RU2688525C1 - Method for increasing permeability of pores of graphite workpiece - Google Patents
Method for increasing permeability of pores of graphite workpiece Download PDFInfo
- Publication number
- RU2688525C1 RU2688525C1 RU2018101544A RU2018101544A RU2688525C1 RU 2688525 C1 RU2688525 C1 RU 2688525C1 RU 2018101544 A RU2018101544 A RU 2018101544A RU 2018101544 A RU2018101544 A RU 2018101544A RU 2688525 C1 RU2688525 C1 RU 2688525C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- melt
- impregnation
- graphite
- porous
- billet
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B22—CASTING; POWDER METALLURGY
- B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
- B22F3/00—Manufacture of workpieces or articles from metallic powder characterised by the manner of compacting or sintering; Apparatus specially adapted therefor ; Presses and furnaces
- B22F3/24—After-treatment of workpieces or articles
- B22F3/26—Impregnating
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
- C22C—ALLOYS
- C22C47/00—Making alloys containing metallic or non-metallic fibres or filaments
- C22C47/08—Making alloys containing metallic or non-metallic fibres or filaments by contacting the fibres or filaments with molten metal, e.g. by infiltrating the fibres or filaments placed in a mould
Abstract
Description
Изобретение относится к области металлургии, а именно к созданию композиционных материалов пропиткой пористого каркаса, имеющих высокую электропроводность, антифрикционные свойства, стойкость в агрессивных средах.The invention relates to the field of metallurgy, in particular to the creation of composite materials by impregnation of a porous frame, having a high electrical conductivity, antifriction properties, resistance in aggressive environments.
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°С, 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 C04B 35/52, опубл. 02.08.2004).A method of obtaining a composite material by impregnation with simultaneous chemical exposure. The workpiece is installed on a special graphite platform, heated over the surface of the silicon melt or an alloy based on silicon and copper, having a temperature of 1700-1800 ° C, then gradually, with a speed of not more than 10 cm / min, lower the workpiece into the bath with the melt. Thus, carrying out the impregnation of the unidirectional flow of the melt, propagating the front over the entire cross section of the workpiece (RF patent No. 2276631 IPC C04B 35/52, publ. 02.08.2004).
Недостатком данного способа является отсутствие в процессе пропитки стадии вакуумирования как сплава, так и заготовки, вследствие чего различные загрязнения в порах углеграфитовой заготовки препятствуют их заполнению матричным сплавом, а так же отсутствие вакуумирования негативно сказывается на расплаве матричного сплава, который окисляется, взаимодействуя с воздухом, снижая качество композиционного материала.The disadvantage of this method is the absence in the impregnation process of the stage of evacuation of both the alloy and the billet, as a result of which various contaminants in the pores of the carbon-graphite billet prevent them from being filled with a matrix alloy, as well as the absence of evacuation negatively affects the melt of the matrix alloy, which oxidizes, interacting with air, reducing the quality of the composite material.
Известен способ получения композиционного материала пропиткой пористой заготовки металлом, при котором армирующий пористый каркас предварительно нагревают, затем заливают его матричным сплавом, проводят вакуумную дегазацию и пропитывают под воздействии избыточного давления 15±3 МПа на заготовку за счет термического расширения расплава в замкнутом объеме емкости при нагреве (патент РФ №1759932, МПК C22C 1/09, B22F 3/26, опубл. 07.09.92).A method of obtaining a composite material by impregnation of a porous billet with metal, in which the reinforcing porous frame is preheated, then it is poured with a matrix alloy, vacuum degassing is carried out and impregnated under the effect of overpressure 15 ± 3 MPa on the workpiece due to thermal expansion of the melt in a closed volume of the vessel during heating (RF patent №1759932, IPC C22C 1/09,
Недостатком этого способа при его использовании для получения КМ пропиткой является ограничение номенклатуры металлов для использования их в качестве матричного сплава, только свинец или его сплавы.The disadvantage of this method when it is used to obtain KM impregnation is to limit the range of metals for use as a matrix alloy, only lead or its alloys.
