RO104859B1 - Producing process of a metallic matrix component - Google Patents
Producing process of a metallic matrix component Download PDFInfo
- Publication number
- RO104859B1 RO104859B1 RO142366A RO14236689A RO104859B1 RO 104859 B1 RO104859 B1 RO 104859B1 RO 142366 A RO142366 A RO 142366A RO 14236689 A RO14236689 A RO 14236689A RO 104859 B1 RO104859 B1 RO 104859B1
- Authority
- RO
- Romania
- Prior art keywords
- infiltration
- metal matrix
- preform
- matrix
- metal
- Prior art date
Links
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 title claims abstract description 275
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 137
- 230000008569 process Effects 0.000 title claims abstract description 117
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 claims abstract description 311
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims abstract description 311
- 230000008595 infiltration Effects 0.000 claims abstract description 298
- 238000001764 infiltration Methods 0.000 claims abstract description 298
- 239000000945 filler Substances 0.000 claims abstract description 203
- 239000000463 material Substances 0.000 claims abstract description 161
- 230000002269 spontaneous effect Effects 0.000 claims abstract description 93
- 239000012298 atmosphere Substances 0.000 claims abstract description 78
- 239000002243 precursor Substances 0.000 claims abstract description 56
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 171
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 163
- 229910002804 graphite Inorganic materials 0.000 claims description 152
- 239000010439 graphite Substances 0.000 claims description 152
- 239000011777 magnesium Substances 0.000 claims description 87
- HBMJWWWQQXIZIP-UHFFFAOYSA-N silicon carbide Chemical compound [Si+]#[C-] HBMJWWWQQXIZIP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 87
- 229910010271 silicon carbide Inorganic materials 0.000 claims description 87
- 229910052749 magnesium Inorganic materials 0.000 claims description 86
- FYYHWMGAXLPEAU-UHFFFAOYSA-N Magnesium Chemical compound [Mg] FYYHWMGAXLPEAU-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 85
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 claims description 81
- 238000011049 filling Methods 0.000 claims description 70
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims description 69
- PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N aluminium oxide Inorganic materials [O-2].[O-2].[O-2].[Al+3].[Al+3] PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 63
- 239000000835 fiber Substances 0.000 claims description 54
- 229910000838 Al alloy Inorganic materials 0.000 claims description 49
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 claims description 47
- 239000010949 copper Substances 0.000 claims description 45
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 claims description 44
- 230000004888 barrier function Effects 0.000 claims description 43
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 claims description 43
- 239000011701 zinc Substances 0.000 claims description 39
- 229910052725 zinc Inorganic materials 0.000 claims description 35
- 229910052742 iron Inorganic materials 0.000 claims description 32
- 238000005469 granulation Methods 0.000 claims description 31
- 230000003179 granulation Effects 0.000 claims description 30
- 239000002245 particle Substances 0.000 claims description 30
- 229910052748 manganese Inorganic materials 0.000 claims description 26
- 239000000919 ceramic Substances 0.000 claims description 25
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims description 25
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 claims description 20
- 239000000843 powder Substances 0.000 claims description 16
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 claims description 14
- PMHQVHHXPFUNSP-UHFFFAOYSA-M copper(1+);methylsulfanylmethane;bromide Chemical compound Br[Cu].CSC PMHQVHHXPFUNSP-UHFFFAOYSA-M 0.000 claims description 14
- 239000004744 fabric Substances 0.000 claims description 10
- 150000004767 nitrides Chemical class 0.000 claims description 9
- HCHKCACWOHOZIP-UHFFFAOYSA-N Zinc Chemical compound [Zn] HCHKCACWOHOZIP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 8
- CPLXHLVBOLITMK-UHFFFAOYSA-N magnesium oxide Inorganic materials [Mg]=O CPLXHLVBOLITMK-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 7
- 238000002844 melting Methods 0.000 claims description 7
- 230000008018 melting Effects 0.000 claims description 7
- QYEXBYZXHDUPRC-UHFFFAOYSA-N B#[Ti]#B Chemical compound B#[Ti]#B QYEXBYZXHDUPRC-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- 229910033181 TiB2 Inorganic materials 0.000 claims description 6
- 229910052791 calcium Inorganic materials 0.000 claims description 6
- 239000011575 calcium Substances 0.000 claims description 6
- OYPRJOBELJOOCE-UHFFFAOYSA-N Calcium Chemical compound [Ca] OYPRJOBELJOOCE-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 5
- 230000001143 conditioned effect Effects 0.000 claims description 5
- 239000000395 magnesium oxide Substances 0.000 claims description 5
- 238000003825 pressing Methods 0.000 claims description 5
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 claims description 4
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 claims description 4
- 229910052712 strontium Inorganic materials 0.000 claims description 4
- 238000005266 casting Methods 0.000 claims description 3
- AXZKOIWUVFPNLO-UHFFFAOYSA-N magnesium;oxygen(2-) Chemical compound [O-2].[Mg+2] AXZKOIWUVFPNLO-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 239000004005 microsphere Substances 0.000 claims description 3
- 238000005245 sintering Methods 0.000 claims description 3
- 230000009471 action Effects 0.000 claims description 2
- 150000001247 metal acetylides Chemical class 0.000 claims description 2
- RVTZCBVAJQQJTK-UHFFFAOYSA-N oxygen(2-);zirconium(4+) Chemical compound [O-2].[O-2].[Zr+4] RVTZCBVAJQQJTK-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- 239000008188 pellet Substances 0.000 claims description 2
- 229910001928 zirconium oxide Inorganic materials 0.000 claims description 2
- ABJSOROVZZKJGI-OCYUSGCXSA-N (1r,2r,4r)-2-(4-bromophenyl)-n-[(4-chlorophenyl)-(2-fluoropyridin-4-yl)methyl]-4-morpholin-4-ylcyclohexane-1-carboxamide Chemical compound C1=NC(F)=CC(C(NC(=O)[C@H]2[C@@H](C[C@@H](CC2)N2CCOCC2)C=2C=CC(Br)=CC=2)C=2C=CC(Cl)=CC=2)=C1 ABJSOROVZZKJGI-OCYUSGCXSA-N 0.000 claims 1
- 238000009749 continuous casting Methods 0.000 claims 1
- 238000001746 injection moulding Methods 0.000 claims 1
- 238000000462 isostatic pressing Methods 0.000 claims 1
- 238000000465 moulding Methods 0.000 claims 1
- CIOAGBVUUVVLOB-UHFFFAOYSA-N strontium atom Chemical compound [Sr] CIOAGBVUUVVLOB-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims 1
- 238000010345 tape casting Methods 0.000 claims 1
- 239000003623 enhancer Substances 0.000 abstract description 58
- 239000011156 metal matrix composite Substances 0.000 abstract description 28
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 116
- 239000000047 product Substances 0.000 description 99
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 95
- 239000002131 composite material Substances 0.000 description 64
- 230000000875 corresponding effect Effects 0.000 description 61
- 229910000831 Steel Inorganic materials 0.000 description 48
- 239000010959 steel Substances 0.000 description 48
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 39
- XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N Iron Chemical compound [Fe] XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 38
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 34
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 description 26
- 239000000956 alloy Substances 0.000 description 26
- 239000011572 manganese Substances 0.000 description 26
- 239000010936 titanium Substances 0.000 description 25
- 229910052719 titanium Inorganic materials 0.000 description 25
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 22
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 22
- 238000005755 formation reaction Methods 0.000 description 22
- LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N Ethanol Chemical compound CCO LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 21
- PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N Nickel Chemical compound [Ni] PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 19
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 18
- 238000007711 solidification Methods 0.000 description 18
- 230000008023 solidification Effects 0.000 description 18
- 238000005275 alloying Methods 0.000 description 16
- 239000000377 silicon dioxide Substances 0.000 description 16
- 239000000725 suspension Substances 0.000 description 16
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 15
- 238000009736 wetting Methods 0.000 description 13
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 12
- 229910052759 nickel Inorganic materials 0.000 description 12
- 230000001965 increasing effect Effects 0.000 description 11
- 229920003023 plastic Polymers 0.000 description 11
- 239000004033 plastic Substances 0.000 description 11
- 239000002002 slurry Substances 0.000 description 11
- RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N Titanium Chemical compound [Ti] RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 10
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 10
- 229910052804 chromium Inorganic materials 0.000 description 9
- 239000011651 chromium Substances 0.000 description 9
- 239000000470 constituent Substances 0.000 description 9
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 9
- 229910001220 stainless steel Inorganic materials 0.000 description 9
- 235000019441 ethanol Nutrition 0.000 description 8
- 239000010935 stainless steel Substances 0.000 description 8
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 8
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 8
- 238000005303 weighing Methods 0.000 description 8
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 7
- 239000004568 cement Substances 0.000 description 7
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 description 7
- 238000000576 coating method Methods 0.000 description 7
- 229920001971 elastomer Polymers 0.000 description 7
- 239000012535 impurity Substances 0.000 description 7
- 239000010703 silicon Substances 0.000 description 7
- -1 wires Substances 0.000 description 7
- XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N Argon Chemical compound [Ar] XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 239000008119 colloidal silica Substances 0.000 description 6
- 230000001976 improved effect Effects 0.000 description 6
- 238000011068 loading method Methods 0.000 description 6
- 238000002156 mixing Methods 0.000 description 6
- 238000010926 purge Methods 0.000 description 6
- 229910052718 tin Inorganic materials 0.000 description 6
- 229910052580 B4C Inorganic materials 0.000 description 5
- INAHAJYZKVIDIZ-UHFFFAOYSA-N boron carbide Chemical compound B12B3B4C32B41 INAHAJYZKVIDIZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- 229910010293 ceramic material Inorganic materials 0.000 description 5
- 230000001276 controlling effect Effects 0.000 description 5
- 238000001035 drying Methods 0.000 description 5
- QJGQUHMNIGDVPM-UHFFFAOYSA-N nitrogen group Chemical group [N] QJGQUHMNIGDVPM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 description 5
- 239000012265 solid product Substances 0.000 description 5
- 239000000080 wetting agent Substances 0.000 description 5
- 101100327917 Caenorhabditis elegans chup-1 gene Proteins 0.000 description 4
- 229910000975 Carbon steel Inorganic materials 0.000 description 4
- VYZAMTAEIAYCRO-UHFFFAOYSA-N Chromium Chemical compound [Cr] VYZAMTAEIAYCRO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- PPBRXRYQALVLMV-UHFFFAOYSA-N Styrene Chemical compound C=CC1=CC=CC=C1 PPBRXRYQALVLMV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- QCWXUUIWCKQGHC-UHFFFAOYSA-N Zirconium Chemical compound [Zr] QCWXUUIWCKQGHC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- MCMNRKCIXSYSNV-UHFFFAOYSA-N Zirconium dioxide Chemical compound O=[Zr]=O MCMNRKCIXSYSNV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 239000010962 carbon steel Substances 0.000 description 4
- 238000005524 ceramic coating Methods 0.000 description 4
- 239000003795 chemical substances by application Substances 0.000 description 4
- 229910052681 coesite Inorganic materials 0.000 description 4
- 229910052906 cristobalite Inorganic materials 0.000 description 4
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 4
- 238000010410 dusting Methods 0.000 description 4
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 4
- 230000002401 inhibitory effect Effects 0.000 description 4
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 4
- 230000033001 locomotion Effects 0.000 description 4
- 238000001000 micrograph Methods 0.000 description 4
- 239000012299 nitrogen atmosphere Substances 0.000 description 4
- 239000011236 particulate material Substances 0.000 description 4
- 239000006072 paste Substances 0.000 description 4
- 238000011160 research Methods 0.000 description 4
- 230000004044 response Effects 0.000 description 4
- 235000012239 silicon dioxide Nutrition 0.000 description 4
- 229910052682 stishovite Inorganic materials 0.000 description 4
- 229910052905 tridymite Inorganic materials 0.000 description 4
- 229910052726 zirconium Inorganic materials 0.000 description 4
- OKKJLVBELUTLKV-UHFFFAOYSA-N Methanol Chemical compound OC OKKJLVBELUTLKV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 239000004411 aluminium Substances 0.000 description 3
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 3
- 229910052786 argon Inorganic materials 0.000 description 3
- 229910052796 boron Inorganic materials 0.000 description 3
- 238000005520 cutting process Methods 0.000 description 3
- 230000003247 decreasing effect Effects 0.000 description 3
- 239000010419 fine particle Substances 0.000 description 3
- 229910052735 hafnium Inorganic materials 0.000 description 3
- VBJZVLUMGGDVMO-UHFFFAOYSA-N hafnium atom Chemical compound [Hf] VBJZVLUMGGDVMO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 238000010191 image analysis Methods 0.000 description 3
- 230000005012 migration Effects 0.000 description 3
- 238000013508 migration Methods 0.000 description 3
- 230000001590 oxidative effect Effects 0.000 description 3
- 238000010422 painting Methods 0.000 description 3
- 230000035515 penetration Effects 0.000 description 3
- 238000004663 powder metallurgy Methods 0.000 description 3
- 238000006722 reduction reaction Methods 0.000 description 3
- 230000002829 reductive effect Effects 0.000 description 3
- 239000011819 refractory material Substances 0.000 description 3
- 239000000758 substrate Substances 0.000 description 3
- 239000010456 wollastonite Substances 0.000 description 3
- 229910052882 wollastonite Inorganic materials 0.000 description 3
- ZOXJGFHDIHLPTG-UHFFFAOYSA-N Boron Chemical compound [B] ZOXJGFHDIHLPTG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- WHXSMMKQMYFTQS-UHFFFAOYSA-N Lithium Chemical compound [Li] WHXSMMKQMYFTQS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910001199 N alloy Inorganic materials 0.000 description 2
- KJNGJIPPQOFCSK-UHFFFAOYSA-N [H][Sr][H] Chemical compound [H][Sr][H] KJNGJIPPQOFCSK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- VRAIHTAYLFXSJJ-UHFFFAOYSA-N alumane Chemical compound [AlH3].[AlH3] VRAIHTAYLFXSJJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000002775 capsule Substances 0.000 description 2
- 239000010941 cobalt Substances 0.000 description 2
- GUTLYIVDDKVIGB-UHFFFAOYSA-N cobalt atom Chemical compound [Co] GUTLYIVDDKVIGB-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000004320 controlled atmosphere Methods 0.000 description 2
- 229910003460 diamond Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000010432 diamond Substances 0.000 description 2
- 238000007598 dipping method Methods 0.000 description 2
- 238000006073 displacement reaction Methods 0.000 description 2
- 238000005485 electric heating Methods 0.000 description 2
- 239000000839 emulsion Substances 0.000 description 2
- 238000009415 formwork Methods 0.000 description 2
- 238000000265 homogenisation Methods 0.000 description 2
- 238000007731 hot pressing Methods 0.000 description 2
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 description 2
- 230000006872 improvement Effects 0.000 description 2
- 239000011261 inert gas Substances 0.000 description 2
- 230000010354 integration Effects 0.000 description 2
- 230000002452 interceptive effect Effects 0.000 description 2
- 229910000765 intermetallic Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910052744 lithium Inorganic materials 0.000 description 2
- 230000014759 maintenance of location Effects 0.000 description 2
- 229940050561 matrix product Drugs 0.000 description 2
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 2
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 description 2
- 229910001092 metal group alloy Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000007769 metal material Substances 0.000 description 2
- 238000006263 metalation reaction Methods 0.000 description 2
- 150000002739 metals Chemical class 0.000 description 2
- 229910052758 niobium Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000010955 niobium Substances 0.000 description 2
- GUCVJGMIXFAOAE-UHFFFAOYSA-N niobium atom Chemical compound [Nb] GUCVJGMIXFAOAE-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000005121 nitriding Methods 0.000 description 2
- 150000002894 organic compounds Chemical class 0.000 description 2
- 230000000704 physical effect Effects 0.000 description 2
- 239000011505 plaster Substances 0.000 description 2
- 239000011148 porous material Substances 0.000 description 2
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 2
- 230000002787 reinforcement Effects 0.000 description 2
- 230000003014 reinforcing effect Effects 0.000 description 2
- 239000012763 reinforcing filler Substances 0.000 description 2
- 238000007789 sealing Methods 0.000 description 2
- 238000010561 standard procedure Methods 0.000 description 2
- 238000010998 test method Methods 0.000 description 2
- 229910052723 transition metal Inorganic materials 0.000 description 2
- 150000003624 transition metals Chemical class 0.000 description 2
- 238000011282 treatment Methods 0.000 description 2
- 229910052720 vanadium Inorganic materials 0.000 description 2
- GPPXJZIENCGNKB-UHFFFAOYSA-N vanadium Chemical compound [V]#[V] GPPXJZIENCGNKB-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000003466 welding Methods 0.000 description 2
- GLGNXYJARSMNGJ-VKTIVEEGSA-N (1s,2s,3r,4r)-3-[[5-chloro-2-[(1-ethyl-6-methoxy-2-oxo-4,5-dihydro-3h-1-benzazepin-7-yl)amino]pyrimidin-4-yl]amino]bicyclo[2.2.1]hept-5-ene-2-carboxamide Chemical compound CCN1C(=O)CCCC2=C(OC)C(NC=3N=C(C(=CN=3)Cl)N[C@H]3[C@H]([C@@]4([H])C[C@@]3(C=C4)[H])C(N)=O)=CC=C21 GLGNXYJARSMNGJ-VKTIVEEGSA-N 0.000 description 1
- NFGXHKASABOEEW-GYMWBFJFSA-N (S)-methoprene Chemical group COC(C)(C)CCC[C@H](C)C\C=C\C(\C)=C\C(=O)OC(C)C NFGXHKASABOEEW-GYMWBFJFSA-N 0.000 description 1
- 229920000049 Carbon (fiber) Polymers 0.000 description 1
- 229910000531 Co alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910000640 Fe alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N Hydrogen Chemical compound [H][H] UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- FYYHWMGAXLPEAU-RNFDNDRNSA-N Magnesium-28 Chemical compound [28Mg] FYYHWMGAXLPEAU-RNFDNDRNSA-N 0.000 description 1
- 229910000861 Mg alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910000990 Ni alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910000979 O alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- 235000014443 Pyrus communis Nutrition 0.000 description 1
- 229910052581 Si3N4 Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910001278 Sr alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- UCKMPCXJQFINFW-UHFFFAOYSA-N Sulphide Chemical compound [S-2] UCKMPCXJQFINFW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- ATJFFYVFTNAWJD-UHFFFAOYSA-N Tin Chemical compound [Sn] ATJFFYVFTNAWJD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910001297 Zn alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000005299 abrasion Methods 0.000 description 1
- 230000002411 adverse Effects 0.000 description 1
- 238000013459 approach Methods 0.000 description 1
- 239000012300 argon atmosphere Substances 0.000 description 1
- 239000010953 base metal Substances 0.000 description 1
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 1
- 229910052790 beryllium Inorganic materials 0.000 description 1
- ATBAMAFKBVZNFJ-UHFFFAOYSA-N beryllium atom Chemical compound [Be] ATBAMAFKBVZNFJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000007664 blowing Methods 0.000 description 1
- 239000013590 bulk material Substances 0.000 description 1
- 238000004364 calculation method Methods 0.000 description 1
- 239000004917 carbon fiber Substances 0.000 description 1
- 229910002091 carbon monoxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011304 carbon pitch Substances 0.000 description 1
- 230000015556 catabolic process Effects 0.000 description 1
- 239000007795 chemical reaction product Substances 0.000 description 1
- 210000000078 claw Anatomy 0.000 description 1
- 238000010073 coating (rubber) Methods 0.000 description 1
- 229910017052 cobalt Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000001427 coherent effect Effects 0.000 description 1
- 239000000084 colloidal system Substances 0.000 description 1
- 230000000052 comparative effect Effects 0.000 description 1
- 229940125758 compound 15 Drugs 0.000 description 1
- 229940125898 compound 5 Drugs 0.000 description 1
- 238000004590 computer program Methods 0.000 description 1
- 238000010924 continuous production Methods 0.000 description 1
- 239000013256 coordination polymer Substances 0.000 description 1
- 238000012937 correction Methods 0.000 description 1
- 230000002596 correlated effect Effects 0.000 description 1
- 229910001610 cryolite Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000000354 decomposition reaction Methods 0.000 description 1
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 1
- 238000007872 degassing Methods 0.000 description 1
- 238000006731 degradation reaction Methods 0.000 description 1
- 230000001419 dependent effect Effects 0.000 description 1
- 230000001627 detrimental effect Effects 0.000 description 1
- 230000004069 differentiation Effects 0.000 description 1
- 239000006185 dispersion Substances 0.000 description 1
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 1
- 238000005553 drilling Methods 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 239000000806 elastomer Substances 0.000 description 1
- OYFJQPXVCSSHAI-QFPUQLAESA-N enalapril maleate Chemical compound OC(=O)\C=C/C(O)=O.C([C@@H](C(=O)OCC)N[C@@H](C)C(=O)N1[C@@H](CCC1)C(O)=O)CC1=CC=CC=C1 OYFJQPXVCSSHAI-QFPUQLAESA-N 0.000 description 1
- 230000002708 enhancing effect Effects 0.000 description 1
- 229920006332 epoxy adhesive Polymers 0.000 description 1
- 238000001704 evaporation Methods 0.000 description 1
- 230000002349 favourable effect Effects 0.000 description 1
- 239000002657 fibrous material Substances 0.000 description 1
- 238000001914 filtration Methods 0.000 description 1
- 238000007656 fracture toughness test Methods 0.000 description 1
- 230000004927 fusion Effects 0.000 description 1
- 239000010438 granite Substances 0.000 description 1
- 239000007770 graphite material Substances 0.000 description 1
- 230000005484 gravity Effects 0.000 description 1
- 239000001307 helium Substances 0.000 description 1
- 229910052734 helium Inorganic materials 0.000 description 1
- SWQJXJOGLNCZEY-UHFFFAOYSA-N helium atom Chemical compound [He] SWQJXJOGLNCZEY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 description 1
- 238000007654 immersion Methods 0.000 description 1
- 230000006698 induction Effects 0.000 description 1
- 230000000977 initiatory effect Effects 0.000 description 1
- 229910052500 inorganic mineral Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011810 insulating material Substances 0.000 description 1
- 230000003993 interaction Effects 0.000 description 1
- 229910001337 iron nitride Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000005304 joining Methods 0.000 description 1
- 239000012263 liquid product Substances 0.000 description 1
- 229910001338 liquidmetal Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000003754 machining Methods 0.000 description 1
- WPBNNNQJVZRUHP-UHFFFAOYSA-L manganese(2+);methyl n-[[2-(methoxycarbonylcarbamothioylamino)phenyl]carbamothioyl]carbamate;n-[2-(sulfidocarbothioylamino)ethyl]carbamodithioate Chemical compound [Mn+2].[S-]C(=S)NCCNC([S-])=S.COC(=O)NC(=S)NC1=CC=CC=C1NC(=S)NC(=O)OC WPBNNNQJVZRUHP-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 1
- 229910052753 mercury Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000010310 metallurgical process Methods 0.000 description 1
- 239000011707 mineral Substances 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 238000012544 monitoring process Methods 0.000 description 1
- 239000003921 oil Substances 0.000 description 1
- 238000004806 packaging method and process Methods 0.000 description 1
- 238000012856 packing Methods 0.000 description 1
- 239000012466 permeate Substances 0.000 description 1
- 238000005498 polishing Methods 0.000 description 1
- 229920001084 poly(chloroprene) Polymers 0.000 description 1
- 238000001556 precipitation Methods 0.000 description 1
- 230000000750 progressive effect Effects 0.000 description 1
- 230000035484 reaction time Effects 0.000 description 1
- 230000009257 reactivity Effects 0.000 description 1
- 239000012925 reference material Substances 0.000 description 1
- 239000012783 reinforcing fiber Substances 0.000 description 1
- 239000012779 reinforcing material Substances 0.000 description 1
- 238000009774 resonance method Methods 0.000 description 1
- 239000004576 sand Substances 0.000 description 1
- 238000005488 sandblasting Methods 0.000 description 1
- 238000005204 segregation Methods 0.000 description 1
- 230000035939 shock Effects 0.000 description 1
- 238000007873 sieving Methods 0.000 description 1
- HQVNEWCFYHHQES-UHFFFAOYSA-N silicon nitride Chemical compound N12[Si]34N5[Si]62N3[Si]51N64 HQVNEWCFYHHQES-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000007921 spray Substances 0.000 description 1
- 238000005507 spraying Methods 0.000 description 1
- 238000003756 stirring Methods 0.000 description 1
- 239000004575 stone Substances 0.000 description 1
- 238000005728 strengthening Methods 0.000 description 1
- 230000008093 supporting effect Effects 0.000 description 1
- 238000003856 thermoforming Methods 0.000 description 1
- WFKWXMTUELFFGS-UHFFFAOYSA-N tungsten Chemical compound [W] WFKWXMTUELFFGS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052721 tungsten Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010937 tungsten Substances 0.000 description 1
- 238000007740 vapor deposition Methods 0.000 description 1
- 229920002554 vinyl polymer Polymers 0.000 description 1
- 239000012855 volatile organic compound Substances 0.000 description 1
- 230000004580 weight loss Effects 0.000 description 1
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
- C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
- C04B41/00—After-treatment of mortars, concrete, artificial stone or ceramics; Treatment of natural stone
- C04B41/009—After-treatment of mortars, concrete, artificial stone or ceramics; Treatment of natural stone characterised by the material treated
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
- C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
- C04B41/00—After-treatment of mortars, concrete, artificial stone or ceramics; Treatment of natural stone
- C04B41/45—Coating or impregnating, e.g. injection in masonry, partial coating of green or fired ceramics, organic coating compositions for adhering together two concrete elements
- C04B41/50—Coating or impregnating, e.g. injection in masonry, partial coating of green or fired ceramics, organic coating compositions for adhering together two concrete elements with inorganic materials
- C04B41/51—Metallising, e.g. infiltration of sintered ceramic preforms with molten metal
- C04B41/515—Other specific metals
- C04B41/5155—Aluminium
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
- C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
- C04B41/00—After-treatment of mortars, concrete, artificial stone or ceramics; Treatment of natural stone
- C04B41/80—After-treatment of mortars, concrete, artificial stone or ceramics; Treatment of natural stone of only ceramics
- C04B41/81—Coating or impregnation
- C04B41/85—Coating or impregnation with inorganic materials
- C04B41/88—Metals
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
- C22C—ALLOYS
- C22C1/00—Making non-ferrous alloys
- C22C1/10—Alloys containing non-metals
- C22C1/1036—Alloys containing non-metals starting from a melt
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
- C22C—ALLOYS
- C22C1/00—Making non-ferrous alloys
- C22C1/10—Alloys containing non-metals
- C22C1/1036—Alloys containing non-metals starting from a melt
- C22C1/1057—Reactive infiltration
- C22C1/1063—Gas reaction, e.g. lanxide
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
- C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
- C04B2111/00—Mortars, concrete or artificial stone or mixtures to prepare them, characterised by specific function, property or use
- C04B2111/00474—Uses not provided for elsewhere in C04B2111/00
- C04B2111/00905—Uses not provided for elsewhere in C04B2111/00 as preforms
- C04B2111/00913—Uses not provided for elsewhere in C04B2111/00 as preforms as ceramic preforms for the fabrication of metal matrix comp, e.g. cermets
- C04B2111/00931—Coated or infiltrated preforms, e.g. with molten metal
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Ceramic Engineering (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Structural Engineering (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Metallurgy (AREA)
- Inorganic Chemistry (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Manufacture Of Alloys Or Alloy Compounds (AREA)
- Superconductors And Manufacturing Methods Therefor (AREA)
- Compositions Of Macromolecular Compounds (AREA)
- Powder Metallurgy (AREA)
Description
Invenția de față se referă la un procedeu de: obținere a unui compus cu matrice metalică, prin infiltrarea spontană a respectivei matrice, într-o masă de umplutură prealabilă, micro sau macroparticulată 5 fasonată sau nu într-o preformă.
Sunt cunoscuți compuși cu matrice metalică și o fază de armare sau de întărire, cum sunt particulele ceramice, firele, fibrele sau altele asemănătoare, ce pre- 10 zintă posibilități de aplicații variate, întrucât ei cumulează influențele durității, rezistenței fazei de armare cu ductilitatea și soliditatea matricei metalice. în general, un compus cu matrice metalică, 15 va avea unele proprietăți îmbunătățite, respectiv rezistența, duritatea, rezistență la uzura de contact, coeficientul de expansiune termică (CTE), densitatea, conductivitatea termică și menținerea rezistenței 20 la temperaturi ridicate, comparativ cu metalul matricei în formă de monolit, dar gradul în care aceste proprietăți pot fi îmbunătățite, depinde în mare măsură de natura constituenților specifici de volumul 25 lor sau fracțiunea de greutate și de condițiile de prelucrare pentru formarea compusului. Compozitele cu matrice de aluminiu armate cu materiale ceramice cum este carbura de siliciu în formă de particule, 30 plăci sau sub formă de fire de exemplu, prezintă interes datorită durității lor specifice mai ridicate, rezistenței la uzură, conductivității termice îmbunătățite, unui CTE mai scăzut cât și rezistenței la 35 temperatură ridicate și/sau rezistenței specifice (de exemplu rezistența față de densitate) în raport cu aluminiul.
Sunt cunoscute diferite procedee metalurgice pentru fabricarea compușilor cu 40 matrice de aluminiu, incluzând procedeele bazate pe tehnica metalurgiei pulberilor, și tehnicile infiltrării metalului lichid, care folosesc turnarea sub presiune, turnarea sub vid, cât și mijloace de agitare și urne- 45 zire. Cu tehnicile metalurgiei pulberilor atât metalul cât și materialul de armare sub formă de pulbere sau respectiv de fire, fibre tăiate etc. se amestecă și apoi se supune fie presării la rece și sinterizării la cald, fie presării la cald. Fracția maximă în volum de constituent ceramic în cazul compușilor cu matrice de aluminiu armată cu carbură de siliciu produsă prin această tehnică este de circa 25% în cazul firelor și £.
de circa 40%, în cazul particulelor.
Obținerea compușilor prin tehnica metalurgiei pulberilor, folosind procedeele con- I venționale, limitează caracteristicile produselor ce pot fi atinse. Fracțiunea în volum a fazei metalice în compus este limitată tipic la circa 40%, în cazul particulelor. De asemenea, operația de presare limitează practic dimensiunile ce se pot atinge. Doar forme relativ simple ale produsului se pot realiza, fără prelucrări ulterioare sau fără necesitatea recurgerii la prese complexe. De asemenea, contracția neuniformă în timpul sinterizării, poate să apară, cât și neuniformitatea microstructurii datorită segregării în compozite și creșterii granulei, în brevetul SUA nr.3970136 este descris un procedeu de formare a unui compus cu matrice metalică, incorporând o armare fibroasă, de exemplu carbură de siliciu sau fire de aluminiu, având un model predeterminat de orientare a fibrei. Compusul se realizează prin plasarea de suporturi sau pâsle paralele de fibre coplanare într-o matriță cu un rezervor de metal topit, de exemplu aluminiu, între cel puțin unele dintre suporturi și aplicând o presiune pentru a forța metalul topit să pătrundă în suporturi și să înconjoare fibrele orientate.
Metalul topit poate fi turnat pe stiva de suporturi, în timp ce este forțat sub presiune - să curgă între suporturi. Au fost j identificate încărcări de peste circa 50% în volum fibre de armare în compus.
