Способ получения композиционного сплава системы цинк-висмут

(51) 22 18/00 (2006.01) КОМИТЕТ ПО ПРАВАМ ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ МИНИСТЕРСТВА ЮСТИЦИИ РЕСПУБЛИКИ КАЗАХСТАН(57) Изобретение относится к способам получения сплавов из несмешиваемых компонентов, например- и может быть использовано для тепловой и радиационной защиты конструкционных материалов и изготовления подшипников скольжения. Предложенный способ получения плавильной печи сплава, содержащей, мас. цинк 60, висмут - 40, при температуре 400-500 в течение 60 минут с последущей кристаллизацией путем охлаждения в плавильной печи. Полученный композиционный сплав обладает повышенной прочностью 281,9 Мпа.(72) Аубакирова Рашида Каримовна Жумаканова Венера Руслановна(73) Акционерное общество Национальный центр космических исследований и технологий(56) А.Б. Савицкий, В.В. Жданов Охрупчивание висмута при контактном плавлении. // Адгезия расплавов и пайка материалов. 1978, 3, с. 85-87(54) СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ КОМПОЗИЦИОННОГО СПЛАВА СИСТЕМЫ ЦИНК-ВИСМУТ Изобретение относится к материаловедению, в частности,к термомеханической обработке расплавов и может быть использовано при производстве цинк-висмутовых композиционных сплавов с заданной структурой, применяемых для радиационной защиты конструкционных материалов, для тепловой защиты конструкций,работающих при повышенных температурах, а также для изготовления подшипников. Уникальное свойство висмута расширяться при остывании в сочетании с высокой химической стойкостью позволяет применять сплавы на его основе не только в машиностроении, но и в атомной технике в качестве теплоносителя в ядерных реакторах. Композиционные сплавы из несмешивающихся компонентов, к которым относятся цинк и висмут являются перспективными при создании нетрадиционных материалов с уникальными свойствами. Так,например,при условии равномерного распределения компонентов по объему с заданной дисперсностью структурных составляющих можно получить беспористый композиционный материал, сочетающий в себе исходные свойства сплавляемых компонентов,поскольку их взаимная растворимость в твердом состоянии отсутствует. Известен способ получения композиционного сплава системы висмут-олово-цинк путем контактного плавления под действием сжимающей нагрузки образцов висмута и олова, легированного цинком А.Б. Савицкий, В.В. Жданов Охрупчивание висмута при контактном плавлении. // Адгезия расплавов и пайка материалов. 1978, 3, С.85-87. Концентрация легирующей добавки варьировалась от 0,1 до 12 ат Выплавку заготовок осуществляют в условиях, предотвращающих загрязнение материала и его окисление. Заготовки продавливают через фильеру в прутки диаметром 0,35 см, из которых изготавливают образцы длиной 1 см с плоскими полированными торцами. Контактное плавление осуществляют в кассете,имеющей цилиндрический канал по диаметру образцов с двумя прорезями вдоль оси канала для отвода расплава из промежутка между контактируемыми образцами. Во время плавления образцы прижимают один к другому с усилием 5 кг/см 2. Для защиты от окисления образцов кассету помещают в среду термостата (глицерин или дибутилфталат). Опыты проводят при температуре 149, превышающей эвтектическую точку на 100. После плавления образцов в течение 5 минут расплав в зоне контактного плавления кристаллизуют путем погружения кассеты с образцами в воду. Для металлографических наблюдений сплавленные образцы подвергают шлифовке,а также механической и электролитической полировке. Плоскость шлифа приготавливают параллельной оси образца. Зона контактного плавленияс ,содержащим легирующую добавкув количестве 12 ат. оказывается пронизанной сеткой из расплава на всем протяжении образца висмута длиной 1,5 см. Внешний вид образца также меняется. После контактного плавления первоначальная правильная форма образцов искажается, они деформируются, растрескиваясь по границам зерен расплава. Недостатком известного способа является невозможность получения контактного сплава направленно-ориентированной структуры с равномерным распространением компонентов по объему,что делает полученный сплав непрочным. В известном способе зоны контактного плавленияс, легированнымподвержены межзеренному разрушению висмута, возникающему