Наиболее близким является способ изготовления композиционных материалов, включающий погружение пористой заготовки в расплав матричного сплава алюминия, вакуумную дегазацию и воздействие избыточным давлением на заготовку за счет термического расширения расплава в замкнутом объеме емкости при нагреве на 100°С выше температуры ликвидус сплава алюминия (патент РФ №2571295, МПК B22F 3/26, опубл. 20.12.2015).The closest is a method of manufacturing composite materials, including immersion of a porous billet in a melt of matrix aluminum alloy, vacuum degassing and the effect of excessive pressure on the workpiece due to thermal expansion of the melt in a closed volume of the container when heated to 100 ° C above the aluminum alloy liquidus temperature (RF Patent No. 2571295, IPC
Недостатком этого способа является большие потери затраты времени на нагрев оснастки и ее охлаждения для проведения дегазации камеры для пропитки.The disadvantage of this method is the large loss of time spent on heating the equipment and its cooling to conduct the degassing of the impregnation chamber.
Задача - разработка способа максимального заполнения пор в углеграфитовой заготовке при пропитке ее матричным сплавом.The task is to develop a method for maximally filling pores in a carbon-graphite billet when it is impregnated with a matrix alloy.
Техническим результатом изобретения является повышение качества композиционных материалов (КМ).The technical result of the invention is to improve the quality of composite materials (KM).
Технический результат достигается в способе повышения проницаемости пор углеграфитовой заготовки, включающем вакуумную дегазацию пористой заготовки, ее пропитку расплавом матричного сплава алюминия под воздействием избыточного давления за счет термического расширения расплава при нагреве выше температуры ликвидус сплава алюминия, при этом дегазацию проводят до погружения пористой заготовки в расплав матричного сплава, а перед пропиткой пористую заготовку покрывают слоем медного гальванического покрытия.The technical result is achieved in a method for increasing the pore permeability of a carbon-graphite billet, including vacuum degassing a porous billet, impregnating it with a melt of a matrix aluminum alloy under the influence of overpressure due to thermal expansion of the melt when heated above the liquidus temperature of an aluminum alloy, degassing is carried out before the porous billet is immersed in the melt matrix alloy, and before impregnation the porous billet is coated with a layer of copper electroplating.
Сущность изобретения заключается в разделении технологии на более простые этапы: разделение операций вакуумной дегазации углеграфитовой заготовки и пропитки, нанесение перед пропиткой на заготовку слоя медного гальванического покрытия, что способствует лучшему смачиванию углеграфитового каркаса, увеличивает проницаемость его пор и, соответственно, повышает качество композиционных материалов (КМ), а также позволяет повысить производительность процесса (за счет сокращения времени на получение КМ).The invention consists in dividing the technology into simpler steps: separation of the operations of vacuum degassing of a carbon-graphite blank and impregnation, drawing a layer of copper electroplating coating on the blank onto the blank, which contributes to better wetting of the carbon-graphite frame, increases the permeability of its pores and, accordingly, improves the quality of composite materials ( KM), and also allows you to improve the performance of the process (by reducing the time to receive KM).
Перед нанесением гальваническим способом слоя меди проводится вакуумная дегазация углеграфитового каркаса в медном электролите, вследствие чего происходит частичное заполнение пор медным электролитом, после чего на углеграфитовый каркас наносят гальваническим способом слой медного покрытия, который образуется и в порах заполненных медным электролитом, что позволяет получить легирующие действие нанесенных особо чистых металлов на межфазной границе углеграфитовый каркас/пропитывающий сплав. Это позволяет снизить величину краевого угла смачивания и поверхностного натяжения.Before electroplating a copper layer, vacuum degassing of the carbon-graphite carcass is carried out in the copper electrolyte, as a result of which the pores are partially filled with copper electrolyte, after which a copper-plating layer is applied to the carbon-graphite carcass, which also forms in the pores filled with copper electrolyte, which allows to obtain alloying effects applied highly pure metals at the interface of the carbon-graphite frame / impregnating alloy. This allows you to reduce the magnitude of the wetting angle and surface tension.
