Спосіб отримання нанокомпозита на основі аморфного порошку алюмінієвого сплаву

Спосіб отримання нанокомпозита на основі аморфного порошку алюмінієвого сплаву, що C2 2 (19) 1 3 II]. Alloys and Compounds - 2009. - vol. 477. - pp. 171-177.]. Цей спосіб прийнято за прототип. У цьому способі порошок зазначеного сплаву отримували з використанням планетарної млини RETSCH PM4000 за допомогою зміцнених сталевих куль. Помел здійснювався в атмосфері аргону при швидкості обертання 150об/хв. шляхом послідовності 15 хв. циклів помелу, перериваємих 15 хв. зупинками для запобігання великого підвищення температури та придушення процесів повернення в Аl. Порошки подрібнюються близько 200 годин при ваговому співвідношенні кульок до порошку 10:1, після цього порошок аморфного сплаву змішували з порошком алюмінієвого сплаву 6061 (Al-0,9 Mg-0,5 Si) у співвідношенні 50:50 вагових одиниць, компактували гарячим пресуванням з наступною гарячою екструзією при температурі 673К. Відносна щільність отриманого композиту склала 98 %. Межа плинності і міцності при випробуваннях на стиснення склав відповідно 240 і 350 МПа. Цей спосіб має ряд недоліків. По-перше, процес размола аморфного порошку в млинах займає багато часу, крім того, відбувається забруднення аморфного порошку матеріалом куль. По-друге, простим механічним змішуванням матричного матеріалу і аморфного порошку складно досягти рівномірного розподілу аморфного порошку в обсязі заготовки. Температура попереднього компактування і екструзії, 673К, мабуть висока для аморфного порошку, який при цій температурі повністю міг кристалізуватися і втратити частину своїх механічних властивостей. Крім того, у процесі звичайної екструзії могло не статися повністю процесу консолідації матеріалів матриці і зміцнювана, про що говорять механічні характеристики композиту, отримані не при розтягу, а при випробуваннях на стиснення. Метою цього винаходу є створення конструкційного нанокомпозиту на основі аморфнокристалічного алюмінієвого порошку в якості зміцнювача і пластичної матриці з алюмінієвого сплаву. Поставлена мета досягається тим, що размол аморфної стрічки в порошок проводять гвинтовою екструзією при температурі її охрупчування, змішування порошку аморфного сплаву з матричним матеріалом у ваговому співвідношенні відповідно 20:80-40:60 проводять методом войлокування, попереднє компактування заготовки проводять одноосним пресуванням при температурі нижче температури кристалізації порошку аморфного сплаву в режимі повзучості, а остаточне деформування заготовки до стадії консолідації та формоутворення проводять гвинтовою екструзією при температурі часткової кристалізації аморфного порошку з наступним холодним гідропресуванням. Перераховані ознаки складають суть винаходу на спосіб і є необхідними для реалізації винаходу і достатніми для досягнення поставленої задачі. Комплекс описаних технологічних прийомів не знайшов відображення в технічній та патентній літературі, характеризуючи новизну пропонованого винаходу. При аналізі характерних ознак виявлено, що пропонований винахід не випливає з відомого рів 93595 4 ня техніки. Вперше запропонована операція помелу аморфної стрічки в порошок методом гвинтової екструзії, оригінальним є метод перемішування порошку аморфного алюмінієвого сплаву з матричним матеріалом методом войлокування, попереднє компактування заготовки одноосним пресуванням в режимі повзучості, остаточне деформування заготовки до стадії консолідації гвинтовою екструзією при температурі часткової кристалізації. Основні ознаки є новими і неочевидними. Таким чином, заявлений винахід відповідає умові «винахідницький рівень». Винахід ілюструється наступними графічними матеріалами: На Фіг.1 представлено пристрій для реалізації процесу дроблення аморфної стрічки в порошок і консолідації заготовки нанокомпозиту (пристрій для гвинтової екструзії). На Фіг.2 представлено пристрій для змішування порошку аморфного сплаву з матричним матеріалом методом войлокування. Спосіб реалізують наступним чином. У робочий канал контейнера 1, Фіг.1, встановлюють заготовку з міді 4, пресують її пуансоном 2 через гвинтовий канал матриці 5 до моменту контакту з пуансоном протитиску 7, після чого пуансон 2 витягують з каналу контейнера