок в расплавы не обеспечивают однородности их распределения в объеме расплава.However, the unique properties of carbon nanotubes can be fully realized only if they are uniformly distributed in the matrix material [4-6]. Known methods for introducing nanotubes into melts do not ensure uniformity of their distribution in the volume of the melt.
Предлагаемое в заявляемом изобретении нанесение углеродных нанотрубок (в смеси с нанопорошком алюминия) на поверхность частиц микронных размеров тугоплавкого соединения позволяет обеспечить равномерное распределение частиц тугоплавких соединений, а следовательно, и углеродных нанотрубок при введении лигатуры в расплав на основе алюминия.The application of carbon nanotubes (mixed with aluminum nanopowder) to the surface of micron-sized particles of a refractory compound proposed in the present invention ensures uniform distribution of particles of refractory compounds, and therefore, carbon nanotubes, when a ligature is introduced into an aluminum-based melt.
Нанесение на поверхность частиц тугоплавкого соединения порошка алюминия (совместно с углеродными нанотрубками) повышает смачиваемость частиц расплава на основе алюминия при температурах, близких к температуре плавления алюминия, и не требует значительного перегрева расплава.Application of an aluminum powder (together with carbon nanotubes) to the surface of particles of a refractory compound increases the wettability of aluminum-based melt particles at temperatures close to the melting temperature of aluminum and does not require significant overheating of the melt.
Предлагаемое содержание компонентов лигатуры (80÷90% тугоплавкого соединения, 10÷5% нанопорошка алюминия, 10÷5% углеродных нанотрубок) обеспечивает формирование на поверхности частиц тугоплавкого соединения достаточно тонкого устойчивого слоя из смеси нанопоршка алюминия и углеродных нанотрубок.The proposed content of the ligature components (80 ÷ 90% of the refractory compound, 10 ÷ 5% of aluminum nanopowder, 10 ÷ 5% of carbon nanotubes) provides the formation on the surface of the particles of the refractory compound of a sufficiently thin stable layer of a mixture of aluminum nanopowder and carbon nanotubes.
Использование в качестве тугоплавкого соединения оксида или карбида, или нитрида алюминия, кремния, циркония или титана связано с высокими прочностными характеристиками этих материалов и наличием технологий получения порошков данных соединений.The use of oxide, carbide, or nitride of aluminum, silicon, zirconium, or titanium as a refractory compound is associated with the high strength characteristics of these materials and the presence of technologies for producing powders of these compounds.
Пример реализации способа.An example implementation of the method.
Смесь нанопорошка алюминия марки «Алекс» со среднемассовым диаметром частиц D43=0.18 мкм (50 мас.%) и углеродных нанотрубок (50 мас.%) помещают в планетарную мельницу и перемешивают в атмосфере аргона в течение (5÷6) часов при скорости вращения 200 об/мин. Затем полученную смесь (20÷10) мас.% и порошок оксида алюминия со среднемассовым диаметром частиц D43=75 мкм (80÷90) мас.% дополнительно подвергают механической активации в планетарной мельнице в течение (10÷15) мин. В результате механической активации на поверхности части оксида алюминия формируется слой нанопорошка алюминия и углеродных нанотрубок. Далее полученную лигатуру вводят в расплав алюминиевого сплава при его разливке в форму.A mixture of Alex brand aluminum nanopowder with a mass-average particle diameter of D 43 = 0.18 μm (50 wt.%) And carbon nanotubes (50 wt.%) Is placed in a planetary mill and mixed in an argon atmosphere for (5 ÷ 6) hours at a speed rotation of 200 rpm Then, the resulting mixture (20 ÷ 10) wt.% And aluminum oxide powder with a mass-average particle diameter of D 43 = 75 μm (80 ÷ 90) wt.% Are additionally subjected to mechanical activation in a planetary mill for (10 ÷ 15) min. As a result of mechanical activation, a layer of aluminum nanopowder and carbon nanotubes is formed on the surface of a part of aluminum oxide. Next, the resulting ligature is introduced into the molten aluminum alloy when casting it into the mold.
Таким образом, предложенный способ позволяет повысить прочность и износостойкость легких сплавов на основе алюминия за счет дополнительного введения в их состав углеродных нанотрубок при равномерном распределении упрочняющих компонентов в алюминиевом расплаве.Thus, the proposed method allows to increase the strength and wear resistance of light alloys based on aluminum due to the additional introduction of carbon nanotubes into their composition with a uniform distribution of hardening components in the aluminum melt.