Procedeul descris mai sus datorită dependenței sale de presiunea aplicată, pentru a forța metalul topit să pătrundă în stiva de suporturi fibroase, este supus variațiilor proceselor de curgere induse de presiune, adică apariției de neuniformități, porozități etc. Obținerea de neuniformități ale proprietăților este posibilă chiar când metalul topit poate fi introdus în mai multe ' Λ.
locații in interiorul șirului fibros. In consecință, șiruri complicate rezervor/suport cât și căi de curgere să fie asigurate, pentru a asigura penetrarea uniformă și respectiv infiltrarea adecvată a masei de suport de fibră. De asemenea, procedeul de infiltrare ί la presiuni ridicate menționat mai sus, permite realizarea doar a unei armări scăzute, comparativ cu volumul de matrice preconizat a șe infiltra, datorită dificultăților inerente ce apar la infiltrarea unui volum de suport ridicat. în plus, procedeul impune menținerea metalului topit sur presiune, ceea ce conduce la creșterea costurilor de fabricație. De asemenea, trebuie menționat, în final, că prpcedeul respectiv este limitat la înfiltrafea particulelor sau fibrelor alineate și nu se pretează pentru obținerea de compuși cu matrice metalică-aluminiu, armați cu materiale sub formă de particule, fire sau fibre orientate întâmplător. La fabricarea compușilor de alumină/matrice de aluminiu, trebuie ținut cont că aluminiul topit nu umezește cu ușurință alumina, fapt ce îngreunează obținerea unui compus coerent în aceste condiții. Pentru soluționarea acestei probleme s-au propus diferite variante. Una din aceste soluții prevedea acoperirea aluminei cu un metal (de exemplu nichel sau wolfram), urmată de presarea la cald împreună cu aluminiu. Intr-o altă variantă, aluminiul este aliat cu litiu și alumina poate fi acoperită cu silice. Produsele rezultate prezintă variații în proprietăți, învelișurile exterioare pot degrada umplutura, iar matricea infiltrată în litiu, fapt ce-i poate afecta proprietățile.
în brevetul SUA nr.4232091 este descris un procedeu ce rezolvă în parte greutățile ce survin în fabricația compușilor aluminl-matrice aluniniu. Acest procedeu prevede aplicarea unei presiuni de 75 ... ... 375 kgf/cm2, pentru a forța infiltrarea aluminiului topit (sau aliajului de aluminiu topit) într-un suport de fire sau, fibre de alumină, preîncălzit la 700 ... 1050°C. Raportul maxim alumină-metal solid rezultat, a fost de 0,25. Datorită faptului că și acest procedeu este dependent de mărimea forței exterioare aplicate pentru realizarea infiltrării, el prezintă majoritatea dezavantajelor procedeelor menționate mai sus.
în brevetul European nr.l 15742 este descrisă fabricarea structurilor compuse aluminâ-aluminiu, indicate mai ales ca elemente componente pentru celule electrolitice, prin umplerea golurilor unei matrițe de alumină cu .aluminiu topjt, alumina fiind preformată.în mod corespunzător. Și aceas20 tă aplicație, subliniază neumezirea aluminei de către aluminiu topit și se prezintă tehnicile utilizate pentru realizarea acestei umectări a preformei de alumină. Astfel, se prevede posibilitatea acoperirii aluminei cu un agent de umezire, diborură de titan, de zirconiu, de hafniu, sau de niobiu sau cu un metal ales între, litiu, magneziu, calciu, titan, crom, fier, cobalt, nichel, zirconiu sau hafniu. Pentru a facilita umezirea, se folo30 sesc în timpul procesului atmosfere inerte, cum este argonul. Se arată, de asemenea, posibilitatea folosirii presiunii pentru a determina aluminiul topit să pătrundă în matrița neînvelită. în acest caz, infiltrarea se realizează prin vidarea porilor și ap,oi presarea aluminiului topit într-o atmosferă inertă, de exemplu de argon. Alternativ, preforma poate fi infiltrată prin depunerea aluminiului din fază de vapori, pentru a umezi suprafața înainte ,de umplerea prin infiltrarea golurilor cu aluminiu topit. Pentru a asigura retenția. aluminiului în porii preformei se aplică tratamente la cald, de exemplu la 1400 ... 1800°C, fie în vid, fie în atmosferă de argon. Neluarea acestor măsuri va determina pierderea aluminiului din corpul cu structura compusă.
Folosirea agenților de umezire pentru realizarea infiltrării unui component aluminic într-o celulă electrolitică cu metal topit este descrisă în brevetul European nr.94353. în acest procedeu se descrie obținerea aluminiului printr-un proces electrometalurgic cunoscut. Pentru a proteja substratul de criolită topit se aplică un înveliș subțire cuprinzând un agent de udare. Respectivii agenți de udare pot fi aleși între titan, zirconiu, hafniu, siliciu, magneziu, vanadiu, crom, niobiu sau calciu, titanul fiind agentul preferat. De asemenea, compuși ca bor, carbon și azot sunt descriși ca fiind folositori în intensificarea solubilității agenților de udare în aluminiu topit. Nu este indicată însă posibilitatea producerii compușilor cu matrice metalică și nici realizarea, de asemenea compuși în atmosferă de azot.
Este descrisă, de asemenea, posibilitatea aplicării unui vid, care ajută penetrarea aluminiului topit într-un compact ceramic poros. Astfel, de exemplu, în brevetul SUA nr. 3718441 este descrisă infiltrarea unui compact ceramic fie cu alumină topită, fie cu beriliu, magneziu, titan, vanadiu, nichel sau crom sub un vid mai mic de IO-6 tori. Trebuie precizat că la un vid cuprins între IO'2 și 10* tori, s-a produs o udare slabă a ceramicii de către metalul topit astfel, încât metalul nu a curs liber în spațiile libere ale structurii ceramice. Totuși, udarea s-a îmbunătățit atunci când vidul s-a redus la sub 10* tori.
în brevetul SUA nr.3864154 este, de asemenea, descrisă folosirea vidului, pentru realizarea infiltrării. în acest brevet se descrie realizarea infiltrării în compacte de pulbere de A1B12 presate la rece pe un pat de pulbere de aluminiu presat la cald. S-a plasat apoi aluminiu adițional la partea superioară a compactului de pudră de A1B12. Respectivul compact sandwich între cele două straturi de pudră de aluminiu s-a introdus într-un creuzet care a fost plasat într-un cuptor cu vid. Cuptorul a fost vidat la aproximativ 10'5 tori' pentru realizarea degazării. Ulterior temperatura a fost ridicată la 1100°C și menținută la
A această temperatură timp de 3 h. In aceste condiții aluminiul topit a penetrat în compactul poros.
într-un alt brevet SUA nr.3364976, se descrie conceptul creării vidului prin autogenerare într-un corp pentru a accelera infiltrarea metalului topit în respectivul corp. Astfel, se descrie o matriță din grafit, o formă din oțel sau material refractar poros, care este în întregime imersat într-o baie de metal topit. în cazul unei matrițe, cavitatea acesteia poate fi umplută cu un gaz reactiv cu metalul topit, respectiva matriță comunicând cu metalul topit plasat la exteriorul său prin cel puțin un orificiu, în continuare, matrița este imersată în baia de metal topit, umplerea cavității producându-se pe măsura formării vidului autogenerat prin reacția între gazul existent în cavitatea matriței și metalul topit. într-un caz particular vidul poate fi rezultatul formării unei forme oxidate solide a metalului. Se consideră ca urmare esențială inducerea reacției între gazul din cavitatea matriței și metalul topit. Totuși, folosirea unei matrițe pentru producerea vidului nu este întotdeauna indicată, datorită limitărilor inerente care sunt asociate de folosirea unei matrițe. După cum se știe, matrițele trebuie inițial prelucrate pentru obținerea formei necesare, apoi finisate corespunzător și, în final, asamblate înainte de folosire. După folosire suprafețele matriței trebuie recondiționate, desigur dacă acest lucru este posibil în vederea reutiiizării. Prelucrarea unei matrițe pentru obținerea unei forme complexe poate fi costisitoare și să necesite un timp îndelungat. în afară de aceasta extragerea unei piese realizate într-o matriță de formă complexă, poate fi dificilă (piesele turnate având o formă complexă, se pot sparge în momentul extragerii din matriță). De asemenea, este posibil ca un material refractar poros să fie imersat direct îr.tr-o baie de metal topit, fără intermediul matriței, cu condiția ca respectivul material să reprezinte o piesă integrală, nefiind posibilă infiltrarea unui material pulverulent sau afânat, în absența .unei matrițe conteiner (se presupune că materialul particulat se va disocia sau va pluti pe suprafața băii de metal topit). De asemenea, dacă se urmărește infiltrarea unui material particulat sau preformă afânată, se impun măsuri corespunzătoa-. re de precauție pentru obținerea structurilor omogene.
Este cunoscută obținerea unor structuri compuse cu matrice metalică (brevet RO nr.l01345/prioritate SUA rir.049171/87): prin infiltrarea unei mase de umplutură permeabilă ( de exemplu un material ceramic sau cu un înveliș ceramic) cu aluminiu topit cu conținut în greutate de cel puțin 1% și, de preferință, de cel puțin 3% magneziu. Infiltrarea se produce spontan nefiind necesară aplicarea unei presiuni exterioare sau a vidului. Aliajul de aluminiu menționat, este contactat cu masa de material de umplutură la o temperatură de cel puțin 675°C, în prezența unui gaz cu conținut de 10 la 100% volum azot și, de preferință, cel puțin 50% volum azot și în rest un gaz neoxidant/inert, ca de exemplu argon. în aceste condiții aliajul de aluminiu 4opit infiltrează masa ceramică permeabilă la presiunea atmosferică normală, rezultând o structură Compusă ce cuprinde o matrice de aluminiu sau un aliaj de aluminiu. Când cantitatea predeterminată de masă de umplutură a fost infiltrată de aliajul de aluminiu topit, temperatura este coborâtă pentru solidificarea aliajului infiltrat, rezultând o structură formată din matricea metalică solidă ce înglobează mate8 rialul de umplutură de armare. Este de preferat ca proporția de aliaj de aluminiu introdusă în sistem, să fie suficientă pentru ea infiltrarea să aibă loc în principal, la limitele masei de umplutură. Cantitatea de material de umplutură în compușii cu matrice de aluminiu {roate fi deosebit de mare, putându-se realiza rapoarte în volum-umplutură: aliaj, mai mari de 1: 1. în condițiile de proces descrise mai sus, se poate forma nitrură de aluminiu ca fază discontinuă dispersată prin matricea de aluminiu. Cantitatea de nitrură de aluminiu în matricea de aluminiu poate varia, aceasta depinzând de o serie de factori, cum sunt temperatura, compoziția aliajului, compoziția atmosferei și a masei de umplutură. Ca urmare prin controlul unuia sau mai multor factori specifici sistemului, devine posibilă reglarea în sensul dorit a anumitor proprietăți ale compusului. Pentru anumite utilizări finale poate fi d,e. dorit ca, compusul să conțină în proporție redusă sau șă nu conțină de loc nitrură de aluminiu. S-a constatat că temperaturi mai ridicate favorizează infiltrarea dar, totodată, fac procedeul mai susceptibil la formarea nitrurii de aluminiu. Ca urmare s-a putut stabili posibilitatea alegerii unei balanțe între cinetica infiltrării și formarea de nitruri.
într-un alt procedeu similar (brevetul RO nr. 102630/prioritatea SUA nr.141642 din 7.01.1988) este descrisă utilizarea unei bariere în procesul de fabricație a compușilor cu matrice metalică. Conform acestui procedeu, se aplică un mijloc de barieră, de exemplu diborură de titan sub formă de particule sau un material grafitic, cum este o foaie flexibilă de grafit, pe limita unei suprafețe definite a materialului de umplutură și aliajul ce formează matricea metalică se infiltrează până la limita definită de mijlocul de barieră. Mijlocul de barieră menționat, este folosit pentru a inhiba, preveni sau termina infiltrarea aliajului topit, prin aceasta asigurându-se obținerea unor forme nete sau aproape nete ale compusului cu matrice metalică rezultat. De asemenea, în mod corespunzător, structurile cu matrice ceramică rezultate, prezintă o formă exterioară, care corespunde în mod semnificativ, formei interioare a mijlocului de barieră respectiv.
Este cunoscut, de asemenea, un procedeu perfecționat de obținere a structurilor compuse cu matrice metalică. Conform acestui procedeu, aliajul metalic supus infiltrării este prezent sub forma unei prime surse cât și a unui rezervor de aliaj metalic, ce comunică cu prima sursă de metal topit, de exemplu prin curgere gravitaționala. In condițiile descrise, aliajul topit ce constituie prima sursă, începe să se infiltreze în masa de material de umplutură la presiunea atmosferică normală și astfel începe formarea compusului cu matrice metalică. Prima sursă de aliaj topit este consumată în timpul infiltrării în masa de umplutură și dacă este necesar sursa de nietal topit, poate fi reumplută, de preferință printr-un mijloc continuu, din rezervorul de metal topit, pe măsură ce infiltrarea spontană continuă. Când cantitatea dorită de umplutură permeabilă a fost infiltrată spontan de către aliajul matrice topit, se coboară temperatura pentru solidificarea aliajului infiltrat, rezultând o structură solida formată dintr-o matrice metalică solidă care înglobează materialul de umplutură de armare.
Rezervorul de metal poate să conțină o cantitate suficientă de metal astfel, încât să poată asigura o cantitate suficienta pentru infiltrarea masei de umplutura permeabilă într-o întindere predeterminată. Ca o variantă, un mijloc de barieră poate contacta masa de umplutură pe cel puțin o latură a acesteia, pentru a defini o
A limită de suprafață. In plus, în timp ce cantitatea de metal topit alimentată, trebuie să fie cel puțin suficientă pentru ca io infiltrarea spontană să aibă loc preponderent la limite (bariere) ale masei permeabile de umplutură, cantitatea de aliaj prezentă în rezervor poate depăși această cantitate suficientă pentru infiltrarea completă existând și o cantitate de metal topit în exces care poate să rămână după solidificare atașat de corpul compus cu matrice metalică. Rezultă astfel un corp complex - un macrocompozit - în care, un corp ceramic infiltrat de o matrice metalică este direct legat de metalul în exces rămas în rezervor.
Toate aceste procedee bazate pe infiltrarea unei matrice metalice într-o masă permeabilă de umplutura, prezintă unele dezavantaje legate, în principal, de limitarea domeniului lor de aplicare la obținerea unor produse cu un grad de complexitate nu foarte ridicat.
Scopul invenției de față este de optimizare a condițiilor de infiltrare spontană a matricei metalice.
Problema pe care o rezolvă invenția de față, este perfecționarea condițiilor de alcătuire a ansamblului ce se supune infiltrării spontane, care permite atingerea scopului propus.
Procedeul, conform invenției, înlătură dezavantajele menționate prin aceea că prevede introducerea în alcătuirea ansamblului supus infiltrării a unui intensificator de infiltrare sau a unui precursor al acestui intensificator, realizând alimentarea în masa/preforma de umplutură permeabilă, în matricea metalică sau în atmosfera de infiltrare, selectarea tipului intensificatorului de infiltrare sau a precursorului acestuia, fiind condiționată, în principal, de natura atmosferei în care se desfășoară procesul de infiltrare.
Se dau, mai jos, 16 exemple de realizare a invenției în legătură cu fig.l ... 16, 17« ... 17/, 18 ... 20, 21« ... 21c, 22« ... ... 22o, 23« ... 23/t, 24« ... 24c, 25, 26« ... ... 26b, care reprezintă:
- fig. 1, vedere în secțiune transversală a unei structuri pentru producerea compuși104859 lor cu matrice metalică, prin procedeul conform invenției;
- fig. 2, fotomicrografie a unui compus cu matrice metalică, realizat în condițiile din exemplul 1;
- fig. 3, reprezentare schematică în secțiune transversală a ansamblului din « f fig.l, într-o altă variantă de realizare;
< - fig. 4, fotomicrografie a compusului ; cu matrice realizat în condițiile din exemS piui 2;
j - fig. 5, reprezentare schematică, în £ secțiune transversală, a ansamblului din fig.l, într-o altă variantă de realizare; i - fig. 6, fotomicrografie a compusului cu matrice metalică, realizat în condițiile din exemplul 3;
- fig. 7, reprezentare schematică, în secțiune transversală, a ansamblului din fig.l, într-o altă variantă de realizare;
- fig. 8, microfotografie a unui compus cu matrice metalică, realizat în condițiile din exemplul 4;
- fig. 9, reprezentare schematică, în secțiune transversală, a unui ansamblu pentru producerea compusului cu matrice metalică realizat în condițiile din'exemplul 5;
- fig. 10, reprezentare schematică a ansamblului din fig.9, într-o altă variantă de realizare;
- fig. ii, reprezentare schematică în secțiune transversală a ansamblului din ' fig.9, într-o altă variantă de realizare;
- fig. 12, reprezentare schematică a ansamblului din fig.9, într-o altă variantă de realizare;
- fig. 13, reprezentare schematică a ansamblului din fig.9, într-o altă variantă t de realizare;
- fig. 14, reprezentare schematică a ansamblului din fig.9, într-o altă variantă
T- de realizate;
- fig. 15, reprezentare schematică a ansamblului din fig.9, într-ό altă variantă de realizare;
- fig.· 16, reprezentare schematică a ansamblului din fig.9, într-o altă variantă de realizare; ‘
- fig. 17a, microfotografie a compusului 5 cu matrice metalică, corespunzător probei
A, tabelul 1;
- fig. 17b, idem, mifcrofotogrâfia corespunzătoare probei B, tabelul 1;
- fig. 17c, idem1, microfotogrâfia cores10 punzătoare probei G, tabelul 1; '
- fig. 17d, idem, microfotografia corespunzătoare probei D, tabelul 1;
- fig. 17e, idem, microfotografia corespunzătoare probei E, tabeiui 1;
-'fig. 17f, idem, microfotografia corespunzătoare probei F, tabelul 1;
- fig. 17g, idem, microfotografia corespunzătoare probei G, tabelul 1;
- fig. 17h, idem, microfotografia cores20 punzătoare probei H, tabelul 1;
- fig. 17i, idem, microfotografia corespunzătoare probei I, tabelul 1;
- fig. 18, reprezentare schematică în secțiune transversală a ansamblului pen25 tru producerea compusului cu matrice metalică, realizat în condițiile din exemplul 6;
- fig. 19, reprezentare schematică a ansamblului din fig. 18, într-o altă variantă de realizare;
- fig. 20, reprezentare schematică a ansamblului din fig.18, într-o altă variantă de realizare;
- fig. 21a, microfotografie a unui corp 35 compus cu matrice metalică, corespunzătoare probei J, tabelul 2;
- fig. 21b, idem, microfotografia corespunzătoare probei N, tabelul 2;
- fig. 21c, idem, microfotografia cores40 punzătoare probei O, tabelul 2;
- fig. 22a, idem, microfotografia corespunzătoare probei Q, tabelul 3;
- fig. 22b, idem, microfotografia corespunzătoare probei R, tabelul 3;
- fig. 22c, idem, microfotografia corespunzătoare probei S, tabelul 3;
- fig. 22d, idem, microfotografia corespunzătoare probei T, tabelul 3;
- fig. 22e, idem, microfotografia corespunzătoare probei U, tabelul 3;
- fig. 22f, idem, microfotografia corespunzătoare probei V, tabelul 3;
- fig. 22g, idem, microfotografia corespunzătoare probei W, tabelul 3;
- fig. 22h, idem, microfotografia corespunzătoare probei X, tabelul 3;
- fig. 22i, idem, microfotografia corespunzătoare probei Y, tabelul 3;
- fig. 22j, idem, microfotografia corespunzătoare probei AC, tabelul 4;
- fig. 22k, idem, microfotografia corespunzătoare probei AD, tabelul 4;
- fig. 221, idem, microfotografia corespunzătoare probei AE, tabelul 4;
- fig. 22m, idem, microfotografia corespunzătoare probei AF, tabelul 4;
- fig. 22n, idem, microfotografia corespunzătoare probei AG, tabelul 4;
- fig. 22o, idem, microfotografia corespunzătoare probei AH, tabelul 4;
- fig. 23a, idem, microfotografia corespunzătoare probei AO,· tabelul 6;
- fig. 23b, idem, microfotografia corespunzătoare probei AP, tabelul 6;
- fig. 23c, idem, microfotografia corespunzătoare probei AQ, tabelul 6;
- fig. 23d, idem, microfotografia corespunzătoare probei AR, tabelul 6;
- fig. 23e, idem, microfotografia corespunzătoare probei AS, tabelul 6;
- fig. 23f, idem, microfotografia corespunzătoare probei AT, tabelul 6;
- fig. 23g, idem, microfotografia corespunzătoare probei AU, tabelul 6;
- fig. 23h, idem, microfotografia corespunzătoare probei AV, tabelul 6;
- fig. 24a, idem, microfotografia corespunzătoare probei BT, tabelul 10;
- fig. 24b, idem, microfotografia corespunzătoare probei BU, tabelul 10;
- fig. 24c, idem, microfotografia corespunzătoare probei BV, tabelul 10;
- fig. 25, reprezentare schematică, în secțiune transversală, a unui ansamblu necesar producerii compusului cu matrice metalică, realizat în condițiile din exemplul 16;
- fig. 26a, microfotografia unui corp cu matrice metalică, realizat în condițiile din exemplul 16;
- fig. 26b, microfotografia metalului grevat în corpul cu matrice metalică, realizat în condițiile precizate în exemplul 16.
Exemplu] 1. Procedeul, conform invenției, prevede realizarea unor corpuri compuse cu matrice metalică, care se infiltrează spontan într-o masă de umplutură permeabilă, eventual prefasonată într-o preformă. Pentru realizarea infiltrării spontane, un intensificator de infiltrare și/sau un precursor al intensificatorului de infiltrare și/sau atmosfera prestabilită de infiltrare trebuie să fie în contact cu cel puțin o zona a materialului de umplutură sau preformă. După cum se poate vedea pe fig.l, pentru obținerea structurii compuse, este prezentat un ansamblu ce cuprinde o cupă de cercetare 1 (a cărei confecționare va fi descrisă mai departe) ce conține masa predeterminată de umplutură 2, pe suprafața căreia este plasat un lingou metalic 3 ce urmează să se infiltreze și o nacelă de grafit 4, în interiorul căreia se introduce cupa de cercetare și respectiv conținutul acesteia și se fixează într-un pat de particule refractare 5, conținut în respectiva nacelă 4.
Ansamblul este apoi introdus într-un cuptor pentru realizarea infiltrării spontane. Când în alcătuirea ansamblului se folosește un intensificator de infiltrare anumit, în asociere fie cu materialul matricei, fie cu materialul de umplutură sau respectiv al preformei, fie cu atmosfera de infiltrare, precursorul intensificatorului de infiltrare, poate să reacționeze rezultând intensificatorul de infiltrare care induce sau intensifică infiltrarea matricei metalice topite în materialul de umplutură sau m preformă. Se impune, deci, ca precursorul intensificatorului de infiltrare să fie plasat într-o locație anume sau transportabil în acesta locație, care să-i permită să interacționeze cu atmosfera de infiltrare, și/sau cu materialul masei de umplutură sau al preformei, și/sau cu metalul topit ce constituie matricea. Astfel, de exemplu, poate fi dorită alcătuirea unui sistem-matrice metalică, precursorul intensificatorului de infiltrare, atmosferă de infiltrare care să asigure posibilitatea precursorului menționat să se volatilizeze la temperatura sau deasupra temperaturii de topire a matricei metalice. O asemenea volatilizare poate să conducă la: (1) o reacție a respectivului precursor cu atmosfera de infiltrare, rezultând produse gazoase care să permită umezirea materialului masei de umplutură sau al preformei de către matricea metalică topită, și/sau (2) o. reacție a respectivului precursor cu atmosfera de infiltrare pentru formarea unui intensificator de gazos, lichid sau solid în cel puțin o parte a umpluturii sau preformei care să intensifice umezirea, și/sau (3) o reacție a respectivului precursor cu materialul masei de umplutură sau al preformei pentru formarea unui intensificator de infiltrare gazos, lichid sau solid în cel puțin o parte a masei de umplutură sau al preformei care să intensifice udarea.
Astfel, de exemplu, dacă precursorul intensificatorului de infiltrare a fost aliat sau combinat într-o anumită porțiune la un moment dat al procesului de metalul topit, este posibil ca intensificatorul de infiltrare să se poată volatiliza din matricea metalică topită și să reacționeze cu materialul umpluturii sau preformei și/sau cu atmosfera de infiltrare. Ca urmare a acestei reacții pot să rezulte produse solide, dacă ele sunt stabile la temperatura de infiltrare, asemenea produse putând să se depună pe cel puțin o parte a masei de umplutură sau respectiv a preformei, pentru a forma un înveliș. De precizat că se pot obține produse solide distincte în cel puțin o parte a materialului de umplutură sau a preformei. Dacă se formează asemenea produse solide, metalul de matrice în stare topită, poate avea tendință să reacționeze cu acestea (de exemplu prin reducere), astfel încât precursorul intensificator de infiltrare poate deveni volatil, să reacționeze cu materialul de umplutură sau al preformei și/sau atmosfera de infiltrare, rezultând astfel noi produse solide similare. Se poate concepe ca procesul continuu de crinversie a precursorului intensificatorului de infiltrare în intensificatorul de infiltrare, urmat de o reacție de reducere a acestuia de către matricea metalică topită, pentru a se forma intensificator de infiltrare suplimentar, până ce se obține ca rezultat final structura compusă cu matricea metalică infiltrată spontan.
Pentru a realiza infiltrarea spontană a matricei metalice în materialul umpluturii sau al preformei, trebuie prevăzut în alcătuirea ansamblului supus infiltrării spontane, un intensificator de infiltrare. Intensificatorul de infiltrare poate fi generat de precursorul acestuia care poate fi prevăzut: (1) în metalul matricei și/sau (2) în materialul umpluturii sau al preformei și/sau (3) în atmosfera în care are loc infiltrarea, și/sau (4) într-o sursă externă. De asemenea, în locul introducerii în alcătuirea ansamblului a precursorului menționat, intensificatorul de infiltrare poate fi introdus direct în sistem, respectiv în materialul umpluturii sau al preformei, și/sau în metalul matricei și/sau în atmosfera în care are loc infiltrarea. In final, trebuie precizat că în timpul desfășurării procesului de infiltrare spontană intensificatorul de infiltrare trebuie plasat cel puțin într-o porțiune a masei de umplutură sau al preformei. într-o variantă de realizare preferată a procedeului, precursorul intensificatorului trebuie să poată
18 reacționa cel puțin parțial cu atmosfera în care are loc infiltrarea astfel, încât intensificatorul de infiltrare să se formeze cel puțin într-o porțiune a umpluturii sau preformei, înainte de sau concomitent cu 5 contactarea acestora cu matricea metalică topită, astfel dacă magneziu! este precursorul în cauză și atmosfera în care are loc infiltrarea este azotul, intensificatorul de infiltrare va fi nitrura de magneziu care 10 este localizată în cel puțin o parte a preformei sau masei de umplutură. Ca urmare, sistemul tipic matrice metalică/precursorul intensificatorului de infiltrare/atmosferă de infiltrare este sistemul alumi- 15 niu/magneziu/azot, Pentru aceasta aluminiul metalic se introduce într-un,vas refractar corespunzător care, în condițiile din proces, nu reacționează cu alunxiniul topit și nici cu materialul umpluturii sau 20 al preformei. Ca urmare, prin contactarea aluminiului topit cu masa de umplutură sau preformă în condițiile din proces are loc infiltrarea spontană. Este posibilă, desigur, introducerea directă a intensifica- 25 torului de infiltrare în masa de umplutură sau preformă și/sau metalul matricei (aluminiu) și/sau atmosfera de infiltrare.
In cazul sistemului aluminiu/magneziu/azot, pentru realizarea infiltrării spontane, 30 preformă sau masa de umplutură trebuie să fie suficient de permeabile pentru a permite gazului cu conținut de azot să pătrundă sau să permeabilizeze masa de umplutură sau preformă, la un moment 35 dat în timpul procesului și/sau să contacteze aluminiul topit. In plus, masa de umplutură permeabilă sau respectiv preforma pot acomoda infiltrarea spontană a aluminiului topit în masa de umplutură 40 permeabilă sau preformă pentru formarea corpului compus cu matrice metalică și/sau pentru a determina azotul conținut în atmosfera de infiltrare să reacționeze cu precursorul predeterminat pentru for- 45 marea intensificatorului de infiltrare în masa de umplutură permeabilă sau preformă și prin aceasta amplificând infiltrarea spontană. Extinderea infiltrării spontane și formarea compusului cu matrice metalică este condiționată de o serie de factori de proces și anume: conținutul de magneziu al aliajului de aluminiu și respectiv al materialului masei de umplutură sau al preformei, cantitatea de nitrură de magneziu existentă în masa de umplutură sau preformă, existența elementelor de aliere adiționale în 4 aliajul de aluminiu (de exemplu siliciu, fier, cupru, mangan, crom, zinc și altele), dimensiunea (granulația) materialului masei de umplutură sau al preformei, finisarea suprafeței și tipul materialului de umplutură sau al preformei, concentrația de azot a atmosferei de infiltrare, timpul permis de infiltrare și temperatura la care are loc infiltrarea.
Astfel, pentru infiltrarea spontană a matricei de aluminiu, aluminiul poate fi aliat cu cel puțin 1% în greutate și, de preferință, cel puțin 3% în greutate magneziu (care are rol de precursor al intensificatorului de infiltrare), raportat la greutatea aliajului.
Elementele de aliere auxiliare enumerate mai sus pot fi incluse în metalul matricei, pentru a influența proprietățile specifice ale acestuia. Suplimentar, elementele de aliere pot influența cantitatea minimă de magneziu necesară aluminiului topit, pentru a determina infiltrarea spontană a materialului masei de umplutură sau al preformei.
Pierderile de magneziu în sistemul spontan de infiltrare, datorită, de exemplu, volatilizării, trebuie să nu apară într-o asemenea proporție, încât sa nu mai existe cantitatea necesară de magneziu pentru a forma intensificatorul de infiltrare. Astfel, este de dorit să se folosească o cantitate suficientă de elemente de aliere inițiale, pentru a avea certitudine că infiltrarea spontană nu va fi afectată negativ prin volatilizare. In plus, prezența magneziului atât în metalul supus infiltrării cât și în materialul masei de umplutură sau al preformei, poate să redu104859 că proporția de magneziu ce se impune pentru infiltrare. (Acest aspect va fi aprofundat în cele ce vor urma).
