Способ получения пористых материалов из алюминиевых сплавов

Изобретение относится к порошковой металлургии. Может использоваться при изготовлении материалов для строительства, авиации, автомобилестроения, лифтостроения. Порошки отходов алюминиевых сплавов по крайней мере одного состава смешивают с порофором с температурой разложения, превышающей температуру солидуса-ликвидуса алюминиевого сплава. Смешивание осуществляют в высокоэнергетической мельнице. Получают плотную заготовку при температуре ниже температуры солидуса алюминиевого сплава, размещают заготовку в форме, сохраняющей геометрию и размеры при термообработке, выполненной из материала, химически не взаимодействующего с материалом заготовки. При термообработке осуществляют нагрев до температуры интенсивного разложения порофора со скоростью 200-2500°С/мин. Способ позволяет повысить качество пеноалюминия и увеличить выход годного. 3 з.п. ф-лы.

 

Изобретение относится к области порошковой металлургии и может быть использовано при изготовлении материалов для строительства, авиации, автомобилестроения, лифтостроения и других отраслей промышленности, где требуется сочетание таких свойств материала, как легкость, плавучесть, негорючесть, хорошая тепловая и звуковая изоляции, экологическая чистота.

Известен способ производства пористых полуфабрикатов из Al-Cu порошковых сплавов, включающий в себя смешивание порошка сплава с порофором, засыпку полученной смеси в разборную емкость (пресс-форму), нагрев пресс-формы со смесью с одновременным приложением давления, при котором не происходит разложение порофора, охлаждение с одновременным снятием давления, разборку пресс-формы с последующим выталкиванием из нее плотной заготовки, которую сразу после этого подвергают термообработке для получения в ней пористости или предварительно подвергают горячей деформации перед термообработкой (патент ФРГ N4101630, В22F 3/18, В22F 3/24, 1991 г.).

Недостатки этого способа заключаются в использовании очень дорогостоящего оборудования и дорогих чистых порошков сплавов. Кроме того, этот способ обеспечивает получение очень узкой номенклатуры изделий как по размерам, так и по форме.

Также известен способ получения пористых полуфабрикатов и готовых изделий из порошков алюминиевых сплавов, включающий в себя смешивание порошков алюминиевых сплавов с порофорами с температурой разложения, превышающей температуру солидуса-ликвидуса алюминиевого сплава, засыпку полученной смеси в неразборную емкость из алюминиевого сплава, нагрев емкости с порошковой смесью до температуры ниже температуры солидуса порошка алюминиевого сплава, горячее прессование в плотную заготовку, горячую деформацию плотной заготовки, охлаждение, помещение заготовки в форму из материала, химически не взаимодействующего с материалом заготовки и сохраняющую геометрию и размеры при термообработке, термическую обработку (патент РФ N 2085339, В22F 3/11, 3/18, 1995 г.). Указанный способ является наиболее близким аналогом настоящего изобретения по совокупности существенных признаков (прототипом).

Недостатком этого способа является низкий выход годного из-за образующихся в плотной заготовке после горячего прессования и горячей деформации микро- и макронесплошностей и высокой себестоимости изделий из пеноалюминия из-за дорогостоящих порошков сплавов.

Технический результат предлагаемого способа заключается в расширении номенклатуры исходных шихтовых алюминиевых материалов за счет использования высокоэнергетической обработки (механическое легирование), повышении качества пеноалюминия, увеличении выхода годного за счет регулирования скорости нагрева от 200 до 2500°С/мин и охлаждения от 1 до 150°С/с, а также снижении себестоимости производства пеноалюминия за счет использования вторичного алюминиевого сырья.

Указанный технический результат достигается следующим образом: обработкой измельченных отходов алюминиевых сплавов любого состава с порофором в высокоэнергетических мельницах до получения однородного состава порошка, засыпку в разборную емкость, холодное, а затем горячее прессование до получения плотной заготовки или экструзию и термообработку при температуре выше температуры разложения порофора (выше 650°С) до получения пористой заготовки. Перед термообработкой технологическую заготовку режут на мерные заготовки и помещают их в теплоизолированную изнутри форму, которую устанавливают в печь для осуществления термообработки.

Отличием данного способа получения пеноалюминия от прототипа является использование в качестве исходного вторичного алюминиевого сырья, по крайней мере, одного состава.

Предлагаемый способ производства пористых полуфабрикатов из различного вторичного алюминиевого сырья позволяет повысить качество пеноалюминия за счет регулировки скоростей нагрева и охлаждения, снизить температуру прессования более чем на 20°С ниже температуры образования самой легкоплавкой эвтектики за счет активации гранул во время обработки в высокоэнергетических мельницах, а также снизить себестоимость изделий из пеноалюминия на 40-60% за счет использования очищенных отходов алюминиевых сплавов.