ЛИТЕРАТУРАLITERATURE
1. Ловшенко Ф.Г., Ловшенко Г.Ф. Способ получения дисперсно-упрочненных алюминиевых сплавов // Патент РФ №1797218, МПК С22С 1/02. Опубл. 10.09.1996.1. Lovshenko F. G., Lovshenko G. F. The method of obtaining dispersion-hardened aluminum alloys // RF Patent No. 1797218, IPC С22С 1/02. Publ. 09/10/1996.
2. Моисеев В.А. Стацура В.В., Гордеев Ю.И., Летуневский В.В. Способ получения сплава на основе алюминия // Патент РФ №2177047, МПК B22F 9/04, С22С 1/05. Опубл. 20.12.2001.2. Moiseev V.A. Statsura V.V., Gordeev Yu.I., Letunevsky V.V. A method of producing an alloy based on aluminum // RF Patent No. 2177047, IPC B22F 9/04, C22C 1/05. Publ. 12/20/2001.
3. Панфилов А.В., Бранчуков Д.Н., Панфилов А.А. и др. Литой композиционный материал на основе алюминиевого сплава и способ его получения // Патент РФ №2323991, МПК С22С 1/10, С22С 21/00, B22F 3/02, B22F 3/26, В82В 3/00. Опубл. 10.05.2008.3. Panfilov A.V., Branchukov D.N., Panfilov A.A. and others. Cast composite material based on aluminum alloy and the method for its production // RF Patent No. 223991, IPC С22С 1/10, С22С 21/00, B22F 3/02, B22F 3/26, В82В 3/00. Publ. 05/10/2008.
4. Laha Т., Agarwal A., McKechnie Т., Seal S. Synthesis and characterization of plasma spray formed carbon nanotube reinforced aluminum composite // Material Science and Engineering. 2004, A381. - P.249-258.4. Laha, T., Agarwal A., McKechnie, T., Seal S. Synthesis and characterization of plasma spray formed carbon nanotube reinforced aluminum composite // Material Science and Engineering. 2004, A381. - P.249-258.
5. Jizhi Liao, Ming-Jen Tan, Raju V. Ramanujan, Shashwat Shukla. Carbon nanotube evolution in aluminum matrix during composite fabrication process // Materials Science Forum. 2011. Vol. 690. - P.294-297.5. Jizhi Liao, Ming-Jen Tan, Raju V. Ramanujan, Shashwat Shukla. Carbon nanotube evolution in aluminum matrix during composite fabrication process // Materials Science Forum. 2011. Vol. 690. - P.294-297.
6. Soo-Hyun Joo, Seung Chae Yoon, Chong Soo Lee et al. Microstructure and tensile behavior of Al and Al-matrix carbon nanotube composites processed by high pressure torsion of the powders // Journal of Material Science. 2010. Vol. 45. - P.4652-4658.6. Soo-Hyun Joo, Seung Chae Yoon, Chong Soo Lee et al. Microstructure and tensile behavior of Al and Al-matrix carbon nanotube composites processed by high pressure torsion of the powders // Journal of Material Science. 2010. Vol. 45. - P.4652-4658.
7. Кульков С.Н., Ворожцов А.Б., Ворожцов С.А. и др. Способ введения упрочняющих частиц в алюминиевые сплавы // Патент РФ №2425163, МПК С22С 1/10. Опубл. 27.07.2011.7. Kulkov S.N., Vorozhtsov A.B., Vorozhtsov S.A. and others. The method of introducing reinforcing particles into aluminum alloys // RF Patent No. 2425163, IPC С22С 1/10. Publ. 07/27/2011.
