Композиционный материал

 

Использование: материал предназначен .дня изготовления деталей гидро(гэзо)систем. проставочных втулок и т.п., требующих высокой гидро(газо)плотности и антикоррозионной стойкости. Сущность изобретения: композиционный материал включает спеченную металлопорошковую основу пористостью 16-25% и покрытие толщиной 0,2-1,5 мм из стеклообразного вещества с коэффициентом термического расширения на 20-40% меньше, чем у металлопорошковой основы. 1 табл.

COICH C:OBFTCIC!1Õ

C0LIÈËËÈCTÈ IÅÑÊLlX

РЕСПУБЛИК

1 ",к >г 7 (><25 В 22 F 7/04

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ КЗОБ = Е )ЕНИЯ

4 (Л О (Я

О1 ! (l

К АВТОРСКОМУ СВИ,г),ЕТЕЛЬСТВУ (21) 4728965/02 (22) 07.08.89 (46) 07.09.92, Б|ол. M 33 (71) Всесоюзный проектно-конструкторский технологический институт строительного, дорожного и коммунального машинастроеНИЯ (72) LD,И,Чаплыгин, Ю.Н.Лебединский, В,В.Лобка-Лобановский, В.IVi.Ïëàñòèëèí и НД,Смирнова (56) Аппен A.А, Температуроустойчивые неорганические покрытия, 1 967, с.117 — 220.

Радомысельский И.Д. и др, Конструкционные порошковые материалы, Киев, 1985, с.116 — 120.

Изобретение относится к порошковой ме аллургии, в частности к изготовлени а изделий гидросистем. проставочных втулок и др., требующих высокой гидроплотности и антикаррозионнай стойкости.

Известно, что спеченные детали, изготавливаемые, методом порошковой металлургии, по своей природе являются композиционными, так как содержат легирующие компоненты (медь, графит, никель и др.) и практически всегда многофазны (в том числе поры также являюгся одной из фаз). Для изготовления наиболее массовой группы малонагруженных деталей используются пористые углеродистые cTàJIè при однократном холодном прессовании, высокотемпературном спекании и пористость деталей при этом составляет 16 — 25 /,. Для повышения надежности эксплуатации деталей.в окружающей среде их межчастичные поры заполняют легкоплавкими неоргани(54) КОМ ПОЗИ ЦИ ОН Н Ы Й MATE РИАЛ (57) Использование: материал предназначен дпя изготовления деталей гидро(газо)систем, проставочных втулок и т.п., требу ащих высокой гидро(газо)плотности и антикаоразианнОЙ стойкости. Сущность изобретения; композиционный материал вкл ючает спеченную металл ОпораLLI êoâóþ основу пористость," 16-25",4 и покрытие толщиной 0,2-1,5 мм из стеклаобразного вещества с коэффициентом теомического расширения на 20 — 40, меньше, чем у металпопорошковой основы, 1 табл. ческими веществами или пластмассами с посг едующим нанесением защитных или декоративных покрытий.

Получение беспористых материалов (деталей) на железной основе достигается также пропиткой их жидкими металлами и сплавами — медью, латунью идр.

На многие конструкционные материалы (детали) дпя устойчивости против коррозионного разрушения после закрытия пор наносят гальванические или химические покрытия никеля, меди, хрома. фасфатно пл нки и др.

Наиоолее близким по технической су цнасти и достигаемому результату к предлагаемому для герметизации гоар и придания антикорразианных свойств спеченным из делиям на железной металлопорошковой основе является материал со слоем хрома на поверхности зснавы, полученный электрохимическим способом.

1759557

Однако данный материал имеет следующие недостатки: тонкий слой хрома до 20 мкм пористый и не является коррозионно-стойким; более толстые слои до 60 мкм,гракт|л- 5 чески максимальная толщин- при изнасостойком хромировании деталей) располагаются как на твердых у |ветках (металл осйовы), так и на мягких (у IacTKax пар, заполненных как|лм-либо материалам) и не 10 выдержива|ат высоких давлени|л,установлено практически); нанесение хрома трудоемка вследствие сложности процесса, особенно подготовки поверхности (заполнения пар), пропитка пор расплавами металлов не обеспечивает заполнения их по всему обьему матерлала и после финишной обработки детали имеются участки железна|л основы, подвергаемые в дальнейшем коррозии, 20

Целью изобретения является создание компаэицианнОГО материала на |»ористой металлопарашкавай основе, преимушественно состоящего из железа, с повышенной гидроплотностью и антикаррозионной 25 стойкостью.

