Способ получения углеграфитового композиционного материала



Владельцы патента RU 2788159:

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Волгоградский государственный технический университет" (ВолгГТУ) (RU)

Изобретение относится к области металлургии. Способ получения углеграфитового композиционного материала включает вакуумную дегазацию пористой заготовки в перенасыщенном водном растворе сульфата цинка концентрацией 650 г/л, при температуре солевого раствора 80 °C. После вакуумной дегазации осуществляют сушку заготовки при 150 °C до постоянной массы заготовки. Запечатывают поры углеграфита посредством окунания предварительно нагретой до 400-450 °C заготовки в сплав алюминия АК12 с последующим остыванием заготовки на воздухе. Пропитывают заготовку расплавом матричного сплава алюминия того же состава под воздействием избыточного давления за счет термического расширения расплава сплава алюминия при нагреве на 300 °C выше температуры рекристаллизации сплава алюминия. Уплотняют заготовку сплавом свинца в пресс-форме при температуре 500 °С. Техническим результатом изобретения является повышение качества композиционного материала. 1 табл., 1 пр.

 

Изобретение относится к области металлургии, а именно к созданию композиционных материалов пропиткой пористого каркаса, имеющих высокую электропроводность, антифрикционные свойства, стойкость в агрессивных средах.

Известен способ изготовления композиционных материалов, включающий погружение пористой заготовки в расплав матричного сплава алюминия, находящегося в камере для пропитки, вакуумную дегазацию в расплаве, нагрев на 100°C выше температуры ликвидус сплава алюминия одновременно с расплавом свинца, находящимся в камере для создания давления, и воздействие избыточным давлением на заготовку за счет термического расширения расплава в замкнутом объеме емкости для пропитки (патент РФ № 2539528, МПК B22F3/26, C22C1/04, опубл. 20.01.2015).

Недостатками этого способа являются большие затраты времени на нагрев оснастки и ее охлаждение для проведения дегазации камеры для пропитки, сложность обеспечения герметичности двух камер для создания давления сплавом свинца и камеры для пропитки.

Наиболее близким является способ получения углеграфитового композиционного материала, включающий вакуумную дегазацию пористой заготовки в растворе никелевого электролита, нанесение гальванического никелевого покрытия, последующее запечатывание пор углеграфита в расплаве алюминия при температуре 750°С в течение 15-20 минут, и пропитку заготовки расплавом матричного сплава алюминия под воздействием избыточного давления за счет термического расширения расплава сплава алюминия при нагреве на 300°C выше температуры рекристаллизации сплава алюминия (патент RU2725522, МПК C22C47/08, C22C47/12, 02.07.2020).

Недостатком этого способа является необходимость пропитки при высоких значениях температуры и давления для обеспечения растворения гальванического никелевого покрытия и полного заполнения пор матричным сплавом, большие затраты времени и энергоресурсов (электроэнергии) при нанесении гальванических покрытий, необходимость отчистки воды от загрязняющих окружающую среду компонентов электролитов.

Задача - разработка способа максимального заполнения пор в углеграфитовой заготовке при пропитке ее матричным сплавом.

Техническим результатом изобретения является упрощение способа при сохранении и повышении качества композиционного материала (КМ).

Технический результат достигается в способе получения углеграфитового композиционного материала, включающем вакуумную дегазацию пористой заготовки в водном растворе сульфатной соли, ее сушку, последующее запечатывание пор углеграфита в сплаве алюминия АК12 и пропитку заготовки расплавом матричного сплава алюминия того же состава под воздействием избыточного давления за счет термического расширения расплава сплава алюминия при нагреве на 300°C выше температуры рекристаллизации сплава алюминия, при этом в качестве раствора сульфатной соли используют перенасыщенный раствор сульфата цинка концентрацией 650 г/л, вакуумную дегазацию проводят при температуре солевого раствора 80°C, сушку заготовки после вакуумной дегазации осуществляют при 150°C до постоянной массы заготовки, а запечатывание пор углеграфита в сплаве алюминия выполняют посредством окунания предварительно нагретой до 400-450°C заготовки в сплав алюминия с последующим остыванием заготовки на воздухе, причем, после пропитки заготовки сплавом алюминия, заготовку дополнительно подвергают уплотнению сплавом свинца в пресс-форме при температуре 500°С.

