Способ получения супермногослойных разнородных материалов с наноразмерной структурой слоев

Изобретение может быть использовано для изготовления супермногослойных листовых полуфабрикатов на основе разнородных материалов. В качестве исходных заготовок используют листы из сплавов разнородных металлов, взаимно растворимых друг в друге в интервале температуры нагрева при горячей обработке давлением. После мерной резки исходных заготовок из металлических листов проводят обработку их поверхностей и сборку нарезанных заготовок в пакет. Сборку осуществляют с расположением между листами из металлов с более низкой температурой плавления листа металла с более высокой температурой плавления, который при нагреве служит барьером для прохождения рекристаллизации в пределах толщины одного слоя для формирования наноразмерной структуры. Осуществляют горячую обработку давлением пакета путем его нагрева и прокатки в диапазоне температур прохождения рекристаллизации, соответствующем материалу с наименьшей температурой плавления. Повторяют упомянутые технологические операции до получения многослойного листа с заданным числом слоев и требуемой толщины. Способ обеспечивает получение многослойных листовых материалов с наноразмерной структурой без использования операции вакуумирования.

 

Изобретение относится к области обработки металлов давлением и может быть использовано для изготовления супермногослойных листовых полуфабрикатов с наноразмерной структурой на основе разнородных материалов с требуемыми прочностными характеристиками и необходимой структурой в процессе горячего пластического деформирования.

Известен способ получения супермногослойных разнородных материалов с наноразмерной структурой слоев, включающий мерную резку исходных заготовок из листов, обработку их поверхностей, сборку нарезанных заготовок в пакет, горячую обработку давлением пакета путем его нагрева и прокатки с последующим повторением данных технологических операций по получению супермногослойного листа с заданным числом слоев и требуемой толщиной (см., напр., патент РФ №2380234, B32B 15/00, опубл. 27.01.2010).

Существенным недостатком известного способа является проведение технологической операции вакуумирования, значительно усложняющей из-за своих технических особенностей и занимающей большую продолжительность всего цикла обработки.

В основу изобретения поставлена задача усовершенствования известного способа для получения супермногослойных разнородных материалов с наноразмерной структурой слоев с одновременным исключением операции вакуумирования.

Поставленная задача решается тем, что в способе получения супермногослойных разнородных материалов с наноразмерной структурой слоев, включающем мерную резку исходных заготовок из листов, обработку их поверхностей, сборку нарезанных заготовок в пакет, горячую обработку давлением пакета путем его нагрева и прокатки с последующим повторением данных технологических операций по получению супермногослойного листа с заданным числом слоев и требуемой толщиной, в качестве исходных заготовок используют листы из сплавов разнородных материалов, взаимно растворимых друг в друге в интервале температур горячей обработки давлением, которые укладывают в пакет с расположением слоев в следующей последовательности таким образом, что лист материала с высокой температурой плавления, который служит барьером для прохождения рекристаллизации в пределах толщины одного слоя, благодаря чему возможно формирование наноразмерной структуры, располагают между листами из материалов с низкой температурой плавления, причем пакет содержит не менее трех слоев этих материалов, при этом пластическую деформацию пакета проводят в диапазоне температур прохождения рекристаллизации по одному из материалов, имеющих наименьшую температуру плавления.

Поскольку в качестве исходных заготовок используют листы из сплавов разнородных материалов, взаимно растворимых друг в друге в интервале температур горячей обработки давлением, которые укладывают в пакет с расположением слоев в следующей последовательности таким образом, что лист материала с высокой температурой плавления, который служит барьером для прохождения рекристаллизации к пределах толщины одного слоя, благодаря чему возможно формирование наноразмерной структуры, располагают между листами из материалов с низкой температурой плавления, причем пакет содержит не менее трех слоев этих материалов, при этом пластическую деформацию пакета проводят в диапазоне температур прохождения рекристаллизации по одному из материалов, имеющих наименьшую температуру плавления, обеспечивается получение супермногослойных разнородных материалов с наноразмерной структурой слоев с одновременным исключением операции вакуумирования.

Способ получения супермногослойных разнородных материалов с наноразмерной структурой слоев осуществляют в общем виде следующим образом.

Из исходных листовых материалов вырезают мерные заготовки с одинаковыми размерами в плане. Обработку поверхности проводят для удаления технологической смазки, поверхностных загрязнений, оксидных пленок и могут осуществлять как механическими, химическими способами, так и их комбинацией. После обработки поверхности осуществляют сборку нарезанных листов в пакет. Листы в пакете закрепляются при помощи заклепок.

После сборки пакета его нагревают в печи до температуры, при которой активно протекают процессы рекристаллизации в материале с низкой температурой плавления. При сборке пакетов из материалов, подверженных сильному окислению при нагреве, пакеты следует нагревать в технологической оболочке, например, из алюминиевой фольги. Затем нагретый пакет пластически деформируют в валках прокатного стана до толщины, равной или меньшей толщины слоя, входящего в пакет. Минимально возможная толщина ограничена теплофизическими свойствами прокатываемого материала и зависит от его способности сохранять заданный интервал температуры за время деформирования.