Procentul de volum de azot în atmosfera de infiltrare influențează, de asemenea, viteza de formare a structurii compuse cu matrice metalică. Dacă acest procent de azot este sub 10% în volume, infiltrarea spontană se va produc.e foarte lent și în foarte mică proporție. S-a stabilit că este preferat un procent de cel puțin 50% azot în volum în atmosfera de infiltrare, în aceste condiții realizându-se timpi de infiltrare mai scurți, datorită creșterii însemnate a vitezei de infiltrare. Atmosfera de infiltrare (un gaz conținând azot) poate fi adusă în contact direct cu materialul masei de umplutură sau al preformei sau respectiv cu matricea metalică, sau ' poate fi produs sau rezultat dintr-o descompunere a unui material conținut în sistemul de infiltrare. Conținutul minim de magneziu necesar pentru ca matricea metalică să se infiltreze spontan în umplutură sau preformă depinde de o serie de factori de proces și anume: temperatură, durată, prezența elementelor secundare de aliere, cum sunt siliciul și zincul, natura materialului masei de umplutură sau al preformei, poziția în care se află introdus magneziul în unul sau mai multe elemente componente ale sistemului de infiltrare spontană, conținutul de azot al atmosferei de infiltrare și viteza de .circulație a acestei atmosfere. Astfel, se pot folosi temperaturi mai scăzute și timpi de încălzire mai scurți pentru realizarea unei infiltrări complete, în măsura în care conținutul de magneziu al aliajului de aluminiu sau al materialului umpluturii sau al'preformei este crescut. De asemeneâ, la un conținut de magneziu dat, adăugarea unor elemente de aliere auxiliare, cum este zincul, permite desfășurarea procesului la temperaturi mai scăzute. De exemplu, un conținut de magneziu al alia20 jului de aluminiu la limita inferioară admisă de 1 la 3%, poate fi operabil în asociere cu cel puțin unul din următorii factori: temperatură de prelucrare superioară temperaturii minime, o concentrație de azot ridicată în atmosfera de infiltrare, prezența unuia sau mai multor elemente de aliere secundare. Când nu se adaugă magneziu în materialul masei de umplutură sau al preformei, se preferă pentru infiltrarea spontană aliaje de aluminiu cu conținut de magneziu de 3 la 5%, lucrându-se cu aliaje de aluminiu cu cel puțin 5% magneziu, atunci când procesul se desfășoară la temperaturi mai scăzute și la durate de timpi mai mici. Conținuturile de magneziu în exces de circa 10% în greutate, în aliajul de aluminiu se folosesc pentru a modera condițiile de temperatură necesare infiltrării. Conținutul de magneziu din sistem poate fi redus, când se introduc în aliaj elemente de aliere auxiliare, dar utilizarea lor este eficientă numai în asociere cu prezența în aliaj a magneziului, în proporția minimă precizată mai sus, cel puțin. De exemplu, nu se realizează practic infiltrarea aluminiului pur aliat doar 10% greutate cu siliciu într-o masă de carbură de siliciu fin divizată 99% puritate, la 1000°C. în prezența magneziului însă, sa observat că siliciul promovează procesul de infiltrare. De asemenea, s-a stabilit că proporția de magneziu poate să varieze, dacă este furnizată sistemului exclusiv prin materialul masei de umplutură sau al preformei. S-a stabilit, de asemenea, că infiltrarea spontană se va produce cu un procent mai redus de magneziu în greutate alimentat în sistemul de infiltrare spontană, când cel puțin o parte din cantitatea totală de magneziu se introduce în sistem prin masa de umplutură sau preformă. în cazul unei preforme de carbură de siliciu, ce conține cel puțin 1% în greutate magneziu, de exemplu, când aceasta este contactată cu matricea de aluminiu topită în atmosfera de azot pur, se produce infiltrarea spontană.
în cazul unei preforme de alumină, cantitatea de magneziu necesară pentru realizarea infiltrării spontane este ușor mai ridicată. Astfel, atunci când o preformă de alumină este adusă în contact cu matricea de aluminiu în aceleași condiții de atmosferă și temperatură ca și în cazul preformei din carbură de siliciu, sunt necesare cel puțin 3% în greutate magneziu, pentru realizarea unei infiltrări spontane similare. Trebuie precizat, de asemenea, că este posibil sa se alimenteze în sistemul de infiltrare spontană, precursorul intensificatorului de infiltrare și/sau intensificatorul de infiltrare, pe una din suprafețele lingoului de aliaj de aluminiu, și/sau pe una din suprafețele masei de umplutura Sau ale preformei și/sau în interiorul materialului masei de umplutură sau al preformei, preliminar infiltrării (adică poate să nu fie necesar ca intensificatorul de infiltrare sau precursorul său să fie aliat cu metalul matricei, ci să fie alimentat direct în sistemul de infiltrare spontană). Astfel, în sistemul aluminiu/magneziu/azot, dacă se aplică magneziu pe una din suprafețele lingoului de aluminiu, este de preferat ca această suprafață să fie cea mai apropiată sau în contact cu masa de umplutură și respectiv viceversa; magneziul poate fi, de asemenea, amestecat în cel puțin o parte a materialului masei de umplutură sau al preformei. Este posibilă, de asemenea, folosirea unei combinații a acestor posibilități, respectiv aplicare pe suprafața lingoului, aliere și plasarea magneziului în cel puțin o parte a materialului umpluturii sau al preformei. O asemenea asociere de posibilități de introducere în sistem a intensificatorului de infiltrare și/sau a precursorului acestuia, poate să determine o descreștere a procentului îh greutate total de magneziu, necesar pentru promovarea infiltrării matricei de aluminiu în masa de umplutură sau preformă, cât și apariția infiltrării spontane la temperaturi mai mici. în plus, cantitatea de produse intermetalice ce se, formează în sistem datorită prezenței magneziului poate fi minimalizată.
Folosirea unuia sau mai multor elemente de aliere auxiliare și concentrația azotului din atmosfera de infiltrare, afectează, de asemenea, procesul de nitrurare a aluminiului la o temperatură dată. De exemplu, elemente de aliere auxiliare, cum sunt zincul sau fierul conținute în aliajul de aluminiu sau plasate pe tina din suprafețele blocului de aliaj, pot fi folosite pentru a.reduce temperatura de infiltrare, și prin aceasta descrește proporția de formare a nitrurii de aluminiu, conținutul de azot astfel majorat din atmosfera de infiltrare putând să intensifice procesul de infiltrare spontană.
Concentrația de magneziu din aliaj și/sau plasată pe una din suprefețele acestuia și/sau combinat în materialul masei de umplutură sau al prefomei, de asemenea tinde să extindă infiltrarea spontană la o temperatură dată. Ca urmare, în situația în care magneziul nu, este în contact direct cu preformă sau masa de umplutură, este de preferat ca cel puțin 3% în greutate magneziu să fie conținute în aliaj. La conținuturi de magneziu în aliaj mai mici de aceasta, ca de exemplu 1%, pot să necesite temperaturi de proces mai ridicate sau un element de aliere auxiliar pentru infiltrare. Temperatura pentru realizarea infiltrării spontane în condițiile conform invenției, poate.fi mai redusă în următoarele condiții: 1) când conținutul de magneziu al aliajului este mărit la 5% în greutate și/sau 2) când magneziul este amestecat cu materialul masei de umplutură sau al preformei și/sau 3) când un alt element de aliere, cum sunt zincul sau fierul sunt conținuți în aliajul de aluminiu. Temperatura poate fi, de asemenea, diferențiată în funcție de natura materialului de umplutură/preformă. în cazul sistemului aluminiu/magneziu/azot, infiltrarea spontană și progresivă va apărea la o temperatură de circa 675°C și, de preferat, la o temperatură de cel puțin 750 ......
800°C. Temperaturi ridicate de 1200°C, nu contribuie la îmbunătățirea condițiilor de reacție, conform invenției, ca urmare 5 intervalul de temperaturi pentru desfășurarea procesului de infiltrare spontană, conform invenției, a fost stabilit la 675 ...
... 1000°C. Ca o regulă generală, procesul de infiltrare spontană trebuie să se desfă- 10 șoare la o temperatură superioară punctului de topire al matricei metalice, dar inferioară temperaturii de volatilizare a acesteia și să se situeze sub punctul de topire a materialului masei de umplutură 15 sau al preformei. De altfel, pe măsură ce temperatura de infiltrare crește, crește și tendința de formare a unui produs de reacție între matricea metalică și atmosfera de infiltrare (astfel, în cazul matricei me- 20 talice pe bază de aluminiu și a unei atmosfere de infiltrare pe bază de azot, se poate forma nitrura de aluminiu). Asemenea produs poate fi indicat sau contraindicat în structura produsului finit ce se obți- 25 ne. De menționat că, pentru aducerea sistemului de infiltrare spontană în domeniul, dat de temperaturi, este tipică încălzirea cu rezistență electrică, dar și alte mijloace de încălzire se pot utiliza, cu condiția ca 30 acestea să asigure topirea matricei metalice și nu să influențeze în sens negativ procesul de infiltrare spontană.
Conform invenției, se prevede ca, masa permeabilă de umplutură sau preformă 35 să fie adusă în contact cu aluminiul topit, în prezența unui gaz cu conținut de azot, prezența gazului respectiv, menținându-se cel puțin parțial pe parcursul desfășurării procesului de: infiltrare spontană. Gazul 40 . cu conținut de azot, poate fi alimentat în . sistem, prin menținerea unui flux continuu de gaz, în contact cu cel puțin o parte a masei de umplutură permeabilă sau preformă și/sau cu aluminiu topit. Deși vi- 45 teza de curgere a gazului cu conținut de azot nu este critică, se preferă ca această viteză să fie suficientă, pentru a compensa toate reducerile conținutului de azot din atmosfera de infiltrare prin formări de nitruri cu matricea metalică în stare topită, cât și pentru a preveni posibilitatea de incursiune în sistem a aerului, care poate avea un efect oxidant asupra metalului topit.
Pentru obținerea compușilor cu matrice metalică, prin infiltrare spontană, se. poate utiliza o largă gamă de materiale de umplutură permeabilă, a căror alegere va depinde de o serie de factori, cum sunt compoziția aliajului matricei, reactivitatea aliajului matricei cu materialul de umplutură, condițiile de proces și proprietățile preconizate ale produselor care urmează să se obțină. Astfel, conform invenției, matricea metalică fiind din aluminiu, materialele de umplutură permeabilă preforipate sau nu, corespunzătoare, includ: a) oxizi, de aluminiu, magneziu, zirconiu; b) carburi de siliciu; c) boruri: dodecaborura de aluminiu, diborura de titan; d) nitruri: nitrura de aluminiu; e) amestecuri ale acestora. Dacă există tendința ca masa permeabilă de umplutură să reacționeze cu matricea de aluminiu topit, se micșorează durata și temperatura de infiltrare și se prevede aplicarea unui strat nereactiv pe masa de umplutură. Materialul de umplutură poate să cuprindă un substrat de carbon sau dintr-un alt material ne-ceramic, acoperit de un înveliș ceramic, care să protejeze substratul
A de atac chimic sau degradare. învelișuri ceramice corespunzătoare sunt constituie din oxizi; carburi, nitruri și boruri de tipul celor precizate mai sus. Masele permeabile ceramice preferate în cadrul procedeului, conform invenției, sunt, constituite din carbură de siliciu și alumină, și se prezintă sub formă de particule fine, plăcuțe, fire și fibre. Fibrele pot fi discontinue (șub formă tăiată) sau continue sub formă de filamente de tipul fuioarelor multifilamentare. In plus, masa permeabilă de umplutură sau
26 preformă pot fi omogene sau heterogene.
S-a stabilit, de asemenea, că unele materiale permeabile de umplutură prezintă caracteristici perfecționate de infiltrare, comparativ cu alte materiale de umplutu- 5 ră, având o compoziție chimică similară.
Astfel, corpuri compozite de alumină, divizate descrise și realizate în condițiile specificate în brevetul SUA nr.4713360 și în brevetul RO nr.95823 (prioritatea SUA 10 nr.819397/86). în cazul acestor materiale, infiltrarea completă a masei permeabile de material ceramic, se poate realiza la temperaturi mai scăzute și în intervale de timp mai reduse, 15
Dimensiunea, forma, compoziția șî procentul în volum al materialului de umplutură sunt stabilite în funcție de proprietățile produsului finit, ce urmează să se obțină. Materialul de umplutură 20 poate să fie, așa cum s-a precizat mai sus, sub formă de particule fine, plăcuțe, fire sau fibre, ținându-se cont că infiltrarea nu este limitată de forma materialului de umplutură. Sc pot folosi mase de 25 umplutură și de alte forme, cum sunt sfere, tuburi, pelete, pânză sau altă formă de fibre refractare etc. De asemenea, dimensiunea materialului de umplutură nu limitează infiltrarea, cu toate că 30 pentru infiltrarea completă a masei de umplutură sub formă de particule fine, vor fi necesare atât o temperatură mai ridicată cât și durate de timp mai mari decât în cazul unor umpluturi macroparti- 35 culare, dar aceasta depinzând de condițiile de reacție. Particule medii cu diametrul de un micron sau niai puțin, se folosesc în cadrul invenției, cât și particule cu diametrul până la ΙΙΟΟμ sau chiar mai mare, 40 însă intervalul granular preferat este cuprins între ,2 și 1000μ.
Masa de umplutură trebuie să fie permeabilă, respectiv trebuie să cuprindă un anumit volum de porozități care să per- 45 mită pătrunderea matricei metalice și/sau atmosferei de infiltrare. Prin controlul dimensiunii (de exemplu a diametrului particulelor) și/sau a geometriei și/sau a compoziției materialului masei de umplutură sau al preformei, se pot controla sau respectiv regla proprietățile fizice și mecanice ale produsului care se obține, în funcție de destinația acestuia. Astfel, de exemplu, rezistența la uzură a corpului eu matrice metalică ce se obține, poate fi mărita, prin creșterea dimensiunii materialului de umplutură (respectiv prin creșterea diametrului mediu âl particulelor acestuia), prin faptul că materialul de umplutură are o rezistență mai mare la uzură decât matricea metalică. Cu toate acestea, duritatea și/sau rezistența pot să tindă să crească cu descreșterea dimensiunii materialului de umplutură. în plus, coeficientul de expansiune termică a produselor cu matrice metalică, poate descrește eu creșterea proporției de umplutură, întrucât coeficientul de expansiune termică a materialului de umplutură este mai scăzut decât al matricei metalice. De asemenea, proprietățile fizice și/sau mecanice (densitatea, coeficientul de expansiune termică, modulul de elasticitate, rezistența etc.) a unui corp compus cu matrice metalică, pot fi reglate, în funcție de proporția de material de umplutură. De exemplu* prin realizarea unei mase afânate sau preforme cuprinzând particule de umplutură de diferite dimensiuni, și/sau forme, și în care densitatea umpluturii este mai mare decât a matricei metalice, ansamblul poate să cuprindă o încărcare mai mare de material de umplutură datorită unei mai biine împachetări a acestuia, prin aceasta rezultând, în final, după infiltrare spontană, un corp compus cu matrice metalică cu o densitate mărită. De altfel, procentul în volum de material de umplutură sau preformă ce poate fi infiltrat de matricea metalică, variază într-uft larg domeniu. Acest volum este condiționat, în primul rând, de posibilitatea formării unui material de umplutură sau preformă, având o porozitate interconectată (de exemplu circa 95% în volum).
Procedeul, conform invenției, nefiind condiționat de folosirea presiunii pentru forțarea infiltrării matricei metalice cu structură uniformă, având o fracție în volum ridicată de material de umplutură și o porozitate scăzuta. Se poate realiza o creștere a fracției de volum de material de umplutură menționată, dacă masa de umplutură este compactată sau altfel densificată, cu condiția ca masa de umplutură să nu fie transformată într-un compact cu porozitate de celulă închisă sau într-o structură densă în întregime în care nu esțe posibilă infiltrarea aliajului de aluminiu topit. Fracții de volum de circa 60 până la 80%, se pot realiza prin metodologii, ca împachetarea vibrațională, controlul distribuției dimensiunii particulelor etc. Prin folosirea alternativă a acestor tehnici se pot obține fracții de volum de umplutură în structura produselor finite chiar mai ridicate. Fracții de volum de umplutură de ordinul a 40 la 50% sunt preferate, în cazul termo-formării, în condițiile conform invenției de fața. La aceste fracții de material de umplutură, compusul infiltrat își menține forma facilitând prin aceasta prelucrarea sa ulterioară.
Pentru infiltrarea aluminiului și formarea matricei în jurul unei umpluturi ceramice, udarea umpluturii de către aluminiu topit, poate fi o parte importantă a mecanismului de infiltrare. De precizat că udarea menționată a umpluturii poate asigura o dispersie uniformă a umpluturii prin matricea metalică, îmbunătățind legarea umpluturii de matricea metalică. De altfel, la temperaturi de proces mai scăzute apare o fază discontinuă minimă sau neglijabilă de nitrură de aluminiu în matricea metalică (aluminiu). Pe măsură ce temperatura se apropie de limita superioară, probabilitatea de nitrurare a aluminiului crește. Ca urmare proporția de ni28 trură în matricea metalică poate fi controlată prin varierea temperaturilor de proces la care apare infiltrarea spontană. Temperatura de proces specifică la care formarea nitrurii devine mai pronunțată, variază, de asemenea, și cu alți factori, cum sunt: compoziția aliajului de' aluminiu supus infiltrării, proporția relativă de material de umplutură supus infiltrării și natura acestora, cât și concentrația de azot a atmosferei de infiltrare. De exemplu, extinderea formării de nitrură la o temperatură dată de proces crește pe măsură ce posibilitatea aliajului de udare a materialului. de umplutură descrește și pe măsură ce concentrația de azot a atmosferei de infiltrare crește. Este posibil,.de aceea, să se regleze consistența (vîscozitatea) matricei metalice (aluminiu) în timpul formării compusului pentru a conferi anumite caracteristici produsului finit. In cazul sistemului precizat, în condițiile de proces, conform invenției, acestea pot fi selectate corespunzător, pentru a controla formarea nitrurii de aluminiu. Un produs cu structură compusă, cuprinzând o fază de nitrură de aluminiu, va prezenta anumite proprietăți, care pot fi favorabile sau să optimizeze realizarea produsului finit. Domeniul de temperatură pentru infiltrarea spontană a aliajului de aluminiu, de altfel, poate varia în funcție de natura materialului ceramic folosit ca masă de umplutură permeabilă. Când respectiva umplutură este din aluminiu, temperatura de infiltrare trebuie să fie, de preferință, nu mai mare de 1000°C, dacă se are în vedere ca ductilitatea matricei să nu fie redusă prin formarea în proporție semnificativă a nitrurii de aluminiu. Cu toate acestea, temperaturi de 1000°C pot fi depășite, dacă se urmărește obținerea unui compus cu o matrice metalică mai puțin ductilă și dură. Pentru infiltrarea carburii de siliciu, se pot folosi temperaturi mai ridicate de circa 1200°C, deoarece aliajul de aluminiu se nitrureză într-o proporție mai redusă decât în cazul folosirii ca material permeabil de umplutură, a aluminei. In plus, consistența matricei metalice în structura compusă și defectele, de exemplu porozitatea, pot fi modificate, controlând gradi- 5 entul de răcire a compusului cu matrice metalica. Astfel, de exemplu, compusul cu matrice metalică poate fi solidificat direcțional, folosind pentru aceasta mijloace tehnice uzuale, ca de exemplu: plasarea 10 conteineruiui ce conține compusul cu matrice metalică pe o placă rece și/ /sau plasarea selectivă a materialelor izolatoare în jurul conteineruiui. în plus, con-sistența matricei metaliice poate fi modificată, 15 după formarea compusului cu matrice metalică, prin aplicarea unui tra-tament termic la cald pentru a îmbunătăți rezistența la tracțiune a compusului cu matrice metalică. (Testul standard; conform 20 ASTM-D3552-77/reaprobat în 1982).
Un tratament termic corespunzător, în cazul unui produs cu structură compusă, conținând 5% matrice metalică/aliaj de aluminiu, constă din încălzirea acestuia la 25 circa 430°C, un timp îndelungat (de exemplu 18 ... 20 h). Matricea metalică poate fi apoi călită în apă caldă, la circa 100°C, timp de 20 s (tratament la cald T-4) care poate temporiza sau îmbunătăți capacita- 30 tea produsului să suporte șocurile la rupere.
Pentru a asigura infiltrarea completă a materialului de umplutură permeabil sau respectiv al preformei, este posibilă pre- 35 vederea în cadrul ansamblului a unui rezervor care să conțină aliajul de aluminiu necesar completării sursei de aliaj de aluminiu consumate prin infiltrare, sau pentru alimentarea în sistem a unei matri- 40 ce metalice secunde diferite ca compoziție față de prima matrice infiltrată deja. în unele cazuri este chiar indicată introducerea în rezervor a unui metal a eărui compoziție să difere de prima sursă de metal 45 supusă infiltrării. Astfel, dacă se folo30 sește ca primă sursă de metal pentru matrice, teoretic oricare alt metal în stare topită la temperatura de proces, poate fi folosit ca metal secund. Metalele topite sunt deseori foarte miscibile unele cu altele, ceea ce determină posibilitatea amestecării sursei secunde de metal conținute în rezervor, cu prima sursă de matrice metalică, cu condiția să existe suficient timp ca această amestecare să se producă. Prin folosirea unui metal secund diferit ca compoziție de prima sursă, este posibil să se influențeze proprietățile matricei metalice și astfel să se regleze în mod corespunzător proprietățile produsului finit.
Procedeul, conform invenției, prevede, de asemenea, posibilitatea folosirii mijloacelor de barieră în cadrul ansamblului pentru infiltrarea spontană. Mijlocul de barieră menționat trebuie ales corespunzătoar astfel, încât el să poată inhiba, interfera, preveni sau termina migrarea, deplasarea sau alte fenomene specifice ale procesului de infiltrare ale matricei metalice-aliajul de aluminiu, la limita definită a suprafeței materialului de umplutura/preformă. Un mijloc de barieră corespunzător, poale fi un material, compus, element, compoziție și altele care în condițiile de proces, conform invenției, își mențin o oarecare integritate, nu sunt volatile și, de preferință, sunt permeabile la atmosfera gazoasă folosită în cadrul procesului și sunt capabile să inhibe, să oprească, să interfere cu sau să prevină infiltrarea continuă sau orice altfel de deplasare a matricei metalice peste limita suprafeței definite a umpluturii ceramice. Mijloacele de barieră pot fi folosite. în timpul infiltrării spontane sau în orice matriță sau alte mijloace de fixare folosite în cadrul procesului de formare a structurii compuse cu matrice metalică infiltrată spontan, detaliile urmând să fie precizate mai jos. Mijloacele de barieră adecvate includ materiale care în mare măsură sunt neudabile de matricea metalică /aliajul de aluminiu în stare topită, ce migrează în masa de umplutură în condițiile de proces. O asemenea barieră manifestă o slabă afinitate sau nici un fel de afinitate pentru aliajul de aluminiu topit, și, ca urmare', orice migrare a acestuia peste limita de suprafață definită a materialului de, ff. umplutură sau al preformei. Bariera
S reduce necesarul de prelucrare finală sau ? șlefuire a produsului finit. Cum s-a preci,· f zat mai sus, bariera trebuie să fie permea4 bilă sau poroasă sau făcută permeabilă ? prin percutare, pentru a permite ca atmosA fera gazoasă de infiltrare să contacteze matricea metalică/aliajul de aluminiu ’ topit.
Bariere corespunzătoare în cazul infiltrării aliajelor de aluminiu sunt materiale \ cu conținut de carbon, mai ales în forma sa cristalină alotropică de grafit. Grafitul practic nu este udat de aliajele de aluminiu topite în condițiile de proces. Este de preferat, între sorturile de grafit, o foaie de grafit comercializată sub denumirea
GRAFOILr (Union Carbide). Această foaie de grafit prezintă caracteristici de etanșare care previn migrarea aliajului de aluminiu topit peste limita de suprafață definită a materialului de umplutură. Această foaie de grafit este flexibilă, compatibilă, conformabilă și mobilă, putându-i-se imprima forme variate pentru a corespunde aplicațiilor necesare ca element de barieră. De asemenea, elementul de barieră de grafit se poate aplica și sub formă de mâl, pastă sau chiar de film aplicat în jurul și pe limita materi, aiului de umplutură sau al preformei.
Sortul GRAFOILr este preferat, deoarece se prezintă sub formă de foaie de grafit flexibilă, care se poate aplica simplu și direct în jurul materialului de umplutură sau al preformei.
Alte bariere preferate în cazul aliajelor de aluminiu, care se supun infiltrării în atmosferă cu conținut de azot, sunt boru32 rile metalelor tranziționale (de exemplu diborura de titan TiB2) care, în general, nu sunt udate de aliajul de aluminiu topit în anumite condiții specifice procedeului,?
confonn invenției. In cazul unei bariere de acest tip, temperatura de proces nu trebuie să depășească 875°C, deoarece peste această temperatură, materialul de barieră devine mai puțin eficient și de fapt, cu creșterea temperaturii apare și în barieră infiltrarea. De asemenea, dimensiunea particulei materialului de barieră poate să afecteze posibilitatea barierei să inhibe în poziția prestabilită infiltrarea spontană. Bo15 rurile metalelor de tranziție se prezintă tipic sub formă de particule de 1 la 30 μ. Ca urmare, această categorie de materiale de barieră se pot aplica sub formă de mâluri sau paste pe limitele masei permea20 bile de umplutură care, de preferință, este preformat într-opre formă de profil corespunzător.
Alte tipuri de materiale de barieră care se pot folosi în cazul infiltrării spontane a aliajelor de aluminiu în atmosferă de azot, includ compuși organici nevolatili ce se aplică sub formă de film sau strat pe suprafața externă a masei de umplutură permeabilă sau preformei. La ardere în azot, în condițiile de proces, conform invenției, compușii organici se descompun, rezultând filme netede de carbon. Compusul organic poate fi aplicat prin mijloace standard, prin vopsire, stropire, imersare etc. De asemenea, materialele în formă de particule fine pot funcționa ca bariere, atât timp cât viteza de infiltrare în materialul particulat menționat este mai mică decât în materialul de umplutură. Ca urmare, mijlocul de bari40 eră poate fi aplicat prin orice mijloc adecvat, pentru acoperirea limitei . suprafeței definite a masei de umplutură cu un strat subțire de mijloc de barieră. Acest strat de barieră poate fi aplicat prin orice mijloc . potrivit, prin vopsire, imersare, ecranare, evaporare, sau într-un alt mod uzual, șub formă de lichid, mâl, sau pastă sau prin simpla aplicare a unui strat de mijloc de barieră particulat, a unei foi subțiri, sau film, pe limita de suprafață definită. Prin folosirea mijlocului de barieră, infiltrarea spontană se oprește în momentul în care matricea metalică de infiltrare atinge limita de suprafață definită și contactează mijlocul de barieră.
Pentru concretizarea celor expuse în prima parte a acestui exemplu, pe fig. 1 este reprezentată o structură folosită pentru obținerea unui compus cu matrice metalică prin infiltrare spontană în condițiile conform invenției. Astfel, structura cuprinde o cupă de stiren expandat 1, având dimensiunile - 83 mm înălțime, diametrul interior la capătul larg 70 mm și la capătul îngust 40 mm - ee a fost imersată într-o emulsie conținând proporții în greutate egale de alumină coloidală (20% greutate). Forma astfel pregătită având un înveliș mâlos a fost acoperită cu un strat de pudră de carbură de siliciu fin măcinată și uscată, care a aderat la învelișul mâlos. Fazele de imersăre-prăfuire succesive au fost repetate de trei ori, după care pulberea de prăfuire a fost înlocuită cu o carbură de siliciu cu o granulație mai grobă. în continuare, fazele de imersare-prăfuire se repetă încă de trei ori, după care capsula astfel pregătită a fost uscată la 65°C, timp de 1/2 h, după fiecare secvență de imersareprăfuire și după ultima fază respectivă cupa a fost arsă la 850°C, timp de circa o oră, pentru îndepărtarea cupei de stiren expandat prin volatilizare. A rezultat cupa de cercetare 1 propriu-zisă, având grosimea pereților de 4,76 mm, care a fost umplută până la jumătate cu un strat 2 de masă ceramică conținând carbură de siliciu cu granulația de trecere prin sita cu 155 ochiuri/cm2, amestecată cu 2% greutate pudră de magneziu cu granulația de trecere prin sita cu 54,3 ochiuri/cm2. Res34 pectivul amestec a fost omogenizat preliminar, timp de,24 h, în moara cu bile. Patul de material de umplutură 2 a fost ușor compactat (la presiune manuală) pentru a forma un corp mai dens de material de umplutură în capsula· de încercare. După aceasta, un lingou metalic 3 cuprinzând în greutate aproximativ 15% Si, 5% Mg și în rest aluminiu și având dimensiunile 38 mm/38 mm/25 mm, a fost plasat pe suprafața patului de material de umplutură 2. De precizat că preliminar lingoul 3 a fost ușor sablat și apoi spălat în etanoi, pentru îndepărtarea impurităților superficiale, cum sunt urmele de ulei de la faza de tăiere la dimensiunea prestabilită. în continuare, cupa de încercare 1 astfel încărcată a fost introdusă într-o nacelă de grafit 4 și fixată prin cufundare până la jumătate într-un pat de particule de alumină 5 având granulația de trecere prin sita cu 3,72 ochiuri/cm2. Nacela de. grafit 4 și conținutul acesteia a fost introdusă într-un cuptor încălzit cu rezistență electrică, cu atmosferă controlată, la temperatura camerei. Cuptorul a fost inițial vidat la aproximativ 1.10^ torr, după care s-a introdus azot la circa 1 at, după care s-a stabilit în interiorul cuptorului un curent continuu de azot cu o viteză de 1,5 1/min. Temperatura cuptorului a fost apoi ridicată în circa 3 h, la 750°C și menținută la această temperatură circa 20 h, după care curentul de azot a fost întrerupt și structura realizată s-a răcit natural în interiorul cuptorului, timp de peste 12 h, la circa 40°C. După atingerea temperaturii de 40°C structura a fost scoasă din cuptor și dezasamblată. S-a obținut un produs cu o structură compusă cuprinzând o matrice metalică ce înglobează materialul de umplutură. Pe fig.2 se poate vedea microfotografia acestei structuri compuse. Rezultă, deci, că a fost posibilă infiltrarea spontană a masei de umplutură prestabilite, în cadrul unui sistem aliaj de aluminiu/magneziu/azot, pentru obținerea unei structuri compuse cu matrice metalică.
Exemplul 2. Pe fig. 3 se poate vedea un alt ansamblu folosit pentru obținerea corpurilor cu structură compusă, cuprinzând o matrice metalică prin infiltrare spontană, în condițiile conform invenției. Astfel, o cutie din foaie de grafit (sortul GrafoilR), 1 a, având dimensiunile aproximative 51 mm/25 mm/51 mm, a fost produsă prin prinderea foilor de grafit de dimensiuni corespunzătoare și realizând etanșările cu o suspensie, cuprinzând un amestec de pudră de grafit și silite col oidală într-un raport de 1/3. Cutia de grafit 1 a fost introdusă într-un pat de carbură de bor 5 a, conținut într-un vas refractar 6 de alumină. Un lingou metalic 3 având dimensiunile aproximative 51 mm/25 mm/13 mm și conținând aproximativ 3% calciu și în rest aluminiu, a fost plasat la baza cutiei 1 a. Un strat de alumină 2 a măcinată la granulația de trecere prin sita cu 34 ochiuri/cm2, se toarnă în cutia 1 a pe partea superioară a lingoului 3, până ce lingoul 3 menționat a fost acoperit cu un strat de aproximativ 25,4 mm grosime de material de umplutură 2 a. După aceasta s-a introdus o cantitate suplimentară de carbură de bor 5 a, în vasul refractar 6, până ce grosimea totală a stratului 5 a, conținut în vasul refractar 6 a atins o înălțime cu puțin sub marginea superioară a cutiei de grafit 1 a. Ansamblul astfel pregătit s-a introdus într-un cuptor încălzit cu rezistență electrică, menținut la temperatura camerei. Cuptorul a fost vidat la aproximativ 1.10'1 torr și apoi alimentat la temperatura camerei cu azot aproximativ la presiunea de o atmosferă, după care s-a asigurat în cuptor un curent continuu de azot cu viteza de 800 cm3/min și temperatura cuptorului a fost adusă la 900°C, cu un gradient de 250°C/ /h. La această temperatură cuptorul a fost menținut, timp de circa 5 h, și apoi răcit la temperatura camerei cu un gradient de
250°C/h. După atingerea temperaturii camerei, structura a fost scoasă din cuptor și ansamblul descris mai sus, desfăcut. A. rezultat un produs cuprinzând o structură compusă cu matrice metalică, infiltrată spontan în masa de umplutură permeabilă 2 a. Pe fig. 4 se poate vedea microfotografia acestei structuri compuse.
