Состав композиционного материала на основе алюминиевого сплава

Авторы патента:

Романова Елена Анатольевна (RU)

Романов Алексей Дмитриевич (RU)

Романов Иван Дмитриевич (RU)

Чернышов Евгений Александрович (RU)

C22C32/00 - Цветные сплавы, содержащие от 5% до 50% по массе оксидов, карбидов, боридов, нитридов, силицидов или других соединений металлов, например оксинитридов, сульфидов, добавляемых в эти сплавы или образуемых в них

C22C21/00 - Сплавы на основе алюминия

Владельцы патента RU 2700341:

федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Нижегородский государственный технический университет им. Р.Е. Алексеева" (НГТУ) (RU)

Изобретение относится к области металлургии, в частности к композиционным материалам на основе алюминиевого сплава, к которым предъявляются промышленные требования по повышенной прочности, жаропрочности, а также стойкости против абразивного износа и образования трещин. Композиционный материал на основе алюминиевого сплава содержит оксид алюминия с размером частиц не менее 30 мкм, а также кремний, марганец, никель, медь, магний, цинк и алюминий при следующем содержании компонентов, мас. %: алюминий 65,4-79,6, оксид алюминия 13-20, кремний 4,3-8, медь 2,6-4, марганец 0,2-0,5, никель до 0,4, магний 0,2-0,5, цинк до 1,2. Предлагаемый состав композиционного материала на основе алюминиевого сплава обладает высокими механическими и служебными свойствами по всему сечению изделия в сочетании с низкой стоимостью. 2 пр.

Предлагаемое изобретение относится к области металлургии, в частности к композиционным материалам на основе алюминиевого сплава, к которым предъявляются промышленные требования по повышенной прочности, жаропрочности, а также стойкости против абразивного износа и образования различных трещин.

Известен состав алюминиевого сплава на основе системы алюминий-кремний-медь (сплав АК5М4) (ГОСТ 1583-93 Сплавы алюминиевые литейные. Технические условия). Известный сплав характеризуются повышенной жаропрочностью. Применяются для' изготовления поршней насосов, тормозной аппаратуры, реже - для поршней тракторных и автомобильных двигателей. Однако детали, полученные на его основе не обладают стойкостью против абразивного износа и образования трещин.

Известен композиционный материал, содержащий от 2,5 до 10 вес.% оксида алюминия, при этом структура композиционного материала представлена матрицей на основе твердого раствора и равномерно размещенными в ней равноосными дисперсными частицами оксида алюминия, размером менее 2000 А (200 нм) и характеризуется пределом прочности более чем 45,000 фунтов на квадратный дюйм; (315 МПа) (патент US 3816080, опубл. 23.02.1973).

Однако данный сплав является дорогостоящим из-за стоимости исходных материалов, содержащих частицы размером менее 200 нм.

Известен патент на изобретение«Способ получения легированного порошка на ' основе алюминия» (RU 2113941, опубл. 09.07.1997). В патенте раскрыт способ получения композиционного материала. Согласно известному способу получают легированный порошок на основе алюминия с содержанием карбида кремния до 30%. Из легированного порошка получают материал, характеризующийся, микротвердостью металлической матрицы в интервале 2300-3000 Мпа, увеличенным средним размером частиц и обладающим улучшенной свариваемостью.

Однако данный сплав является дорогостоящим из-за входящего в состав карбид кремния.

Известен патент РФ №2542044 (приоритет 05.11.2013) «СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ' УПРОЧНЕННЫХ СПЛАВОВ НА ОСНОВЕ АЛЮМИНИЯ». Изобретение относится к области металлургии, в частности к получению легких сплавов с повышенной прочностью на основе алюминия, и может быть использовано в ракетно-космической, авиационной, автомобильной промышленностях. Способ включает получение лигатуры из смеси порошков алюминия и диборида или карбида титана ударно-волновым компактированием в виде стержней при содержании в лигатуре 5 мас. % порошка диборида или карбида титана с размером частиц (1÷5) мкм и введение полученных стержней в расплав алюминиевой основы, разогретой до 720°С, при одновременном воздействии на расплав ультразвукового поля. Изобретение направлено на повышение прочности и износостойкости сплавов. Техническим результатом изобретения является разработка способа получения упрочненных сплавов на основе алюминия с повышенной прочностью и износостойкостью.

Однако данный сплав является дорогостоящим из-за входящего в состав диборида или карбида титана.