Сущность способа заключается в вакуумной дегазации пористой заготовки (углеграфитового каркаса) в нагретом перенасыщенном водном растворе сульфата цинка, полной сушке заготовки, обеспечивающей высыхание раствора в порах заготовки и кристаллизацию в них сульфата цинка, последующее запечатывание пор углеграфита, позволяющее отсрочить дальнейшую обработку заготовки на неопределенный срок с сохранением приобретенных ею в результате подготовительных работ свойств, пропитку заготовки расплавом матричного сплава алюминия по безгазостатной технологии, и последующее уплотнение (более глубоком проталкивании в поры) сплава алюминия за счет воздействия избыточного давления сплава свинца на пропитанную заготовку в пресс-форме.

Заявленный способ является простым, не требующим электролизного оборудования, он позволяет повысить производительность процесса за счет сокращения времени на его реализацию, а также способствует повышению смачивания углеграфитового каркаса алюминиевым сплавом, что приводит к увеличению заполняемости пор металлом.

Солевые кристаллы растворяются в расплаве сплава алюминия и обеспечивают концентрированное легирование на границе взаимодействия углеграфит - сплав алюминия, что в свою очередь позволяет лучше заполнить поры сплавом алюминия.

Уплотнение пропитанной заготовки в пресс-форме повышает плотность металла в порах, а также проталкивает его глубже в поры и, соответственно, повышает качество композиционных материалов (КМ).

Способ осуществляется следующим образом.

Вакуумная дегазация углеграфитового каркаса проводится в перенасыщенном водном растворе сульфата цинка (концентрацией 650 г/л). Температура раствора равна 80°C. В процессе вакуумной дегазации перенасыщенный раствор проникает в поры углеграфита.

В процессе последующей сушки заготовки при 150°C происходит испарение воды, как с поверхности заготовки, так и из ее пор. При этом происходит кристаллизация оставшегося в порах сульфата цинка. Достижение условия постоянной массы заготовки обеспечивает полное испарение воды.

Далее заготовку нагревают в печи до температуры 400-450°C после чего покрывают поверхность сплавом алюминия, окунанием в расплав сплава алюминия при температуре 680°C с последующим остывании заготовки на воздухе в течение 5-10 минут. Предварительный нагрев заготовки позволяет сплавом алюминия равномерно покрыть поверхность углеграфитовой заготовки.

Запечатывание пор углеграфитового каркаса закрывает доступ газам (кислород, азот и др.) и пыли, и позволяет заготавливать углеграфит в виде «полуфабриката», с сохранением приобретенных им в результате подготовительных работ свойств: его легко складировать, хранить и при необходимости проводить пропитку заданного количества заготовок не затрачивая время на подготовительные работы. При запланированной пропитке алюминиевая поверхность заготовки растворяется в основном расплаве сплава алюминия, и позволяет эффективнее заполнить им поры.

В качестве сплава алюминия для запечатывания пор и для пропитки используют сплав алюминия АК12 (ГОСТ 1583-93).

Полученную заготовку пропитывают по классической безгазостатной технологии расплавом матричного сплава алюминия под воздействием избыточного давления за счет термического расширения расплава сплава алюминия при нагреве на 300°C выше температуры рекристаллизации сплава алюминия.

После завершения пропитки и извлечения пропитанной заготовки из устройства для пропитки, происходит кристаллизация матричного сплава в порах, за счет остывания на воздухе. Затем осуществляют уплотнение матричного сплава в порах углеграфита, проталкивая алюминий глубже в поры с помощью расплава свинца в пресс-форме за счет создания избыточного давления 10 МПа внутри формы при температуре 500°С.

Пример

По предложенному способу был получен КМ на основе пористой заготовки из 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.

Камеру для вакуумирования углеграфитового каркаса наполняли нагретым до 80°С водным раствором сульфата цинка концентрацией 650 г/л. Пористую заготовку погружали в раствор, закрывали и проводили вакуумную дегазацию в течение 10 минут. Далее углеграфитовую заготовку сушили при температуре 150°С, до постоянной массы. После сушки, углеграфитовую заготовку предварительно, в отдельной печи нагревают до 400°С и на поверхность наносят металлическое покрытие из сплава алюминия в тигле при температуре 680°С, для чего заготовку погружают в тигель со сплавом алюминия и удерживают под поверхностью сплава в течении 5-10 секунд, после чего извлекают заготовку и оставляют остывать на воздухе.