Exemplul 3. Pe fig. 5 este prezentat ansamblul folosit pentru realizarea infiltrării spontane în preformă ce va fi descrisa în cele ce urmează. Pentru obținerea preformei s-au amestecat circa 94% greutate pudră de nitrură de aluminiu, 5% greutate pudră de nitrură de siliciu și 1% greutate polivinil (pryolen, greutate moleculară 30 GAF). Amestecul rezultat a fost suspendat în etanol rezultând o suspensie cu conținut de 50% solide și 50% etanol în volu20 me. Suspensia a fost turnată într-o formă având dimensiunile aproximativ 76 mm/ /76 mm/25 mm, formată dintr-un cadru de oțel rectangular ce a format cei patru pereți și o suprafață de bază din cofraj de ipsos.
Cadrul de oțel rectangular nu a fost fixat pe cofrajul de ipsos, astfel încât putea fi ușor desprins prin ridicare. Cofrajul de ipsos a fost folosit pentru a extrage umiditatea din emulsie. După uscare s-a obținut o pre30 formă având dimensiunile de 76 mm/ /76 mm/25 mm.
Din această preformă s-a tăiat un tronson 7 de aproximativ 19 mm/38 mm/ /38 mm, în vederea alcătuirii ansamblului necesar infiltrării spontane, în condițiile conform invenției. Pentru aceasta, un lingou 3 cu conținut de 3% Sr, 8% Si, 8% Ni și în rest aluminiu a fost acoperit cu un strat 8 format dintr-un, amestec de 50% pudră de fier și 50% pudră de nitrură de aluminiu. Preformă 7 a fost apoi plasată deasupra acestui strat 8 de nitrură de aluminiu/pudră de fier și ansamblul preformă/metal matrice a fost plasat pe un strat de circa 25 nim carbură de bor 5 a, conținut într-o cutie 1 a din bandă de grafit de
0,38 mm grosime (GrafoilR). Cutia 1 a, a fost realizată prin îmbinarea benzilor de grafit pentru obținerea secțiunii corespunzătoare și etanșarea marginilor cutiei 1 a cu o suspensie rezultată prin amestecarea 5 pulberii de grafit cu silice coloidală la un raport în greutate de 1/3. Cutia 1 a a fost confecționată la dimensiuni suficient de largi încât în interiorul ei să se poată introduce ansamblul preformă/metal ma- 10 trice fără să o atingă. Cutia 1 a a fost fixată la baza vasului refractar de alumină 6, după care s-â adăugat o cantitate suplimentară de carbură de bor 5 a în cutia menționată 1 a, până ce ansamblul 15 preformă/matrice metalică a fost înglobat total în masa de carbură de bor 5 a, un strat de carbură de bor cu grosimea de 13 mm acoperind suprafața superioară a preformei 7. Structura astfel pregătită a 20 fost plasată la temperatura camerei întrun cuptor prevăzut cu mijloace de încălzire electrice. Cuptorul a fost vidat la 1.10-4 torr, după care la temperatura camerei s-a introdus azot până la presiunea 25 de o atmosferă. în continuare, s-a asigurat alimentarea continuă a azotului în cuptor cu un debit de circa 600 cm3/min, temperatura cuptorului a fost adusă la 1200°C, cu un gradient de 200°C pe h și menți- 30 nută la această temperatură timp de 1 h, după care, răcirea s-a realizai cu un gradient de circa 250°C/h, până la atingerea temperaturii camerei. După răcire, structura a fost extrasă din cuptor și 35 desprinsă în părțile componente. S-a obținut un produs având profilul preformei și cuprinzând matricea metalică ce înglobează preformă menționată. Pe fig.
se poate vedea microfotografia structurii 40 acestuia. Infiltrarea spontană realizată în acest exemplu a avut loc într-un sistem aliaj de aluminiu/stronțiu/azot.
Exemplul 4. Pentru obținerea preformei folosite în cadrul acestui exemplu, s- 45 au amestecat 85% greutate alumină calci38 nată cu 15% greutate apă, conținând cantități de dispersam uzual (Darvin 821 A) pentru obținerea unei suspensii, care a fost turnată într-un cadru rectangular, având dimensiunile de circa 76 mm/5J mm/13 mm.
Suspensia a fost uscată timp de 8 h, în formă, înainte de extragerea preformei 7.
Preformă 7 a fost uscată încă 24 h în aer * înainte de utilizare. Trei lingouri metalice 3 (3 a, 3 b și 3 c), având dimensiunile $ mm/51 mm/13mm, din aliaj de aluminiu-marca 170. 1- cu un Conținut de circa 3% Zn peste limita uzuală a acestei mărci, au alcătuit un ansamblu ce a fost acoperit la partea superioară prin vopsire cu un: strat de material refractar uzual 9, peste care a fost plasată preformă .7 și ansamblul preformă/aliaj matrice metalică a fost plasat pe un strat de particule de volastonit grob de 13 mm, într-un vas refractar de alumină 6. în continuare, în vasul 6 s-a introdus o cantitate suplimentară de volastonit, până ce suprafața superioară a masei de volastonit 10 atinge nivelul suprafeței superioare a preformei 7. Structura astfel pregătită, a fost introdusă la presiunea atmosferică în atmosferă de aer, într-un cuptor cu încălzire electrică. Temperatura cuptorului a fost ridicată în circa 10 h, la 1050°C, menținută la această temperatură 60 h și apoi adusă la 40°C, în circa 10 h. La atingerea temperaturii de 40°C structura a fost extrasă din cuptor și desfăcută. A rezultat un produs cu o structură conținând aliajul de aluminiu ce înglobează preformă. Pe fig.8 se poate vedea microfotografia structurii compuse menționate. în acest exemplu s-a realizat infiltrarea spontană a preformei într-un sistem aliaj de aluminiu/zinc/oxigen.
Exemplul 5. în acest exemplu se arată că se pot folosi mase de umplutură de diferite geometrii pentru obținerea produselor cu structuri compuse cu matrice meta- 4 lică, prin tehnica infiltrării spontane, în condițiile conform invenției. în tabelul I este prezentat sumarul condițiilor experi104859 mentale folosite, pentru obținerea în condițiile conform invenției, a mai multor structuri compuse cu matrice metalică de diferite compoziții, în condiții de geometrii ale masei de umplutură, temperaturi și durate de proces, diferențiate.
Tabelul I
| Proba | Matricea metalică (marca/compoziție) | Materialul de umplutură | Timp (h) | Temp.°C, de prelucrare | Fig. nr. |
| A | 520+) | A12O3 1) topit cu granulația de trecere prin sita cu 34 och./cm2 | 1,5 | 775 - | 17a |
| B | 520+) | A12O3 2) 3 calcinat | 2,0 | 800 | 17b |
| C | 7001§) | A12O3 35 tabular | 10 | 700 | 17c |
| D | 520+) | A12O3 4) 5 6 7 8 9 10 plăcuțe | 10 | 775 | 17d |
| E | Al-10Si-5Cu | SiC55 fire și SiO particule65 cu granulația de trecere prin sita cu 15,5 och./cm2 | 2,5 | 775 | 17e |
| F | 520+) | A12O3 microsfere75 | 0,5 | 800 | I7f |
| G | Al- 10,5Mg-4Zn-0,5Si-5Cu | A12O3 fibre tăiate 8 și. 9 | '20 | 675 | 17g' |
| H | 520+) | A12O3 fibre continui85 | 25 | 725 . | 17h |
| I | ! Al-12Si-6Mg-5Zn. | SiC învelit105 | 10 | 850 | 17i |
1. - 38 Alundum, Norton Co,, Worcester, MA
2. - C-75 RG Alean Chemicals, Montreal, Canada
3. - T-64 alumină tabulară Alcoa Pittsburg, PA
4. - Developmental grade F A12O3 plăcuțe, E.I. du Pont de Nemours & Co. Inc. Wilmington, DE
5. - NIKKEI TECHNO-RESEARCH Co, LTD, Japan
6. - 39 Crystolon, Norton Co„ Worcester, MA
7. - Aerosfere, Ceramic fillers inc., Atlanta, GA
8. - Fibră FP fibre de alumină, E.I. du Pont Nemours & Co., Wilmington, DE
9. - Saffil fibre de alumină ICI Americas, Wilmington, DE
10. - Thernel T 300 grade 309 ST Carbon Pitch Fibre Amoco Performance Products, Inc, Greenville, SC
+) < 0,25% Si, <. 0,30% Fe, <; 0,25 Cu, < 0,15% Mn, 9,5-10,6% Mg, < 0,15% Zn, & 0,25% Ti, Al rest.
§) â 0,35 Si, s 0,40% Fe, 1, 6-2, 6% Cu, ș 0,25% Mn, 2, 6-3, 4% Mg, 0, 18-0, 35% Cr, 6, 8-,
8, 0% Zn, <: 0,20% Ti, Al rest.
Proba A. Pe fig. 9 este prezentată o formă de silice 11 cuprinzând o cavitate interioară 11 a, de 127 mm lungime,
127 mm lățime și 83 mm adâncime, prevăzută cu cinci goluri 11 b, cu diametrul 5 de 19 mm și adâncimea tot de 19 mm, la baza formei 11. Această formă 11 s-a obținut inițial prin amestecarea unei suspensii, conținând în greutate 2,5 la 3 părți pudra de siliciu, circa 1 parte silice 10 coloidalâ și circa 1 la 1,5 părți nisip silicios. Suspensia, astfel obținută, a fost turnată într-o formă de cauciuc având forma negativă necesară pentru obținerea cavității 11 a de profil corespunzător, 15 după care forma de cauciuc astfel pregătită este introdusă în frigider unde se menține circa 14 h, apoi forma 11, în stare crudă, se extrage din forma de cauciuc, se arde în aer la 800°C, timp de o 20 oră și apoi se răcește la temperatura camerei. Suprafața bazei formei 11 se acoperă cu foaie de grafit 12, având 127 mm lungime, 127 mm lățime și 0,25 mm grosime. In această foaie de grafit 12 25 sunt decupate niște găuri 12 a cu diametrul de 19 mm, ce corespund poziției găurilor 11 b, prevăzute în baza formei.
In cavitățile găurilor 11 b, s-au introdus cilindri metalici (matricea) 3 a, măsurând 30 diametrul 19 mm/19 mm grosime, având compoziția chimică cu cea care. va fi precizată mai jos. Pentru obținerea masei de umplutură, 14, circa 826 g amestec cuprinzând 95% alumină, cu granulația 35 de trecere prin sita cu 34 ochiuri/cm2 și 5% pudră de magneziu, cu granulația de trecere prin sita cu 50 ochi.uri/cm2, s-a omogenizat într-un recipient de plastic de circa 4 1, și apoi s-a continuat omogeni- 40 zarea, timp de încă 15 min, după care amestecul a fost turnat la baza formei 11, rezultând un strat cu grosimea de 19 mm, care este ușor lovit, pentru a nivela suprafața masei de umplutură 14. Circa 1220 g 45 lingou de matrice metalică 3 b, cu conți42 nut de <; 0,25%Si, s 0,30%Fe, £ 0,25%Cu, s 0,15% Mn, 9,5 ...10,6% Mg, s 0,15% Zn, s 0,25% Ti și în rest aluminiu, s-au plasat deasupra stratului de material de umplutură conținut în forma 11. în continuare, forma 11 și respectiv conținutul acesteia, au fost introduse într-un conteiner 15 cu dimensiunile 254 mm lungime/ 254mm lățime/ /203 mm înălțime. în conteinerul 15, împrejurul formei 11, s-au introdus circa 15 g spongie de titan. De precizat că conteinerul l5, a fost confecționat din oțel inoxidabil, și acoperit la partea superioară cu o foaie de cupru 17, pentru a constitui o cameră izolată. în foaia de cupru 17 a fost introdus un tub de purjare 18; conteinerul și conținutul acestuia, a fost introdus într-un cuptor uzual, încălzit cu rezistență electrică. Cuptorul a fost încălzit de ia temperatura camerei la circa 600°C, cu un gradient de 40Q°C/h, menținând un debit de azot de 10 1/min (de precizat că incinta închisă a conteinerului 15 nu este etanșeizată la gaze și permite scăpări de azot), după care se ridică temperatura de la 600 la 750°C, cu μη gradient de 400°C/h, la o viteză de curgere a azotului de 2 1/min. După menținerea sistemului la circa 775°C, timp de aproximativ 1,5 h, la o viteză de curgere a azotului de 2 1/min, conteinerul 15 și conținutul acestuia au fost evacuate din cuptor, forma de silice 11 a fost evacuată din conteinerul 15 și o parte din metalul matricei 3 a-3 b, neinfiltrat, a fost îndepărtată din forma 11. O placă de cupru (nefigurată), având temperatura camerei și măsurând 127 mm lungime/127 mm lățime/25 mm grosime, a fost plasată în forma 11, în contact cu partea superioară a lingoului de matrice metalică 3 b rezidual, pentru a direcționa solidificarea compusului cu matrice metalică ce s-ar obține.
Proba B. Pe fig. 10 sunt prezentate mijloace care se folosesc. Astfel, s-a realizat o cutie 19 prin plasarea unui cadru de oțel 19 a, cu dimensiuni ale cavității inte104859 rioare, 127 mm lungime/127 mm lățime/ /70 mm adâncime și. având grosimea de 7,9 mm, pe o placă dc oțel 19 b, cu dimensiunile 178 mm iungime/178 mm lățime/6,4 mm grosime. Cutia de oțel 19 este căptușită cu o foaie de'grafit 20, măsurând l27 mm Iungime/1'27 mm lățime/76 mm înălțime. Cutia din foaie de grafit’20 a fost fabricată dintr-o foaie de grafit măsurând 279 mm lungime/279 mm lățime/0,25 mm grosime. Foaia de grafit descrisă, după tăiere corespunzătoare, a fost pliată și îmbinată la margini pentru a formă cutia 20.' Circa 782 g material de umplutură 21, conținând în greutate circa 95% alumină și circa 5% pudră de magneziu cu granulațîa de trecere prin sita cu 50,40 ochiiiri/cm2, rezultată 'prin amestecarea într-un recipient din material plastic a ' acestor componenți, timp de circa 15 min. Materialul de umplutură menționat a fost turnat în incinta delimitată de foaia de grafit 20, în cantitate necesară, pentru a sc obține un strat cu grosimea de 19 mm, care a fost apoi nivelat. Pe suprafața materialului de umplutură 21 s-a presărat un strat 21 a de circa 4 g pudră de magneziu, cu granulația de trecere prin sita cu 7,80 ochiuri/cm2. Pe suprafața astfel pregătită s-a plasat un lingou de matrice metalică 22 constituit din £ 0,25% Si, s 0,30% Fe, £ 0,25% Cu, <. 0,15% Mn, 9,5 ... 10,60% Mg, =s 0,15% Zn, <: 0,25% Ti și Al rest, cântărind circa 1268 g. Cutia de oțel 19, și conținutul acesteia s-a introdus într-un conteiner de oțel inoxidabil 15 măsurând circa 254 mm lungime, 254 mm lățime și 202 mm înălțime. La baza conteinerului 15 era introdusă, în prealabil, o foaie de grafit 23 având lungimea 254 mm, lățimea 254 mm și grosimea 0,25 mm pe care era plasată o cărătnidă de ardere 24 ce forma suportul cutiei de oțel 19, cât și circa 20 g spongie de titan 16. La partea superioară, conteinerul 15 a fost închis cu o foaie de cupru 17 prevăzută cu un tub de purjare 18. Conteinerul 15 și încărcătura acestuia s-au introdus într-un cuptor cu rezistență electrică cu atmosferă de aer. Cuptorul a fost încălzit de la temperatura camerei la circa 600°C, cu un gradient de 400°C/h, insuflând prin tubul 18 azot cu un debit de 10 i/min, după care temperatura a fost ridicată de la 600°C la 800°C, cu un gradient de circa 400°C/h la o viteză de purjare a azotului de circa 2 1/min. Conteinerul de oțel 15 a fost scos din cuptor și cutia de oțel 19 a fost extrasă din aceasta și plasată pe o foaie de cupru răcită cu apă la temperatura camerei, având dimensiunile 203 mm lungime, 203 mm lățime și f3 mm grosime pentru realizarea solidificării direcționate a produsului cu matrice metalică ce se obține.
Proba C. Pe fig. 11 este reprezentat un vas de grafit 25 cu o cavitate interioară ce măsoară 305 mm lungime/203 mm lățime/13,3 mm înălțime. în această cavitate, au fost introduse trei cutii din foaie de grafit 26 măsurând circa 203 mm lungime/ /102 mm lățime/127 mm înălțime. Aceste cutii 26 au fost confecționate dintr-o foaie de grafit măsurând circa^ 356 mm lungime, 318 mm lățime, 0,38 mm grosime. S-au executat patru tăieturi paralele de. circa 127 mm pe lățime și de 127 mm pe lungime. S-au făcut împăturirile respective pentru formarea cutiilor 26 care au fost lipite cu un amestec conținând în greutate o parte pudră grafit și circa 3 părți silice coloidală. La baza cutiei respective 26 s-a aplicat un strat uniform de pudră de. magneziu 27a cu granulațîa de trecere prin sita cu 7,8 ochiuri/cm2, folosind pentru aderență un amestec conținând în volume circa 25 la 50% în volume ciment de grafit și alcool etilic rest. Pentru obținerea masei de umplutură 28, circa 1 000 g amestec cuprinzând 98% alumină tabulară cu granulația de trecere prin sita cu 9,30 ochiuri/cm2 și 2% pudră de magneziu cu granulațîa de trecere prin sita cu 50,40 ochiuri/cm2, a fost introdus într-un vas de plastic și omogenizat într-o moară cu bile, timp de minimum 2 h. Materialul de umplutură 28 a fost apoi turnat la baza cutiei 26, și 5 acoperit cu un strat de 6 g pudră de magneziu 28 b cu granulația de trecere tot prin sita cu 7,8 ochiuri/cm2. Pe materialul de umplutură 28 astfel pregătit se plasează un lingou 29 de 1239 g constituit din 10 £ 0,35% Si, s 0,40 Fe, 1,6 ... ... 2,6% Cu, s 0,20% Mn, 2,6 ... 3,4% Mg, 0,18. ... 0,35% Cr, 6,8 ... 8,0% Zn, s 0,20% Ti și Al rest. Vasul de grafit 25 și respectiv conținutul acestuia, a fost introdus într-un 15 cuptor cu retortă, cu încălzire, cu rezistență la temperatura camerei. Ușa retortei a fost etanșeizată și vidată la cel puțin 732 mm Hg. După atingerea vidului, s-a introdus în retortă azot cu o viteză de 20 circa 2,51 1/rriin. In continuare, cuptorul a fost încălzit la 700°C, cu un gradient de circa 120°C/h și menținut la 700°C, circa 10 h în atmosferă de azot, alimentată cu un debit de 2,51 l/min. Cuptorul a fost 25 apoi răcit de la 700 la 675°C, cu o viteză de 150°C/h, după care vasul de grafit 25, a fost extras din retortă și plasat pe o placă de grafit pentru direcționarea solidificării produsului conținut în acesta. Placa 30 de grafit menționată era menținută la temperatura camerei și circa 500 ml material exoterm uzual au fost turnați la partea superioară a metalului 29 topit conținut în interiorul cutiei de grafit 26, 35 iar în jurul vasului de grafit 25 s-au înfășurat circa 51 mm grosime pânză de fibre ceramice obișnuite. După răcire la temperatura camerei, cutia 26 a fost desfăcută și s-a constatat că s-a obținut un produs 40 cu structură compusă cuprinzând o matrice metalică.
Proba D. Pe fig. 12 este, de asemenea, prezentat un vas de grafit 25 având o cavitate interioară cu lungimea de 203 mm, 45 lățimea de 102 mm și înălțimea de 63 mm·
In interiorul vasului de grafit 25, s-a introdus o cutie 26, din foaie de grafit, având dimensiunile - lungime 203 mm/ /lățime 38 mm/înălțime 76 mm. Cutia 26 s-a obținut dintr-o foaie de grafit cu lungimea de 356 mm, lățimea de 191 mm și grosimea de 0,38 mm, în care s-au executat patru tăieturi de circa 76 mm în lățime și 76 mm în lungime. In continuare, foaia de grafit a fost pliată în mod corespunzător pentru obținerea cutiei 26 care a fost lipită cu ciment de grafit și apoi, fixată în vasul 25, după uscare. Pentru obținerea'masei de umplutură 28 circa 1000 g amestec cuprinzând 96% plăcuțe de alumină cu diametrul de circa 10 μ și grosimea de 2 μ și 4% pudră de magneziu cu granulația de trecere prin sita cu 50,40 ochiuri/cm2 au fost introduse înt-un vas din plastic de 4 1 și restul volumului vasului a fost umplut cu alcool etilic, pentru realizarea unei suspensii, după care vasul eu suspensia menționată a fost plasat într-o moară cu bile pentru un interval de timp de omogenizare de circa 3 h. Amestecul a fost, în continuare, separat de alcoolul etilic prin filtrare sub vid, și uscat timp de o noapte în cuptor la 11O°C, după care s-a realizat o sitare prin sita cu 6,20 ochiuri/cm2. La baza cutiei 26 s-a aplicat un strat de pulbere de magneziu 27a de circa
1,5 g, folosindu-se pentru aderență ciment de grafit, după care ș-a turnat materialul de umplutură 28, la partea superioară a căruia s-a presărat un strat 27b de circa
1,5 g pulbere de magneziu cu granulația de trecere prin sita cu 7,8 ochiuri/cm2. Pe materialul de umplutură 28 astfel pregătit, s-a plasat lingoul metalic 29 cântărind 644 g, constituit din s 0,85% Si, s 0,30% Fe, s 0,25% Cu, s 0,15% Mn, 9,5 ... 10,6% Mg, s 0,15% Zn, < 0,25% Ti și Al rest. De-a lungul laturilor exterioare ale cutiei 26 au fost plasate două plăci suport de grafit 30 cu lungimea de 203 mm, lățimea de 76 mm și grosimea de 13 mm. în jurul acestor plăci de grafit 30, a fost introdus în vasul de grafit 25 un strat de alumină măcinată 31 cu granuîația de trecere prin sita cu 34,10 ochiuri/cm2. Vasul de grafit și respectiv conținutul acestuia, a fost introdus într-un cuptor cu retortă, încălzit cu rezistentă electrică, la temperatura camerei. Ușa retortei a fost ermeticizată și retorta a fost vidată la cel puțin 508 mm Hg. Cuptorul a fost apoi încălzit la circa 775°C, cu un gradient de circa 100°C/h la o viteză de alimentare a azotului prin vasul de grafit 25, de 4 1/min, regim care a fost menținut circa 10 h, după care vasul 25 a fost scos din retortă și tratat, în continuare, pentru direcționarea solidificării produsului conținut. Pentru această vasul 25 a fost plasat pe o placă de aluminiu de răcire cu apă la temperatura camerei, și aproximativ 500 ml material exoterm au fost turnați la partea superioară a matricei topite conținute în vasul 25, respectiv cutia 26, și o pânză din fire ceramice cu grosimea de 51 mm a fost înfășurată în jurul vasului. După răcirea la temperatura camerei, cutia 26 a fost desfăcută și s-a extras, produsul rezultat având o structură compusă cu matrice metalică. Acest produs a fost ulterior supus unui tratament termic la cald. Pentru aceasta produsul a fost introdus într-o navetă din fire de oțel inoxidabil și plasat într-un cuptor cu rezistență electrică cu atmosferă de aer. Cuptorul a fost încălzit la circa 435°C, în aprpximativ 40 min și menținut la această temperatură circa 18 h, după care produsul supus tratării a fost scos din cuptor și răcit într-o baie de apă la temperatura camerei.
Proba E. Pe fig. 13 este reprezentată o cutie 32 din oțel inoxidabil, cu lungimea de circa 152 mm, lățimea de circa 76 mm și înălțimea de circa 127 mm, fabricată prin sudarea unor foi de oțel de dimensiuni corespunzătoare. Cutia din oțel inoxidabil 32 a fost căptușită cu o foaie de grafit 33 măsurând circa 152 mm lungime/76 mm lățime/127 mm înălțime, formată în cutie dintr-o foaie de, grafit cu lungimea de'406 mm, lățimea de 330 mm și grosimea de 0,38 mm, în care au fost practicate patru tăieturi paralele de 127 mm în lățime și de 127 mm în lungime. Foaia de grafit a fost pliată și îmbinată pentru a forma cutia 33, după care s-a introdus în interiorul cutiei de oțel 32. Masa de umplutură 34 s-a preparat prin omogenizarea într-un vas de material plastic de circa 4 1 a 600 g amestec cuprinzând în greutate circa 73% carbură de siliciu cu granuîația de trecere prin sita cu 155 ochiuri/cm2, circa 24% fire de carbură de siliciu și circa 3% pudră de magneziu cu granuîația de trecere prin sita cu 50,40 ochiuri/cm2, vasul de plastic menționat fiind introdus într-o moară cu bile pentru un interval de timp de o oră. Materialul de umplutură astfel pregătit â fost turnat în vasul de oțel 32 în cantitate necesară pentru a forma un strat 34 cu grosimea de 19 mm la baza cutiei de grafit 33. Deasupra masei de umplutură 34 a fost plasat un lingou metalic 35 de 1216 g, constituit din 10% în greutate siliciu, 5% greutate cupru și în rest aluminiu. în continuare, cutia de oțel 32 astfel umplută a fost introdusă într-un conteiner de oțel inoxidabil 15, având lungimea de 254 mm, lățimea 203 mm și adâncimea, de asemenea, de 203 mm. în interiorul conteinerului 15 împrejurul cutiei de oțel 32 s-au plasat circa 15 g spongie de titan 16 și circa 15 g pudră de magneziu 36, cu granuîația de trecere prin sita cu 7,8 ochiuri/ /cm2. Conteinerul 15 a fost închis la partea superioară cu o placă de cupru 17 prevăzută cu un tub de purjare 18. Conteinerul 15 și conținutul acestuia, a fost introdus într-un cuptor cu atmosferă de aer, încălzit cu rezistență electrică, de la temperatura camerei de circa 800°C cu un gradient de 550°C/h la o viteză de curgere a azotului în conteinerul 15, de 2,5 1/min. După o men104859 · ί
ținere de circa 2,5 h, la 800°C, în aceleași condiții de curgere a azotului, conteinerul de oțel 15 a fost extras din cuptor, cutia de oțel 32 a fost evacuată din interiorul acestuia, și conținutul ei S-a plasat pe o 5 placă de răcire, la temperatura câmerei, de cupru măsurând - 203 mm lungime/203 mm lățime/ 13 mm grosime, pentru realizarea solidificării direcționate a structurii cu matrice metalică. După 10 atingerea temperaturii camerei, cutia de grafit 33 a fost desfăcută, și s-a extras produsul rezultat, care avea o structură compusă cu matrice metalică.·
Proba F. Pe fig. 14 este prezentat un 15 vas de alumină 37, măsurând - 95 mm lungime, 45 mm lățime și 20 mm adâncime, în care s-a plasat un strat de material de umplutură 38 format din sfere goale de alumină, iar deasupra acestuia un 20 lingou metalic 29 cu conținut de s 0,25%
Si, s 0,30% Fe, s 0,25% Cu, s 0,Î5%
Mn, 9,5 ... 10,6% Mg, s 0,15% Zn, s 0,25% Ti, și în rest Al. Vasul de alumină 37 și respectiv conținutul acestuia, au fost 25 introduse într-un cuptor cu mufă prevăzut cu încălzire electrică, la temperatura camerei. Mufa cuptorului a fost etanșeizată și vidată la cel puțin 762 mm Hg. Ulterior, în mufă s-a introdus azot, cu o 30 viteză de curgere de 0,5 1/min, și temperatura cuptorului a fost ridicată la circa 800°C, cri un gradient de 300°C/h. Sistemul a fost menținut la 800°C, timp de 0,5 h, la viteza de curgere a azotului de 35 0,5 1/min. în continuare, cuptorul cu mufă s-a răcit la temperatura camerei cu un gradient de 300°C/h și vasul 37 s-a scos din mufa cuptorului. S-a obținut un produs cu structură compusă, cuprinzând 40 matricea metalică.
Proba G. Pe fig. 15 este reprezentat un vas de grafit 25 de 102 mm lungime,
102 mm lățime și 76 mm înălțime, în care se introduce o masă de alumină 39 45 cu granulația de trecere prin sita cu 3,72 so ochiuri/cm2, Ia baza acestuia. Pe masa de alumină 39 se plasează o cutie de grafit 26, măsurând 51 mm lungime, 51: mm lățime și 76 mm înălțime, după care se mai adaugă o cantitate suplimentară de masă de alumină 39, astfel ca aceasta să îmbrace ia exterior pereții cutiei de grafit 26. Respectiva cutie a fost confecționată dintr-o foaie de grafit măsurând 203 mm lungime, 203 mm lățime și 0,38 mm grosime, pe care au fost practicate patru tăieturi paralele de circa 51 mm pe lățime și de circa 76 mm pe lungime. Foaia tăiată a fost pliată și apoi lipită cu un amestec cuprinzând o parte de grafit și circa 3 părți silice coloidală. în cutia de grafit 26 astfel realizată, a fost plasată la bază, o preformă din fibre de alumină 40, având 51 mm lungime, 51 mm lățime și 20 mm grosime. Preformă 40 este constituită dintr-un amestec cuprinzând 90% fibre alumină tăiate cu diametrul de circa 20 pm și 10% greutate fibre de alumină tăiate cu diametrul 3 pm legate între ele cu alumină coloidală. Două lingouri metalice 41 cu dimensiunile lungimea de 51 mm, lățimea de 51 mrri și înălțimea de 25 mm, conținând în greutate circa 10,5% Mg, 4% Zn, 0,5% Si, 0,5% Cu, și Al rest, s-au plasat deasupra preformei 40, în cutia de grafit 26. Spațiul dintre perimetrul preformei 40 și pereții laterali ai cutiei 26, a.fost umplut cu pasta de grafit 42, conținând în greutate o parte pudră de grafit și 3 părți silice coloidală. Vasul de grafii 25 și respectiv conținutul acestuia au fost plasate într-un cuptor cu atmosferă controlată, la temperatura camerei. Ușa cuptorului a fost etanșeizată și cuptorul a fost vidat la 762 mm Hg. Cuptorul a fost apoi încălzit la circa 20Q°C, în circa 0,75 h. După menținerea timp de 2 h, sub un vid de 762 mm Hg, la 200°C, în cuptor s-a introdus azot cu o viteză de curgere de 2 1/min,’și cuptorul s-a încălzit la 675°C, în 5 h. După o menținere, timp de 20 h, la această temperatură, la aceeași viteză de curgere a azotului, cuptorul a fost înehis și răcit la temperatura camerei, după care cutia de grafit 26 a fost deschisă și s-a extras produsul rezultat ce avea o structură compusă cu matricea metalică.