Известен патент Китая CN 105779914 (приоритет 01.03.2016) Aluminum matrix composite for automobile brake calipers and preparation method of such composite. Данное изобретение относится к алюминиевому матричному композиту для автомобильных тормозных суппортов и способу его изготовления и относится к области техники композитов. Композицию алюминиевой матрицы для автомобильных тормозных суппортов готовят из следующих массовых компонентов: 40-60 частей алюминия, 5-10 частей кремния, 8-20 частей карбидокремниевых волокон, 3-7 частей марганца, 1-4 части магния, 3-8 частей оксида алюминия, 1-5 частей дисульфида молибдена, 1-4 части диоксида титана, 1-3 части нитрида бора и 2-5 частей графита. Композит, предлагаемый в настоящем изобретении, обладает высокой удельной прочностью, высоким модулем упругости, хорошей термостойкостью и абразивной стойкостью и применим к автомобильным тормозным суппортам.

Однако данный сплав является дорогостоящим из-за входящего в состав карбидокремниевых волокон, дисульфида молибдена, диоксида титана и нитрида бора.

Наиболее близким техническим решением к заявляемому является изобретение «Способ получения композиционного материала из алюминиевого сплава (его вариант) и композиционный материал» (патент RU 2202643, опубл. 26.09.2001). Состав известного композиционного материала на основе алюминиевого сплава содержит различную, объемную долю оксида алюминия от 10 до 25 об.% и алюминиевый сплав. В качестве алюминиевого сплава используют сплав АК12М2МгН(Al-12% Si-1,2% Mg-2% Cu-1% Ni-1% Fe-0,5% Mn). Известный состав характеризуется длительной твердостью НВ1350 не менее 160 МПа.

Однако в данном составе используется в качестве матрицы АК12М2МгН, с повышенным содержанием легирующих элементов, что увеличивает стоимость сплава.

Технический результат от использования изобретения заключается в получении детали из заявленного состава с высокой конструктивной прочностью по всему сечению изделия.

Указанный технический результат достигается тем, что композиционный материал на основе алюминиевого сплава содержит оксид алюминия, а также кремний, марганец, никель, медь, магний, при следующем содержании компонентов, мас. %:

Алюминий 65,4-79,6

Оксид алюминия 13-20%, размер частиц не менее 30 мкм

Кремний 4,3-8

Медь 2,6-4

Марганец 0,2-0,5

Никель до 0,4

Магний 0,2-0,5

Цинк до 1,2.

Вышеуказанные и иные аспекты и преимущества настоящего изобретения раскрыты в нижеследующем подробном его описании.

Кремний в составе композиционного материала на основе алюминия повышает его жидкотекучесть и снижает линейную усадку, в результате чего у сплавов на основе алюминия, содержащих кремний, хорошие литейные свойства. Было обнаружено, что содержание кремния в пределах от 4,3 до 8 мас. % делает предлагаемый состав сплава пригодным для изготовления различных деталей.

Состав легирующих добавок, таких как магний и медь, уменьшен по сравнению с аналогом, однако это не сказывается на ухудшении механических и служебных свойств предлагаемой композиции.

Соотношение компонентов в предлагаемой композиции подобрано экспериментальным путем и является оптимальным, что позволяет получить технический результат соответствующий поставленной задаче.

Введение в предлагаемый состав композиционного материала на основе алюминиевого сплава одновременно всех компонентов в предложенных количествах позволяет получить композиционный материал, обладающий меньшую стоимость по сравнению с аналогами, при сохранении комплекса механических и служебных свойств.

Заявляемый композиционный материал готовят следующим образом.

Расплав алюминия продувают кислород-азотной смесью содержащей не менее 30% кислорода. При этом за счет взаимодействия алюминия с кислородом образуется оксид алюминия. При достижении заданного содержания оксида алюминия производится внесение других легирующих элементов.

Осуществление изобретения иллюстрируется следующими примерами.

Пример 1.

Расплав алюминия продували газовой смесью содержащей кислород 80% азот 20%. При достижении 20% содержания оксида алюминия производили внесение кремния 8%, марганца 0,5%, никеля 0,5%, меди 3,5%, магния 0,5%, цинка 1,1%. Разливку осуществляли в кокиль. В результате предел прочности превысил 220 МПа.

Пример 2.

Расплав алюминия продували газовой смесью содержащей кислород 65% азот 35%. При достижении 20% содержания оксида алюминия производили внесение кремния 7%, марганца 0,5%, никеля 0,5%, меди 3,5%, магния 0,5%, цинка 1,1%. Разливку осуществляли в кокиль. В результате предел прочности превысил 220 МПа.

Предлагаемый состав композиционного материала на основе алюминиевого сплава является эффективным, обладающим высокими механическими и служебными свойствами в сочетании с низкой стоимостью.