Далее заготовку помещают в устройство для пропитки и заполняют сплавом алюминия закрывают крышкой. Устройство для пропитки нагревают до 700°C с изотермической выдержкой 20 мин. По окончании пропитки, извлекают КМ и производят его охлаждение с кристаллизацией сплава алюминия в порах.

После пропитки сплавом алюминия углеграфитовую заготовку помещают в пресс-форму, нагретую до 500°С. После чего в пресс-форму заливают сплав свинца, температура которого составляет 520°С. Далее пресс-форма устанавливается на пресс и после образования корки металла на поверхности заливочного отверстия, через плунжер создают избыточное давление внутри пресс-формы и выдерживают его в течение 50 секунд. После выдержки извлекают полученный КМ из пресс-формы.

Полученный КМ испытывался на прочность при сжатии, степень заполнения открытых пор (плотность пропитки) оценивалась по удельному весу КМ до и после пропитки.

Результаты испытаний КМ приведены в таблице.

Таблица

Композиционный материал углеграфит -сплав алюминия Температура заливки (начало пропитки), °C Температура в конце пропитки, °C Давление пропитки, МПа Время выдержки давления, мин. Степень заполнения открытых пор, % Прочность КМ на сжатие, МПа Результаты металлографических исследований
По предлагаемому способу 610 700 2,1 20 94 185 Не заполнены некоторые микроскопические поры
По способу прототипа 600 750 3 20 92 181 Заполнение микроскопических пор не полное, присутствуют небольшие незаполненные участки

Таким образом, способ получения углеграфитового композиционного материала, включающий вакуумную дегазацию пористой заготовки в перенасыщенном водном растворе сульфата цинка концентрацией 650 г/л, при температуре солевого раствора 80°C, сушку заготовки после вакуумной дегазации осуществляют при 150°C до постоянной массы заготовки, последующее запечатывание пор углеграфита посредством окунания предварительно нагретой до 400-450°C заготовки в сплав алюминия АК12 с последующим остыванием заготовки на воздухе, пропитку заготовки расплавом матричного сплава алюминия того же состава под воздействием избыточного давления за счет термического расширения расплава сплава алюминия при нагреве на 300°C выше температуры рекристаллизации сплава алюминия, и уплотнение заготовки сплавом свинца в пресс-форме при температуре 500°С, является простым и обеспечивает сохранение и повышение качества композиционного материала (КМ).

Способ получения углеграфитового композиционного материала, включающий вакуумную дегазацию пористой заготовки в водном растворе сульфатной соли, ее сушку, последующее запечатывание пор углеграфита в сплаве алюминия АК12 и пропитку заготовки расплавом матричного сплава алюминия того же состава под воздействием избыточного давления за счет термического расширения расплава сплава алюминия при нагреве на 300 °C выше температуры рекристаллизации сплава алюминия, отличающийся тем, что в качестве раствора сульфатной соли используют перенасыщенный раствор сульфата цинка концентрацией 650 г/л, вакуумную дегазацию проводят при температуре солевого раствора 80 °C, сушку заготовки после вакуумной дегазации осуществляют при 150 °C до постоянной массы заготовки, а запечатывание пор углеграфита в сплаве алюминия выполняют посредством окунания предварительно нагретой до 400-450 °C заготовки в сплав алюминия с последующим остыванием заготовки на воздухе, причем после пропитки заготовки сплавом алюминия заготовку дополнительно подвергают уплотнению сплавом свинца в пресс-форме при температуре 500 °С.



 

Похожие патенты:
Изобретение относится к области металлургии. Способ получения углеграфитового композиционного материала включает вакуумную дегазацию пористой заготовки в перенасыщенном водном растворе сульфата меди концентрацией 650 г/л, при температуре солевого раствора 80°C.