Для этого в композиционном материале, включающем спеченную металлапорошкаву|о основу пориcTocT! 16-25 и покрытие, последнее выполнена талщикай 30

0,2 — 1,5 мм из стеклоабразнага вещества с коэффициентом термического расширения

Аа 20 — 40;, меньшим, чем у мзтаг|лапарашкавой основы, 1 ГСтеклоабраэный cJIQA толщиной 0,2 — 1,5 мм с коэффициентом термического раслиренля на 20 — 40 j меньшим, чем у пористой

ocHoBb!, HG пористой осНОВ8 (паристасть 6—

25 p) явлЯЕтсЯ запирающим слоем, 068спе -!лваюгцим Гидааплотнасть мате!эиала и ега 40 работу при высоких давлениях.

Композиционный материал содерж|лт металлопорошковую основу и cTBKnoohpа:.-;— нае покрытие, между которыми имеетс"„ промежуточный слой, спасобству,о ций - -5 сцеплени|о основы с покрьлтием, Композиционный материал г|алу !В!оТ следующим образом.

Берут спеченную металлопорошковую основу, преимущественно иэ железа, парл- 50 стостью 16 — 25 Термообработкай гористой основы из ее объема удаляют воздухи расширяют поры (увеличивают размер пор), После остывания производят драбеструйную обработку поверхности, Затем наносят на основу слой тонкодисперсных частиц

55 стекла с окислами, в составе которого содержатся материалы (например, Со0,,40, МпО и др,), обеспечивающие сцепление с основой. Коэффициент термического расширения стеклообразного слоя для прочного сцепления на 20 — 40% меньше, чем у метBëëîïîðîøковой основы. Далее производят оплавление (обжиг) 88 п окислительной среде при температуре плавления слоя. Температура оплавления дол>хна бь.ть ниже на 50 — 100 С температуры спекания основы. В результате оплавления (обжига) происходит проникновение стеклаобраэнога слоя в поры основы и образование композиционного матерлала, име|ощего металлапорошкавую основу и оплавленный стеклоабразный слал сцепления основы с покрытием.

Нанесение стеклообразу|ощего слоя производят мокаым или сухим способам.

При мокром способе тонкодисперсные частлцы стекла глдросуспензией (шликерам)

;|анасят на ме еллопорошкавую основу методам окунания изделия B росуспензи|о и пу»ем встряхивания раг камерно распределяются по поверхности или пульверизацией гидросуспензии — по требуемой поверхности. После сушки стеклаобразного слоя прл 1!00 | 10 С в течение 0,5 ч производится его аплавление. При сухом способе тонкадисперсные частицы стекла рассеива;о» I8p8B сита на подогретую металлапорашковую основу до 50 ": ";0"Ñ ниже —;"-мпературы оплавления с.гекла для предварительнога припекания и последующего аппа вл8ния па ук2занному ре>киму.

Талщ|лна стеклаобразного слоя на меTаллОпОаашковОй осНоВ8 составляет 0,21,5 мм в заьисимости ат требований к гидроплоTI!ocTû кампазицио -.:-:Ог0 матерлал"-.. Достижение требуемой Tof»LLIIIHLI f!Do Yi3Bo!iêTcB повторным нанесением танкадисперсных частиц стекла и их аплавлением. Ка|чесение стекг|ообразнога слоя B висимг сти о»- технике ких таебованиЙ ега формы мажет производиться как на Наружной, TBK ." HB вн "Tp8H н8A cTopoH8.

П р и м е а Цля зксг|еаимен»алькой проверки заявляемого решенля из порошковой композиции состава, мас. „ медь 2,5; графит 1,5; стеарат цинка 0,4; остальное железа, в стальной пресс-форме на гидравлическом прессе мод, ДБ-2434 прессовали заготовку втулок с размерами, мм: наружныл диаметр 77., внутренний 59, высота 100.

Удельное давление прессования составляло

0,6 МПа. Спрессованные втулки спекались при 1150 С в конвейерной электропечи в среде конвертированного газа и имели пористасть 22 — 247,. Каэффициен г термичеСКО|ГQ г|а" ШИРен|Л 1 ОПРеяеЛеккьй дилатаметрическим методам, .Печенного

1759557 материала втулок составлял 326 - 10 в интервале темпера ур ?0-500 С. Спеченные втуг ки подвергались предварительному от>«игу в окислительной среде при 700 10ОС в течение 0 ч для удаления воздуха внутри

flop за счет окисления металла и расширения пор с цель с повышения эатекания стеклоабразного слоя и пасла сстывания дробеструйной обработки и обдувке воздухом. Затем на их поверхность наносился мокрым способом путем Окунания в шликер слой размолотого стекла (40-60 мкм) следующего состава, мас, /,: SIO> 50,3; А! 03 4,4;

В Оз26,1; Са01,1; г1а 011Я; К 01; CaI=z 5;

СоО 1,2; NIO 0,6; Мп0 0,6. Рассчитанный коэффициент термическа o расширения стеклаобразного покрытия па общепринятсл методике составляет (50 3 х 0,8 + 2,2 х