Погружение пористой заготовки, с нанесенным на нее гальваническим покрытием, в расплав матричного сплава алюминия находящегося в камере для пропитки, выполненную из титана марки ВТ-1 ведет к лучшей заполняемости пор матричным сплавом.Immersion of a porous billet, coated on it with electroplated coating, into a melt of matrix aluminum alloy located in an impregnation chamber made of titanium of the ВТ-1 brand leads to a better filling of the pores with a matrix alloy.
Пластиковую емкость для нанесения гальванического медного покрытия наполняют - сернокислым электролитом меднения, состоящим из медного купороса, дистиллированной воды, серной кислоты;A plastic tank for electroplating copper coating is filled with copper sulfate electrolyte, consisting of copper sulfate, distilled water, sulfuric acid;
После нанесения гальванического покрытия углеграфитовый каркас помещается в устройство для пропитки.After electroplating, the carbon-graphite frame is placed in the impregnator.
При этом камера для пропитки, в которую помещают углеграфитовый каркас с нанесенным на него слоем медного гальванического покрытия, позволяет осуществлять пропитку пористой заготовки при нагреве под действием избыточного давления матричного сплава алюминия, получаемого за счет термического расширения алюминия при увеличении объема сплава в замкнутом объеме устройства для пропитки.At the same time, the impregnation chamber, in which the carbon-graphite frame is placed with a layer of copper electroplated coating deposited on it, allows the porous billet to be impregnated during heating under the action of an overpressure of the matrix aluminum alloy obtained by thermally expanding the aluminum for impregnation.
Определение температуры ликвидус с перегревом не менее чем в 100°С позволяет учесть величину нагрева обеспечивает создание требуемого давления пропитки, что позволяет получить КМ высокого качества с высокой степенью заполнения объема открытых пор пористой заготовки матричным сплавом.Determining the liquidus temperature with overheating of not less than 100 ° C allows to take into account the amount of heating ensures the creation of the required impregnation pressure, which allows you to get high quality CM with a high degree of filling the volume of open pores of the porous billet with a matrix alloy.
Использование в качестве матричного расплава - сплава алюминия, а в качестве пористого тела углеграфитовой заготовки позволяет получать композиционные материалы, широко применяемые в машиностроении для изготовления токосъемников, вставок пантографов, электрических щеток, уплотнителей, вкладышей подшипников скольжения.The use of an aluminum alloy as a matrix melt, and a carbon-graphite billet as a porous body, allows to obtain composite materials widely used in mechanical engineering for the manufacture of current collectors, pantograph inserts, electric brushes, seals, sliding bearing inserts.
На фиг. 1 показана гальваническая камера, на фиг. 2 показано устройство для пропитки углеграфитовой заготовки.FIG. 1 shows a galvanic chamber; FIG. 2 shows a device for impregnating a carbon-graphite blank.
Гальваническая камера состоит из пластиковой емкости 1 с электролитом 2 и анодами 3, купола 4, герметично закрывающего емкость 1. В емкости 1 помещена углеграфитовая заготовка 5. В куполе 4 выполнено отверстие 6, которое соединено с вакуумным насосом.The galvanic chamber consists of a plastic container 1 with
Камера для пропитки 7 углеграфитовой заготовки 5 выполнена из титана ВТ-1. На дне камеры для пропитки размещена углеграфитовая заготовка 5 с нанесенным гальваническим покрытием 8. Камера 7 заполнена расплавом матричного сплава алюминия 9. Камера для пропитки 7 герметично закрывается крышкой 10 с пробкой 11.The chamber for impregnation of 7
ПримерExample
По предложенному способу был получен КМ углеграфит - сплав алюминия с использованием углеграфита марки АГ-1500 имеющего открытую пористость 15%. Образец углеграфита был выполнен в виде куба со стороной 30 мм. Таким образом, объем углеграфитового каркаса составлял 900 мм3, объем пор в каркасе составлял 135 мм3 According to the proposed method was obtained KM carbon-graphite - an aluminum alloy using carbon-graphite brand AG-1500 with an open porosity of 15%. The carbon graph sample was made in the form of a cube with a side of 30 mm. Thus, the volume of the carbon frame was 900 mm 3 , the pore volume in the frame was 135 mm 3
