Спосіб введення дисперсних частинок у сплави

Изобретение относится к области металлургии черных и цветных металлов и может найти применение в производстве сплавов с заданными эксплуатационными характеристиками. Известен способ введения дисперсных частиц методом механического замешивания (1). В алюминиевые сплавы перегретые до 1023-1123 К, трехлопастной крыльчаткой замешивают порошки AI 2O3, ZrO2, SIC, в количестве 0,5-30 об.% размером 80 мкм. Для повышения усвоения частиц расплав легируют магнием, цинком и другими активными металлами. Недостатки: способ не позволяет получить композиционные материалы (КМ) с высоким содержанием частиц до 60 об.%. Так как с ростом количества вводимых частиц резко возрастает вязкость расплава, частицы не смачиваются расплавом и всплывают; вводимые частицы содержат большое количество неметаллических включений и сорбированных газов; вместе с частицами в расплав замешиваются плены оксида алюминия. Все перечисленные недостатки не позволяют получать сплавы с высокими эксплуатационными характеристиками. В основу изобретения положена задача введения большого количества дисперсных частиц в расплавы (до 60 об.%) и получения композиционных материалов с высокими эксплуатационными характеристиками. Поставленная задача решается тем, что в способе введения дисперсных частиц в расплавы, включающем загрузку шихтовых материалов в печь, выплавку сплава, введение дисперсных частиц, дисперсные частицы вводят ниже уровня расплава в вакуумированном контейнере и пропитывают частицы расплавом в вакууме. Дисперсные порошки с размером частиц от 50 до 100 мкм загружают в специальную погружную вакуумированную форму и опускают в расплав так, чтобы частицы находились ниже уровня расплава и пропитывают частицы расплавом под воздействием вакуума. В процессе пропитки дисперсные частицы прогреваются и вакуумируются, что способствует очистке их поверхности от сорбированных газов. Расплав под воздействием вакуума поступает в форму и пропитывает первые слои дисперсных частиц, служащих своеобразным фильтром, очищается от плен и неметаллических включений. Расплав взаимодействует с включениями на поверхности частиц и увлекает их в верхнюю часть формы. Частицы омываются многократно все более чистым расплавом, что способствует их смачиванию. Таким образом можно получать композиционные материалы с высоким содержанием дисперсных частиц (близким к полному заполнению объема); хорошая связь между армирующей фазой и матричным сплавом обеспечивает высокие физико-механические и специальные свойства получаемых материалов. Способ позволяет вводить в расплавы как смачиваемые так и не смачиваемые в атмосферных условиях частицы. При необходимости введения небольшого количества упрочняющей фазы, дисперсные частицы перед введением смешивают в соответствующей пропорции порошка или стружки матричного сплава. Пример конкретного выполнения. Проверку способа осуществляли в ИПЛ АН Украины. Плавки проводят в индукционной печи в графитовом тигле емкостью 1 • 10-3 м3. В качестве матричного сплава используют сплав АЛ25, содержащий: Мg - 0,8-1,3; SI - 11,0-13,0; Мn - 0,3-0,6; Сu - 1,5 - 3,0; Ni - 0,8-1,3; Ті - 0,05-0,20; Al - ост., в который вводят дисперсные частицы графита и карбида кремния. Дисперсные частицы загружают в вакуумированную графитовую форму и погружают расплав при температуре 700°С. Форму, через специальный водоохлаждаемый патрубок, подключают к вакуумной системе и выдерживают в расплаве в течение 5 мин. После охлаждения формы извлекают сплав и проводят исследование специальных свойств (определяют температурный коэффициент линейного расширения (ТКЛР) и триботехнические свойства). Результаты испытаний представлены в таблице. Как видно из таблицы, предлагаемый способ позволяет снизить в 2-2,5 раза интенсивность изнашивания, в 1,2-2 раза коэффициент трения и ТКЛР, что значительно увеличивает эксплуатационные характеристики композиционных материалов в узлах трения.