Патент на изобретение №2183687
|
||||||||||||||||||||||||||
(54) МЕТАЛЛОМАТРИЧНЫЙ КОМПОЗИТ
(57) Реферат: Изобретение относится к металлургии, а именно к металломатричным композитам, которые могут быть использованы в машиностроении, в частности в автомобилестроении, электронике и электротехнике. Предложен металломатричный композит, состоящий из матрицы и усиливающих элементов. При этом матрица содержит квазикристаллический материал в пределах от 0,01 до 100 об.% от объема всей матрицы. Квазикристаллический материал матрицы может располагаться в поверхностном слое композита на глубину, как минимум равную среднему размеру усиливающих элементов. Квазикристаллический материал может быть распределен по объему матрицы. Матрица может быть выполнена из квазикристаллического материала системы Al-Cu-Fe или Ti-Zr-Ni. Усиливающие элементы могут быть выполнены из нитрида титана. Техническим результатом изобретения является повышение прочностых характеристик и износостойкости материала. 5 з.п. ф-лы. Изобретение относится к композиционным материалам, а именно к такому их виду как металломатричные композиты. Данный материал может применяться в различных отраслях техники, например в машиностроении (включая автомобилестроение), электронике и электротехнике. Известны металломатричные композиты, состоящие из алюминиевой матрицы и усиливающих элементов в виде порошка карбида кремния размером 23 мкм [Axel Kolsgaard, Stig Brusethaug Settling of SiC particles in an AlSi7Mg melt. Materials Science and Engineering, A173 (1993) 213-219]. Однако такой материал не обладает равномерностью свойств, так как при расплавлении крупные порошинки быстро оседают. Известен также металломатричный композит, состоящий из алюминиевой матрицы и усиливающих элементов в виде порошка карбида кремния размером 9-13 мкм [Donald E. Hammond Castable Composites Target New Applications. Modern Casting. Septermer 1990, 27-30] . Равномерность свойств по сечению детали из такого материала значительно выше. Прочностные характеристики и износостойкость такого материала значительно выше, чем у алюминиевого неармированного сплава. Однако в сравнении с другими материалами такого преимущества нет. Одной из причин этого является то, что матрицей является мягкий непрочный материал. Задачей изобретения является устранение указанных недостатков и достижение технического результата, заключающегося в повышении прочностных характеристик и износостойкости металломатричного композита. Указанный технический результат достигается тем, что в металломатричном композите, состоящем из матрицы и усиливающих элементов, согласно изобретению, матрица содержит квазикристаллический материал в пределах от 0,01 до 100% от объема всей матрицы. В металломатричном композите согласно изобретению возможно, что квазикристаллический материал матрицы располагается в поверхностном слое на глубину, как минимум, равную среднему размеру усиливающих элементов. В металломатричном композите согласно изобретению возможно, что квазикристаллический материал матрицы распределен по объему матрицы. В металломатричном композите согласно изобретению возможно, что матрица выполнена из квазикристаллического материала системы Al-Cu-Fe. В металломатричном композите согласно изобретению возможно, что матрица выполнена из квазикристаллического материала системы Ti-Zr-Ni. В металломатричном композите согласно изобретению возможно, что усиливающие элементы выполнены из нитрида титана. Согласно изобретению матрица содержит квазикристаллический материал в пределах от 0,01 до 100% (объемных) от объема всей матрицы. Применение квазикристаллического материала для матрицы позволит значительно повысить прочность и износостойкость материала, так как в этом случае и сама матрица будет характеризоваться хорошими показателями прочности и износостойкости, так как квазикристаллические материалы вследствие своего строения характеризуются повышенными показателями прочности и износостойкости. А комбинация квазикристаллического материала с усиливающими элементами еще более улучшит эти характеристики. Для достижения максимально возможного уровня прочности требуется применять квазикристаллический материал для всего объема матрицы, то есть матрица на 100% состоит из квазикристаллического материала. В тех случаях, когда требуется только повышенный уровень прочности, а не максимальный, возможно