і в канал завантажують аморфну стрічку 3, підпресовуючи її оправкою. Далі пуансон вводять в канал контейнера, заповнений аморфної стрічкою, підігрівають контейнер нагрівачем 8 до температури максимального охрупчування стрічки і пресують її разом з мідною заготовкою через гвинтовий канал матриці 5. Після того, як нижній торець пуансону переміститься до гвинтового каналу матриці, пуансон витягають із контейнера, опускають в робочий канал нову заготовку з міді і випресовують з каналу роздріблену в порошок аморфну стрічку. У канал направляючої втулки 6 вводять пуансон протитиску 7 до контакту його з мідною заготовкою та установка готова до наступної операції. Витягнутий аморфний порошок і попередньо порізану проволоку сплаву АД1 довжиною 3-5 мм та діаметром 100-150 мкм в співвідношенні 40:60 вагових одиниць завантажують в бак для войлокування 9, Фіг.2, заповнений гліцерином і весь цей склад перемішують, після чого відкривають запірний клапан 15 і поступово випускають гліцерин в приймальний бак 16, а перемішана в гліцерині суспензія аморфного порошку і матричного матеріалу з волокон сплаву АД1 рівномірно осідає на сітці 13 і 14, після чого отриманий войлок з порошку і волокон витягують рукояткою 11 разом із сітками, промивають войлок в гарячій воді від гліцерину і сушать в сушильній шафі. Просушений войлок згортають у рулон, завантажують в робочий канал контейнера 1, Фіг.1, вводять пуансон 2 і навантажують пуансон зусиллям нижче зусилля екструзії (за схемою одноосного пресування), піднімають температуру контейнера до температури нижче кристалізації аморфної стрічки, підтримуючи пуансоном постійний тиск в робочому каналі контейнера, витримують деякий час у режимі повзучості заготовки, після чого екструдують заготовку через гвинтову матрицю 5 з 5 протитиском. Екструдована заготовка, що має поперечний перетин прямокутника, повністю консолідована, після чого її гідропресують через конічну матрицю в круглий пруток. Приклад реалізації. Аморфну стрічку алюмінієвого сплаву Al88Ni7La5 щільність якої ρ=3,05 г/см3 розмололи в порошок фракцією 50-100 мкм у пристрої гвинтової екструзії, Фіг.1. Дріт матричного матеріалу зі сплаву АД1 діаметром 100 мкм, щільністю ρ=2,71 г/см3 отриману пакетною гідроекструзією, порізали на дискретні волокна довжиною 3-5 мм, у ваговому співвідношенні відповідно 40:60, завантажили в пристрій для войлокування, Фіг.2, звойлокували, промили гарячою водою, висушити, скачали в рулон і завантажили в канал контейнера установки гвинтової екструзії. Вага войлоку становила 170г. У канал контейнера ввели пуансон і нагрузили тиском (в каналі) 540 МПа, поступово підігріваючи контейнер до температури 200°С. По мірі набору температури тиск в каналі контейнера поступово знижувався, його відновлювали до колишнього рівня, відносна щільність заготовки росла і, коли тиск в каналі контейнера стабілізувався, температуру в контейнері підняли до 250°С (температура кристалізації), заготовку екструдували через гвинтову матрицю. Екструзія заготовки проходила при тиску 740-760 МПа. Розміри отриманої заготовки 93595 6 склали 25х40х60 мм (перетин каналу контейнера 25x40), вимірювана методом гідростатичного зважування, щільність заготовки становила ρ=2,87г/см3. Заготовку продеформували холодною гідроекструзією на діаметр 10 мм, з витяжкою λ=12,8 при тиску Р=840÷860 МПа. Щільність прутка становила ρ=2,86 г/см3. Проведені випробування прутка на розрив показали високі механічні характеристики композиту: межа міцності на розрив склала σв=520 МПа, межа плинності σт=440 МПа, відносне подовження δ=5,8-6,4 %. При введенні аморфного порошку в композит більше 40 вагових відсотків пластичні характеристики композиту різко знижуються, що вельми не бажано. Відносна щільність композитів визначається виразом: c  f  m , де індекси Wf  m  Wm  f f, m, c відносяться відповідно до волокна, матриці і композиту. Wf, Wm - співвідношення по масі зміцнюючої компоненту та матриці. Відносна щільність отриманої заготовки композиту після гвинтової екструзії склала 99,4 %, після гідропресування у прутці - 99,2 %, що свідчить про повну консолідацію матеріалу. 7 Комп’ютерна верстка Л. Купенко 93595 8 Підписне Тираж 23 прим. Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601