Proba H. Pe fig. 16 este reprezentată o cutie (conteiner) 32 din oțel inoxidabil, cu dimensiunile - 165 mm lungime, 165 mm lățime și 76 mm înălțime, s-au prin sudura foilor de dimensiune corespunzătoare, Conteinerul de oțel 32 a fost căptușit cu o cutie din foaie de grafit 33, măsurând 152 mm lungime, 152 mm lățime și 76 mm înălțime. Cutia 33 a fost realizată dintr-o foaie de grafit măsurând 229 mm lungime, 229 mm lățime și 0,38 mm grosime. Pe această foaie de grafit s-au realizat patru tăieturi paralele a câte 76 mm pe lungime și lățime. După tăiere, foaia de grafit a fost pliată și lipită cu un amestec1 conținând în greutate circa o parte pudră de grafit și 3 părți silice coloidală. După uscare, cutia 33 s-a plasat la baza conteinerului de oțel 32, și s-a turnat. în interiorul acesteia un strat de carbură de siliciu 43 cu grosimea de 6,4 mm, având granulația de trecere prin sita cu 14 ochiuri/cm2. Pe partea superioară a stratului 43 s-a plasat o preformă 44 din fibre de alumină cu diametrul de 20 pm. Preforma 44 avea următoarele dimensiuni: 152 mm lungime, 152 mm lățime și 13 mm grosime; la partea superioară a acesteia s-a plasat o foaie de grafit 45, având 152 mm lungime, 152 mm lățime și 0,38 mm grosime, prevăzută cu o gaură centrală 45 a. Deasupra foii de grafit 45 s-au plasat lingouri metalice 29, măsurând fiecare 89 mm lungime, 89 mm lățime și 13 mm grosime, cu conținut de s 0,25% Si, s 0,30% Fe, s 0,25% Cu, s 0,15% Mn,
9,5 ... 10,6% Mg, * 0,15% Zn, < 0,25% Ti și Al rest. Conteinerul 32 și respectiv conținutul acestuia, s-au introdus într-un cuptor cu retortă, cu mijloace de încălzire electrică, introducerea având loc la temperatura camerei. Ușa retortei a fost etanșeizată și retorta vidată la cel puțin 762 mm Hg, după care cuptorul a fost încălzit la circa 200°C, îri 0,75 h. După menținere la 200°C, timp de 2 h sub vidul menționat de 762 mm Hg, în retortă s-a introdus azot, cu o viteză de curgere de 2,5 1/min. și cuptorul a fost încălzit la 725°C, cu un gradient de 150°C/h, menținând aceeași viteză de curgere a azotului. Sistemul a fost menținut la 725°C, timp de circa 25 h în același regim de curgere a azotului, după care conteinerul 32 a fost extras din retortă și în vederea solidificării direcționate, plasat pe plăci de grafit, turnându-se alumină cu granulația de trecere prin sita cu 14 ochiuri/cm2, preîncălzită la cel puțin 700°C, pe metalul matricei rezidual 29, conteinerul 32 și conținutul acestuia, fiind acoperite cu o pânză de fibre ceramice. După răcire la temperatura camerei, ansamblul a fost desfăcut și s-a extras produsul rezultat a cărui structură era compusă cuprinzând matricea metalică.
Proba I. S-au folosit aceleași mijloace ca și în cadrul probei G prezentate pe fig. 15. Astfel, s-a folosit un vas de grafit 25 măsurând 578 mm lungime, 248 mm lățime,
152 mm înălțime. O cutie 26 din foaie de grafit cu lungimea de 452 mm, lățimea de 25 mm și înălțimea de 25 mm a fost confecționată dintr-o foaie de grafit în condițiile descrise în cadrul probei G. Cutia de grafit 26 a fost introdusă în vasul de grafit 25 împachetată în masa de alumină 39, așa cum s-a descris în cadrul probei G. La baza cutiei de grafit 26 s-a plasat un strat dc fibre de grafit îmbrăcate cu carbură de siliciu afinată. Amestecul de silice coloidală/pudră de grafit folosit pentru lipirea pereților cutiei de grafit 26 (detalii în cadrul probei G), a fost folosit pentru învelirea capetelor fibrelor de grafit acoperite cu carbură de siliciu. Pe suprafața superioră a fibrelor acoperite menționate a fost plasat
54 lingoul metalic 41, cu lungimea de 305 mm, lățimea de 19 mm și grosimea de 25- mm, cu conținut de 6% Mg, 5%
Zn, 12% Si și Al rest. Vasul de grafit'25 și respectiv conținutul acestuia s-au intro- 5 dus la temperatura camerei, după care cuptorul a fost etanșeizat și vidat ia temperatura camerei la 762 mm Hg. Cuptorul a fost apoi încălzit la circa 200°C, în 0,75 h. După o menținere de circa 2 h, la 10 200°C, în aceleași condiții de vid, în cuptor s-a introdus azot cu o viteză de curgere de 1,5 l/min. Temperatura cuptorului a fost ridicată apoi la 850°C, în circa 5 h și menținută la acest palier circa 15 10 h, la aceeași viteză de curgere a azotului, după care cuptorul a fost răcit ia temperatura camerei în circa 3 h. La temperatura camerei, cutia de grafit 26 a fost extrasă și s-a constatat că produsul 20 rezultat avea o structură compusă incluzând matricea metalică:
După ce fiecare din probele A - I, descrise mai sus, s-au răcit la temperatura camerei, fiecare a fost secționată 25 transversal pentru a se verifica dacă s-au realizat structuri compuse cu matrice metalică. Din verificările efectuate, a rezulatat că în cazul tuturor probelor A - I s-au obținut structuri compuse ce inclu- 30 deau matricea metalică de aluminiu. Astfel, fig. 17 a conține o microfotografie cu mărire de 50 X a probei A. Fig. 17 b conține o microfotografie cu mărire de 100 X a probei B. Fig. 17 c conține o 35 microfotografie cu mărire de 400 X a probei C. Fig. 17 d conține o microfotografie cu mărire de 1000 X a probei D.
Fig. 17 e conține o microfotografie a suprafeței armate cu fire a structurii com- 40 puse, la o mărire de 400 X, ce corespunde probei E. Fig. 17 f conține o microfotografie cu mărire de 15 X ce corespunde probei F. Fig. 17 g conține o microfotografie cu o mărire de 50 X a probei G. 45 Fig. 17 h conține o microfotografie cu mărire de 400 X ce corespunde probei H. Fig. 17 i conține o microfotografie cu mărire de 1000 x ce corespunde probei 1. în toate fig. 17 a ... 17 i, matricea metalică este notată cu reperul 170, iar masa de umplutură, cu reperul 171.
Exemplul 6. în acest exemplu se prezintă o mare varietate de materiale de um-, plutură, ce se pot folosi pentru obținerea produselor cu structură compusă, realizate prin tehnica infiltrării spontane a matricei metalice. în tabelul II sunt sintetizate condițiile experimentale folosite (temperaturi, durate) pentru compoziția materialului de umplutură și a matricei metalice.
Probele A ... D. Probele A - D, descrise în detaliu în exemplul 5, s-au realizat folosind ca material de umplutură, alumină tabulară și respectiv alumină plăcuțe. Fiecare din probele A - D sunt prezentate pe tabelul II.
Proba J. S-au folosit mijloacele expuse în exemplul 5, proba Q prezentate pe fig. 11. Astfel, o cutie din foaie de grafit 26, având 102 mm lungime, 102 mm lățime și circa 76 mm înălțime, a fost introdusă într-un vas de grafit 25. Aproximativ 300 g pudră de oxid de magneziu s-au plasat la baza vasului 26, formând stratul
28, peste care s-a aplicat stratul 27b, de magneziu cu granulația de trecere prin sita cu 7,75 ochiuri/cm2. Deasupra celor două straturi 28 și 27b, s-a plasat lingoul metalic
29, cu lungimea de 114 mm, lățimea de 38 mm și înălțimea de 38 mm, cu conținut de < 0,25% Si, < 0,30% Fe, s 0,25% Cu, s 0,15% Mn, 9,50 ... 10,6% Mg, s 0,15% Zn, ss 0,25% Ti și Al rest. Vasul de grafit 25 și conținutul acestuia s-au introdus întrun cuptor cu rezistență electrică, prevăzut cu retortă. Ușa retortei a fost etanșeizată și la temperatura camerei, retorta a fost vidată la 762 mm Hg. După atingerea vidului menționat, în cuptor s-a introdus azot cu o viteză de curgere de 4 l/min., după care temperatura cuptorului a fost ridicată f la
5S
750°C, cu un gradient de 200°C/h, la aceeași viteză de curgere a azotului. La această temperatură cuptorul a fost menținut circa 19 'hj în 'aceleași· condiții de cttrgere a azotului, după care cuptorul a fost răcit la 650°C, cu un gradient de 200°C/h. La 650°C, ușa cuptorului a fost y deschisă și vasul de grafit 25 extras din
Λ cuptor și plasat pe o placă de grafit peny, t tru a direcționa solidificarea produsului, /7« având în structură matricea metalică și < aliajul de aluminiu rezidual neinfiltrat. La temperatura camerei, cutia de grafit 26 a fost desfăcută și s-a putut constată for' ! marea unui produs cu structură compusă, cuprinzând matricea metalică infiltrată în masa de oxid de magneziu.
Proba K. S-a folosit o formă de oțel ( după cum se poate vedea pe fig. 18) de formă trapezoidală, având dimensiunile bazei mici de 76 mm lungime și 76 mm lățime, ale bazei mari de 95 mm lungime și 95 mm lățime și înălțimea de 64 ram, fabricată din oțel carbon cu . grosimea de 1,9 mm. Suprafața interioară a formei 46 a fost acoperită cu un strat din amestec de grafit, cuprinzând 1,5 părți în volum etanol și o parte în volum grafit coloidal. De precizat că, s-au aplicat cel puțin trei straturi succesive din amestecul menționat pentru atingerea grosimii necesare a stratului 47, fiecare strat fiind uscat, în prealabil, înainte de aplicarea stratului următor. Forma de oțel 46, a fost apoi introdusă într-un cuptor cu rezistență electrică și atmosferă de aer și încălzită la 330°C, timp de circa 2 h, pentru realizarea uscării si aderării stratului de de grafit coloidal 47, la pereții in* teri ori ai acesteia. Aproximativ 1 kg oxid de zirconiu stabilizat, s-a ars preliminar într-un creuzet de alumină, având diame' trul superior de 159 mm, diametrul bazei 1 de 95 mm și înălțimea de 177,8 mm, circa o oră, la 1350°C. Cu acest produs s-a realizat masa de umplutură permeabilă introdusă în vasul de oțel 46, căptușit cu stratul de grafit 47. Pentru aceasta, s-au introdus într-un vas de 4 1, din material plastic, aproximativ 600 g amestec cuprin5 zând 95% în greutate ZrO2, ars în prealabil, și circa 5% în greutate pudră de magneziu cu granulația de trecere prin sita cu 7,75 ochiuri/cm2. Amestecul a fost introdus întro moară cu bile și omogenizat timp de o oră, și apoi manual încă 10 min. Cantitâtea de acest amestec turnată în forma 46, a fost suficientă pentru obținerea masei permeabile 48 cu înălțimea de 19 mm. Masa de umplutură 48 a fost acoperită cu un strat de pudră de magneziu 49 cu granulația de trecere prin sita cu 7,75 ochiuri/cm2. Pe masa permeabilă astfel pregătită, s-a plasat un prim lingou metalic 50 a, de 537 g, constituit din 98,7% Al în greutate, și în rest din impurități uzuale și un al doilea lingou 50 b, deasupra primului. Al doilea lingou 50 b, cântărea 16,9 g și avea un conținut de 15% Si în greutate și în rest aluminiu. Forma 46 astfel pregătită s-a introdus într-un conteiner de oțel 15, măsurând 305 mm lungime, 254 mm lățime, căptușit la bază cu o foaie de grafit 51, măsurând 305 mm lungime, 254 mm lățime și 0,25 mm grosime. Pe placa de grafit
51 în jurul vasului de oțel 46, a fost aplicată o masă de 20 g, de spongie de titan 16 și 0,8 g pudră de magneziu 36, cu granulația de trecere prin sita cu 7,78 ochiuri/cm2. Conteinerul 15 a fost închis la partea supe35 rioară cu o foaie de cupru 17. Pentru purjare, în unul din pereții laterali ai conteinerului 15 este prevăzut un tub de purjare 18. Conteinerul 15 astfel pregătit, a fost introdus într-un cuptor cu rezistență electrică.
Cuptorul a fost încălzit de la temperatura camerei la 600°C, cu un gradient de 400°C/ /h, alimentând în interiorul cuptorului azot cu o viteză de curgere de 10 1/min, apoi de la 600 la 800°C, cu același gradient de
400°C/h lă o viteză de curgere a azotului de 2 1/min. Cuptorul a fost menținut la
800°C, timp de o oră, la . aceeași viteză de curgere a azotului, după care, conteinerul 15 a fost extras din cuptor și forma de oțel 46 a fost scoasă din conteinerul 15 și adusă în contact cu o placă de 5 răcire de cupru, la temperatura camerei. Respectiva placă de răcire măsura 203 mm lungime, 203 mm lățime și 13 mm înălțime, realizându-se astfel solidificarea direcționată a compusului cu matrice 10 metalică rezultat.
Proba L. S-a folosit pentru experimentare ansamblu din fig. 18 descris mai sus,, cuprinzând o formă de secțiune trapezoidală care însă a fost arsă, timp de două 15 ore, pentru stabilizarea învelișului interior din grafit coloidal. Aproximativ 1 kg ZrO2 armat cu A12O3 s-a preparat în condițiile care vor fi descrise la prezentarea probei K. Un strat de masă de. umplutură a fost 20 turnat la baza formei trapezoidale de oțel până la înălțimea de ,19 mm. Masa de umplutură menționată a fost; acoperită, eu un strat de. pudră de magneziu cu granulația de trecere prin sita cu 7,75 ochiuri/- 25 cm2. Deasupra masei de umplutură s-au plasat lingouri metalice. Primul lingou în greutate de 368 g avea un conținut de 99,7% Al și în rest impurități uzuale. Cel de al doilea lingou dispus deasupra pri- 30 mului, în greutate de 17,11 g, cu conținut de 15% Si și in rest aluminiu. Forma de oțel astfel pregătită, a fost introdusă întrun conteiner de oțel carbon cu lungimea de 305 mm, lățimea de 254 mm și înălți- 35 mea de 254 mm, la baza cavității interioare a căruia era aplicată o bandă de grafit cu lungimea de 305 mm, lățimea 254 mm și grosimea de 0,25 mm. în cavitatea menționată de jur împrejurul 40 formei trapezoidale erau împrăștiate 20 g spongie de titan și 2 g pudră de magneziu cu granulația de' trecere prin sita cu 7,75 ochiuri/cm2, Conteinerul de oțel carbon a fost acoperit la partea superioară cu o 45 foaie de cupru, iar într-unul din pereții săi laterali era prevăzut un tub de pufjăre. Conteinerul de oțel carbon încărcat și acoperit cu foaia de cupru, s-a introdus întrun cuptor cu rezistență electrică. Temperatura cuptorulyi a fost adusă de la cea ambiantă, la 600°C, cu un gradient de 400°C/ /h, introducând în cuptor azot cu un debit de 10 1/min, și apoi de la 600°C la 800°C cu același gradient de 400°C/h, dar la o viteză de curgere a azotului mai redusă de 2 1/min. Cuptorul a fost menținut la 800°C, timp de o oră, la aceeași viteză de curgere a azotului de 2 1/min, apoi răcit la 580°C, temperatură la care conteinerul a fost extras din cuptor, forma de oțel scoasă din conteiner, și plasată pe o placă de cupru, pentru răcire la temperatura ambiantă, placa măsurând 203 mm lungime, 203 mm lățime, 13 mm grosime, pentru solidificarea direcționată a produsului rezultat cu structură compusă incluzând matricea metalică.
Proba M. S-a utilizat structura prezentată pe fig. 19, cuprizând un vas de grafit 25, având dimensiunile cavității de 305 mm/ /254 mm/140 mm, în care este introdusă o cutie din foaie de grafit 26 măsurând 203 mm/102 mm/76 mm. La baza cutiei 26 s-a aplicat 1 g pulbere de grafit 27 a, cu granulația de trecere prin sita cu 7,75 ochiuri/ /cm2, aderarea realizându-se cu un înveliș ușor de ciment de grafit. în cutia de grafit, astfel pregătită, s-a introdus mașa de umplutură permeabilă 52. Această umplutură 52 s-a obținut prin amestecarea a 98% carbură de siliciu cu granulația de trecere prin sita cu 155 ochiuri/cm2 cu 2% pudră de magneziu cu granulația de trecere prin sita cu 50,4 ochiuri/cm2. 763 g din amestecul astfel obținut a fost amestecată cu etanol pentru obținerea unei suspensii (tehnică descrisă în exemplul 5-proba D) care se toarnă în cutia de grafit 26 deasupra stratului de pudră de magneziu 24 a. O foaie de grafit 53 având dimensiunile 203 mm lungime, 102 mm lățime și 0,38 mm grosime, prevăzută cu o gaură 53 a, cu diame104859 irul 32 mm, în centrul său, a fost introdusă în cutia 26 deasupra masei de umplutură 52. Pe suprafața expusă a masei de umplutură 52, respectiv în perimetrul găurii 53 a, se aplică circa 1 g pudră de magneziu 27 b cu granulația de trecere prin sita cu 7,75 ochiuri/cm2. Deasupra foii de grafit 53 se plasează lingoul metalic 54, în greutate de circa 1237 g, acoperind în întregime gaura 53 a; lingoul metalic 54 a avut următoarea compoziție chimică: 11 ... 13% Si, < 2, 0% Fe, s 1, 0% Cu, s £ 0,35% Mn, s 1, 0% Mg, £ 0,5% Zn, s £ 0,5 Ni, s 0,15% Sn și Al rest. Sistemul de reacție cuprinzând vasul 25 și conținutul acestuia s-a introdus într-un cuptor electric încălzit cu rezistență, care a fost vidat la 508 mm Hg, după care s-a introdus azot cu o viteză de curgere de 4,5 1/ /min. Temperatura cuptorului a fost adusă de la cea a camerei la 775°C, cu un gradient de 200°C/h. Sistemul a fost menținut la 775°C, circa 20 h, apoi răcit la 760°C, cu un gradient de Î50°C/h, după care vasul 25 a fost extras din cuptor și plasat pe o placă de răcire de aluminiu răcită cu apă. Aproximativ 500 ml material exoterm a fost introdus la partea superioară a structurii, conținute în vasul 25, care a fost înfășurat în pânză din fibră ceramică, pentru a se realiza o reacție exotermă la partea superioară a structurii și a forța soiidificarea direcționată a produsului cu structură compusă incluzând matricea metalică, pe măsura răcirii, inhibând apariția de crăpături.
Proba N. Pentru experimentare s-a folosit structura reprezentată pe fig. 12, descrisă în detaliu în exemplul 5, în cadrul probei D. Astfel, două plăci de grafit 30, măsurând 203 mm lungime, 76 mm lățime și 0,3 grosime, au fost plasate într-un vas de grafit 25, măsurând 203 mm/ /102 mm/76 mm, peniru delimitarea unei cavități în vasul de grafit 25 măsurând 203 mm/50,8 mm/76 mm. Partea din afara plăcilor de grafit 30 a vasului de grafit 25 a fost umplută cu alumină măcinată cu granulația de trecere prin sita cu 34 ochiuri/cm2. în cavitatea dintre plăci 30 s-a introdus o cutie de grafit 26, măsurând 203 mm/50,8 mm/76 mm, realizată dintr-o foaie de grafit ce a fost fasonată în condițiile descrise în cadrul probei C (exemplpl
5). La partea inferioară: a cutiei 26 s-au introdus circa 1,5 g pudră de magneziu 27 a cu granulația de trecere prin sita cu 7,75 ochiuri/cm2, aderarea realizându-se cu un ciment de grafit. Masa de umplutură permeabilă 28 s-a realizat dintr-un amestec pe bază de plăcuțe de carbură de siliciu (detalii în cadrul probei D-exemplul 5). Astfel, 303 g amestec cuprinzând 96% greutate plăcuțe de carbură de siliciu cu diametrul de 50 μ și grosimea de 10 μ, 4% pudră de magneziu cu granulația de trecere prin sita cu 50,4 ochiuri/cm2. Acest amesțec de material de umplutură 28, a fost introdus în vasul de grafit 26 deasupra stratului de pudră de magneziu 27 a, după care, la partea superioară a masei de umplutură 28, s-a aplicat un al doilea strat de pudră de magneziu 27 b, de 1,5 g, având granulația de trecere prin sita cu 7,75 o-chiuri/cm2. Deasupra acestuia s-a plasat lingoul metalic 29, cântărind 644 g, constituit din aliaj de aluminiu marca 413,0 (compoziția se detaliază în partea explicativă a tabelului 2). Sistemul cuprinzând vasul de grafit 25 și conținutul acestuia, s-a introdus într35 un cuptor electric cu mufă. Cuptorul a fost vidat la 508 mm Hg, după care s-a introdus azot cu o viteză de curgere de 4,0 1/min. Temperatura cuptorului a fost ridicată de la cea a camerei la 775°C, cu un gradient de
10p°C/h. Sistemul a fost menținut la 775°C, h și apoi răcit la 260°C, cu un gradient de 200°G/h. în continuare, sistemul a fost evacuat din cuptor la circa 760°C și plasat pc o placă de aluminiu de răcire răcită cu apă. La partea superioară a structurii s-a aplicat circa 500 ml material exotermic și o pânză din fibre ceramice a fost înfășurată în jurul suprafeței exterioare a vasului de grafit 25, pentru a realiza o reacție exotermă la partea superioară a structurii și a forța produsul cu structură compusă rezultat, cu matrice metalică, să se solidifice direcționat, pe măsura răcirii, inhibând, totodată, apariția fisurilor în interiorul structurii compuse.
Proba O. S-a folosit pentru experimentare structura prezentată în cadrul probei M, reprezentată pe fig. 19. Astfel, s-a prevăzut un vas de grafit 25, având cavitatea interioară cu dimensiunile de 305 mm/229 mm/140 mm. O cutie din foaie de grafit 26, având dimensiunile 203 mm/102 mm/76 mm, care s-a introdus în cavitatea formei de grafit 25, a fost realizată în condițiile precizate în cadrul probei C (exemplul 5). La baza cutiei 26 s-a introdus circa 1 g pudră de magneziu, cu granulațîa de trecere prin sita cu 7,75 ochiuri/cm2, care a format stratul 27 a, folosindu-se pentru realizarea acestuia și aderență, ciment de grafit. Masa de umplutură 52 s-a preparat prin amestecarea a 94% în greutate plăcuțe din diborură de titan cu diametrul de circa 10 μ și grosimea de 2,5 μ, și 6% în greutate pudră de magneziu, cu granulațîa de trecere prin sita cu 50,4 ochiuri/cm2, prelucrarea amestecului realizându-se în cadrul probei D - exemplul 5. Acest amestec s-a turnat în cutia 26 pregătită preliminar, cum s-a precizat mai sus, după care masa 52 s-a acoperit cu o foaie de grafit 53 având dimensiunile 203 mm/102 mm/0,38 mm, prevăzută cu o gaură centrală 53 a cu diametrul de 32 mm. In perimetrul găurii 53 a, s-a introdus pe suprafața expusă a masei permeabile 52 circa 1 g pudră de magneziu 27 b, cu granulațîa de trecere prin sita cu 7,75 ochiuri/cm2. Deasupra foii de grafit 53 s-a plasat un lingou metalic 54, cântărind 1498 g, din aliaj de aluminiu marca 520 cu conținut de s> 0,25% Si, £ 0,35% Fe, £ 0,25% Cu, £ 0,15% Mn, 9,5 ...10,6% Mg, £ 0,15% Zn, £ 0,25% Ti, și Al rest. Structura cuprinzând vasul de grafit și conținutul acestuia, s-a introdus într-un cuptor cu rezistență electrică la temperatura camerei. Ușa retortei cuptorului a fost etanșeizată, după care cuptorul a fost vidat la cel puțin 508 mm Hg. în continuare, în cuptor s-a alimentat azot cu o viteză de curgere de 4,5 1/min., după care temperatura cuptorului s-a ridicai la circa 775°C, cu un gradient de 200°C/h. După o menținere de 20 h, la 775°C, cuptorul a fost răcit la 760°C, cu un gradient de circa 150°C/h și ușa retortei a fost deschisă și structura conținută extrasă și plasată pe o placă de aluminiu, menținută prin răcire cu apă la temperatura camerei și măsurând 305 mm; lungime, 229 mm lățime și 51 mm grosime. La partea superioară a structurii s-au aplicat circa 500 ml material exotermic, și o pânză din fibre ceramice s-a înfășurat în jurul vasului 25. Aceasta a permis realizarea unei reacții exoterme la partea superioară a aliajului de aluminiu rezidual, pentru a forța solidificarea direcționată a produsului rezultat cu structură compusă conținând matricea metalică, pe măsura răcirii și pentru a inhiba formarea de fisuri în structura compusă menționată.
Proba P. S-a folosit structura prezentată pe fig. 20, ce cuprinde un vas de oțel inoxidabil 55 având 152 mm lungime, 152 mm lățime și 191 mm adâncime, căptușit cu o cutie din foaie de grafit 56, măsurând 152 mm/152 mm/191 mm, realizată în condițiile precizate în exemplele precedente. Aproximativ 2 g pudră de magneziu cu granulațîa de trecere prin sita cu 50,4 ochiuri/cm2 s-au aplicat la baza cutiei 56, pentru obținerea unui strat 57a, a cărui aderență a fost asigurată prin intermediul unui ciment de grafit. Pentru obținerea masei permeabile de umplutură, circa 500 g amestec cuprinzând 95% pudră de nitrură de aluminiu, având diametrul mediu al particulelor de 3 ... 6 μ, și 5% în greutate pudră de magneziu cu granulația de trecere prin sita cu 50,4 ochiuri/cm2, s-a omogenizat cu mijloace uzuale mecanice, într-un vas de plastic de 4 1, timp de cel puțin 2 h, după care s-a turnat în cutia de grafit 56 pregătită preliminar in condițiile precizate, mai sus, pentru formarea stratului permeabil 58. Deasupra acestuia s-a plasat un tub de grafit 59 cu înălțimea de 25 mm, și diametrul de 51 mm. La exteriorul tubului de grafit 59 s-a turnat un pat afânat de alumină măcinată 60, Ia granulația de trecere prin sita cu 34 ochiuri/cm . In interiorul tubului de grafit 59 în fața masei de umplutură 58, s-au aplicat circa 5 g pudră de magneziu cu granulația de trecere prin sita cu 7,75 ochiuri/cm2, rezultând un strat 57b. La partea superioară a ansamblului descris s-a plasat un lingou 61 din aliaj de aluminiu (matricea metalică) marca 413, cântărind 1210 g, cu conținut de 11 ... 13,0% Si, s 2,0% Fe, £ 1,0% Cu, 0,35% Mn, s 0,10% Mg, s 0,50% Ni, s 0,50% Zn, s 0,15% Sn și Al rest.
Sistemul conținând vasul de oțel 55 și conținutul acestuia s-a introdus într-un cuptor cu rezistență electrică, după care respectivul cuptor a fost vidat la cel puțin 508 mm Hg și s-a introdus azot cu o viteză de curgere de 4,0 1/min. Cuptorul a fost adus de la temperatura camerei la 200°C, cu un gradîent de 200°C/oră, menținut la 200°C, timp de 49 h, apoi adus la 550°C, cu un gradîent de 200°C/h, apoi la circa 775°C cu 150°C/h. Sistemul a fost menținut la 775°C, timp de 10 h, apoi adus la 76Q°C, cu un gradîent de 150°C/h. La această temperatură sistemul a fost extras din cuptor și plasat pentru răcire pe o placă de aluminiu răcită cu apă, pentru răcire la temperatura camerei, placa având dimensiunile 305 mm, lungime, 229 mm lățime, și 51 mm grosime.
Aproximativ 500 ml material exoterm s-a aplicat pe partea superioară a structurii și o pânză din fibre ceramice a fost înfășurată în. jurul conteinerului de oțel 55, pentru a izola sistemul. ,Materialul .exotermic a fost folosit, pentru a forța solidificarea direcțională a produsului rezultat și a inhiba formarea de fisuri în structura compusă cu matrice metalică.
Proprietățile mecanice ale corpurilor cu structură compusă, conținând matricea metalică, sunt prezentate în tabelul 2. Descrierea metodelor de determinare folosite sunt prezentate mai jos.
Determinarea rezistenței la rupere (UTS). Rezistența la rupere a corpurilor cu structură compusă cu matrice metalică s-a determinat în condițiile din ASTM # B 557 - 84 Standard Methods of Tension Testing Wrought and Cast Aluminium and Magnesium Products. Eșantioanele de testare, au fost de formă rectangulară cu lungimea de 154 mm, 13 mm lățime și 2,5 mm grosime. Secțiunea calibru a eșantionului menționat, a avut 10 mm lățime și 19 mm lungime, razele de la secțiunea finală la secțiunea de calibru fiind de 76 mm. Patru cleme de prindere de aluminiu, cu lungimea de 51 mm, lățimea de 13 mm și grosimea de 7,6 mm au fost fixate la secțiunile finale ale fiecărui eșantion cu un adeziv epoxi (Epoxy-patch, Dexter corp. ofHigh Sol Aerospace and Industrial Products, Seabbrook NH). Deformarea probelor test a fost măsurată cu calibre, de deformare (350 ohm bridges, marcate cu CEA-06-375 UW-350 de la Micromeasurements of Raleigh N C). Probele test la tensiune, incluzând clemele de prindere de aluminiu și calibrele de deformare; au fost plasate în gheara falcă pe o celulă de încărcare Syntec de 2269 kg (Universal Testing Machine, model Nr. C1TS 2000/6 fabricată de System Integration Technology Inc. din Straton MA). Un sistem de preluare a datelor computerizat, s-a conectat la dispozitivul de măsurare și calibrele de deformare au înregistrat răspunsuri la test. Probele test rectangulare sau deformat cu o viteză constantă de, deformare de 1 mm/min. S-au calculat tensiunea maximă, deformarea maximă și 5 deformarea la rupere din geometria probei și răspunsuri înregistrate cu program cu ajutorul computerului.
Măsurări de modul prin metoda rezonanței. Modulul de elasticitate a corpuri- 10 lor cu structură compusă cu matrice metalică, a fost determinat printr-o tehnică de rezonanță sonică, practic identică cu metoda din ASTM C848-88. Astfel, un eșantion măsurând 45-55 mm lungime, 15 6 mm lățime și 48 mm grosime,' s-a plasat între doi traductori izolați de vibrațiile camerei, de o masă de aer, suportând o piatră de granit. Unul din traductori a fost folosit pentru a excita frecvențele în 20 interiorul probei, în timp ce celălalt a fost folosit pentru a monitoriza răspunsul la frecvență a structurii cu matrice metalică.
Prin explorare, prin frecvențe, monitorizare șî înregistrarea nivelelor de răspuns 25 pentru fiecare frecveilță rezonantă s-a determinat modulul de elasticitate.