При достижении конечной толщины прокатанную заготовку режут на мерные части с удалением боковых кромок и очищают от окислов. Вновь сформированный пакет, состоящий из полученных многослойных листовых заготовок, повторно (возможно неоднократно) подвергают описанному циклу обработки.

Результатом многократно повторенного технологического цикла является плоская заготовка заданного размера, в поперечном сечении которой расположены чередующиеся слои требуемой толщины в определенной последовательности твердый-мягкий-твердый (Т-М-Т) или мягкий-твердый-мягкий (М-Т-М), отличающиеся друг от друга характером проработки структуры и глубиной проникновения диффузии относительно зоны контакта. При этом полученный супермногослойный композиционный материал на завершающей стадии можно подвергнуть комплексной термической обработке (закалке и искусственному старению), тем самым упрочнить границы в зоне сварного соединения разнородных материалов (М-Т) и повысить пластические характеристики в местах контакта однородных слоев композиции (М-М).

Данный способ позволяет снизить количество повторяющихся циклов прокатки многослойного композитного материала за счет использования сборной пакетной заготовки, не требует применения специального оборудования и инструмента, имеет более низкую себестоимость, а качество полученных изделий весьма высоко.

Пример осуществления способа. Для изготовления многослойного листового материала толщиной 1 мм в качестве исходных заготовок используются металлические карточки толщиной 0,5 мм из меди M1 и 2 мм - технически чистого алюминия АД1. Карточки в количестве 3 шт., из которых две из АД1, после очистки и промывки укладывают в пакет по симметричной схеме АД1-M1-АД1, после чего пакет помещают в технологическую оболочку из фольги и нагревают до температуры 375°С. Нагретый пакет прокатывают на листовом прокатном стане до толщины 1 мм с деформацией за первый проход 50-75%. Затем полученную полосу разрезают на карточки и, поочередно, собирают их в новый пакет. Пакет аналогичным способом нагревают и деформируют. Для превращения слоя, составляющего пакет (1 мм), в нанометрический слой на практике достаточно до 10…12 циклов.

Таким образом, в предложенном способе в качестве заготовок используют определенную комбинацию листов с разной объемной долей из сплавов разнородных материалов, имеющих взаимную растворимость друг в друге в интервале температур горячей обработки давлением. В исходном состоянии используемые сплавы при нормальных условиях могут иметь как одинаковые, так и различные кристаллические решетки, но при этом они должны быть взаимно растворимыми для возможности их дополнительного упрочнения при термической обработке, и горячую обработку давлением должны осуществлять в диапазоне температур прохождения рекристаллизации у сплава с наименьшей температурой плавления.

Способ получения многослойного разнородного материала с наноразмерной структурой слоев, включающий мерную резку исходных заготовок из металлических листов, обработку их поверхностей, сборку нарезанных заготовок в пакет, горячую обработку давлением пакета путем его нагрева и прокатки с последующим повторением данных технологических операций до получения многослойного листа с заданным числом слоев и требуемой толщины, отличающийся тем, что в качестве исходных заготовок используют листы из сплавов разнородных металлов, взаимно растворимых друг в друге в интервале температуры нагрева при горячей обработке давлением, при этом сборку нарезанных заготовок в пакет осуществляют с расположением между листами из металлов с более низкой температурой плавления листа металла с более высокой температурой плавления, который при нагреве служит барьером для прохождения рекристаллизации в пределах толщины одного слоя для формирования наноразмерной структуры, а прокатку нагретого пакета проводят в диапазоне температур прохождения рекристаллизации, соответствующем материалу с наименьшей температурой плавления.



 

Похожие патенты:
Изобретение относится к способам удаления формальдегида путем каталитического окисления кислородом и может быть использовано для очистки сточных вод в нефтехимической, медицинской, химической и фармацевтической промышленности.
Изобретение относится к химической промышленности и может быть использовано при получении стабильных дисперсий в органических растворителях и изготовлении полимерных композитов.

Изобретение относится к обработке металлов давлением и может быть использовано для получения интенсивной пластической деформации (ИПД) заготовки. Способ включает осадку и последующее кручение заготовки с обеспечением деформации сдвига.

Изобретение относится к области получения наноразмерных частиц серебра и может быть использовано в технологиях, связанных с применением ультрадисперсных порошков серебра.

Изобретение относится к области химии, а именно к полимерным порошковым композициям для супергидрофобного покрытия и способам получения супергидрофобных покрытий.

Изобретение относится к области химии высокомолекулярных соединений, конкретно к нано- и гибридным функциональным материалам. Мембрана получена из полимерного материала с преобладающей проницаемостью для метанола.

Изобретение относится к технологии изготовления слоев пористого кремния, выполненных на поверхности монокристаллического кремния, которые могут быть использованы в оптике и оптоэлектронике.