Изобретение относится к получению высокотеплопроводных композитных алюминий-графитовых материалов и может быть использовано в электронике, приборостроении, энергетическом машиностроении. Cпособ получения высокотеплопроводного композитного алюминий-графитового материала включает приготовление смеси порошков, содержащей высококристаллический чешуйчатый графит с размером частиц в плоскости от 100 мкм до 1000 мкм и толщиной от 5 мкм до 20 мкм с аспектным отношением от 5 до 200 и степенью кристалличности не менее 97% и порошок кремния и/или порошок алюминиевого сплава с 3- 12 мас.% кремния, со средним размером частиц 1-20 мкм, при соотношении компонентов в смеси, мас.%: чешуйчатый графит 40-80, порошок кремния и/или алюминиевого сплава 20-60, изготовление из нее пористой графитовой преформы путем послойного вибропрессования в металлической форме при толщине насыпки каждого слоя 3-8 мм, частоте вибрации 80-120 Гц, давлении прессования 150-250 кПа, длительности прессования каждого слоя 60-90 секунд, нагрев формы с графитовой преформой до температуры 550-650°С в присутствии воздуха, пропитку пористой графитовой преформы расплавом алюминиевого сплава под давлением, оказываемым гидравлическим прессом.
Изобретение относится к области металлургии, а именно к созданию композиционных материалов пропиткой пористого каркаса, имеющих высокую электропроводность, антифрикционные свойства, стойкость в агрессивных средах. Способ получения углеграфитового композиционного материала включает вакуумную дегазацию пористой углеграфитовой заготовки в растворе электролита, нанесение на нее четырехслойного гальванического покрытия, содержащего медный, серебряный и никелевый слои, ее пропитку расплавом матричного сплава свинца под воздействием избыточного давления за счет термического расширения расплава при нагреве выше температуры ликвидус сплава свинца, при этом вакуумную дегазацию проводят в растворе никелевого электролита, содержащего 140 г/л сульфата никеля, 50 г/л сульфата натрия, 30 г/л сульфата магния, 20 г/л сухой борной кислоты, а гальваническое покрытие последовательно наносят из внутреннего никелевого, промежуточных цинкового и медного и наружного серебряного слоев.
Изобретение относится к области металлургии, а именно к созданию композиционных материалов пропиткой пористого каркаса и может быть использовано для изготовления токосъемников, вставок пантографов, электрических щеток, уплотнителей и т.д. Способ получения углеграфитового композиционного материала включает вакуумную дегазацию пористой углеграфитовой заготовки в растворе электролита, нанесение на нее гальванического покрытия и пропитку пористой заготовки расплавом матричного сплава алюминия под воздействием избыточного давления за счет термического расширения расплава при нагреве выше температуры ликвидус сплава алюминия, при этом вакуумную дегазацию проводят в растворе никелевого электролита, содержащего 140 г/л сульфата никеля, 50 г/л сульфата натрия, 30 г/л сульфата магния, 20 г/л сухой борной кислоты, а гальваническое покрытие последовательно наносят, выполняют из внутреннего никелевого, промежуточных цинкового и медного и наружного серебряного слоев.
Изобретение относится к области металлургии, а именно к созданию композиционных материалов пропиткой пористого каркаса, имеющих высокую электропроводность, антифрикционные свойства, стойкость в агрессивных средах. Cпособ получения углеграфитового композиционного материала включает вакуумную дегазацию пористой углеграфитовой заготовки в растворе медного электролита, нанесение на заготовку двухслойного гальванического покрытия, включающего внутренний медный слой, ее пропитку в камере пропитки расплавом матричного сплава сурьмы под воздействием избыточного давления за счет термического расширения расплава свинца в камере давления при нагреве на 100°С выше температуры ликвидус матричного сплава одновременно с расплавом свинца, при этом наружный слой гальванического покрытия, состоящего из 60 мас.% олова и 40 мас.% свинца, наносят электролизом из электролита, содержащего 35 г/л олова борфтористоводородного, 25 г/л свинца борфтористоводородного, 40 г/л кислоты борфтористоводородной, 25 мл/л кислоты борной, 3 г/л клея мездрового, 0,5 г/л гидрохинона.
Изобретение относится к области металлургии, а именно к созданию композиционных материалов пропиткой пористого каркаса, имеющих высокую электропроводность, антифрикционные свойства, стойкость в агрессивных средах. Технический результат достигается в способе получения углеграфитового композиционного материала, включающем вакуумную дегазацию пористой углеграфитовой заготовки в растворе электролита, нанесение на пористую заготовку медьсодержащего гальванического покрытия, ее пропитку в камере пропитки расплавом матричного сплава сурьмы под воздействием избыточного давления за счет термического расширения расплава свинца в камере давления при нагреве на 100°С выше температуры ликвидус матричного сплава одновременно с расплавом свинца, при этом в качестве раствора электролита используют состав, содержащий 40 г/л сернокислой меди, 40 г/л сернокислого олова, 8 г/л фенола, 70 г/л серной кислоты, 0,0005 г/л тиомочевины, и наносят гальваническое покрытие, состоящее из 80% меди и 20% олова.
Изобретение относится к области металлургии, а именно к созданию композиционных материалов пропиткой углеграфитового пористого каркаса, имеющих высокую электропроводность, антифрикционные свойства, стойкость в агрессивных средах. Cпособ получения углеграфитового композиционного материала включает вакуумную дегазацию пористой углеграфитовой заготовки в растворе электролита, содержащего 40 г/л сернокислой меди, 40 г/л сернокислого олова, 8 г/л фенола, 70 г/л серной кислоты, 0,0005 г/л тиомочевины, нанесение на пористую заготовку слоя гальванического покрытия, состоящего из 80% меди и 20% олова, размещение заготовки с покрытием в камере для пропитки, на 2/3 заполненной расплавом сплава свинца, пропитку под воздействием избыточного давления за счет теплового и термического расширения расплава при нагреве выше температуры ликвидус сплава свинца.
Изобретение относится к области металлургии, а именно к созданию композиционных материалов пропиткой пористого каркаса, и может быть использовано при изготовлении токосъемников, вкладышей подшипников скольжения, уплотнителей и т.д. Способ получения углеграфитового композиционного материала включает вакуумную дегазацию пористой углеграфитовой заготовки в растворе электролита, нанесение на нее медьсодержащего гальванического покрытия, размещение углеграфитовой заготовки с нанесенным гальваническим покрытием в камере пропитки и пропитку расплавом матричного медно-фосфористого сплава под воздействием избыточного давления за счет термического расширения расплава свинца в камере давления при нагреве на 100°С выше температуры ликвидус матричного сплава при одновременном их нагреве, при этом в качестве раствора электролита используют состав, содержащий 40 г/л сернокислой меди, 40 г/л сернокислого олова, 8 г/л фенола, 70 г/л серной кислоты, 0,0005 г/л тиомочевины, наносят гальваническое покрытие, состоящее из 80% меди и 20% олова, а углеграфитовую заготовку помещают в камеру пропитки при температуре расплава свинца в камере давления на 5-10°С ниже температуры ликвидус сплава свинца.