Композиционный материал на основе алюминиевого сплава, содержащий оксид алюминия с размером частиц не менее 30 мкм, кремний, марганец, никель, медь, магний, цинк и алюминий при следующем содержании компонентов, мас. %:

Алюминий	65,4-79,6
Оксид алюминия	13-20
Кремний	4,3-8
Медь	2,6-4
Марганец	0,2-0,5
Никель	до 0,4
Магний	0,2-0,5
Цинк до	1,2

Изобретение относится к спеченному уплотнительному материалу для газотурбинных двигателей. Материал содержит порошок нитрида бора, порошок нихрома и порошок карбонильного никеля, при этом содержание порошка карбонильного никеля составляет 10-15 мас.% от содержания порошка нихрома.

Способ получения титановых микросфер узкого гранулометрического состава с содержанием карбида титана // 2688001

Изобретение относится к получению содержащих карбид титана титановых микросфер. Проводят обработку поверхности титановой заготовки лазерным излучением.

Металлокерамический композиционный материал на основе интерметаллидной матрицы и способ его получения // 2686831

Изобретение относится к металлургии, а именно к высокотемпературным композиционным материалам на основе интерметаллидной матрицы для обеспечения двигателей повышенной мощности и ресурса.

Способ получения сплавов ni-cr-c повышенной твердости, содержащих вискеры карбида хрома // 2684523

Изобретение относится к получению тройного сплава Ni-Cr-C. Способ включает нагрев исходной смеси порошков микронных размеров, состоящей из 25-45 мас.% хрома, 3-5 мас.% графита и остальное никеля, и ее последующее охлаждение.

Состав композиционного материала на основе алюминиевого сплава // 2682740

Изобретение относится к области металлургии, в частности к литым композиционным материалам на основе алюминиевого сплава. Литой композиционный материал на основе алюминиевого сплава содержит, мас.

Антифрикционный порошковый материал на основе меди и способ его получения // 2677166

Изобретения относятся к области порошковой металлургии, в частности к получению антифрикционных материалов из металлических порошков, и могут быть использованы для изготовления узлов трения высоконагруженных деталей различных механизмов.

Способ получения детали часов или ювелирных изделий из композиционного материала и деталь из композиционного материала, полученная таким способом // 2675608

Изобретение относится к способу изготовления детали часов или ювелирных изделий из композиционного материала. Способ изготовления детали из композиционного материала, содержащей пористую керамическую часть и металлический материал, заполняющий поры керамической части, включает обеспечение пористой керамической преформы детали, обеспечение металлического материала, нагревание металлического материала до температуры выше температуры плавления металлического материала, заполнение пор керамической преформы расплавленным металлическим материалом, охлаждение металлического материала и керамической преформы для получения затвердевшего в порах керамической преформы металлического материала и финишную обработку для получения детали из композиционного материала, при этом пористая керамическая преформа состоит из материала, выбранного из группы, состоящей из Si3N4, SiO2 и их смесей, а металлический материал выбирают из группы, состоящей из металлического золота, платины, палладия и сплавов этих металлов.

Композиция алюминиевого сплава с улучшенными механическими свойствами при повышенной температуре // 2673270

Изобретение относится к композиционным материалам с матрицей из алюминиевого сплава. Композитный материал на основе алюминиевого сплава содержит матрицу из алюминиевого сплава, содержащего, мас.%: Si 0,50-1,30, Fe 0,2-0,60, Cu 0,15 максимум, Mn 0,5-0,90, Mg 0,6-1,0, Cr 0,20 максимум, остальное - алюминий и неизбежные примеси, и частицы присадочного материала, диспергированные в матрице, причем присадочный материал содержит керамический материал.

Способ получения напыляемых порошков, содержащих нитрид хрома // 2666199

Группа изобретений относится к получению содержащего нитрид хрома порошка для термического напыления покрытий в виде спекшихся агломератов. Способ включает следующие стадии: a) приготовление порошковой смеси (А), содержащей порошок (В), содержащий по меньшей мере один компонент, выбранный из группы, включающей хром (Cr), CrN и Cr2N, и порошок (С), содержащий по меньшей мере один компонент, выбранный из группы, включающей никель, кобальт, никелевый сплав, кобальтовый сплав и железный сплав, b) спекание порошковой смеси (А) при парциальном давлении азота выше 1 бар с получением спекшихся агломератов, при этом обеспечивают неизменное содержание химически связанного азота или увеличение содержания химически связанного азота по сравнению с порошковой смесью (А).

