Спосіб виготовлення композитних матеріалів на основі порошку губчатого титану в силікатній матриці

Реферат: Спосіб виготовлення композитних матеріалів на основі порошку губчатого титану в силікатній матриці в якому до складу композиційного матеріалу як матриця вводиться рідке скло (Na2O)(SiO2)n, що у суміші з наповнювачем сприяє покращенню механічних властивостей композитних матеріалів, отриманих методом порошкової металургії, виступає як змазка при пресуванні, надає можливість рівномірного розподілу наповнювача в об'ємі пресованої заготовки за рахунок матриці та зменшує теплопровідність матеріалу на 20-30 %. UA 115138 U (12) UA 115138 U UA 115138 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Корисна модель належить до порошкової металургії, зокрема до способів отримання спечених виробів з металевих порошків. Відомий спосіб отримання виробів з титанових сплавів (патент Японії № 06092605, 1998), що включає формування сумішей металевих порошків на основі порошку титану, вакуумне спікання, гаряче ізостатичне пресування сплаву в α + β області і ударну обробку поверхні для видалення пор у поверхневому шарі. Недоліком даного способу є нерівномірний розподіл пор у глибині спечених виробів, що знижує механічні властивості виробів, особливо міцність. Відомий спосіб отримання виробів з титанових сплавів (заявка Японії № 1-29864, 1990), який включає пресування порошкової суміші на основі порошку титану, вакуумне спікання, загартування сплаву від температур у β-області і гаряче пресування при температурі вище 800 °C. При цьому окислення, яке має місце при гарячому пресуванні, веде до погіршення комплексу механічних властивостей. Відомий спосіб отримання виробів з титанових сплавів (патент США № 4 432 795, 1984), який полягає в розмелюванні порошків легких металів до розміру часток менше 20 мкм, змішуванні їх з частинками титанової основи з розміром більше 40 мкм, формуванні сумішей у прес-формах і спіканні при температурах, при яких не створюються рідкі фази. Спосіб дозволяє отримати вироби з щільністю, близькою до теоретичної, однак отримані сплави забруднені залізом, киснем та іншими домішками, що знижує їх механічні властивості і не дозволяє використовувати сплави в умовах критичних навантажень. Відомий спосіб отримання виробів з титанових сплавів (патент США № 4 838 935, 1989), що включає використання суміші гідриду титану разом із титановим порошком для пресування і спікання. Спресовані вироби нагріваються у вакуумній камері гарячого пресування до температур розпаду ТіН2 для видалення газів. Потім виріб у вакуумі нагрівається до 13501500 °C прикладеним тиском. Ця технологія не підходить для сумішей, які містять легкоплавкі метали і фази. Відомий спосіб отримання виробів з титанових сплавів (патент США №3 950 166, 1976), що включає попереднє часткове спікання порошків титану і гідриду титану з металевими легуючими порошками при постійному тиску аргону або у вакуумі, розпорошення попередньо спеченого сплаву і повторне спікання з металевими легуючими порошками, такими як Mo, V, Zr і лігатура A1-V, для досягнення необхідного кінцевого складу. Отримана суміш пресується в заготовки необхідної форми і спікається в вакуумі при 1000-1500 °C. Низька щільність і недостатня міцність обумовлені розпорошенням розплавів титанових сплавів, що призводить до додаткового окислення і накопичення мікроструктурних дефектів та домішок. Відомий спосіб отримання виробів з титанових сплавів (патент США № 5 441 695, 1995), шляхом спікання порошку гідриду титану. Однак цей процес відноситься до матеріалів, які містять з'єднання TiNi, оскільки кінцевою стадією описаного в патенті процесу є спікання порошку при 1200 °C в атмосфері азоту, причому відбувається реакція титану з азотом. З'єднання TiNi формується вище 800 °C, і розчинність азоту в твердому титані становить до 6 мас. % при нагріванні до 1200 °C (Vol A.E. Structure and Properties of Binary Metal Systems. - v. 1, 1959. - P. 145). Такий високий вміст азоту є абсолютно неприйнятним для всіх титанових сплавів, які використовуються як конструкційні матеріали у різних областях. Найближчим аналогом є спосіб виготовлення роз'ємного кокіля із пористого композиційного матеріалу на основі губчатого титану (патент на корисну модель UA 70232 U). Композиційний матеріал на основі губчатого титану з 4,7 % α-Аl2О3 (корунд) має такі недоліки: високий відсоток браку внаслідок обсипання формувальної суміші, висока вірогідність розкришування при механічному впливі на готову заготовку, складність виймання заготовки після пресування через відсутність змазки, погані санітарно-гігієнічні умови в ливарному цеху. В основу корисної моделі поставлена задача удосконалення складу композиційного матеріалу на основі губчатого титану за рахунок введення силікатної матриці як основи для додавання наповнювачів. Поставлена задача вирішується тим, що для впливу на властивості часток матеріалу до складу матеріалу введено наповнювач, що рівномірно розподіляється за рахунок силікатної матриці з рідкого скла (Na2O)(SiO2)n. Силікатна матриця з рідкого скла дозволяє вирішити проблему обсипання, забезпечивши рівномірний розподіл наповнювачів. Завдяки матриці наповнювач активніше реагує з основою при спіканні, а самі частки титану формують більш міцні зв'язки між собою, що зміцнює готові зразки композитного матеріалу. Вибір титанового порошку як вихідного матеріалу обумовлено доступністю, меншою собівартістю, високою жаростійкістю. Вибір силікатної матриці з рідкого скла обумовлений високою ефективністю захисної плівки в отриманому матеріалі, а також активністю реакцій 1 UA 115138 U 5 10 15 20 об'єднання при спіканні. До недоліків цього матеріалу в якості матриці відносяться: висока швидкість розпаду на повітрі та, як наслідок, загусання суміші, що знижує антифрикційні властивості матриці та погіршує якість матеріалу, що спресовано пізніше 3 годин від замішування суміші. Ці факти призводять до того, що пресування має відбуватись відразу по замішуванні, в той час як спікання може відбуватися пізніше. Матеріал матриці здійснює значний вплив на його термодинамічні властивості. При стиканні титанового порошку з сумішшю матриці та наповнювача відбувається заповнення пор в матеріалі, утворення захисної плівки навколо часток металу, витиснення залишків суміші, що здійснює роль змазки при пресуванні. У наслідок цього спаювання часток тиском відбувається з високою швидкістю. Підвищення міцності спайки часток сприяє усуненню проблеми крихкості заготовок при обробці до спікання і утворенню в структурі рівномірно розподіленого наповнювача, що дає рівномірні властивості матеріалу по всьому об'єму. Зниження теплопровідності матеріалу та ріст його міцності відбувається як за рахунок введення до складу композиційного матеріалу на основі порошку титану наповнювачів, так і за рахунок самої матриці. Цей матеріал має оптимальний набір властивостей у порівнянні з іншими неорганічними матрицями: низька теплопровідність, висока корозійна стійкість, висока вірогідність утворення стійких поєднань з наповнювачами, невисока вартість. Композиційний матеріал на основі порошку титану з наповнювачем в суміші з матрицею рідкого скла виготовляється методом порошкової металургії з рівномірним розподілом наповнювача в об'ємі матриці та подальшим спіканням у вакуумній печі при температурі 1100 °C. Додавання рідкого скла до композиційного матеріалу на основі титанового порошку зменшує теплопровідність матеріалу на 20-30 %, підвищує теплоємність матеріалу на 5-15 %, суттєвого впливу на інші термодинамічні властивості композиційного матеріалу не спостерігається. 25 ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 30 Спосіб виготовлення композитних матеріалів на основі порошку губчатого титану в силікатній матриці, який відрізняється тим, що до складу композиційного матеріалу як матриця вводиться рідке скло (Na2O)(SiO2)n, що у суміші з наповнювачем сприяє покращенню механічних властивостей композитних матеріалів, отриманих методом порошкової металургії, виступає як змазка при пресуванні, надає можливість рівномірного розподілу наповнювача в об'ємі пресованої заготовки за рахунок матриці та зменшує теплопровідність матеріалу на 20-30 %. 35 Комп’ютерна верстка Т. Вахричева Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Василя Липківського, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП "Український інститут інтелектуальної власності", вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 2