Изобретение может быть использовано в химической промышленности. Способ синтеза наноразмерных частиц порошка диоксида титана включает газофазную реакцию галогенида титана и кислорода в канале плазменного реактора и последующее охлаждение продуктов реакции в закалочном узле.

Изобретение может быть использовано для изготовления элементов аппаратов высокого давления, материалов с высокой износостойкостью, режущих инструментов, инструментов для бурения.

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано в технологии изготовления малогабаритных тонкопленочных датчиков механических величин, работоспособных в широком диапазоне температур.

Изобретение относится к машиностроению, в частности к защитным покрытиям на стали, полученным методом химического осаждения. Покрытие содержит, по меньшей мере, шесть компонентов - никель, кобальт, фосфор, химические соединения никеля с фосфором состава Ni3P, Ni5P2, Ni2P, и состоит из нескольких чередующихся слоев, при этом нечетные слои являются твердым раствором фосфора в никеле, а четные - твердым раствором фосфора в кобальте, причем взаимосвязь чередующихся слоев осуществлена за счет сращивания матрицы последующего слоя с матрицей предыдущего слоя.
Изобретение относится к области нанотехнологии, а именно к элементам электроники, состоящих из слоев и содержащих наноматериалы в своей конструкции. Технический результат - снижение размеров элементов электроники.

Изобретение относится к получению покрытий на металлических поверхностях. В способе на стальную поверхность наносят многослойное покрытие, в котором в качестве нечетных слоев наносят слои никель-фосфор, а в качестве четных кобальт-фосфор.
Изобретение относится к технологии получения вспененного композитного элемента. Способ включает стадию обеспечения покровного слоя, нанесение на покровный слой слоя адгезивного средства и нанесение на слой адгезивного средства слоя пеноматериала, содержащего полиуретан и/или полиизоцианурат.

Группа изобретений относится к защитным элементам, применяемым для защиты от подделки документов, ценных бумаг, полиграфической продукции и других изделий. Защитный элемент содержит внешнюю прозрачную полимерную основу с присоединенным к ней прозрачным лаковым слоем, на поверхности которого выполнен микрорельеф с нанесенными тонкими слоями отражающего и магнитного материалов.

Изобретение относится к области металлургии. Для повышения коррозионной стойкости стального листового изделия и обеспечения хорошей свариваемости осуществляют предварительное покрытие стальной полосы или листа алюминием, или алюминиевым сплавом, резку указанной стального листа или полосы с предварительным покрытием для получения стальной заготовки с предварительным покрытием, нагрев заготовки в предварительно нагретой печи до температуры и в течение времени согласно диаграмме в соответствии с толщиной заготовки при средней скорости нагрева Vc в температурном диапазоне от 20 до 700°C, составляющей от 4 до 12°C/с и при скорости нагрева Vc' в температурном диапазоне от 500 до 700°C, составляющей от 1,5 до 6°C/с, затем перемещение указанной нагретой заготовки к штамповочному прессу, горячую штамповку нагретой заготовки в штамповочном прессе для получения горячештампованного стального листового изделия, охлаждение нагретой заготовки от температуры на выходе из печи до температуры 400°C при средней скорости охлаждения, по меньшей мере, 30°C/с.
Изобретение относится к способам получения композиционных материалов для теплоотводящих оснований полупроводниковых приборов, в частности, композиционного материала Al-SiC, имеющего металлическое покрытие, и изделиям, полученным с использованием этих материалов.

Изобретение относится к химическим аспектам изготовления многослойных антикоррозионных конструкций и касается способа производства многослойного изделия. .

Изобретение относится к производству подкровельных покрытий в виде плоских конструктивных элементов, располагающихся под водоотводящим кровельным покрытием. .

Изобретение может быть использовано при изготовлении сваркой давлением плакированных фасонных слоистых композиционных металлических изделий, преимущественно на стальной основе.

Изобретение может быть использовано для изготовления супермногослойных листовых полуфабрикатов на основе разнородных материалов. В качестве исходных заготовок используют листы из сплавов разнородных металлов, взаимно растворимых друг в друге в интервале температуры нагрева при горячей обработке давлением. После мерной резки исходных заготовок из металлических листов проводят обработку их поверхностей и сборку нарезанных заготовок в пакет. Сборку осуществляют с расположением между листами из металлов с более низкой температурой плавления листа металла с более высокой температурой плавления, который при нагреве служит барьером для прохождения рекристаллизации в пределах толщины одного слоя для формирования наноразмерной структуры. Осуществляют горячую обработку давлением пакета путем его нагрева и прокатки в диапазоне температур прохождения рекристаллизации, соответствующем материалу с наименьшей температурой плавления. Повторяют упомянутые технологические операции до получения многослойного листа с заданным числом слоев и требуемой толщины. Способ обеспечивает получение многослойных листовых материалов с наноразмерной структурой без использования операции вакуумирования.

Наверх