Патент на изобретение №2149201

(54) ПОРОШКОВЫЙ КОМПОЗИЦИОННЫЙ МАТЕРИАЛ

(57) Реферат:

Изобретение относится к порошковой металлургии, в частности к созданию легких материалов с низким коэффициентом линейного расширения, и может быть использовано в качестве конструкционного материала при создании командных приборов систем управления летательных аппаратов. В материал, состоящий из сплава на основе алюминия, содержащего кремний и никель, введен тугоплавкий компонент кремний, не растворимый в алюминии, при соотношении сплава и кремния, мас.%: сплав 78 – 82; кремний 18 – 22; и следующим соотношением компонентов сплава, мас.%: кремний 15 – 30; никель 4 – 7; алюминий остальное. Материал является нетоксичным, обладает высокой размерной стабильностью, малым удельным весом, хорошей механической обрабатываемостью, необходимой вакуумплотностью и низким коэффициентом линейного расширения. 1 табл.

Изобретение относится к порошковой металлургии, в частности к созданию легких материалов с низким коэффициентом линейного расширения (КЛР), и может быть использовано в качестве конструкционного материала при создании командных приборов систем управления летательных аппаратов.

Известно [1] , что основным конструкционным материалом для изготовления прецизионных гироприборов до последнего времени являлся бериллий, обладающий уникальным комплексом физико-механических свойств, обеспечивающих необходимые требования к деталям приборов – малым удельным весом, низким коэффициентом линейного расширения, высокой размерной стабильностью, вакуумплотностью и т.д.

Однако применение бериллия в настоящее время сдерживается его высокой стоимостью и токсичностью обработки.

В связи с этим возникла острая необходимость получения материала близкого к бериллию по основным физико-механическим свойствам: удельный вес 2,65 г/см³, КЛР ~ (11-13)10⁶ 1/град.С, вакуумплотностью при толщине 1 мм, обладать хорошей обрабатываемостью резанием, обладать структурной однородностью.

Известны [2] алюминиевые материалы САС-1, САС1-50, состоящие из сплава на основе алюминия, содержащего кремний и никель, которые наиболее близкие по требуемым физико-механическим свойствам, но обладающие несколько худшими показателями: удельный вес – 2,73 г/см³, КЛР ~15,310⁶ 1/град.С, твердость HB = 126 кгс/мм², плохая размерная стабильность.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому эффекту к заявляемому изобретению является порошковый композиционный материал [3], принятый за прототип, который состоит из сплава на основе алюминия с добавками кремния и никеля и тугоплавкого соединения нитрид кремния, не растворимого в алюминии.

По своим физико-механическим свойствам этот материал наиболее близок к бериллию, но опыт показывает, что он обладает рядом недостатков, которые затрудняют возможность его применения в прецизионных гироприборах. Это, прежде всего, неудовлетворительная обрабатываемость резанием за счет присутствия в сплаве частиц нитрид кремния, что не позволяет получить необходимую чистоту обработки поверхности. Материал не обладает необходимой вакуумплотностью и имеет удельный вес порядка 2,7 г/см³, КЛР ~13,310⁶ 1/град. С.

Техническим результатом предлагаемого изобретения является создание нетоксичного порошкового композиционного материала, обладающего высокой размерной стабильностью, малым удельным весом, хорошей механической обрабатываемостью, необходимой вакуумплотностью и низким коэффициентом линейного расширения
Технический результат достигается благодаря тому, что в известный материал, состоящий из сплава на основе алюминия, содержащего кремний, никель и тугоплавкий компонент, не растворимый в алюминии, в соответствии с предложенным техническим решением в качестве тугоплавкого компонента введен кремний, при соотношении сплава и кремния, мас.%:
сплав. – 78 – 82
кремний – 18 – 22
и следующим соотношением компонентов сплава, мас.%:
кремний – 15 – 30
никель – 4 – 7
алюминий – остальное
Получение предложенного порошкового композиционного материала было осуществлено следующим образом.

1. Размол порошка кремния (ТУ 48- 0107-42-80) до необходимой дисперсности в течении 24 часов.

2. Совместный размол и смешивание порошка САС1-50 (ОСТ1.90048-77) и порошка кремния в течениЕ 16 часов.

3. Спекание при температуре (525-545)^oC смеси порошков кремния и САС1-50 в алюминиевом стакане в течениЕ 8 часов.

4. Подпрессовка спеченных заготовок в прессе мощностью 750 тн с выдержкой под давлением 1,5-3,0 мин.

5. Механическое снятие алюминиевого стакана.

По такой технологии изготавливались композиции с разными массовыми процентами входящих в материал компонентов и получены следующие физико-механические характеристики порошковых материалов (см. таблицу).

Обрабатываемость резанием у композиции N 3 была неудовлетворительной, в процессе резания материал крошился, а вакуумплотность достигалась только при стенке толщиной 1,6 мм.

Таким образом композиция N 2, получившая название АКП-1 (алюминиевый композит порошковый), обладает комплексом свойств, позволяющих применить ее в качестве конструкционного материала взамен бериллия для изготовления деталей гироприборов.

Источники информации, использованные при составлении заявки:
1. Никитин Е.А., Шестов С.А., Матвеев В.А. “Гироскопические системы. Элементы гироскопических приборов”, М., Высшая школа, 1988 г.

2. Алюминиевые сплавы. Промышленные деформируемые, спеченные и литейные алюминиевые сплавы. Справочное пособие. М. , “Металлургия”, 1972 г., с. 296-306.

3. Патент РФ N 2016120 от 17.05.91 г. “Порошковый композиционный материал”, бюллетень N 13, 1994 г.

Формула изобретения

Порошковый композиционный материал, состоящий из сплава на основе алюминия, содержащего кремний, никель, и тугоплавкого компонента, нерастворимого в алюминии, отличающийся тем, что в качестве тугоплавкого компонента содержит кремний, при соотношении сплава и кремния, мас.%:
Сплав – 78 – 82
Кремний – 18 – 22,
и следующим соотношением компонентов сплава (массовые %):
Кремний – 15 – 30
Никель – 4 – 7
Алюминий – Остальное

РИСУНКИ