в результате сложного напряженного состояния, вызывающего не только напряжения сжатия, но и касательные, а также растягивающие напряжения. Именно такие напряжения и вызывают охрупчивание висмута под действием расплава, образующегося при его контактном плавлении с оловом, легированным цинком. Технической задачей предлагаемого изобретения является разработка способа получения композиционного сплава системы цинк-висмут,позволяющего получить материал повышенной прочности. Поставленная техническая задача достигается предлагаемым способом получения композиционного сплава системы цинк-висмут путем контактного плавления цинка и висмута в плавильной печи с последующей его кристаллизацией, отличительной особенностью которого является то, что используют композицию,содержащую, мас. цинк - 60, висмут - 40 плавление проводят при температурах 400-500, а кристаллизацию проводят путем охлаждения в плавильной печи. Предложенный способ позволяет получать контактный сплав системы цинк-висмут повышенной прочности - 281,2 МПа. В предложенном способе наибольшая интенсивность взаимодействия компонентов сплава достигается при температурах 400-500 С. В этих условиях диспергирование цинка в висмут происходит в виде игольчатых равномерных направленно-ориентированных морфологических составляющих, достигая наиболее совершенную форму при 400-500 С. Полученный композиционный сплав обладает повышенной прочностью 281,2 МПа. Причина такой диспергации цинка в висмут,очевидно, связана с развитием определенных физико-химических превращений, возможно с влиянием полиморфных превращений жидких компонентов. Нижеследующие примеры иллюстрирует предлагаемое изобретение. Пример 1. Взвешенную на аналитических весах навеску висмута - 4 г помещают в керамический тигель объемом 4 см 3 и опускают в лабораторную плавильную печь, доводят температуру до 400 и затем в тигель добавляют навеску цинка - 6 г. Контроль температуры осуществляют хромельалюмелевой термопарой и милливольтметром М 105. После набора рабочей температуры 400 сплав выдерживают при этой температуре в течение 60 минут, затем проводят кристаллизацию путем охлаждения в шахтной плавильной печи. Отливка представляет собой таблетку диаметром 10 мм и высотой 5 мм. Продольное сечение отливки было подвергнуто металлографическому анализу. Плоскость шлифа подвергалась шлифовке,травлению и изучению микроструктуры под микроскопом. Шлифы готовят на шлифовальных и полировочных кругах. Для травления образцов используют раствор бихромата калия. Металлографический анализ выполняют на микроскопе -32 при увеличениях до 500 крат. Также был проведен рентгеноспектральный анализ. Анализ образца показал, что сплав системы , полученный предложенным способом имеет направленно-ориентированную волокнистую структуру в виде игл цинка, внедренных в висмут,сплав не рассыпается и обладает прочной структурой. Микротвердость образца определяют по общепринятой методике на микротвердомере ПМТ 3 при нагрузке 5 г. Микротвердость полученного сплава составила 277,2 МПа. Пример 2. Композиционный сплав системы цинк-висмут получают по методике примера 1,отличие заключается в том, что контактное плавление проводят при температуре 450 С. Микротвердость полученного сплава составила 278,3 МПа. Пример 3. Композиционный сплав системы цинк-висмут получают по методике примера 1, но контактное плавление проводят при температуре 500 С. Микротвердость полученного сплава составила 281,9 МПа. Разработанный способ получения композиционного сплава цинк-висмут путем контактного плавления был создан в рамках выполнения Государственной Программы Развитие космической деятельности в Республике Казахстан на 2005-2007 годы и может быть использован для создания нового класса материалов с заданными структурой и свойствами для приборов и оборудования, используемых в космических условиях. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ Способ получения композиционного сплава системы цинк-висмута путем контактного плавления цинка и висмута в плавильной печи с последующей его кристаллизацией, отличающийся тем, что используют композицию, содержащую,мас. цинк - 60, висмут - 40, плавление проводят при температуре 400-500 течение 60 минут, а кристаллизацию проводят путем охлаждения в плавильной печи.