RU2487186C1 - Способ упрочнения легких сплавов - Google Patents
Способ упрочнения легких сплавов 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
Landscapes
- Manufacture Of Alloys Or Alloy Compounds (AREA)
Abstract
Изобретение относится к металлургии, в частности к получению легких сплавов на основе алюминия. В расплав на основе алюминия вводят лигатуру, содержащую частицы тугоплавкого соединения. В качестве лигатуры используют порошок микронных размеров тугоплавкого соединения, частицы которого покрывают слоем равномерно перемешанной смеси нанопорошка алюминия и углеродных нанотрубок, при следующем соотношении компонентов, мас.%: тугоплавкое соединение 80-90, нанопорошок алюминия 5-10, углеродные нанотрубки 5-10. Обеспечивается повышение прочности и износоустойчивости дисперсно-упрочненных легких сплавов на основе алюминия. 1 з.п. ф-лы, 1 пр.
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.).
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.
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].
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].
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].
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].
Известен способ получения упрочненных углеродными нанотрубками алюминиевых композитов путем горячего прессования с вращением матрицы под давлением 6 ГПа [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.
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.
Техническим результатом настоящего изобретения является разработка способа упрочнения легких сплавов за счет дополнительного введения в них углеродных нанотрубок.
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.
Полученный положительный эффект (повышение прочности и износоустойчивости легких сплавов) обусловлен следующими факторами.
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).
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.
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.
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.
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.
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.
Пример реализации способа.
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.
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.
ЛИТЕРАТУРА
1. Ловшенко Ф.Г., Ловшенко Г.Ф. Способ получения дисперсно-упрочненных алюминиевых сплавов // Патент РФ №1797218, МПК С22С 1/02. Опубл. 10.09.1996.
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.
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.
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.
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.
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.
Claims (2)
1. Способ упрочнения легких сплавов, включающий введение в расплав на основе алюминия лигатуры, содержащей частицы тугоплавких соединений, отличающийся тем, что лигатуру получают путем нанесения на поверхность частиц порошка микронных размеров тугоплавкого соединения равномерно перемешанной смеси нанопорошка алюминия и углеродных нанотрубок при следующем содержании компонентов, мас.%:
тугоплавкое соединение 80-90
нанопорошок алюминия 5-10
углеродные нанотрубки 5-10
2. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве тугоплавкого соединения используют оксид, или карбид, или нитрид алюминия, или кремния, или циркония, или титана.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2012108703/02A RU2487186C1 (ru) | 2012-03-06 | 2012-03-06 | Способ упрочнения легких сплавов |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2012108703/02A RU2487186C1 (ru) | 2012-03-06 | 2012-03-06 | Способ упрочнения легких сплавов |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2487186C1 true RU2487186C1 (ru) | 2013-07-10 |
Family
ID=48788251
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2012108703/02A RU2487186C1 (ru) | 2012-03-06 | 2012-03-06 | Способ упрочнения легких сплавов |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2487186C1 (ru) |
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 (ru) * | 2001-05-17 | 2002-10-10 | Журавский Михаил | Способ изготовления лигатур на основе алюминия |
| RU2230810C1 (ru) * | 2003-03-19 | 2004-06-20 | Санкт-Петербургский государственный горный институт им. Г.В.Плеханова (технический университет) | Способ получения алюминиево-магниевого сплава |
| US20090297394A1 (en) * | 2004-12-02 | 2009-12-03 | Cast Centre Pty Ltd | Aluminium casting alloy |
| RU2425163C2 (ru) * | 2009-02-02 | 2011-07-27 | ООО "Алюминиевые композиты" (ООО "АлКом") | Способ введения упрочняющих частиц в алюминиевые сплавы |
-
2012
- 2012-03-06 RU RU2012108703/02A patent/RU2487186C1/ru 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 (ru) * | 2001-05-17 | 2002-10-10 | Журавский Михаил | Способ изготовления лигатур на основе алюминия |
| RU2230810C1 (ru) * | 2003-03-19 | 2004-06-20 | Санкт-Петербургский государственный горный институт им. Г.В.Плеханова (технический университет) | Способ получения алюминиево-магниевого сплава |
| US20090297394A1 (en) * | 2004-12-02 | 2009-12-03 | Cast Centre Pty Ltd | Aluminium casting alloy |
| RU2425163C2 (ru) * | 2009-02-02 | 2011-07-27 | ООО "Алюминиевые композиты" (ООО "АлКом") | Способ введения упрочняющих частиц в алюминиевые сплавы |
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 | |
| 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 (zh) | 一种氧化锆改性石墨烯增强镁基复合材料的方法 | |
| Srivyas et al. | Role of fabrication route on the mechanical and tribological behavior of aluminum metal matrix composites–a review | |
| CN109321767B (zh) | 一种复合强化法制备混杂颗粒增强铝基复合材料的方法 | |
| 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 | |
| Narendranath et al. | Studies on microstructure and mechanical characteristics of as cast AA6061/SiC/fly ash hybrid AMCs produced by stir casting | |
| 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 (ja) | Ｔｉ粒子分散マグネシウム基複合材料の製造方法 | |
| 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 | |
| Yehia et al. | Characterization of Al-5Ni-0.5 Mg/x (Al2O3-GNs) nanocomposites manufactured via hot pressing technique | |
| Ji et al. | Influence of characteristic parameters of SiC reinforcements on mechanical properties of AlSi10Mg matrix composites by powder metallurgy | |
| RU2567779C1 (ru) | Способ получения модифицированных алюминиевых сплавов | |
| Kannan et al. | Advanced liquid state processing techniques for ex-situ discontinuous particle reinforced nanocomposites: A review | |
| WO2010026793A1 (ja) | Ｔｉ粒子分散マグネシウム基複合材料およびその製造方法 | |
| RU2487186C1 (ru) | Способ упрочнения легких сплавов |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20140307 |