снижение содержания квазикристаллического материала. Особо следует отметить возможность применения малых количеств квазикристаллического материала для тех случаев, когда важно значительно повысить износостойкость. В этом случае квазикристаллический материал располагают в поверхностных слоях матрицы, но его количество не должно быть менее 0,01% от объема матрицы. В тех случаях, когда, в основном, требуется только повышение износостойкости, квазикристаллический материал матрицы располагают только в поверхностном слое. При этом толщина слоя из квазикристаллического материала равна, как минимум, среднему размеру усиливающих элементов. Размеры усиливающих элементов, обычно, не превышают 50-100 мкм. Если толщина слоя из квазикристаллического материала будет меньше среднего размера усиливающих элементов, то повышения износостойкости не произойдет, так как в этом случае усиливающие элементы не будут жестко удерживаться в матрице из квазикристаллического материала. В тех случаях, когда требуется повышение прочностных характеристик наряду с повышением износостойкости, квазикристаллический материал матрицы распределен по объему матрицы. При этом количество квазикристаллического материала в матрице может варьироваться и достигать 100%. В тех случаях, когда требуется снижать вес изделий, возможно применять матрицу из материала системы Al-Cu-Fe. В этом случае возможно получить квазикристаллический материал при соблюдении известных нужных пропорций. Такой материал позволяет по сравнительно несложной технологии добиваться высокой прочности сцепления между матрицей и усиливающими элементами. В тех случаях, когда требуется еще и высокая коррозионностойкость, возможно применение материала системы Ti-Zr-Ni, при этом также возможно достижение квазикристаллического состояния. Такой материал позволяет кроме высокой прочности и высокой износостойкости добиваться высокой коррозионностойкости. Комбинация всех этих показателей у одного материала приводит к увеличению работоспособности деталей, изготовленных из такого материала, особенно в агрессивных средах и других сложных условиях. Усиливающие элементы металломатричного композита можно выполнять из нитрида титана. Применение нитрида титана для усиливающих элементов приводит к увеличению прочности сцепления с матрицей и, следовательно, к увеличению износостойкости в целом ряде случаев. Пример 1 Металломатричный композит был изготовлен методами порошковой металлургии и механического сплавления. Усиливающими элементами служили частицы карбида кремния со средним размером 10 мкм, процентное содержание которых составляло 50 мaс.%. Матрица была выполнена из квазикристаллического материала на основе системы Al-Cu-Fe. Из квазикристаллического материала были выполнены все 100% матрицы (то есть 50% массовых от всего металломатричного композита). Пример 2 Металломатричный композит был изготовлен при комбинации литейных методов и методов имплантации ионов. Усиливающими элементами служили частицы карбида кремния со средним размером 10 мкм, процентное содержание которых составляло 20%. Матрица была выполнена на 99,99% (объемн.) из обычного алюминиевого сплава. Деталь представляла собой цилиндр диаметром 400 мм. Поверхностный слой матрицы на цилиндрической поверхности детали толщиной 10 мкм был выполнен из квазикристаллического материала на основе системы Al-Cu-Fe, то есть объем квазикристаллического материала составлял 0,01% объема матрицы. Пример 3 Металломатричный композит был изготовлен методами порошковой металлургии. Усиливающими элементами служили частицы карбида кремния со средним размером 10 мкм, содержание которого составляло 10%. Матрица была изготовлена из титана. Квазикристаллический материал был выполнен на основе системы Ti-Zr-Ni. Квазикристаллического материала содержалось 40% (объемных) от объема матрицы и он был равномерно распределен по объему. Пример 4 Металломатричный композит был изготовлен методами порошковой металлургии. Усиливающими элементами служили частицы нитрида титана со средним размером 15 мкм, содержание которого составляло 10%. Матрица была изготовлена из никелевого сплава. Квазикристаллический материал был выполнен на основе системы Ti-Zr-Ni. Квазикристаллического материала содержалось 20% (объемных) от объема матрицы и он был равномерно распределен по объему. Формула изобретения
|
||||||||||||||||||||||||||