При осуществлении способа углеграфитовую заготовку 5 закрепленную медной проволокой погружают в емкость 1 наполненную медным электролитом 2, состоящим из 200 г/л сернокислой меди, 70 г/л серной кислоты и 10-15 мл спирта, температура электролита 20-25°С. Затем емкость 1 накрывают герметичным куполом 4, после чего через отверстие 6 в куполе проводят вакуумную дегазацию в течение 5-7 минут. Далее в емкость 1 погружают два медных анода 3 соединенных между собой медной проволокой, после чего аноды 3 и углеграфитовая заготовка 5 подключаются к источнику постоянного тока, положительный заряд к анодам, а отрицательный к углеграфитовой заготовке 5, сила тока устанавливается 1.5 А с выдержкой в 40-60 мин. После нанесения на углеграфитовый каркас медного покрытия, углеграфитовую заготовку 5 с нанесенным гальваническим покрытием 8 промывают в воде, сушат и помещают в емкость для пропитки матричным сплавом алюминия.In the process of implementation, a carbon-
При осуществлении способа в камеру для пропитки 7 помещают углеграфитовую заготовку 5, нагревают до температуры 400°С и заполняют камеру 7 расплавом алюминия 9. Закрывают камеру 7 крышкой 10 нагревают до температуры 700-800°С. Затем крышку 10 притирают пробкой 11, предварительно нагретой до 1000-1050°С и шплинтуют ее.When carrying out the process, a carbon-
После этого камеру для пропитки 7 углеграфитовой заготовки 5 нагревают не менее чем на 100°С выше температуры ликвидус расплава матричного сплава алюминия с изотермической выдержкой 20 мин при достижении указанной температуры и расчетного давления. За счет разницы коэффициентов термического расширения камеры 7 и расплава матричного сплава алюминия 9, создается оптимальное давление пропитки.After that, the
Пропитка производилась при давлении 3-5 МПа, что обеспечивалось температурой нагрева камеры для пропитки, равной 1000-1050°С.Impregnation was carried out at a pressure of 3-5 MPa, which was provided by the heating temperature of the impregnation chamber, equal to 1000-1050 ° C.
По окончании пропитки, удаляют пробку 11, сливают третью часть расплава матричного сплава алюминия 9, отворачивают крышку 10, сливают оставшийся расплав, извлекают полученный КМ и производят его охлаждение с кристаллизацией расплава матричного сплава алюминия 9 в порах.At the end of the impregnation, remove the
Полученный КМ испытывался на прочность при сжатии, степень заполнения открытых пор (плотность пропитки) оценивалась по удельному весу КМ до и после пропитки, структура КМ оценивалась по результатам металлографических исследований. Результаты испытаний приведены в таблице.The resulting CM was tested for compressive strength, the degree of filling of open pores (density of impregnation) was evaluated by the specific gravity of CM, before and after impregnation, the structure of CM was evaluated by the results of metallographic studies. The test results are shown in the table.
Таким образом, повышение проницаемости пор углеграфитовой заготовки при котором перед пропиткой расплавом матричного сплава алюминия под воздействием избыточного давления за счет термического расширения расплава при нагреве не менее чем на 100°С выше температуры ликвидус сплава алюминия осуществляют вакуумную дегазацию пористой заготовки и покрывают ее слоем медного гальванического покрытия до погружения пористой заготовки в расплав матричного сплава, обеспечивает повышение качества композиционных материалов (КМ).Thus, increasing the permeability of the pores of a carbon-graphite billet in which, prior to impregnating the matrix aluminum alloy with the melt, under the influence of an overpressure due to thermal expansion of the melt when heated to not less than 100 ° C above the liquidus temperature of the aluminum alloy, vacuum degassing of the porous billet is performed and coated with a galvanic copper layer the coating before the porous billet is immersed in the matrix alloy melt provides for an increase in the quality of composite materials (KM).