Композиционный материал с прочной металлической матрицей и упрочняющими частицами карбида титана и способ его изготовления // 2664747

Группа изобретений относится к получению композиционного материала, содержащего металлическую матрицу из алюминиевого сплава и упрочняющие частицы карбида титана.

Способ получения детали, выполненной из низкокремнистого алюминиевого сплава // 2700218

Изобретение относится к деталям, выполненным из низкокремнистого алюминиевого сплава, которые могут быть использованы в автомобильной и авиационной промышленности.

Автомобильный алюминиевый лист высокой формуемости с уменьшенной или отсутствующей бороздчатостью поверхности и способ его получения // 2699496

Изобретение относится к алюминиевым сплавам и может быть использовано в транспортной отрасли и смежных областях. Алюминиевый сплав марки 6xxx содержит, мас.%: Si 0,20-1,0, Fe 0,11-0,40, Cu 0,0-0,23, Mn 0,01-0,22, Mg 0,50-0,83, Cr 0,0-0,25, Ni 0,0-0,006, Zn 0,0-0,15, Ti 0,0-0,17, примесей до 0,15, остальное алюминий, причем указанный алюминиевый сплав характеризуется пределом текучести по меньшей мере 100 МПа при нахождении сплава в состоянии Т4.

Композиционный материал на основе алюминия (варианты) и изделие из него // 2698309

Изобретение относится к материалам для защиты от радиационного излучения, обладающим повышенной теплопроводностью, термостойкостью до 400°С и низким значением коэффициента термического расширения, и может быть использовано в атомной, радиохимической промышленности, а также в военно-морской и авиакосмической промышленности в целях защиты обслуживающего персонала и окружающей среды.

Способ получения слитков из алюмоматричного композиционного сплава // 2697683

Изобретение относится к области металлургии легких сплавов, в частности сплавов на основе алюминия, и может быть использовано при получении слитков различными методами литья, в частности методом полунепрерывного вертикального литья.

Сплав для поглощения тепловых нейтронов на основе алюминия // 2697675

Изобретение относится к области металлургии, в частности к разработке новых нерадиоактивных материалов, и может быть использовано в атомной энергетической промышленности, в частности, для изготовления специального оборудования для влажного и сухого хранения отработанного ядерного топлива и его транспортировки.

Алюминиево-циркониевый сплав // 2696797

Изобретение относится к области металлургии, в частности к алюминиевым сплавам, используемым в качестве электротехнической катанки и проводов для линий электропередач.

Способ получения катанки из термостойкого алюминиевого сплава // 2696794

Изобретение относится к области металлургии, а именно к способам получения изделий электротехнического назначения на основе алюминия, применяемых для изготовления электротехнической катанки и проводов высоковольтных линий электропередач.

Способ получения нейтронопоглощающего материала на основе алюминия, содержащего слои с карбидом бора // 2693669

Изобретение относится к металлургии, а именно к получению слоистого материала на основе алюминия и его сплавов, содержащего слои с карбидом бора, и может использоваться в качестве конструкционных материалов для авиации и в атомной промышленности, которые сочетают низкую удельную массу с эффективным поглощением нейтронного излучения.

Способ получения нейтронно-поглощающего материала на основе алюминия, содержащего слои с диборидом титана // 2693580

Изобретение относится к металлургии, а именно к получению слоистого материала на основе алюминия и его сплавов, содержащего слои с диборидом титана, и может использоваться в качестве конструкционных материалов в авиации и в атомной промышленности, которые сочетают низкую удельную массу с эффективным поглощением нейтронного излучения.

Способ получения слитков из деформируемых алюминиевых сплавов // 2692149

Изобретение относится к металлургии, а именно к обработке кристаллизующегося металла давлением, в частности к получению слитков из деформируемых алюминиевых сплавов.

Состав композиционного материала на основе алюминиевого сплава // 2700342

Изобретение относится к области металлургии, в частности к композиционным материалам на основе алюминиевого сплава, к которым предъявляются промышленные требования по повышенной прочности, жаропрочности, а также стойкости против абразивного износа и образования трещин. Композиционный материал на основе алюминиевого сплава содержит оксид алюминия с размером частиц не менее 30 мкм, а также кремний, марганец, никель, медь, магний, цинк при следующем содержании компонентов, мас. %: алюминий 66,0-75,8, оксид алюминия 13-20, кремний 9,6-10,4, медь 0,7-1,2, марганец до 0,2, никель до 1, магний 0,2-1, цинк до 0,2. Предлагаемый состав композиционного материала на основе алюминиевого сплава обладает высокими механическими и служебными свойствами по всему сечению изделия в сочетании с низкой стоимостью. 2 пр.