Процесс изготовления технологической заготовки состоит из следующих операций. Смешивание измельченных алюминиевых отходов одного или нескольких составов и порофора в высокоэнергетических мельницах. В результате получают гранулы с одинаковым средним составом по всему сечению, что простым смешиванием не осуществимо. Холодное прессование проводят при комнатной температуре в разборной металлической форме до плотности 80-85% от плотности металла, горячее прессование (брикетирование) при давлении пресса 9 т при температуре 350°С до плотности 99%, замена глухой матрицы на проходную, горячая пластическая деформация (экструзия) до получения технологической заготовки, соответствующей по форме проходной матрице: пруток, полоса, профиль, труба и т.п. Механизм прессования или истечения уплотненной порошковой смеси в очаге деформации вызывает развитие следующих процессов: дробление окисных пленок частиц порошков, обновление мест контактов с неокисленной поверхностью алюминиевой матрицы, повышение температуры в местах контактов, ускорение диффузионных процессов по местам контактов без окисной пленки, что в итоге обеспечивает формирование плотной, монолитной, прочной и пластичной экструдированной технологической заготовки. Прессованную технологическую заготовку разрезают на мерные заготовки под штамповку или прокатку. Полученные мерные заготовки нагревают и подвергают штамповке на изделия или прокатке на лист. Для образования пористой структуры (получения пеноалюминия) проводят термообработку при температуре выше температуры разложения порофора (выше 650°С) в форме, в которой внутренние стенки выкладывают теплоизоляционным материалом. В результате термообработки получают пористый материал, соответствующий форме и размерам изготовленной формы. Термообработку прессованного полуфабриката осуществляют со скоростью нагрева от 200 до 2500°С, что позволяет получить пеноалюминий с различной пористостью и размерами пор.

Предлагаемый способ одновременно со снижением себестоимости изделий обеспечивают высокое качество выпускаемых изделий из пеноалюминия. В случае выполнения технологических операций с отклонениями от установленных оптимальных параметров настоящим предлагаемьм патентом качественных полуфабрикатов получить нельзя.

Примеры осуществления способа.

Пример 1. Для производства пеноалюминия используются различные композиции вторичных алюминиевых сплавов с разным элементным составом и температурой ликвидуса не ниже температуры разложения порофора. Вторичное сырье и порофор обрабатывались в высокоэнергетических мельницах с квазицелиндрическими мелющими телами в атмосфере аргона 1 ч. Температура разложения применяемого порофора TiH₂ (гидрида титана) - 650-670°С. Полученную смесь засыпали в разъемную форму и подвергали двухстороннему холодному (при комнатной температуре) и горячему прессованию (температура горячего прессования равна 350°С). Высокотемпературный нагрев до температуры интенсивного разложения порофора проводили со средней скоростью 200-2500°С/мин. Полученный пеноалюминий имеет плотность 0,6-1 г/см³.

Пример 2. Для производства пеноалюминия используются различные композиции вторичных алюминиевых сплавов с разным элементным составом и температурой ликвидуса не ниже температуры разложения порофора. Вторичное сырье обрабатывалось в высокоэнергетических мельницах с квазицелиндрическими мелющими телами в атмосфере аргона 1 ч. В полученный порошок добавляли порофор и смешивали полученную смесь еще 1 ч. Температура разложения применяемого порофора TiH₂ (гидрида титана) - 650-670°С. Далее смесь засыпали в разъемную форму и подвергали двухстороннему холодному прессованию при температуре 20-25°С и горячему прессованию при температуре 350°С. Высокотемпературный нагрев до температуры интенсивного разложения порофора проводили со средней скоростью 200-2500°С/мин. Полученный пеноалюминий имеет плотность 0,5-1 г/см³.

1. Способ получения пористых материалов из алюминиевых сплавов, включающий смешивание порошков исходного материала из алюминиевого сплавав и порофора с температурой разложения, превышающей температуру солидуса-ликвидуса алюминиевого сплава, получение плотной заготовки при температуре ниже температуры солидуса алюминиевого сплава, размещение заготовки в форме, сохраняющей геометрию и размеры при термообработке, выполненной из материала, химически не взаимодействующего с материалом заготовки, и термическую обработку, отличающийся тем, что в качестве исходного материала используют отходы алюминиевых сплавов по крайней мере одного состава, смешивание проводят в высокоэнергетической мельнице, а при термообработке осуществляют нагрев до температуры интенсивного разложения порофора со скоростью 200-2500°С/мин.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что плотную заготовку получают путем холодного прессования при 20-25°С и последующего горячего прессования при 300°С.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве исходного материала используют отходы алюминиевых сплавов двух и более составов.

4. Способ по п.3, отличающийся тем, что перед смешиванием с порофором осуществляют обработку исходного материала до получения гранул с одинаковым составом.