Claims (1)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2018101544A RU2688525C1 (en) | 2018-01-16 | 2018-01-16 | Method for increasing permeability of pores of graphite workpiece |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2018101544A RU2688525C1 (en) | 2018-01-16 | 2018-01-16 | Method for increasing permeability of pores of graphite workpiece |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2688525C1 true RU2688525C1 (en) | 2019-05-21 |
Family
ID=66636937
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2018101544A RU2688525C1 (en) | 2018-01-16 | 2018-01-16 | Method for increasing permeability of pores of graphite workpiece |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2688525C1 (en) |
Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
SU1759937A1 (en) * | 1990-06-11 | 1992-09-07 | Белорусский Политехнический Институт | Cast iron modifier |
EP1477467A1 (en) * | 2003-05-16 | 2004-11-17 | Hitachi Metals, Ltd. | Composite material having high thermal conductivity and low thermal expansion coefficient, and heat-dissipating substrate |
RU2276631C2 (en) * | 2004-08-02 | 2006-05-20 | Открытое Акционерное Общество "Челябинский Электродный завод" | Carbon carbide-silicon composition material producing method |
JP2009127116A (en) * | 2007-11-27 | 2009-06-11 | Honda Motor Co Ltd | Method for producing metal matrix carbon fiber-reinforced composite material |
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 |
-
2018
- 2018-01-16 RU RU2018101544A patent/RU2688525C1/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
SU1759937A1 (en) * | 1990-06-11 | 1992-09-07 | Белорусский Политехнический Институт | Cast iron modifier |
EP1477467A1 (en) * | 2003-05-16 | 2004-11-17 | Hitachi Metals, Ltd. | Composite material having high thermal conductivity and low thermal expansion coefficient, and heat-dissipating substrate |
RU2276631C2 (en) * | 2004-08-02 | 2006-05-20 | Открытое Акционерное Общество "Челябинский Электродный завод" | Carbon carbide-silicon composition material producing method |
JP2009127116A (en) * | 2007-11-27 | 2009-06-11 | Honda Motor Co Ltd | Method for producing metal matrix carbon fiber-reinforced composite material |
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 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
RU2688538C1 (en) | Method for increasing permeability of pores of a carbon-graphite workpiece | |
RU2688560C1 (en) | Method for increasing permeability of pores of a graphite workpiece | |
RU2688772C1 (en) | Method for increasing permeability of pores of a graphite workpiece | |
RU2688529C1 (en) | Method for increasing permeability of pores of graphite workpiece | |
RU2688437C1 (en) | Method for increasing permeability of pores of a carbon-graphite workpiece | |
RU2688471C1 (en) | Method for increasing permeability of pores of graphite workpiece | |
RU2688555C1 (en) | Method for increasing permeability of pores of a graphite workpiece | |
RU2688779C1 (en) | Method for increasing permeability of pores of a carbon-graphite workpiece | |
RU2688775C1 (en) | Method for increasing permeability of pores of a carbon-graphite workpiece | |
RU2688781C1 (en) | Method for increasing permeability of pores of a carbon-graphite workpiece | |
RU2725524C1 (en) | Method of producing carbon-graphite composite material | |
RU2688780C1 (en) | Method for increasing permeability of pores of a carbon-graphite workpiece | |
RU2688557C1 (en) | Method for increasing permeability of pores of graphite workpiece | |
RU2688368C1 (en) | Method for increasing permeability of pores of a carbon-graphite workpiece | |
RU2688782C1 (en) | Method for increasing permeability of pores of a carbon-graphite workpiece | |
RU2688778C1 (en) | Method for increasing permeability of pores of graphite workpiece | |
RU2688531C1 (en) | Method for increasing permeability of pores of a carbon-graphite workpiece | |
RU2688535C1 (en) | Method for increasing permeability of pores of a carbon-graphite workpiece | |
RU2688522C1 (en) | Method for increasing permeability of pores of a carbon-graphite workpiece | |
RU2688484C1 (en) | Method for increasing permeability of pores of graphite workpiece | |
RU2688774C1 (en) | Method for increasing permeability of pores of graphite workpiece | |
RU2688474C1 (en) | Method for increasing permeability of pores of graphite workpiece | |
RU2688776C1 (en) | Method for increasing permeability of pores of graphite workpiece | |
RU2688523C1 (en) | Method for increasing permeability of pores of a carbon-graphite workpiece | |
RU2688476C1 (en) | Method for increasing permeability of pores of graphite workpiece |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20200117 |