Măsurarea durității la fractură, a materialului compus cu matrice metalică, folosind un eșantion - canal Chevron. S-a 30 folosit metoda Munz, Shannon și Bubsey. Duritatea Ia fractură a fost calculată pe baza încărcării maxime a probei canal Chevron supuse încărcării în patru puncte. Geometria probei canal Chevron cu- 35 prinde 45 ... 55 mm lungime, 4,8 mm lățime și 6 mm înălțime, în care se taie cu un fierăstrău de diamant un canal Chevron în vederea propagării unei fisuri prin proba menționată. Probele cu canale 40 Chevron, cu apexul Chevron-ului orientat în jos, au fost fixate în poziție corespunzătoare la o mașină de test Universal. Canalul probei, a fost plasat între două știfturi la 40 mm distanță și respectiv 45 20 mm distanță de la fiecare ac. Latura 66 de sus a probei - canal Chevron a fost contactată de două ace la distanță de 20 mm între ele și de 10 mm față de canal. Măsurătorile Ia încărcare maximă, s-au realizat cu o mașină Testing Universal CITS 2000/6 Model Sintec (produsă de System Integration Technology Incorporeted din Straton MA). S-a lucrat cu o viteză a capului cruce de 0,58 mm/minut. Celula de încărcare a mașinii de testare Universal a fost conectată la un sistem computerizat de preluare a datelor, Geometria probei cu canal Chevron și încărcarea maximă s-au folosit pentru calcularea durității Ia fractură a materialului. Testările s-au făcut pe mai multe probe și s-a luat media rezultatelor pentru stabilirea durității la fractură a materialului compus cu matrice metalică.
Analiza cantitativă a imaginii (Q1A).
S-au determinat: fracțiunea în volum a umpluturii, fracțiunea în volum a matricei metalice și fracțiunea în volum a porozităților. Astfel, un eșantion reprezentativ al materialului compus a fost șlefuit în mod corespunzător și analizat cu un microscop optic Nikon Microphoto-FX cu o DAGE-MTI series 68 (cameră video fabricată în Michigan City IN) atașată la partea de sus a microscopului. Semnalul camerei video a fost trimis unui Sistem de analiză științifică optică model DV-4400 (fabricația Lamont Scientific of State College, PA). Aplicând o mărire corespunzătoare s-au obținut zece imagini video ale microstructurii analizate prin microscopul optic și care au fost înmagazinate de sistemul de analiză științifică optică Lamont. Imaginile video obținute la măriri între 50X și 100X și în unele cazuri la 200X au fost manipulate digital chiar la lumină. Imaginile obținute la măriri între 200X și 1000X nu au necesitat manipulare la lumină. Imaginile video la lumină plană, culoare specifică și domenii de intensitate de nivel cenușiu au fost atribuite trăsăturilor microstructurale specL ficc materialului de umplutură, de un anu104859 mit tip, metalului matricei infiltrate, sau porozității etc. Pentru a se verifica dacă culoarea și atribuirile de intensitate au fost precise, s-a făcut o comparație între imaginile video cu atribuiri și imaginea video obținută original. Dacă s-au semnalat diferențieri, s-au făcut corecții ia atribuirile iinaginei video cu un toc de digitalizare ținut eu mâna și un panou de digitalizare. Imaginile video reprezentative sau analizat automat de software-ul computerului conținut în Sistemul de analiză științifică optică Lamont pentru stabilirea procentelor ale suprafețelor umpluturii, matricei metalice, și porozităților, care sunt practic aceleași cu procentele în volum ale constituenților structurali menționați.
După răcirea probelor descrise mai sus, îri cadrul acestui exemplu, la temperatura camerei, fiecare din ele a fost secțiOnată transversal, dacă s-a format structura compusă cu matrice metalică. S-a constatat că în toate probele din cadrul acestui exemplu, respectiv A-C și J-P s-au realizat corpuri cu structură compusă cu matrice metalică de aluminiu. Astfel: fig. 17a este o micro fotografie cu mărirea 50X. a probei A; fig. 17b este o mierofotografie cu mărirea 400X ce corespunde probei B; fig. 17c este o mierofotografie cu mărirea
400X ce corespunde probei C; fig. 21a este o mierofotografie cu mărirea 100X ce corespunde probei J; fig. 21b este o microfotografie cu mărirea <W0X ce corespunde probei N; fig. 21c este o mierofotografie cu:.
mărirea 1000X ce corespunde probei O.
în fiecare din figurile enumerate, matricea metalică este notată cu reperul 170, iar materialul de umplutură cu reperul 171.
Proprietățile mecanice ale produselor rezultate cu probele descrise în cadrul acestui exemplu, sunt prezentate în tabelul II ce urmează.
Tabelul II
| Nr. | Proba | Matricea metalică | Materialul de umplutură | Timp, OU : | Temperatură °C | UTS (MPa) | |
| 0 | l | 2 | 3 ; | 4 | 5 | 6 | |
| 1 | A | 520,0+; | A12O3 topit1) | 1,5 . | 775 | - | |
| 2 | B | 520,0+) | A12O3 calcinat2) | 2,0 | 800 | - | |
| 3 | C | 7001S) | A12O3 tabular3) | 10 | 700 | 265(5)d) | |
| 4 | D | 520,0+) | A12O3 plăcuțe4) | 10 | 775 | 453±28(6) | |
| 5 | J | 520,0+) | MgOU) | 19 | 750 | ||
| 6 | K | ' 170,lt+) Al-15 Si | ZrO,:2·'. | 1 | 800 | ||
| 7 | L | • | ’ 520,0+) Al-15 Si | f ZrO2 întărit IA12O3 13). | 1 | 800 | - |
| 8 | M | Al-12 Si | SiC particole14) | 20 | 775 | 265±40(6) | |
| 9 | N | A1-12SÎ | SiC particole1’) | 10 | 775 : | 156±22(6) |
Tabelul II (continuare)
70
| 0 | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 |
| 10 | 0 | 520,0+) | TiB2 plăcuțe* 11 12 13 14 15 16 17’ | 20 | 775 | 61±36(10) |
| 11 | P | 413,0& | A1N17) | 10 | 775 | - |
Tabelul II (continuare)
| Nr. | Limită de proporț. (MPa) | Rezistență la deformare, , % . | Modul de Elasticitate (GPa) | Duritate la fractur. (MPa-m(lfl)) | Volum umpl. % |
| 0 | 7 | 8 | 9 | 10 | 11 |
| 1 | - | - | - | - | 41 |
| 2 | - | - | - | - | 38 |
| 3 | - | 0,164 | 176 | 13,04 | 57 |
| 4 | 18±12(6)d) | 0,641 | 128 | 20-30 | 47 |
| 5 | : | - | - | ||
| 6 | - | - | - | - | - |
| 7 | - | - | - | 0,5 | - |
| 8 | 62±9(6) | 0,392 | 136 | 12,7±(7) | - |
| 9 | 82±18(6) | 0,116 | 146 | ... | 46 |
| 10 | 143±9(10) | 0,754 | 135 | 19±0,9(9) | 48 |
| 11 | - | - | - | - | - |
Tabelul II semnificații
1) = 38 Alundum, Norton Co., Worcester, MA
2) = C-75 RG, Alean, Montreal, Canada
3) = = T - 64 alumină tabulară, Alea Pittsburg PA
4) = Developmental grade F α A12O3 plăcuțe, E.I. Du Pont de Nemours & Co., Inc.Wilminggton, De
11) = TECO MgO grade 1205, C-E minerals, Greenvile, Tn
12) = = HSY-3SD Zirconia sales Inc., Atlanta GA
13) = ZTA-85 Zirconia sales Inc., Atlanta GA
14) = -1000* 39 Crysstolan, Norton Co., Worcester MA
15) = C-Axis Technology Ltd Jonquiere, Quebec, Canada
16) = HTC-30 Union Carbide
17) = A-200 Advanced Refractory Technology Inc., Buffalo, ΝΎ
+) = s 0,25% Si, s 0,30% Fe, s 0,25% Cu, s 0,15% Mn, 9,5-10,6% Mg, s 0,15% Zn, < 0,25%
72 ' Tabelul Π semnificații (continuare)
Ti, Al rest.
$) = «s 0,35% Si, s 0,40% Fe, 1,6-2,0% Cu, s 0,20% Mn, 2,6-3,4% Mg, 0,18-0,35% Cr, 6,8-8,0% Zn, s 0,20% Ti, Al rest. · &) = 11,0-13,0% Si, s 2,0% Fe, s 1,0% Cu, s 0,35% Mn, s 0,10% Mg, £ 0,50% Ni, s 0,50% Zn, s 0,15% Ti, Al rest.
++) = 99,7% Al, impurități uzuale rest.
dj = numărul eșantioanelor testate ' Exemplul 7. în acest exemplu se demonstrează faptul că se pot folosi materiale de umplutură diferite pe bază de carbură de siliciu pentru obținerea corpurilor compuse cu matrice metalică, penlru ; ; realizarea ' infiltrării spontane. Structurile 1 se pot diferenția în funcție de dimensiunile materialului de umplutură și de condițiile de proces aplicate. în tabelele III și
IV este prezentat sumarul condițiilor experimentale aplicate pentru obținerea produselor cu structura compusă, cuprinzând matricea metalică, incluzând compoziția metalului matricei, a materialului de umplutură, indicarea temperaturilor de proces cât și a duratelor de lucru.
Probele Q ... AH. Aceste probe s-au realizat în condiții prezentate în cadrul probei C, din exemplul 5 (sistemul prezentat pe fig. 11), cu singura deosebire că nu s-a adăugat pudră de magneziu în cutia de grafit înainte de introducerea materialului de umplutură.
Probele AI-AJ. Aceste probe au fost realizate în condițiile similare probei Kexemplul 6, folosindu-se sistemul prezentat pe fig. 18.
După răcirea probelor precizate mai sus, la temperatura camerei, fiecare din ele a fost secționată transversal, pentru a se controla dacă s-au obținut produsele cu structură compusă, conținând matricea metalică, fapt confirmat de toate probele
Q ... AJ. Fig. 22a este o microfotografie cu mărirea 400X, ce corespunde probei Q; fig. 22b este o microfotografie cu mărirea 400Χ, ce corespunde probei R; fig. 22c este o microfotografie cu mărirea 400X, ce corespunde probei S; fig. 22d este o microfotografie cu mărirea 400X, ce corespunde probei T; fig. 22e este o microfotografie eu mărirea 400X, ce corespunde probei U; fig. 22/ este o * 1 * * IV microfotografie cu mărirea
400X, ce corespunde probei V; fig. 22g este o microfotografie cu mărirea 400X, ce corespunde probei W; fig. 22h este o microfotografie cu mărirea 400X, ce corespunde probei X; fig. 22i este o microfoto15 grafie cu mărirea 400X, ce corespunde probei Y; fig. 22; este o microfotografie cu mărirea 400X, ce corespunde probei AC; fig. 22k este o microfotografie cu mărirea 400X, ce corespunde probei AD; fig. 22/ este o microfotografie cu mărirea 400X, ce corespunde probei AE; fig. 22m este o microfotografie cu mărirea 400X, ce corespunde probei AF; fig. 22/! este o microfotografie cu mărirea 400X, ee corespunde probei AG; fig. 22o este o microfotografie cu mărirea 400X, ce corespunde probei AH. în fiecare din figurile enumerate matricea metalică este notată cu reperul 170 și materialul de umplutură cu reperul 171.
Proprietățile mecanice ale probelor enumerate au fost determinate, folosind metode standard (prezentate în exemplul precedent) și ele sunt prezentate în tabelele
III și IV ce vor urma.
Tabelul III
| Nr. | Proba | Matricea metalică | Material de umplutură | Timp prelucrare h | Temperatura, °C | UTS (MPa) |
| 0 | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 |
| 1 | Q | Al-12Si-2Mg | SiC6) cu gran. de trecere prin sita cu 34 ochiuri/cm2 | 15 | 750 | 145(6)d |
| 2 | R | Al-15Si-2Mg | SiC6): -75% trecere sită cu 34 ochiuri/cm2 -25% trecere sită cu 124; ochiuri/cm2 | 15 | 750 | 182(6) |
| 3, | s | Al-12Si-2Mg | SiC6): -85% trecere sită 34 ochiuri/cm2 -15% trecere sită 124 ochiuri cm2 | 15 | 750 | 160(5) |
| 4 | T | , 336,0+) | SiC6): - trecere prin sită cu 34 ochiuri/cm2 | 15 | 750 | 155(4) |
| 5 | U. | 336,0+) | SiC(>): -75% trecere sită 34, ochiuri/cm2 -25% trecere sită 124 ochiuri/cm2 | 15 | 750 | 143(5) |
| 6 | V | 336,0+) | SiC6); -85% trecere sită 34 ochiuri/cm2 -15% trecere sită 124 ochiuri/cm2 | 15 | 750 | 176(5) |
| 7 | w | 390,2§) | SiC6): - trecere prin sită cu 34 ochiuri/cm2 | 15 | 750 | 86(6) |
| 8 | X | 390,2§) | SiC6): -75% trecere sită 34 ochiuri/cm2 -25% trecere sită 124 ochiuri/cm2 | 15 | 750 | 138(6) |
J*
Tabelul IH (continuare)
76
| 0 | 1 | 2 | 3 | 4 | . 5 | 6 |
| 9 | Y | 390,2§) | SiC6): -85% trecere sită 34 ochiuri/cm2 -15% trecere sită 124 ochiuri/cm2 | 15 | 750 | 169(5) |
| 10 | Z | 413,0&) | SiC6): - trecere prin sită cu 34 ochiuri/cm2 | 15 | 750 | 182(5) |
Tabelul III (continuare)
| Nr. | Rezistență la rupere, % | Modul de elasticitate, GPa | CTEC) pe °C x IO-6 | Duritatea la fracturare, MPa.m1'2 | Densitatea, g/cm3 | Volum umplutură, % ‘ |
| 0 | 7 | 8 | 9 | 10 | 11 | 12 |
| 1 | 0,133 | 164 | 12,2 | 10,37(5) | 2,87 | 51 |
| 2 | 0,161 | 165 | 11,4 | 9,26(5) | 2,84 | 56 |
| 3 | 0,133 | 183 | 11,4. | 11,02(6) | 2,89 | 65 |
| 4 | 0,110 | 198 | 10,6 | 8,30(13) | 2,91 | '55 |
| 5 | 0,094 | 185 | 9,5 | 8,67(9) | 2,92 | ' 64; |
| 6 | 0,135 | 195 | 10,4 | 8,42(8) | 2,91 | 59 |
| 7 | 0,055 | 190 | 10,0 | 8,00(6) | 2,95 | 52 |
| 8 | 0,078 | 219 | 9,7 | - 9,23(6) | 2,93 | 64 |
| 9 | 0,098 | 197 | 9,8 | 10,02(6) | 2,91 | 55 |
| 10 | 0,184 | 174 | 11,3 | 10,17(5) | 2,89 | - |
Tabelul III - Semnificațiile trimiterilor
6) = 39 Cristoloh, Norton Co., Worcester MA
c) = CTE mediu din 20 - 500°C, măsurat cu dilatometru DI-24, Âdamel Lhomargy, Franța.
d) = numerele din paranteze indică numărul de eșantioane testate
+) = 11,0-13,0% Si, z 1,20% Fe, 0,5-1,5% Cu, s 0,35% Mn, 0,7-1,3% Mg, 2,0-3,0% Ni, s 0,35% Zn, s 0,25% Ti, Al rest.
§) = 16,0-18,0% Si, 0,6-1,0% Fe, 4,0-5,0% Cu, <; 0,10% Mn, 0,5-0,65% Mg, < 0,10% Zn, 0,20% Ti, Al rest.
&) = 11,0-13,0% Si, £ 2,0% Fe, < 1,0% Cu, < 0,35% Mg, <; 0,5% Ni, s 0,5% Zn, s 0,15% Sn, Al rest.
Tabelul IV
| Nr. | Proba | Matricea metalică | Materialul de umplutură | Timp, h | Temperatură, °c | UTS MPa |
| 0 | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 |
| 1 | AA | 413,0&) | SiC6: -85% trecere sită cu 34 ochiuri/cm2 -15% trecere sită cu 124 ochiuri/cm2 | 15 | 750 | 178(5)d) |
| 2 | AB | 413,0&) | SiC6): -75% trecere sită cu 34 ochiuri/cm2 -25% trecere sită cu 124 ochiuri/cm2 | 15 | 750 | 230(5) |
| 3 | AC | Al-12Si-5Zn | SiC6): -trecere sită cu 34 ochiuri/cm2 | 15 | 750 | 203(5) |
| 4 | AD | Al-12Si-5Cu | SiC6): -85% trecere sită cu 34 ochiuri/cm2 -15% trecere sită cu 124 ochiuri/cm2 | 15 | 750 | 201(6) |
| 5 | AE | Al-12Si-5Cu | SiC6): . -75% trecere sită cu 34 ochiuri/cm2 -25% trecere sită cu 124 ochiuri/cm2 | 15 | 750 | 232(6) |
| 6 | AF | Al-12Si-2Mg | Amestec SiC18) | 15 | 750 | 122(4) |
| 7 | AG | 413,0&) | Amestec SiC18) | 15 | 750 | 148(6) |
| 8 | AH | 336,2+) | Amestec SiC18) | 15 | 750 | 123(5) |
| 9 | AI | A1-15SÎ | Amestec SiC18) | 1,5 | 800 | - |
| 10 | AJ | A1-15SÎ | Amestec SiC18) | 1,5 | 800 | - |
,80
Tabelul IV (continuare)
| Nr. | Rezistență la rupere, % | Modul de elasticitate, GPa | CTEC) pe °C x IO·6 | Duritatea la fracturare, MPa.m1/2 | Densitatea, g/cm3 | Volum umplutură, % |
| 0 | 7 | 8 | 9 | 10 | 11 | 12 |
| 1 | 0,149 | 175 | 12,2 | 9,99(9)d) | , 2,90 | .- |
| 72 | 0,228 | 209 | 10,8 | 10,41(5) | 2,89 | - |
| 3 | ; 0,165 | 160 | 13,4 | 9,63(5) | 2,96 | 54 |
| 4 | 0,135 | 177 | 11,9 | 10,51(5) | 2,95 | 57 |
| 5 | 0,163 | 176 | 11,7 | 10,38(6) | 3,02 | 57 |
| 6 | 0,087 | 190 | 10,2 | 8,76(6) | 3,06 | 67 |
| 7 | 0,096 | 210 | 10,2 | 10,18(6) | 2,90 | 65 |
| 8 | 0,079 | 188 | 8,7 | 7,52(6) . | 2,95 | 65 |
| 9 | - | - | - | - . | 72 | |
| 10 | - | - | - | - | - | 71 |
Tabelul IV. Semnificațiile trimiterilor
6) = 39 Crystolon Norton Co., Worcester MA
18) = SiC cu granuîația de trecere: 55% prin sita cu 8,4 ochiuri/cm2; 20% prin sita cu 14 ochiuri/cm2, 15% prin sita cu 28 ochiuri/cm2, 10% prin sita cu 77,5 ochiuri/cm2; 39 Crystolon Norton Co., Worcester MA.
c) = media CTE din 20-500°C, măsurat cu dilatometru model DI-24, Adamel Lhomargy, Franța.
d) = numerele din paranteză indică numărul de probe testate.
&) = 11,0-13,0% Si, s 2,0% Fe, s 1,0% Cu, £ 0,35% Mn, £ 0,10% Mg, s 0,50% Ni, s 0,50% Zn, £ 0,15% Sn, Al rest.
+) = 11,0-13,0% Si, £ 1,2% Fe, 05-1,5% Cu, s 0,35% Mn, 0,7-1,3% Mg, 2,0-3,0% Ni, £ 0,35%
Zn, £ 0,25% Ti, Al rest.
. Exemplul 8. în acest exemplu se face demonstrația că se pot obține produsele cu structura compusă, cuprinzând matricea metalică, variind timpii de proces. Specific, durata de infiltrare a unei mase de umplutură de o matrice metalică, în prezența unui intensificator de infiltrare sau a unui precursor ai acestui intensificator, poate să fie diferențiată în funcție de rezultatele ce urmează să se obțină. în tabelul V este prezentat sumarul condițiilor experimentale folosite pentru obținerea corpurilor cu structuri compuse cu matricea metalică infiltrată spontan în masa/preforma de umpliitură, într-un domeniu larg de timpi de reacție, fiind indicate natura matricei metalice, ale masei de umplutură, cât și alte condiții de proces.
Probele AL ... AN. Aceste probe au fost realizate în condiții similare celor prezen10 tate în cadrul probei C (exemplul 5), sistemul fiind reprezentat pe fig. 11, cu singura deosebire că vasul de grafit 25 a fost acoperit cu un strat de grafit coloidal și nu căptușit cu vasul de grafit 26. Sistemul pregătit în mod corespunzător a fost încălzit de la temperatura camerei la circa 5 350°C, cu o viteză de circa 200°C/h, menținut la 350°C, timp de 7 h, încălzit, în continuare, la circa 55OQC, cu viteza de circa 200°C/h, menținut la această tem-
| Proba | Matricea metalică | Materialul de umplutură | Timp (h) | Temperatură, . °C |
| AL | 520,0+) | AI2O3 3) | 2...... | 775 |
| AM | 520,0+) | ai2o3 3) | 4...... | 775 |
| AN | 520,(f’ | ai2o3 3) | 8 | 775 |
3) = T-64 alumină tabulară cu granulația de trecere prin sita cu 50,4 ochiuri/cm2, Alcoa Pittsburg
PA.
+) = s 0,25% Si, s 0,30% Fe, s 0,25% Cu, Ti, Al rest.
Exemplu] 9. In acest exemplu se demonstrează că proprietățile mecanice ale produselor ce se obțin, pot fi modificate prin realizarea solidificării direcționate sau prin aplicarea unui tratament termic ulterior. In tabelul VI, care urmează, este prezentat sumarul condițiilor experimentale folosite pentru producerea corpurilor compuse cu matrice metalică și proprietățile mecanice ale acestor corpuri.
Probele C, AO ... AS. Aceste probe au fost realizate în condiții identice cu cele expuse în cadrul probei C, exemplul 5, sistemul fiind reprezentat pe fig. 11. Probele AQ-AS au fost supuse unui tratament la cald T-6, descris mai jos.
Tratamentul la cald T-6. Probele au fost plasate într-un coș din fire de oțel inoxidabil, care a fost introdus într-un cuptor cu atmosferă de aer încălzit cu rezistență la circa 500°C. Produsele au fost menținute la 500°C, circa o oră, după care au fost scoase din cuptor și răperatură o oră și încălzit apoi la 775°C, cu o viteză de 150°C/h, și menținut la această temperatură, intervalele de timp precizate în tabelul V. După evacuarea sistemului din cuptor, acesta a fost plasat pe o placă de răcire de aluminiu răcită cu apă, pentru solidificarea direcționată a structurii compuse rezultate.
Tabelul V s 0,15% Mn, 9,5-10,6% Mg, < 0,15% Zn, < 0,25% cite în baie de apă, la temperatura camerei. Pentru apariția fenomenului de precipitare, produsele au fost îmbătrânite artificial 10 h, la 160°C, fie îmbătrânite la temperatura camerei circa o săptămână.
Probele AT ... AY. Aceste probe au fost realizate în condițiile precizate în cadrul probei C, exemplul 5, cu deosebire că nu s-a plasat stratul de magneziu 27a, la baza cutiei de grafit 26 §i sistemul a fost menținut la 750°C, timp de 15 h. Probele AWAY au fost supuse tratamentului termic la cald T-6, în condițiile expuse în cadrul probei E, exemplul 5. După ce probele enumerate au fost răcite la temperatura camerei, fiecare din ele a fost secționată transversal, pentru a se urmări structurile produselor rezultate. Astfel, pe fig. 17c este o microfotografie la o mărire de 400X, ce corespunde probei C; fig. 23a este o microfotografie cu mărirea 400X, ce corespunde probei AO; fig. 23b este o microfotografie cu mărirea 400X, ce corespunde probei
AP; fig. 23c este. o microfotografie cu mărirea 400X, ce corespunde probei AQ; fig. 23d este o microfotografie cu mărirea 400X, ce corespunde probei AR; fig. 23e este o microfotografie cu mărirea 400X, 5 ce corespunde probei AS; fig. 23/ este o microfotografie cu mărirea 400X, ce corespunde probei AT; fig. 23g este o microfotografie cu mărirea 400X ce corespunde probei AU; fig. 23/z este ,o microfotogrâ- j fie cu mărirea 400X, ce corespunde probei AV. Pe toate figurile enumerate matricea metalică este notată cu reperul 170, iar materialul de umplutură cu reperul 171·
Tabelul VI
| Nr. | Proba | Matricea metalică | Material de umplutură | Tratament la cald | UTS, MPa |
| 0 | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 |
| 1 | c | 7001+) | ai2o3 3) trecere sită cu 9,3 ochiuri/cm2 | fără | 256(5)d) |
| 2 | AO | 7001+) | ai2o3 3> trecere sită cu 15,5 ochiuri/cm2 | fără | 220(5) |
| , ....3... | AP | . 7001+) | ai2o3 3) trecere sită cu 50,4 ochiuri/cm2 | fără .. | 300(5). |
| 4 | AQ | 7001+) | A12O3 3) trecere sită cu 9,3 ochiuri/cm2 | T-6 | 238(6) |
| 5 | AR | 7001+) | A12O3 3) trecere sită cu 15,5 ochiuri/cm2 | T-6 | 300(6) |
| 6 | AS | 7001+) | A12O3 3’ trecere sită cu 50,4 ochiuri/cm2 | T-6 | - |
| 7 | AT | 520,08) | ai2o3 3) trecere sită cu 9,3 ochiuri/cm2 | fără | 242(5) |
| 8 | AU | 520,0§) | A12O3 3> trecere sită cu 15,5 ochiuri/cm2 | fără | 285(3) |
| 9 | AV | 520,08) | A12O3 3) trecere sită cu 50,4 ochiuri/cm2 | fără | 442(3) |
| 10 | AW | 520,08) | A12O3 3> trecere sită cu 9,3 ochiuri/cm2 | ; T-4 | 286(2) |
| 11 | AX | 520,08) | ai2o3 3> trecere sită cu 15,5 ochiuri/cm2 | T-4 | 318(3) |
| 12 | AY | 520,08) | A12O3 3) trecere sită cu 50,4 ochiuri/cm2 | T-4 | 460(5) |
86
Tabelul VI (continuare)
| Nr. | Rezistență la rupere, % | Modul de elasticitate, GPa | CTEC) pe °C x 10-6 | Duritatea la fracturare, MPa.m1''2 | Densitate, g/cm3 | Volum umplutură, % |
| 0 | 6 | . 7. , | 8 | 9 | 10. | 11 |
| 1 | 0,164 | 176 | - | 13,0(4)d) | 3,34 | 57 |
| 2 | 0,177 | 176 | - | 13,3(4) | 3,37 | 59 |
| 3 | 0,263 | 149 | - | 17,5(7) | 3,39 | 54 |
| 4 | 0,169 | 172 | 11,4 | 12,3(6) | 3,37 | 60 |
| 5 | 0,169 | 190 | 11,3 | 12,5(6) | 3,45 | 59 |
| 6 | - | '- .. | 13,6 | 15,8(6) | 3,36 | 59 |
| 7 | 0,177 | 177 | 14,5 | 12,1(6) | 3,11 | 58 |
| 8 | 0,201 | 175 | 14,0 | 13,3(4) | 3,03 | 56 |
| 9 | 0,637 | 140 | 17,7 | 18,2(4) | 3,12 | 57 |
| 10 | 0,185 | 228 | - | 14,0(4) | 3,24 | - |
| 11 | 0,236 | 179 | - | 13,9(4) | 3,20 | - |
| 12 | 0,671 | 148 | - | 18,1(4) | 3,14 | - |
Tabelul VL Semnificațiile trimiterilor
c) = media CTE din 20-500°C, măsurat cu dilatometrul DI-24 Adamel Lhomargy Franța.
d) = numerele din paranteze reprezintă numărul de probe testate.
3) = T-64 alumină tabulară Alcoa Pittsburg PA
+) = s 0,25% Si, 0,30% Fe, 0,25% Cu, s 0,15% Mn, 9,5-10,6% Mg, s 0,15% Zn, s 0,25% Ti, Al rest.
§) = s 0,35% Si, s 0,40% Fe, 1,6-2,6% Cu, s 0,20% Mn, 2,6-3,4% Mg, 0,18-0,35% Cr, 6,8-8,0%
Zn, £ 0,20% Ti, Al rest.
Exemplul 10. In acest exemplu se face demonstrația că, conținutul în azot al unui produs cu structură compusă cu matrice metalică, rezultat prin infiltrare spontană, poate fi variat. Această diferențiere se poate realiza în funcție de combinația factorilor specifici de proces, respectiv matricea metalică, materialul de umplutură, atmosfera de infiltrare și condițiile date de. proces. în tabelul VII este prezentat sumarul condițiilor experimentale folosite pentru obținerea produselor cu structură compusă cu matrice metalică, respectiv natura matricei metalice, natura și granulația masei de umplutură, temperatu5 rile și timpii de proces, cât și conținutul mediu de azot al fiecărui produs rezultat.
Probele AZ ... BB. Aceste probe au fost realizate în condiții similare probei F, exemplul 5, sistemul este reprezentat în secțiune transversală pe fig. 14.
Proba BC. Această probă a fost realiza104859 tă îri condiții similare cu proba B, exemplul 5, sistemul fiind reprezentat pe fig. 10.
Proba BD. Această probă a fost realizată în condiții similare cu proba K, exemplul 6, sistemul fiind reprezentat pe fig. 18, cu deosebirea că interiorul formei de oțel 46 a fost căptușit prin stropire cu material grafîtic (produs de Dylon grade AE, Dylon Industries Inc., Bereq OH) și ars la circa 260°C, timp de o oră.
Proba BE. Această probă este de control, s-a folosit pentru determinarea conținutului de azot a unui aliaj de aluminiu, în absența materialului de umplutură. Astfel, s-a căptușit cavitatea interioară a formei de oțel 46 (fig. 18) cu un material grafîtic, așa cum s-a descris în cadrul probei BD și s-a introdus un lingou de aliaj de aluminiu marca 520,0 în respectiva formă. Sistemul astfel pregătit a fost încălzit în condițiile precizate în tabelul VII.
După ce probele enumerate au fost răcite la temperatura camerei, s-a determinat conținutul în azot al produselor rezultate.
Pentru aceasta s-a aplicat metoda ASTM E
1019-87A Determinarea carbonului, sulfu5 lui, azotului, oxigenului și hidrogenului în aliajele de fier, nichel și cobalt. Această metodă folosește conductivitatea fuziuUetermică a gazelor inerte pentru â măsura conținutul de azot.' Astfel, o probă se introduce într-un mic creuzet de grafit și se topește fie cu adaos de cupru, fie de nichel, în atmosferă, în circulație de heliu, la 1900°C. Azotul conținut în probă este pus în libertate ca azot molecular și separat de alte substanțe în formă moleculară (de exemplu H și CO) și se determină conductivitatea termică a amestecului gazos azotheliu. Atest test s-a realizat folosind arializorul comercial Lece TC436 ca echipament, destinat pentru operații automate și calibrat cu standarde ale conținuturilor cunoscute de azot (material de referință standard NIST 73C cu un conținut de azot de 0,037% și AIN cu un conținut de azot de 32,6%).