Изобретение относится к технологии получения новых композиционных материалов с углеволокном и может быть использовано, в частности, для изготовления элементов конструкций в авиационной, ракетно-космической и морской технике. Способ получения композиционного материала, содержащего углеволокно и металл, включает сборку пакета, состоящего из чередующихся слоев металлического листа и армирующего углеволокна, и пропитку слоя армирующего углеволокна образующимся при нагреве эвтектическим расплавом, при этом перед сборкой в пакет на поверхности металлического листа или ленты из титанового или никелевого сплава формируют слой, содержащий никель, титан или никель и титан, нагрев пакета осуществляют до температуры, превышающей температуру плавления эвтектики не более чем на 100°С, а пропитку слоя армирующего углеволокна проводят в направлении, перпендикулярном его плоскости, образующимся расплавом эвтектики Ti-Ti2Ni.

Изобретение относится к области металлургии, а именно к способу получения углеграфитового композиционного материала, имеющего высокую электропроводность, антифрикционные свойства, стойкость в агрессивных средах. Способ получения углеграфитового композиционного материала включает вакуумную дегазацию пористой заготовки в растворе электролита, покрытие пористой заготовки гальваническим никелевым покрытием, ее пропитку расплавом матричного сплава алюминия под воздействием избыточного давления за счет термического расширения расплава сплава алюминия при нагреве, при этом вакуумную дегазацию пористой заготовки ведут в растворе никелевого электролита, гальваническое никелевое покрытие наносят на углеграфитовый каркас заготовки, а затем заготовку подвергают алитированию в расплаве алюминиевого сплава, при этом пропитку ведут при нагреве на 300°C выше температуры рекристаллизации сплава алюминия.
Изобретение относится к области металлургии. Способ получения углеграфитового композиционного материала включает вакуумную дегазацию пористой заготовки в перенасыщенном водном растворе сульфата меди концентрацией 650 г/л, при температуре солевого раствора 80°C.
© Патентный поиск, поиск патентов на изобретения - FindPatent.RU 2012-2024
Политика конфиденциальности 2022-06-28 2023-01-17T11:00:54
Наверх