2,0+ 26," х 0,1 + 1,5 х 5,0 + 11.9 х 10 0+ 1 0 х8,5+10х8,54-5,0х2,5+":,2х4,4-i-0,6х

4,0 ь 0,6 х2,,2) - 202,1 + 5 х 10 . Стеклсобразный слой наносился на втулку в 3-х вариантах; на наружную поверхность. внутреннюю поверхность и внутренн ою -"; нару>«ну а поверхности. Втулки с нанесенными слоями стеклообразнога покрытия подвергались сушке в электрошкафу мод. С1-! ВС-4,5х3,4/3И7 при 100 i0"С в течение 0,5 ч и подвергались оппавлению в окислительной среде электропечи мад. Г-30 при 850 +. 5 С в течение 12 мин. Толщина слоя стсклообразнога покрытия составляла 0,35 — 0,37 мм. С целью увеличения толщины покрь;тия до 0,7 мм производилось для партии втулок повторное нанесение стеклообраэного слоя, сушка и его обжиг по описанной методике л ре>киMBM.

Кон роль качества оплавления стеклоo6p33Hof покрытия производился Визуальноо и подтвердил наличие на металлопорошковой основе равномерно распределенного и оплавленного стеклянного покрытия темно-синего цвета без вздутий, трещин, волосяных линий и раковин.

Анализ переходной эоны металлопорошковой основы и стеклообразного покрытия, выполненный на шлифах -.îðöîâîé части цилиндров на микроскопе МИРА-8 при увеличенил в 100 раэ, подтвердил наличие сцепляющего слоя, состоящего лз окислов железа, и проникновение стеклянного покрытия в поры металлопсрошковой основы на глубину да 1 мм, что дополнительно спасобствует механическому удержанию па«рытия на металлопсрошковой основе.

Прочность соединения с :еклосбраэного покрытия с металлспооошкоьой основой и гидраплатность композиционного материала (проникновение жидкости .Ереэ стенку цилиндра) определялись на специальном стенде давлением масла (И-20) путем подачи его

10 во внутре„ íþþ попасть втулки, закрытой с торцов фланцами, Сравнительные результаты испытания гидраплотности проведень для втулок иэ металлопорашковой основы íà основе желсэа без покрытия, с хра овым дву15 сторонним покрытием тол.циной 60 мкм, стеклообразными покрытиями вну ренней, наружнОЙ стopoH и двусторонним покрытием при тол щи н ах 0 35 и 0,7 мм. 1 еэул ьтат ы исп ытания представлены в таслице.

Визуальный анализ излома втулки с двусторонним слоем стеклообразнаго покрытия после полугодовой выдержки на воздухе при комнатной температуре подтвердил отсутствие внутренней коррозии металлопо25 poLUKQBoA Основы. Втулки без прап итки маслом подвергались коррозии через 5-15 дней.

Из таблицы следует, что предлагаемый композиционный материал обладает значи30 тельно. более высокой гидроплотностью, в

25 раз превосходящей кампозиционнь и материал из металлопарошковой основы на основе железа, в 2,5 — 3 раза тст же материал с хромовым покрытием толщиной 60 мкм, имеет высокую антикоррозионную стойкость и декоративный вид, Использование данного материала позволяет расширить номенклатуру деталей, узлов и изделий гидросистем, иэготавлива40 емых экОнОмичным методам flopolllKQBoé металлургии.

Формула изобретения

45 Композиционный материал, включающий спеченную металлопсрошковую основу пористостью 16 — 25;/ и покрытие, о т л j ч à joшийся тем, что, с целью повышения гидраплотности и коорозионнай стойкости, 50 покрытие выполнено из стеклсобразного вещества с коэффициентом термическог расширения на 20 — 40% меньше, чем у металлопорошковой основы, и толщиной 0,21,5 мм.

1759557

Давление жидкости (масла) до начала просачивания его че ез стенк, МПа

Характеристика образца (втулки) Примечание

0,5

Просачивание масла по всей поверхности

Без покрытия

С хромовым двухсторонним покрытием толщиной 60 мкм

С внутренним стеклообразным покрытием толщиной

0,35 мм

С наружным стеклообразным покрытием толщиной 0,35 мм

С двухсторонним стеклообразным покрытием толщиной 0,35 мм

С внутренним стеклообразным покрытием толщиной

0,7 мм

С на ружн ым,стекло образ н ы м покрытием толщиной 0,7 мм

С двухсторонним стеклообразным покрытием толщиной 0,7 мм

То же

Просачивание масла в единичных точках, отслаивания стеклянного покрытия не наблюдается

То же

Просачивание масла и отслаивание стеклянного покрытия не наблюдается

25

То же

Составитель Ю,Лебединский

Редактор М.Стрельникова Техред М.Моргентал Корректор H.внучок

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101

Заказ 3140 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5