Tabelul VII
| Proba | Matricea metalică | Material de umplutură | Timp, h | Temperatură, °C | Azot, % |
| 0 | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 |
| AZ | Al-2Mg | AIA1) trecere sită cu 77,5 ochiuri/cm2 | 4 | 1000 | 11,195 |
| BA | Al-6Mg | aia1’ trecere sită cu 34,1 ochiuri/cm2 | 4 | 900 | 0,895 |
| BB | Al-10,5Mg | aia1’ trecere sită cu 34,1 ochiuri/cm2 | 4 | 800 | 0,43 |
| BC | A1-15SÎ | SiC6’ trecere sită cu 155 ochiuri/cm2 | 2,5 | 800 | 0,277 |
| BD | 520,0+) | SiC6’ trecere sită cu 77,5 ochiuri/cm2 | 1 | 800 | 1,23 |
| BE | 520,0+) | fără | 1 | 800 ' | 0,0011 |
90
Tabelul VII. Semnificațiile trimiterilor
1) = Alundum Norton Co., Worcester MA.
6) = 39 Crystolon Norton Co., Worcester MA.
+) = £ 0,25% Si, £ 0,30% Fe, £ 0,25% Cu, £ 0,15% Mn, 9,5-10,6% Mg, s 0,15% Zn, £ 0,25%
Ti, Al rest.
Exemplul 11. în acest exemplu se demonstrează că rezistența la uzură a unui produs cu structură compusă cu matrice metalică, realizat în condițiile conform invenției, variază în funcție de 5 tipul aluminei folosite ca material de umplutură desigur în asociere cu un anumit tip de matrice metalică, atmosferă de infiltrare, intensificator de infiltrare sau precursorul acestuia pentru realizarea 10 infiltrării spontane în condițiile date de proces. Tabelul VIII conține sumarul tuturor acestor factori-matricea metalică, materialul de umplutură, condițiile de proces, cât și viteza de uzură a produselor 15 cu structură compusă cu matrice metalică, realizate în condițiile din acest exemplu și viteza de uzură a unui metal neprelucrat (proba BL).
Probele A, BF, BG. Aceste probe au 20 fost realizate în condiții similare cu proba
A, exemplul 5, sistemul fiind reprezentat pe fig. 9.
Probele BH-BK, B. Aceste probe au fost realizate în condiții similare cu proba 25
B, exemplul 5, sistemul fiind reprezentat pe fig. 10.
Proba BL. Această probă este comparativă, de control, în care aliajul de aluminiu marca 520,0 a fost supus testării la 30 uzură în condițiile precizate mai jos.
Testarea la uzură a probelor enumerate s-a realizat pe baza abraziunii glisante, care este o modificare a ASTM G75-82 Suspensia abrazivă prin testul număr 35 Miller expus în volumul standard ASTM 3,02. Acest test determină viteza de uzură a materialelor testate expuse la o suspensie standard. Acest test este mai mult utilizat decât utilizarea pompei de 40 suspensii și, de obicei, se utilizează în cazul materialelor eare se supun testării cu pompa de suspensii.
a). Aparatul pentru test. Aparatul include patru brațe mecanice cu blocuri de uzură, montate pe fiecare braț. Brațele mecanice sunt pivotate liber la un cap, în cruce și sunt conectate la un cric care este rotit la circa 48 cicluri/minut, de o tijă de conectare și un motor corespunzător. Acest dispozitiv asigură o mișcare orizontală armonică, reciprocă la brațele de uzură, cu o deplasare de circa 203 mm. Fiecare braț mecanic este încărcat cu o greutate de 2,3 kg, direct deasupra blocului de uzură. O camă este prevăzută pentru a ridica momentan fiecare braț mecanic. De aceea, blocul de uzură, în afara învelișului de cauciuc la capătul unui ciclu, cuprinde o cavitate de plastic cu lungimea de 381 mm, 76 mm lățime și 51 mm înălțime și sunt folosite ca rezervoare de suspensie, iar fiecare braț mecanic cuprinde și o tavă separată. Un înveliș de cauciuc neoprenic de circa 3,2 mm grosime este plasat la baza fiecărei tăvi. Un elastomer turnat este folosit pentru a fixa învelișul de cauciuc la baza trapei și să creeze o formă în V pe lungimea deplasării blocului de uzură. Panta de 45° de la capătul camei a ciclului, generează un val sau curgere înapoi a suspensiei sub blocul de uzură ridicat. Niște suporturi ale blocurilor de uzură de 51 mm lungime, 51 mm lățime și 13 mm grosime au fost confecționate din material plastic și au fost prevăzute cu o fantă pentru intrarea blocului de uzură și o fantă care permite fixarea blocului de uzură cu o clamă prin suport. Suportul de bloc de uzură este montat la brațul mecanic într-un mod care permite ajustarea blocului de uzură vertical și stabilirea paralelismului cu învelișul de cauciuc. Aparatul de testare poate să funcționeze, efectiv nesupravegheat, o perioadă de timp nedefinită.
b) . Condițiile de testare. Variațiile de domeniu posibile ale condițiilor de testare sunt următoarele:
I. Tip de particulă: oricare (silice, alumină etc.).
II. Dimensiunea particulei: 500 ... 5000 μηι.
III. Concentrația particulei: 0 ... 100% greutate solide.
IV. Volum suspensie: 0 ... 200 ml.
V. Temperatura suspensiei: 30°C (temperatura camerei).
VI. pH-ul suspensiei: ! ... 14 (cu modificare).
VII. încărcare bloc uzură: 0 ... 2,3 kg.
VIII. Timp: nedefinit, patru ore este tipic.
c) . Eșantion test. Blocurile de uzură au fost secționate dintr-un material vrac cu o roată tăietoare cu diamant și șlefuite la o mare precizie, folosind mijloacele necesare pentru obținerea, în final, a unor suprafețe cu 25 mm lungime, 13 mm lățime și 5 la 9 mm grosime.
d) . Procedura de testare. Blocurile de uzură au fost curățite în metanol ultrasonic, timp de 15 min, uscate în cuptor cu 92 vid, la 150°C, timp de 15 min, calibrate la temperatura camerei într-un exicator, timp de 15 min și apoi cântărite la o precizie de ± 0,1 mg. Blocurile de uzură au fost apoi montate în suporturile de bloc de uzură și controlate pentru realizarea unei alinieri orizontale și verticale corespunzătoare. Cantitatea · corespunzătoare de particule abrazive și apă a fost cântărită la precizia de + 0,1 g, amestecate, și apoi turnate în tăvile de suspensie de plastic. Brațele mecanice au fost apoi coborâte și, ca urmare, blocurile de uzură au fost coborâte în suspensia abrazivă și s-a declanșat miș15 carea reciprocă prin conectarea motorului electric. Blocurile de uzură au fost trecute prin suspensia abrazivă cu o frecvență predeterminată (tipic patru ore). După perioada prescrisă, brațele mecanice au fost / ridicate și blocurile de uzură îndepărtate, >; în continuare, blocurile de uzură au fost/ curățate, uscate și recântărite, .urmând aceleași secvențe ca la începutul testului. Pierderea în greutate și densitatea blocului de uzură au fost folosite în calculul pierderii de volum și, în final, a vitezei de uzură exprimate în cm3/h. pH-ul și temperatura suspensiei au fost măsurate la începutul și sfârșitul testului.
Tabelul VIII
| Proba | Matri- cea meta- lică | Material umplutură | Timp, h | Tempe- ratură, °C | Formă | Densi- tate, g/cm3 | Volum umplu- tură, % ' | Viteză uzură xlO'6 cm3/h |
| 0 | 1 , | .2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 |
| A | 520,0+) | trecere sită cu 34 ochiuri/cm2 | 1,5 | 775 | silice | 3,06 | 41 | 1242 |
| BF | 520,0+) | Al2o?> trecere sită cu 77,5 ochiuri/cm2 | 1,5 | 775 | silice | 3,12 | 46 | 2205 |
Tabelul VIII (continuare)
94
| 0 | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 |
| BG | 520,0+) | A12O3 19) trecere sita cu 155 ochiuri/cm2 | 1,5 | 775 | silice | 2,87 | 42 | 2251 |
| BH | 520,0+) | Al A trecere sită cu 3,72 ochiuri/cm2 | 1,5 | 800 | oțel | 2,94 | 48 | 724 |
| Bl | 520,0+) | A12O3 19) trecere sită cu 34 ochiuri/cm2 | 2,0 | 800 | oțel | 3,01 | 45 | 510 |
| BJ | 520,0+) | Al2o?> trecere sită cu 77,5 ochiuri/cm2 | 2,25 | 775- -800 | oțel | 2,91 | 49 | 2235 |
| BK | 520,0+) | A12O3 19> trecere sită cu 155 ochiuri/cm2 | 2,0 | 800 | oțel | 2,59 | 37 | 2256 |
| B | 520,0+) | C75 RG2) | 2,0 | 800 | oțel | 2,94 | 36 | 1901 |
| BL . .........1 | 520,0+) | fără | - | - | 2,7 | 0 | 2289 |
Tabelul VIII. Semnificațiile trimiterilor
1) = Alundum 38 Norton Co., Worcester MA
2) = C-75 Alean Chemicals Montreal Canada
19) = E-67 alumină tabulară Norton Co., Worcester MA +) = s 0,25% Si, £ 0,30% Fe, £ 0,25% Cu, a Ti, Al rest.
Exemplul 12. în acest exemplu se demonstrează că rezistența la uzură a produselor cu structură compusă, cu matrice metalică, poate să varieze în funcție de tipul de carbură de siliciu, folosite ca material de umplutură. Astfel, s-au făcut diferite asocieri între tipurile de carbură de siliciu și alți factori de proces, respectiv matricea metalică, atmosfera de infiltrare, un anumit intensificator de infiltrare sau precursorul acestuia, pentru obținerea corpurilor cu structură £ U,107» ivin, iVlg, £ 0,10 70 ZJ1, £ V,ZJ70 compusă cu matrice metalică prin infiltrare spontană. în tabelul IX este prezentat sumarul referitor la tipurile matricei metalice și ale materialului de umplutură folosite, alți factori de proces, cât și viteza de uzură a produselor realizate experimental și, pentru comparație, viteza de uzură a uneia din matricele metalice neprelucrate (proba BS).
Probele BM, BN. Aceste probe au fost realizate în condiții similare cu proba A, exemplul 5, fig. 9.
6, fig. 18.
Proba BS. Această probă reprezintă un test de comparație care s-a aplicat unui lingou metalic ce a fost supus procedurii de testare la uzură descris în exemplul 12.
Probele Βθ-BQ. Aceste probe au fost realizate în condiții similare cu proba B, exemplul 5, fig.9.
Proba BR. Această probă s-a realizat în condiții similare cu proba K, exemplul 5
Tabelul IX
| Proba | Matricea metalică | Material umplutură | Timp, h | Tem- pera- tură, °C | Formă | Volum umplu- tură, % | Densi- tate, g/cm3 | Viteză uzură xlO’5 cm3/h |
| 0 | l | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 |
| BM | ,Al-10Si-5Cu | SiC^ trecere sită cu 34 ochiuri/cm2 | 2 | 775 | silice | 49 | 3,09 | 555 |
| BN | Al-10Si-5Cu | SiC6) trecere sită cu 77,5 ochiuri/cm2 | 2 | 775 | silice | 46 | 2,90 | 3035 |
| BO | Al-10Si-5Cu | SiC6) trecere sită cu 3,72 ochiuri/cm2 | 2 | 800 | oțel | 47 | 3,21 | 637 |
| BP | Al-10Si-5Cu | ȘiC6) trecere sită cu 34 ochiuri/cm2 | i 5 | 800 | oțel | 47 | 2,72 | 1028 |
| BQ | Al-10Si-5Cu | SiC6) trecere sită cu 155 ochiuri/cm2 | ? 5 | 800 | oțel | 42 | 2,80 | 2355 |
| BR | AI-lOSi | SiC1S) | . 1 | 800 | oțel | - | 2,95 | 313 |
| BS | Al-10Si-5Cu | fără | - | - | - | 0 | 2,7 | 2958 |
Tabelul IX. Semnificațiile trimiterilor
6) = 39 Crystolon Norton Co., Worcester MA
18) = SiC cu granulația de trecere prin sita cu: 55% - 8,37 och/cm2, 20%-14 och/cm2, l5%-28 och/cm2 10%-77,5 och/cm2, 39 Crystolon Nortor Exemplul 13. în acest exemplu se face demonstrația că proprietățile mecanice ale unui produs cu structură compusă cu matrice metalică pot fi diferențiate în funcție de dimensiunea materialului de 10 umplutură folosit. în tabelul X este preCo., Worcester MA.
zentat un sumar referitor la matricea metalică, materialul de umplutură și alte condiții de proces și proprietățile mecanice ale produselor rezultate prin infiltrare spontană.
Probele BT, BU, Q, BV. Aceste probe s-au realizat în condiții similare cu proba
Λ104859
C, exemplul 5, fig. 11, cu singura deosebire că în baza cutiei din foaie de grafit 20 nu s-a adăugat pudră de magneziu înainte de introducerea masei de umplutură.
Produsele cu structură compusă re- 5 zultate în acest exemplu, au fost secționate transversal și microfotografiate. Astfel, fig. 24a este o micro fotografie cu mărirea
400X, ce corespunde probei BT; fig. 246 este o microfotografie cu mărirea 400X, ce corespunde probei BU; fig.24c este o microfotografie cu mărirea 400X, ce corespunde probei BV. în fiecare din figurile enumerate, matricea metalică este notată cu reperul 170 și materialul de umplutură cu reperul 171.
Tabelul X
| Proba | Matricea metalică | Material umplut | UTS MPa | Rezistența la rupere, % | Modul de elas-. ticitate, GPa | CTEC) pe°C xlO-6 | Duritate la fracturare, MPa-m1/2 | Den- sitate, g/cm3 | Volum umplu- tură, % |
| 0 | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 |
| BT | Al-12Si-2Mg | SiC6) trecere sită cu 8,37 ochiuri/cm2 | 143(5)d) | 0,126 | 201 | 12,2 | 9,2(4/-1 | 2,77 | 58 |
| BU | Al-12Si-2Mg | SiC6' trecere sită cu 14 ochiuri/cm2 | 153(5) | 0,143 | 173 | 13,1 | 10,4(6) | 3,02 | 53 |
| Q | Ăl-12Si-2Mg | SiC6) trecere sită cu 34 ochiuri/cm2 | 145(6) | 0,133 | 164 | 12,2 | 10,4(5) | 2,87 | 51 |
| BV | Al-12Si-2Mg | SiC6’ trecere sită cu 77,5 ochiuri/cm2 | 176(5) | 0,176 | 145 | 11,6 | 8,2(8) | 2,84 | 56 |
Tabelul X. Semnificațiile trimiterilor
c) = Media CTE din 20-500°C determinat cu dilatometrul DI-24 Adamel Lhomargy Franța.
d) = numărul din paranteze indică numărul de probe testate
6) = 39 Crystolon Norton Co., Worcester MA,
Exemplul 14. Acest exemplu demonstrează că coeficientul de expansiune ternii- 10 că - CTE, a unui produs cu structură compusă cu matrice metalică, realizat prin infiltrare spontană, folosind ca material de umplutură carbura de siliciu, poate să varieze în funcție de încărcarea materialului de umplutură. 15 Astfel, în tabelul XI sunt precizate tipul metalului matricei, granulațîa materialului de umplutură, condițiile de proces și CTE - ul produselor rezultate în acest exemplu.
Probele BW-CS. Aceste probe s-au realizat m condiții similare cu proba N, exemplul 6, fig.
12. Tabelul XI enumeră componenții de reacție și condițiile de proces pentru fiecare din aceste probe. în cazul probei CF, vasul de grafit a fost căptușit cu un înveliș de grafit (material produs de DAG-154 Acheson Colloid Port Huron MI) și nu o cutie din foaie de grafit. în această situație, masa de umplutură a fost introdusă în vasul de grafit în modul prezentat pe fig. 19.
Tabelul XI
100
| Proba | Matricea metalică | Material de umplutură | Timp, h | Tempe- ratură* °c | Volum umplutură, % | CTEC’ pe °C xlO-6 |
| 0 | 1 | 2 | 3 : | 4 | 5 ' | 6 |
| BW | 413,0&) | SiC6’ trecere sită cu 3,72 ochiuri/cm2 | 20 | 1 775 | 66 | 7,64 |
| BX | 413,0&> | SiC6’ trecere sită cu 8,37 ochiuri/cm2 | 15 | 750 | 61 | 9,36 |
| BY | 413,0*’ | SiC6’ trecere sită cu 14 ochiuri/cm2 | 15 | 775 | 62 | 9,45 |
| BZ | 413,0*’ | SiC6’ ' trecere sită cu 34,1 ochiuri/cm2 | 15 | • 775 | 56 | 9,70 |
| CA | 413,0*’ | SiC6’ trecere sită cu 77,5 ochiuri/cm2 | 15 | 775 | 58 | 9,75 |
| CB | 413,0*’ | SiC6’ trecere sită cu: -7Q%-3,72 ochiuri/cm2 -30%-8,37 ochiuri/cm2 | 15 | 775 | 7,70/ | |
| cc | 413,0*’ | SiC6) trecere sită cu: 70%-8,37 ochiuri/cm2 30%-14 ochiuri/cm2 | 15 | 775 | 64 | 8,30 |
| CD | 413,0*’ | SiC6’ trecere sită cu: 70%-14 ochiuri/cm2 30%-28 ochiuri/cm2 | 15 | 775 | 61 | 9,15 |
| CE | 413,0*’ | SiC6) trecere sită cu: 70%-34,l ochiuri/cm2 30%-77,5 ochiuri/cm2 | 15 | 775 | 59 | 9,38 |
| CF | 413,0*’ | SiC6’ trecere sită cu: 70%-34,l ochiuri/cm2 30%-124 ochiuri/cm2 | 15. | / 775 | 9,41 | |
| CG | 41'3,0&’ | SiC6’ trecere sită cu: 65%-3,72 ochiuri/cm2 25%-34,l ochiuri/cm2 10%-77,5 ochiuri/cm2 | 15 | 750 | 8,03 |
Tabelul XI (continuare)
101 102
| 0 | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 |
| CH | Al-12Si-2,5Ni-lCu | SiC6> trecere sită cu 3,72 ochiuri/cm2 | 15 | 775 | 69 | 7,63 |
| CI | Al-12Si-2,5Ni-lCu | SiC6) trecere sită cu 8,37 ochiuri/cm2 | 15 | 775 | - | 8,10 |
| CJ | Al-12Si-2,5Ni-lCu | SiC6) trecere sită cu 14 ochiuri/cm2 | 15 | 775 | 63 | 8,06 |
| CK | Al-12Si-2,5Ni-lCu | SiC6) trecere sită cu 34,1 ochiuri/cm2 | 15 | 775 | 56 | 8,34 |
| CL | Al-12Si-2,5Ni-lCu | SiC6) trecere sită cu 77,5 ochiuri/cm2 | 15 | 775 | 53 | 9,27 |
| CM | Al-12Si-2,5Ni-lCu | SiC5) trecere sită cu: -70%-3,72 ochiuri/cm2 -30%-8,37 ochiuri/cm2 | 15 | 775 | 67 | 7,39 |
| CN | Al-12Si-2,5Ni-lCu | SiC6) trecere sită cu: 70%-8,37 ochiuri/cm2 30%-14 ochiuri/cm2 | 15 | 775 | 68 | 7,55 |
| CO | AI-12Si-2,5Ni-lCu | SiC6) trecere sită cu: 70%-14 ochiuri/cm2 30%-28 ochiuri/cm2 | 15 | 775 | 60 | 8,75 |
| CP | Al-12Si-2,5Ni-lCu | SiC6) trecere sită cu: 70%-28 ochiuri/cm2 30%-34,l ochiuri/cm2 | 15 | 775 | 56 | 9,17 |
| CQ | Al-12Si-2,5Ni-lCu | SiC6) trecere sită cu: 70%-34,l ochiuri/cm2 30%-77,5 ochiuri/cm2 | 15 | 775 | 61 | 8,36 |
| CR | Al-12Si-2,5Ni-ICu | SiC6). trecere sită cu: 70%-34,l ochiuri/cm2 30%-124 ochiuri/cm2 | 15 | 775 | 62 | 8,29 |
| CS | Al-12Si-2,5Ni-lCu | SiC6) trecere sită cu: 65%-3,72 ochiuri/cm2 25%-34,l ochiuri/cm2 10%-77,5 ochiuri/cm2 | 15 | 750 | 6,37 |
103
Tabelul XI. Semnificațiile trimiterilor
c) = media CTE de la 20-100°C.
6) = 39 Crystolon Norton Co., Worcester MA &) = 11,0-13,0% Si, s 2,0% Fe, s 1,0% Cu, s 0,35% Mn, <; 0,10% Mg, s 0,50% Zn, s 0,50%
Ni, £ 0,15% Sn, Al rest.
Exemplul 15. Acest exemplu demonstrează că produsele cu structură compusă, cu matrice metalică, armate, pot fi formate, prin infiltrare spontană. în tabelul XII sunt prezentate asocierile de matri- 5 ce metalică, umplutură permeabilă și condițiile de proces folosite pentru obținerea produselor analizate, fiind indicat, totodată, modul de răcire a fiecărui corp cât și eventualele tratamente termice aplicate produselor finite.
Probele CT-CY. Aceste probe au fost realizate în mod similar cu proba G, exemplul 5, fig. 15. ;
Probele CZ-DA. Aceste probe au fost realizate în condiții similare cu proba C, exemplul 5, fig. 11, cu deosebirea că nu s-a introdus în sistem pudră de magneziu, vasul 25 a fost confecționat din oțel și nu din grafit și o pânză din fibră ceramică a fost plasată deasupra conteinerului 25 în timpul încălzirii.
Probele DB-DD. Aceste probe au fost realizate în condiții similare cu proba G, exemplul 5, fig. 15, cu diferența că s-a plasat o placă de oțel sub cutia din foaia de grafit 26 și o foaie de grafit cu o gaură centrală cu diametrul de 51 mm, a fost plasată între materialul de umplutură 40 și matricea metalică 41.
Probele DE-DG. Aceste probe s-au realizat în condiții similare cu proba H, exemplul 5, fig. 16, cu deosebirea că stratul de carbură de siliciu 43 de circa 13 mm s-a plasat la baza cutiei de oțel 32, iar foaia 10 de grafit 45 între lingoul 29 și umplutura 44, este prevăzută o fantă de 127 mm lungime și 13 mm lățime, prevăzută în centru cu o gaură cu diametrul de 51 mm.
Probele DH-DI. Aceste probe au fost 15 realizate în aceleași condiții ca și probele DE-DG, cu singura deosebire că nu s-a introdus în sistem stratul 43 de carbură de siliciu.
Proprietățile mecanice ale produselor cu 20 . structură compusă cu matrice metalică au fost determinate prin testările precizate mai sus și sunt prezentate în tabelul XII. Metoda folosită pentru aceste determinări este similară metodei conform ASTM, standard 25 D-3552.
Tabelul XII
| Proba | Matricea metalică | înve- liș fibră | Material de umplutură | Timp, h | Tempe- ratură °C | Trata- ment termic | Răcire | UTS, MPa |
| 0 | 1 | 2 | 3 | 4 ' | 5 | 6 | 7 | 8 |
| CT | Al-5Si-5Zn- -7Mg-2Cu | fără | A12O3 fibre tăiate 8)9) | 18 | 885 | T4 | cuptor | 157+21 |
| CU | Al-5Si-5Zn- -7Mg-2Cu | fără | A12O3 fibre tăiate 8)9) | 18 | 885 | fără | cuptor | 136±15 |
Tabelul XII (continuare)
105 106
| 0 | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 |
| CV | Al-10,5Mg- -4Zn | fără | A12O3 fibre tăiate 8)9) | 20 | 675 | fără | cuptor | 94±26 |
| cw | Al-10,5Mg- -4Zn | fără | A12O3 fibre tăiate 8)9) | 20 | 675 | T4 | cuptor | 230±15 |
| cx | 520,0+) | fără | A12O3 fibre tăiate 8)9) | 20 | 700 | fără | cuptor | 166 maxim |
| CY | 520,0+) | fără | A12O3 fibre tăiate 8)9) | 20 | 700 | T4 | cuptor | 152 maxim |
| cz | 520,0+) | fără | A12O3 fibre tăiate 8)9) | 15 | 725 | fără | solidif. direcț. | 250±5 |
| DA | 520,0+) | fără | A12O3 fibre tăiate 8)9) | 15 | 725 | T4 | solidif. direcț. | 278±6 |
| DB | 520,0+) | SiO2 | A12O3 fibre continue 8) | 30 | 725 | fără | cuptor | long. trans. 293 129 |
| DC | 520,0+) | SiO2 | A12O3 fibre continue 8) | 30 . | 775 | fără | cuptor | 234 119 |
| DD | 520,0+) | fără | A12O3 fibre continue 8) | 30 | 725 | fără | cuptor | 248 98 |
| DE | 520,0+) | SiO2 | ai2o3 fibre continue 8) | 28 | 725 | fără | solidif. direcț. | 251 171 |
| DF — | 520,0+) | fără | ai2o3 fibre continue 8) | 28 | 735 | fără | solidif. direcț. | 327 158 |
Tabelul XII (continuare)
107 108
| 0 | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | . 7 | 8 |
| DG | 520,0+) | fără | ai2o3 fibre continue 8) | 28 | 735 | T4 | cuptor | 303 - |
| DH | 520,0+) | SiO2 | ai203 fibre continue 8) | 20 | 760 | fără | cuptor | 274 137 |
| DI | 520,0*’ | fără | A12O3 fibre continue 8) | 20 | 760 | fără | cuptor | 270 211 |
Tabelul XII. Semnificațiile trimiterilor
8) = Fibre de alumină FP Ε. I. Du Pont de Nemours & Co. Inc, Wilmington DE.
9) = fibre de alumină Saffil ICI Americas, Wilmington DE.
+) = s 0,25% Si, s 0,30% Fe, 0,25% Cu, s 0,15% Mn, 9,5-10,6% Mg, * 0,15% Zn, £ 0,25% Ti, Al rest.
Exemplul 16. în acest exemplu se demonstrează faptul că o preformă având o fracție ridicată de material de umplutură, poate fi infiltrată spontan pentru obținerea produselor cu structură compusă cu 5 matrice metalică. Pe fig. 25 este prezentat, în secțiune, sistemul folosit în acest exemplu. S-a confecționat o formă de oțel 62, măsurând 152 mm lungime,
152 mm lățime și 152 mm adâncime. Ba- 10 za formei de grafit 62 a fost acoperită cu o placă de grafit 63, măsurând 76 mm lungime, 76 mm lățime și 0,38 mm groșime. O preformă de carbură de siliciu 64 având diametrul exterior de 45 mm și pe 15 cel interior de 19 mm, tăiată pe lungimea de 76 mm a fost înfășurată într-o foaie de grafit 65 și plasată pe placa de grafit 63, în interiorul formei de grafit 62. Alumină măcinată la granulația de trecere 20 prin sita cu 14 ochiuri/cm2 a fost turnată în spațiul dintre preformă 64 și vasul de oțel 62, formând un strat 66. Cavitatea interioară a preformei 64 a fost umplută cu o masă de pulbere de grafit 67. O cutie 25 din foaie de grafit 68 măsurând 146 mm lungime, 146 mm lățime și 76 mm adâncime a fost realizat în condițiile precizate în cadrul probei C, exemplul 5. La baza cutiei 68 a fost decupată o gaură 69 cu diametrul de 43 mm, ce corespunde diametrului exterior al preformei 64, și cutia 68 a fost plasată la partea superioară a preformei 64, căptușind partea superioară a formei de oțel 62. Un strat de pudră de magneziu 70 cu granulația de trecere prin sita cu 15,5 ochiuri/cm2 s-a aplicat la partea superioară a preformei 64, extinzându-se în cutia de grafit 68. în cutia de grafit astfel pregătită a fost introdus un lingou metalic 71 constituit dintr-un aliaj de aluminiu cu conținut de 12% Si și 6% Mg. Sistemul astfel pregătit conținând forma de oțel 62 și conținutul acesteia, a fost introdusă într-un cuptor cu rezistență electrică, la temperatura camerei. Ușa retortei cuptorului a fost etanșeizată și cuptorul a fost vidat la 762 mm Hg. După atingerea acestui vid, s-a introdus azot, cu o viteză de curgere de 31/min. în continuare, cuptorul a fost încălzit la 800°C, cu un gradient de 200°C/ /h, menținut la această temperatură, timp
109 de circa 10 h, la aceeași viteză de curgere a azotului, după care cuptorul a fost răcit la 675°C, cu un gradient de 200°C/h. La această temperatură forma 62 a fost scoasă din cuptor și plasată pe o placă 5 de grafit, menținută la temperatura camerei, pentru solidificarea direcționată a structurii compuse cu matrice metalică și a metalului rezidual. La temperatura camerei, ansamblul a fost desfăcut și s-a 10 verificat dacă metalul matricei a infiltrat spontan preforma 64. Produsul rezultat a fost secționat transversal și pregătit corespunzător pentru realizarea analizei cantitative a imaginii. Pe fig. 26a este prezen- 15 tată microfotografia structurii compuse menționate, cu mărire de 5 OX, iar fig.
26b o mierofotografie la mărirea 1000X a metalului matricei infiltrate. Rezultatele analizei imaginii au relevat că încărcarea 20 structurii compuse armate cu carbură de siliciu a fost de circa 78% în volum, ca urmare structurile compuse cu matrice metalică s-au putut realiza prin infiltrarea spontană a preformelor reprezentând un 25 volum ridicat de material permeabil de umplutură. .
Din cele prezentate în exemple, a rezultat că un produs cu structură compusă cu matrice metalică se obține prin infiltrarea 30 spontană a unui material de umplutură permeabil, eventual prefasonat într-o preformă de matricea metalică în stare topită. în timpul procesului de infiltrare spontană, un intensificator de infiltrare 35 spontană și/sau un precursor al acestui intensificator și/sau o atmosferă de infiltrare sunt în contact cu masa sau preforma de umplutură, cel puțin într-o anumită poziție, în timpul procesului, ceea ce 40 permite ca metalul matricei în stare topită să infiltreze spontan masa/preforma de umplutură.
într-o variantă preferată precursorul intensificatorului de infiltrare este alimen- 45 no tat in materialul permeabil de umplutură și/sau metalul matricei și/sau atmosferă de infiltrare. Precursorul intensificatorului de infiltrare alimentat, poate să reacționeze cu materialul de umplutură și/sau cu metalul matricei și/sau cu atmosfera de infiltrare, rezultând intensificatorul de infiltrare într-o porțiune sau pe masa/preforma de umplutură. Intensificatorul de infiltrare -rezultat trebuie să fie în contact cu o parte a masei/preformei de umplutură.
într-o altă variantă preferată a invenției se poate alimenta intensificatorul de infiltrare ca atare în materialul permeabil de umplutură și/sau metalul matricei și/sau atmosferă de infiltrare. Acest intensificator de infiltrare trebuie să fie în contact, în final, cu cel puțin o parte a materialului de umplutură.
Sunt prezentate diferite exemple de matrice metalice, care în condițiile de proces într-o anumită poziție, în timpul formării compusului cu matrice metalică, sunt contactate cu un precursor al intensificatorului de infiltrare, în prezența unei atmosfere prestabilite de infiltrare. în cele ce urmează se vor face diferite referiri la sisteme adecvate-matrice metalică/precursorul intensificatorului de infiltrare/atmosfera de infiltrare care asigură infiltrarea spontană. Astfel, infiltrarea spontană a fost observată în sistemele aluminiu/magneziu/azot, aluminiu/stronțiu/azot, aluminiu/calciu/azot, aluminiu/zinc/oxigen.