Claims (2)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2012108703/02A RU2487186C1 (en) | 2012-03-06 | 2012-03-06 | Method to strengthen light alloys |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2012108703/02A RU2487186C1 (en) | 2012-03-06 | 2012-03-06 | Method to strengthen light alloys |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2487186C1 true RU2487186C1 (en) | 2013-07-10 |
Family
ID=48788251
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2012108703/02A RU2487186C1 (en) | 2012-03-06 | 2012-03-06 | Method to strengthen light alloys |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2487186C1 (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2021071453A3 (en) * | 2019-10-10 | 2021-08-19 | Gaziantep Universitesi Rektorlugu | Aluminum matrix hybrid composite with mgo and cnt exhibiting enhanced mechanical properties |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| GB2088409A (en) * | 1980-11-24 | 1982-06-09 | United Technologies Corp | Dispersion Strengthened Aluminium Alloy Article and Method |
| RU2190682C1 (en) * | 2001-05-17 | 2002-10-10 | Журавский Михаил | Method of manufacture of aluminum-based master alloys |
| RU2230810C1 (en) * | 2003-03-19 | 2004-06-20 | Санкт-Петербургский государственный горный институт им. Г.В.Плеханова (технический университет) | Method of production of aluminum0-magnesium alloy |
| US20090297394A1 (en) * | 2004-12-02 | 2009-12-03 | Cast Centre Pty Ltd | Aluminium casting alloy |
| RU2425163C2 (en) * | 2009-02-02 | 2011-07-27 | ООО "Алюминиевые композиты" (ООО "АлКом") | Procedure for introduction of strengthening particles into aluminium alloys |
-
2012
- 2012-03-06 RU RU2012108703/02A patent/RU2487186C1/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| GB2088409A (en) * | 1980-11-24 | 1982-06-09 | United Technologies Corp | Dispersion Strengthened Aluminium Alloy Article and Method |
| RU2190682C1 (en) * | 2001-05-17 | 2002-10-10 | Журавский Михаил | Method of manufacture of aluminum-based master alloys |
| RU2230810C1 (en) * | 2003-03-19 | 2004-06-20 | Санкт-Петербургский государственный горный институт им. Г.В.Плеханова (технический университет) | Method of production of aluminum0-magnesium alloy |
| US20090297394A1 (en) * | 2004-12-02 | 2009-12-03 | Cast Centre Pty Ltd | Aluminium casting alloy |
| RU2425163C2 (en) * | 2009-02-02 | 2011-07-27 | ООО "Алюминиевые композиты" (ООО "АлКом") | Procedure for introduction of strengthening particles into aluminium alloys |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2021071453A3 (en) * | 2019-10-10 | 2021-08-19 | Gaziantep Universitesi Rektorlugu | Aluminum matrix hybrid composite with mgo and cnt exhibiting enhanced mechanical properties |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Chak et al. | A review on fabrication methods, reinforcements and mechanical properties of aluminum matrix composites | |
| Xie et al. | Ameliorating strength-ductility efficiency of graphene nanoplatelet-reinforced aluminum composites via deformation-driven metallurgy | |
| Gupta et al. | Magnesium-based nanocomposites: Lightweight materials of the future | |
| Stalin et al. | Investigations on microstructure and mechanical properties of Mg-5wt.% Cu-TiB2 composites produced via powder metallurgy route | |
| Zeng et al. | A new technique for dispersion of carbon nanotube in a metal melt | |
| Thakur et al. | Synthesis and mechanical behavior of carbon nanotube–magnesium composites hybridized with nanoparticles of alumina | |
| Zhang et al. | Microstructure evolution and mechanical properties of Mg matrix composites reinforced with Al and nano SiC particles using spark plasma sintering followed by hot extrusion | |
| CN106893881B (en) | A kind of method of zirconium oxide modified graphene enhancing magnesium-based composite material | |
| CN109321767B (en) | Method for preparing hybrid particle reinforced aluminum matrix composite material by composite reinforcement method | |
| Srivyas et al. | Role of fabrication route on the mechanical and tribological behavior of aluminum metal matrix composites–a review | |
| Rana et al. | Development and analysis of Al-matrix nano composites fabricated by ultrasonic assisted squeeze casting process | |
| Rashad et al. | Room temperature mechanical properties of Mg–Cu–Al alloys synthesized using powder metallurgy method | |
| Luo et al. | Recent advances in the design and fabrication of strong and ductile (tensile) titanium metal matrix composites | |
| Niraj et al. | Tribological behaviour of Magnesium Metal Matrix Composites reinforced with fly ash cenosphere | |
| Fattahi et al. | Novel manufacturing process of nanoparticle/Al composite filler metals of tungsten inert gas welding by accumulative roll bonding | |
| Awotunde et al. | NiAl intermetallic composites—a review of processing methods, reinforcements and mechanical properties | |
| Borodianskiy et al. | Nanomaterials applications in modern metallurgical processes | |
| JP4451913B2 (en) | Method for producing Ti particle-dispersed magnesium-based composite material | |
| Wen et al. | 2D materials-based metal matrix composites | |
| Behnamfard et al. | Study on the incorporation of ceramic nanoparticles into the semi-solid A356 melt | |
| Ji et al. | Influence of characteristic parameters of SiC reinforcements on mechanical properties of AlSi10Mg matrix composites by powder metallurgy | |
| Yehia et al. | Characterization of Al-5Ni-0.5 Mg/x (Al2O3-GNs) nanocomposites manufactured via hot pressing technique | |
| WO2010026793A1 (en) | Magnesium-based composite material having ti particles dispersed therein, and method for production thereof | |
| RU2487186C1 (en) | Method to strengthen light alloys | |
| Kannan et al. | Advanced liquid state processing techniques for ex-situ discontinuous particle reinforced nanocomposites: A review |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20140307 |