Pentru realizarea infiltrării spontane în masa/preforma permeabilă de umplutură, matricea metalică în stare topită se aduce în contact cu aceasta. Preforma/masa de umplutură pot fi amestecate și/sau expuse la un moment dat acțiunii unui precursor al intensificatorului de infiltrare. într-o variantă preferată, matricea metalică topită și/ sau masa/preforma de umplutură se aduc în contact- cu atmosfera de infiltrare cel puțin o parte a procesului. într-o altă variantă de
111 realizare, materialul de umplutură și/sau matricea metalică comunică cu atmosfera de infiltrare pe parcursul întregului proces de infiltrare. întregul proces de declanșare și respectiv de extindere a infiltrării spontane va varia în funcție de o serie de factori specifici de’proces, ca de exemplu concentrația precursorului intensificatorului de infiltrare pentru sistemul-matrice metalică topită/material de umplutură/atmosferă de infiltrare-granulația sau compoziția materialului de umplutură, porozitarea disponibilă a acestuia pentru infiltrare, timpul și temperatura de proces.
Prin varierea compoziției matricei metalice și/sau a condițiilor de proces, proprietățile fizice și mecanice ale produselor cu .structură compusă cu matrice pot fi modificate în sensul dorit, pentru anuA mite utilizări. In plus, prin aplicarea unui tratament termic produselor realizate prin infiltrare spontană (de exemplu solidil'icarea direcționată, tratarea termică cu o sursă de căldură), proprietățile fizice sau mecanice ale respectivelor produse pot fi influențate în sensul dorit. De asemenea, prin controlul condițiilor de proces în timpul formării produsului cu structură compusă cu matrice metalică poate fi reglat, de asemenea, conținutul de azot al acestuia în vederea cuprinderii unui domeniu larg de utilizări.
Proprietățile mecanice și/sau fizice ale produseloi cu structură compusă cu matrice metalică, pot fi reglate prin controlul compoziției și/sau granulației și/sau geometriei masei-preformei de umplutură, pentru extinderea gamei de utilizări industriale ale acestor produse. De exemplu, rezistența la uzură a produsului menționat poate fi mărită prin mărirea granulației materialului de umplutură, acesta prezentând o rezistență la uzură superioară față de matricea metalică. Rezistența și/sau duritatea pot tinde să crească cu
112 descreșterea granulației materialului de umplutură. Coeficientul de expansiune termică CTE al produsului cu matrice metalică infiltrată spontan descrește cu creșterea volumului de umplutură, deoarece CTE al umpluturii este mai mic decât cel al matricei metalice. în plus, proprietățile mecanice și/sau fizice ale produselor, cu structură compusă cu matrice metalică pot fi reglate în funcție de încărcarea materialului de umplutură în masa preformă permeabilă afânată. Astfel, prin asigurarea unei mase/preforme afânate dintr-un amestec de particule de diferite dimensiuni și/sau forme în care densitatea este mai mică decât a metalului matricei, un volum de umplutură mai mare poate să conducă la obținerea unor produse cu densitate crescută. Cel mai mic volum % de umplutură ce poate fi infiltrat, este condiționat mai.întâi de posibilitatea formării materialului ce se introduce în sistem, de exemplu 10%. Cel .mai ridicat volum de umplutură ce poate fi infiltrat este limitat de obținerea unei preforme dense, cu un minim de porozitate intereonectată, de exemplu 95% în volum, în cele ce urmează, se prezintă semnificația noțiunilor folosite pe parcursul acestei descrieri.
Aluminiu se referă la metalul pur sau la aliaje de aluminiu disponibile în comerț, conținând impurități și/sau elemente de aliere uzuale, cum sunt Si, Cu, Fe, Mg, Mn, Cr, Zn etc. Un aliaj de aluminiu în înțelegerea acestei definiții este un aliaj sau un compus intermetalic în care aluminiul este costituentul major.
Rest de gaz neoxidant se referă la orice gaz suplimentar față de atmosfera de infiltrare, care poate fi un gaz inert sau reducător nereactiv cu metalul matricei, în condiții de proces. Orice gaz oxidant prezent ca impuritate în gazul/gazele folosite în procesul de infiltrare spontană se poate admite, doar în cantitate total insuficientă, 113 „ pentru oxidarea metalului matricei în condițiile de proces.
Barieră sau mijloc de barieră se referă Ia orice mijloc care poate să interfereze, să inhibe, să prevină sau să întrerupă migrarea, mișcarea sau alte deplasări asemănătoare ale matricei metalice topite, dincolo de limita suprafeței masei/preformei de umplutură, definită de mijlocul de barieră:menționat. Un mijloc de barieră corespunzător poate fi un material, compus, element sau compoziție care, în condițiile de proces, mențin o oarecare integritate și nu sunt foarte volatile (adică materialul barieră nu trebuie să se volatilizeze într-o astfel de măsură încât' să devină nefuncțional ca barieră). Mijloacele de: barieră corespunzătoare includ material practic neumectabil, de matricea metalică; topită, ce migrează prin masa-preforma de umplutură în condițiile de proces. Folosirea barierei; reduce sau elimină necesitatea prelucrării sau sablării finale a produsului rezultat. Bariera trebuie să fie permeabilă sau făcută permeabilă prin practicare de găuri, pentru a permite accesul atmosferei de infiltrare la matricea metalică topită, masa/preformă de umplutură etc.
Carcasă sau Metal matrice Carcasă se referă la părți din corpul inițial de matrice metalică ce rămân neconsumate, în timpul procesului de realizare a produsului cu structură compusă cu matrice metalică și dacă este permisă solidificarea prin răcire, rămâne cel puțin parțial conectată la produsul finit rezultat. Respectiva carcasă poate să includă, de asemenea, pe lângă metalul de bază un metal secund sau străin.
Umplutură1’ se referă la constituenți sau amestecuri de constituenți nereaetivi, cu și/sau solubilitate limitată în; metalul matricei, cuprinzând o sihgură fază sau o pluralitate de faze. Umpluturile pot fi de
114 diferite forme și dimensiuni, sub formă de pudre, fulgi, plăcuțe, microsfere, fire, bile etc., fie denși, fie poroși. Umplutura poate să cuprindă de regulă produse ceramice din alumină sau carbură de siliciu sub formă de fibre, fibre tăiate, particule, fire, bule, sfere, pâslă de fibre, cât și produse:cu învelire ceramică, cum sunt fibre de carbon îmbrăcate cu alumină sau carbură de siliciu, pentru a proteja firele de carbon de atacul aluminiului topit. Umpluturile heterogene pot să includă și metale.
Adaos exoterm se referă la plasarea unei substanțe la unul din capetele produsului rezultat prin infiltrare spontană, care reacționează exoterm, singură și/sau cel puțin cu matricea metalică și/sau cu materialul de umplutură și/sau un alt material plasat la capătul menționat al produsului. Această reacție exotermă trebuie să asigure suficientă căldură pentru a menține matricea metalică la capătul menționat în stare topită, în timp ce restul matricei metalice din masa/preforma de umplutură se răcește la temperatura de solidificare.
Atmosfera de infiltrare se referă la atmosfera în care se desfășoară procesul de infiltrare spontană.
Intensificator de infiltrare se referă la un material care promovează infiltrarea spontană a matricei metalice în masa/preformă de umplutură. Intensificatorul de infiltrare poate să rezulte, de exemplu, din reacția unui precursor al respectivului intensificator cu atmosfera de infiltrare și/sau cu matricea metalică și/sau cu masa/preformă de umplutură. De asemenea, intensificatorul de infiltrare poate fi alimentat direct, fie la masa/preforma de umplutură, fie la matricea, metalică, fie la atmosfera de infiltrare. în final, cel puțin în timpul infiltrării spontane, intensificatorul de infiltrare trebuie să fie plasat cel puțin într-o anumită porțiune a mașe/preformei de umplutură, pentru realizarea infiltrării
115 spontane.
Precursor al intensificatorului de infiltrare se referă la un precursor care in asocierea cu metalul matricei, masa-preforma de umplutura și/sau atmosfera de infiltrare formează intensificatorul de infiltrare, care induce sau mărește infiltrarea spontană a matricei metalice în masa și/sau preformă de infiltrare. Este necesar ca acest precursor să poată fi plasat sau transportat într-o poziție în sistemul de infiltrare spontană, care să facă posibilă reacția (interacțiunea) între acesta și atmosfera de infiltrare și/sau masa-preforma de umplutură și/sau matricea metalică. De exemplu, în unele cazuri este de dorit ca respectivul precursor să se volatilizeze la o temperatură apropiată sau cu puțin superioară temperaturii de topire a matricei metalice. O asemenea volatilizare poate să conducă la: 1) o reacție a precursorului cu atmosfera de infiltrare, pentru obținerea unor produse gazoase care îmbunătățesc umectarea materialului de umplutură de metalul matricei; și/sau 2) o reacție a precursorului eu atmosfera de infiltrare pentru obținerea unor produse gazoase, lichide sau solide în cel puțin o parte a masei de umplutură care, de asemenea, îmbunătățesc umectarea menționată; și/sau 3) reacția precursorului în materialul de umplutură pentru formarea intensificatorului de infiltrare în stare gazoasă, lichidă sau solidă într-o parte a materialului de umplutură, de asemenea pentru îmbunătățirea umectării respective.
Metal matrice sau Aliajul matricei se referă la metalul folosit pentru obținerea produsului cu structură compusă cu matrice metalică (înainte de infiltrare) și/sau care metal este amestecat cu materialul de umplutură pentru obținerea produsului cu structură compusă (după infiltrare). Când un anumit metal este menționat
116 ca metal matrice, trebuie înțeles că acest metal este în stare pură, este un metal disponibil în comerț, având impurități și/sau constituenți de aliere, este un compus intermetalic sau un aliaj în care metalul respectiv este constituentul major.
Sistem metal/matrice/precursorul intensificatorului de infiltrare/atmosferă de infiltrare sau sisteme spontane se referă la acea combinație de elemente care asigură realizarea infiltrării spontane în. materialul de umplutură.
Compus cu matrice metalică sau CMM se referă la un material conținând un aliaj interconectat tridimensional sau bidimensional, înglobat de o preformă sau material de umplutură. Metalul matricei poate să includă diferite elemente de aliere pentru a asigura obținerea unor proprietăți fizice și mecanice prestabilite.
Un metal diferit de metalul matricei se referă la un metal care nu conține ca constituent primar același metal cu metalul matricei.
Vas nereactiv pentru metalul matricei se referă la orice vas sau recipient ce poate găzdui sau conține material ul/preforma de umplutură și/sau matricea metalică topită în condițiile de proces și să nu reacționeze cu matricea metalică și/sau atmosfera de infiltrare și/sau precursorul intensificatorului de infiltrare și/sau materialul de umplutură (preformă), într-un mod care ar fi în detrimentul mecanismului de infiltrare spontană. Vasul nereactiv poate fi îndepărtat după terminarea procesului.
Preformă sau preformă permeabilă se referă la o masă permeabilă de umplutură prefasonată astfel, încât să fie definită o limită pentru infiltrarea matricei metalice și care trebuie să prezinte suficientă integritate și rezistență pentru a asigura fidelitatea dimensională înainte de infiltrare. Totodată, masa trebuie să fie suficient de poroasă pentru a se acomoda la infil104859
117 trarea spontană a metalului matricei. O preformă conține tipie șiruri sau aranjamente corelate de mase de umplutură fie omogene, fie heterogene și poate să conțină forme variate (particule metalice 5 și/sau ceramice, pudre, fibre, fire etc., și orice combinație a acestora). O preformă poate fi singulară sau să reprezinte un ansamblu.
Infiltrare spontană se referă la infil- 10 trarea matricei metalice în masa/preforma permeabilă de umplutură care se realizează fără a se recurge la presiune sau vid (aplicat extern sau creat intern).
Rezervor se referă la un corp separat 15 de metalul matricei plasat în poziție prestabilită față de masa: de: umplutură astfel, încât metalul topit să poată curge și să reumple locașul matricei metalice consumate prin infiltrare sau să asigure 20 inițial sursa de matrice metalică în contact cu masa de umplutură.
Invenția de față prezintă următoarele avantaje:
- se optimizează condițiile de obținere 25 a produselor cu structură compusă cu matrice metalică;
- se pol obține diverse produse cu structură compusă și caracteristici prestabilite, destinate pentru o sferă largă de 30 domenii de utilizare.
Claims (13)
- Revendicări1. Procedeu de obținere a unui compus 35 cu matrice metalică, prin infiltrarea spontană a respectivei matrice în stare topită într-o masă de umplutură permeabilă, micro sau macroparticulară, fasonată sau nu într-o preformă, de dimensiune și 40 profil predeterminat, la o temperatură superioară punctului de topire a matricei metalice, dar inferioară temperaturii de volatilizare a acesteia și respectiv de topire a umpluturii permeabile și în prezența 45118 unei atmosfere prestabilite de infiltrare care poate să fie pe bază de oxigen sau azot, menținând ansamblul, cuprizând lingoul/lingourile de matrice metalică - masa de umplutură permeabilă prefasonată sau nu, la temperatura necesară pentru infiltrarea spontană a cel puțin unei porțiuni din masa/preformă de umplutură permeabilă de metalul matricei, caracterizat prin aceea că, rii scopul optimizării condițiilor de infiltrare spontană a matricei metalice, se. introduce'în ansamblul supus infiltrării un intensificator de infiltrare sau un precursor al acestui intensificator, realizând alimentarea în masa/preforma de umplutură permeabilă, în matricea metalică sau în..atmosfera de infiltrare, selectarea tipului intensificatorului de infiltrare sau a precursorului acestuia fiind condiționată, în principal, de natura atmosferei în care se desfășoară infiltrarea.
- 2. Procedeu, conform revendicării 1, caracterizat prin aceea că, în varianta infiltrării în atmosferă cu conținut de azot, a matricei metalice cuprinzând un aliaj de aluminiu, se asigură introducerea în alcătuirea ansamblului supus încălzirii, a unui precursor al intensificatorului de infiltrare cu conținut de magneziu, stronțiu sau calciu.
- 3. Procedeu, conform revendicării 1, caracterizat prin aceea că, în varianta infiltrării în atmosferă cu conținut de oxigen, a matricei metalice cuprinzând un aliaj de aluminiu, se asigură introducerea în alcătuirea ansamblului supus încălzirii, a unui precursor al intensificatorului de infiltrare, cu conținut de zinc.
- 4. Procedeu, conform revendicărilor 1 la 3, caracterizat prin aceea că, în scopul formării în. timpul procesului a intensificatorului de infiltrare prestabilit, se alege tipul precursorului acestuia de compoziție predeterminată, care, în. condițiile din proces, să reacționeze cu cel puțin unul din factorii:119 atmosferă de infiltrare, umplutură permeabilă, matrice metalică în. stare tqpită, pentru a forma ca produs al respectivei reacții, intensificatorul de infiltrare și, de preferință, precursorul menționat se alege astfel, încât să se volatilizeze în condițiile de proces pentru a forma intensificatorul de infiltrare prestabilit în cel puțin o porțiune a masei permeabile de umplutură, și, de preferință, sub forma unui strat acoperitor pe respectiva porțiune și care intensificator poate fi reductibil de matricea metalică în stare topită.
- 5. Procedeu, conform revendicărilor 1 la 4, caracterizat prin aceea că, prevede alimentarea precursorului intensificatorului de infiltrare sau a intensificatorului ca atare, în ansamblul supus încălzirii, de la o sursă externă.
- 6. Procedeu, conform revendicărilor 1 la 4, caracterizat prin aceea că, precursorul intensificatorului de infiltrare prestabilit, se poate alimenta în ansamblu, supus încălzirii prin intermediul masei/ preformei de umplutură permeabilă, matricei sau atmosferei de infiltrare, fiind inclus în compoziția acestora.
- 7. Procedeu, conform revendicării 1, caracterizat prin aceea că, se supune infiltrării matricea metalică constituită din aliaje standardizate de aluminiu ce conțin ca elemente de aliere precursorii intensificatorilor de infiltrare, respectiv Ca, Mg, Sr, Zn, alte elemente Si și Fe, a căror prezență poate să intensifice acțiunea precursorilor menționați, cât și alte elemente, cum sunt Cu, Mn și/sau Cr.
- 8. Procedeu, conform revendicării 1, caracterizat prin aceea că, se folosește în alcătuirea ansamblului supus încălzirii o masă de umplutură permeabilă, ceramică, uzual aleasă între carburi, oxizi, boruri, nitruri și, de preferință, între alumină, oxid de magneziu, oxid de zirconiu, carbură de siliciu, diborură de titan120 și nitrură de aluminiu, sub formă de pulberi, plăcuțe, fulgi, microsfere, fire, bule, fibre, particule, suporturi de fibre tăiate, sfere, pelete, bucăți de tuburi și țesături, sau confecții refractare, având solubilitatea limitată în matricea metalică și, de preferință, sub formă de pulberi cu granulația între 1 și 1000 μ.
- 9. Procedeu, conform revendicărilor 1 și 8, caracterizat prin aceea că, se poate folosi în alcătuirea ansamblului supus încălzirii masa de umplutură permeabilă prefasonată, în condiții și cu mijloace uzuale, respectiv prin turnare continuă, turnare gravitațională, turnare în bandă, formare în bandă, formare prin injecție, presare uscată, presare izostatică și sinterizare.
- 10. Procedeu, conform revendicărilor 1, 8 și 9, caracterizat prin aceea că, în varianta folosirii în alcătuirea ansamblului a masei de umplutură prefasonate, se .pot aplica pe suprafețele exterioare ale acesteia, materiale de barieră neumectabile de matricea metalică în stare topită, alese de regulă între carbon, grafit și diborură de titan, pentru a asigura limitarea corespunzătoare a infiltrării spontane la conturul preformei, numitul material de barieră trebuind să fie permeabil sau poros pentru a permite accesul atmosferei de infiltrare la matricea metalică în stare topită, masa/pretorma de umplutură, precursorul intensificatorului de infiltrare sau la intensificatorul de infiltrare ca atare.
- 11. Procedeu, conform revendicării 1, caracterizat prin aceea că se realizează încălzirea ansamblului un timp predeterminat pentru realizarea infiltrării spontane în masa/preformă de umplutură, a aliajului de aluminiu topit, în intervalul de temperaturi cuprins între 675 și 1275°C, și, de preferință, între 750 și 800°C.
- 12. Procedeu, conform revendicării 1, caracterizat prin aceea că, atmosfera de121 infiltrare se poate alimenta pentru contactarea matricei metalice sau masei/preformei permeabile de umplutură, numai o parte prestabilită a procesului de infiltrare.122
- 13. Procedeu, conform revendicării 1, caracterizat prin aceea că, compusul cu matrice metalică rezultat din procesul de infiltrare spontană, poate fi supus unui tratament termic uzual.
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US26931188A | 1988-11-10 | 1988-11-10 | |
| US34959089A | 1989-05-09 | 1989-05-09 | |
| US41632789A | 1989-10-06 | 1989-10-06 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RO104859B1 true RO104859B1 (en) | 1994-06-27 |
Family
ID=27402162
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RO142366A RO104859B1 (en) | 1988-11-10 | 1989-11-09 | Producing process of a metallic matrix component |
Country Status (22)
| Country | Link |
|---|---|
| EP (1) | EP0375588B1 (ro) |
| JP (1) | JP2801302B2 (ro) |
| KR (1) | KR0121463B1 (ro) |
| CN (1) | CN1082555C (ro) |
| AT (1) | ATE134390T1 (ro) |
| AU (1) | AU634497B2 (ro) |
| BG (1) | BG90288A (ro) |
| BR (1) | BR8905762A (ro) |
| CA (1) | CA2002284C (ro) |
| CZ (1) | CZ282100B6 (ro) |
| DD (1) | DD301878A9 (ro) |
| DE (1) | DE68925720T2 (ro) |
| DK (1) | DK558689A (ro) |
| FI (1) | FI91610C (ro) |
| HU (1) | HUT57279A (ro) |
| IE (1) | IE74680B1 (ro) |
| IL (1) | IL92254A (ro) |
| NO (1) | NO176926C (ro) |
| PT (1) | PT92251B (ro) |
| RO (1) | RO104859B1 (ro) |
| TR (1) | TR27189A (ro) |
| YU (1) | YU47095B (ro) |
Families Citing this family (25)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| IL95930A0 (en) * | 1989-10-30 | 1991-07-18 | Lanxide Technology Co Ltd | Anti-ballistic materials and methods of making the same |
| US5186234A (en) * | 1990-08-16 | 1993-02-16 | Alcan International Ltd. | Cast compsoite material with high silicon aluminum matrix alloy and its applications |
| JPH06503523A (ja) * | 1990-12-05 | 1994-04-21 | ランキサイド テクノロジー カンパニー，リミティド パートナーシップ | 成形のための成形用具の材料 |
| CA2099582A1 (en) * | 1991-01-11 | 1992-07-12 | Birol Sonuparlak | Removing metal from composite bodies and resulting products |
| WO1994002654A1 (en) * | 1992-07-15 | 1994-02-03 | Lanxide Technology Company, Lp | Filler material for metal matrix composites |
| US5350003A (en) * | 1993-07-09 | 1994-09-27 | Lanxide Technology Company, Lp | Removing metal from composite bodies and resulting products |
| GB2294474B (en) * | 1994-10-26 | 1998-04-29 | Honda Motor Co Ltd | Method for forming an aluminium or aluminium alloy composite material. |
| AT405798B (de) * | 1995-06-21 | 1999-11-25 | Electrovac | Verfahren zur herstellung von mmc-bauteilen |
| JP4224445B2 (ja) * | 2004-02-06 | 2009-02-12 | 日信工業株式会社 | カーボンブラック複合材料の製造方法 |
| JP4420400B2 (ja) * | 2005-01-14 | 2010-02-24 | 本田技研工業株式会社 | アルミニウム基複合材料およびアルミニウム基複合材料の製造方法 |
| WO2012024791A1 (en) * | 2010-08-25 | 2012-03-01 | Torxx Group Inc. | Composite materials and methods and apparatus for making same |
| DE102011008554A1 (de) | 2011-01-13 | 2012-07-19 | Sören Grießbach | Verfahren zur Herstellung von anorganisch, nichtmetallischen (keramischen) gefüllten Metallverbundwerkstoffen |
| CN102717052A (zh) * | 2011-03-31 | 2012-10-10 | 比亚迪股份有限公司 | 一种陶瓷金属复合制品及其制备方法 |
| WO2015103670A1 (en) * | 2014-01-09 | 2015-07-16 | Bradken Uk Limited | Wear member incorporating wear resistant particles and method of making same |
| CN104018022B (zh) * | 2014-05-28 | 2016-07-20 | 成都西顿硬质合金有限公司 | 碳化硼基微观结构复合材料的制备方法 |
| CN106353869B (zh) * | 2016-10-27 | 2019-01-18 | 苏州菲镭泰克激光技术有限公司 | 一种动态轴镜架 |
| CN107266099B (zh) * | 2017-06-16 | 2023-07-18 | 中国人民解放军第五七一九工厂 | 一种航空发动机陶瓷基复合材料涡轮导向器叶片近净成型用夹具 |
| CN108385040B (zh) * | 2018-02-22 | 2019-05-14 | 威海市和谐硅业有限公司 | 一种短切碳纤维增强镁铝基复合材料及其制备方法 |
| CN108794017B (zh) * | 2018-06-21 | 2020-10-23 | 湖北秦鸿新材料股份有限公司 | 一种耐磨陶瓷复合管的制备方法 |
| CN109137078B (zh) * | 2018-08-31 | 2019-11-12 | 江苏贝肯新材料有限公司 | 一种金属氮化物晶须的生长方法 |
| CN110078529A (zh) * | 2019-05-30 | 2019-08-02 | 西安创正新材料有限公司 | 一种碳化硅晶须增强铝基复合材料及其制备方法 |
| CN112317748B (zh) * | 2020-11-05 | 2021-08-31 | 佛山市飞成金属制品有限公司 | 一种节能型的泡沫铝合金制备工艺和泡沫铝合金 |
| CN114058919A (zh) * | 2021-11-15 | 2022-02-18 | 郑州大学 | 金刚石锯片烧结用金属陶瓷模具材料及其制备方法 |
| CN114959346B (zh) * | 2022-05-25 | 2023-04-18 | 武汉材料保护研究所有限公司 | 一种利用泡沫铝制备铝碳复合材料的方法 |
| CN118389847B (zh) * | 2024-06-27 | 2024-09-10 | 湖南中伟新能源科技有限公司 | 用于红土镍矿还原硫化熔炼的复合材料及其制造方法和应用 |
Family Cites Families (14)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| FR608800A (fr) * | 1924-12-31 | 1926-08-02 | Thomson Houston Comp Francaise | Perfectionnements aux compositions métalliques et à leurs procédés de fabrication |
| FR1037894A (fr) * | 1951-05-30 | 1953-09-23 | Metallurg Des Poudres | Perfectionnement à la métallurgie des poudres |
| US3138837A (en) * | 1960-10-21 | 1964-06-30 | John W Weeton | Method of making fiber reinforced metallic composites |
| DE2166925C3 (de) * | 1971-09-01 | 1985-01-31 | Siemens AG, 1000 Berlin und 8000 München | Verfahren zum Herstellen von Zweischichten-Kontaktstücken als Formteil |
| GB1595280A (en) * | 1978-05-26 | 1981-08-12 | Hepworth & Grandage Ltd | Composite materials and methods for their production |
| US4456577A (en) * | 1981-09-25 | 1984-06-26 | Osaka Diamond Industrial Company, Ltd. | Methods for producing composite rotary dresser |
| US4491558A (en) * | 1981-11-05 | 1985-01-01 | Minnesota Mining And Manufacturing Company | Austenitic manganese steel-containing composite article |
| JPS59215982A (ja) * | 1983-05-20 | 1984-12-05 | Nippon Piston Ring Co Ltd | 回転式流体ポンプ用ロータ及びその製造方法 |
| US4710223A (en) * | 1986-03-21 | 1987-12-01 | Rockwell International Corporation | Infiltrated sintered articles |
| US4718941A (en) * | 1986-06-17 | 1988-01-12 | The Regents Of The University Of California | Infiltration processing of boron carbide-, boron-, and boride-reactive metal cermets |
| US4828008A (en) * | 1987-05-13 | 1989-05-09 | Lanxide Technology Company, Lp | Metal matrix composites |
| US4871008A (en) * | 1988-01-11 | 1989-10-03 | Lanxide Technology Company, Lp | Method of making metal matrix composites |
| DE68913800T2 (de) * | 1988-04-30 | 1994-07-14 | Toyota Motor Co Ltd | Verfahren zur Herstellung von Verbundmetall unter Beschleunigung der Infiltration des Matrix-Metalls durch feine Teilchen eines dritten Materials. |
| US4932099A (en) * | 1988-10-17 | 1990-06-12 | Chrysler Corporation | Method of producing reinforced composite materials |
-
1989
- 1989-10-16 IE IE331989A patent/IE74680B1/en not_active IP Right Cessation
- 1989-10-17 FI FI894943A patent/FI91610C/fi not_active IP Right Cessation
- 1989-10-18 NO NO894144A patent/NO176926C/no unknown
- 1989-10-27 AU AU43847/89A patent/AU634497B2/en not_active Ceased
- 1989-11-02 HU HU895650A patent/HUT57279A/hu unknown
- 1989-11-06 CA CA002002284A patent/CA2002284C/en not_active Expired - Fee Related
- 1989-11-08 KR KR89016232A patent/KR0121463B1/ko not_active IP Right Cessation
- 1989-11-08 BG BG090288A patent/BG90288A/bg unknown
- 1989-11-08 IL IL9225489A patent/IL92254A/en not_active IP Right Cessation
- 1989-11-09 PT PT92251A patent/PT92251B/pt not_active IP Right Cessation
- 1989-11-09 AT AT89630203T patent/ATE134390T1/de active
- 1989-11-09 RO RO142366A patent/RO104859B1/ro unknown
- 1989-11-09 DE DE68925720T patent/DE68925720T2/de not_active Expired - Fee Related
- 1989-11-09 DK DK558689A patent/DK558689A/da not_active Application Discontinuation
- 1989-11-09 YU YU214589A patent/YU47095B/sh unknown
- 1989-11-09 TR TR00768/89A patent/TR27189A/xx unknown
- 1989-11-09 CZ CS896359A patent/CZ282100B6/cs not_active IP Right Cessation
- 1989-11-09 EP EP89630203A patent/EP0375588B1/en not_active Expired - Lifetime
- 1989-11-09 CN CN89108448A patent/CN1082555C/zh not_active Expired - Fee Related
- 1989-11-09 DD DD33442189A patent/DD301878A9/de unknown
- 1989-11-10 BR BR898905762A patent/BR8905762A/pt not_active Application Discontinuation
- 1989-11-10 JP JP1291359A patent/JP2801302B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| RO104859B1 (en) | Producing process of a metallic matrix component | |
| US5163499A (en) | Method of forming electronic packages | |
| KR0183974B1 (ko) | 자기 발생식 진공 공정에 의한 금속 기질 복합체의 제조 방법 및 그것으로부터 제조된 제품 | |
| US5350004A (en) | Rigidized filler materials for metal matrix composites and precursors to supportive structural refractory molds | |
| AU656322B2 (en) | Gating means for metal matrix composite manufacture | |
| US5249621A (en) | Method of forming metal matrix composite bodies by a spontaneous infiltration process, and products produced therefrom | |
| NZ231079A (en) | Method of forming a macrocomposite comprising a first body to be infiltrated by molten matrix metal adjacent to a second solid body | |
| IE60954B1 (en) | Method of making metal matrix composites | |
| FI91492C (fi) | Menetelmä metallimatriisikomposiitin valmistamiseksi | |
| US5518061A (en) | Method of modifying the properties of a metal matrix composite body | |
| JP2905517B2 (ja) | 金属マトリックス複合体の形成方法 | |
| RO106987B1 (ro) | CORPURI COMPOZITE CU MATRICEA METALICã ©I CARACTERISTICILE MODIFICATE ©I PROCEDEE DE OB¦INERE A ACESTORA | |
| FI91724B (fi) | Menetelmä metallimatriisikomposiitin valmistamiseksi negatiivista seosmuottia käyttäen | |
| US5222542A (en) | Method for forming metal matrix composite bodies with a dispersion casting technique | |
| CS277570B6 (en) | Self-supporting ceramic body and process for preparing thereof | |
| US5848349A (en) | Method of modifying the properties of a metal matrix composite body | |
| NO176348B (no) | Framgangsmåte for å framstille kompositter med metallmatrise ved å bruke neddykket stöping | |
| US5165463A (en) | Directional solidification of metal matrix composites | |
| US5303763A (en) | Directional solidification of metal matrix composites | |
| US5301738A (en) | Method of modifying the properties of a metal matrix composite body | |
| US5247986A (en) | Method of forming macrocomposite bodies by self-generated vacuum techniques, and products produced therefrom | |
| PL164448B1 (pl) | Sposób wytwarzania kompozytu z osnową metalową | |
| JPH05507317A (ja) | マクロ複合体及び製法 | |
| US5240062A (en) | Method of providing a gating means, and products thereby | |
| EP0407331B1 (en) | Methods for forming macrocomposite bodies useful as electronic package container |