Способ получения литых композиционных материалов на основе алюминия и устройство для его осуществления

(51) 22 1/10 (2009.01) 22 21/00 (2009.01) КОМИТЕТ ПО ПРАВАМ ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ МИНИСТЕРСТВА ЮСТИЦИИ РЕСПУБЛИКИ КАЗАХСТАН ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К ИННОВАЦИОННОМУ ПАТЕНТУ одновременную загрузку матричного сплава и дисперсной фазы, плавление и перемешивание расплава осуществляют в вакууме при разряжении не менее 10 мм.рт.ст, а после окончания перемешивания в системе создают атмосферу нейтрального газа. Устройство для получения литых композиционных материалов на основе алюминия содержит печь с установленным в ней тиглем,перемешивающее устройство с пропеллером,выполненное с возможностью перемещения в вертикальной плоскости, при этом печь и перемешивающее устройство размещены в герметичном корпусе с крышкой, корпус выполнен водоохлаждаемым, пространство внутри устройства разделено теплоизоляционными экранами на верхнюю низкотемпературную и нижнюю высокотемпературную зону, в которой размещена печь с тиглем, при этом верхняя часть перемешивающего устройства установлена в водоохлаждаемом алюминиевом стакане, а в качестве материала пропеллера используют металлический молибден. Техническим результатом изобретения является повышение качества композиционных материалов.(72) Паничкин Александр Владимирович Карпенюк Анатолий Никитич Соймин Николай Яковлевич Кшибекова Балжан Булатовна(73) Акционерное общество Центр наук о земле,металлургии и обогащения(54) СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ЛИТЫХ КОМПОЗИЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ НА ОСНОВЕ АЛЮМИНИЯ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ(57) Изобретение относится к металлургии, а именно, к способам и устройствам для получения композиционных материалов с низким удельным весом и высокими физико-механическими свойствами. Способ получения литых композиционных материалов на основе алюминия включает расплавление матричного сплава,введение дисперсной армирующей фазы, перемешивание расплава,последующую разливку и кристаллизацию, отличается тем, что проводят 23508 Изобретение относится к металлургии, а именно,к способам и устройствам для получения композиционных материалов с низким удельным весом и высокими физико-механическими свойствами. Известны способы и устройства для получения композиционных материалов на основе алюминия и его сплавов методом литьевой технологии,заключающиеся в механическом замешивании в матричный расплав нерастворимых в нем твердых частиц с помощью различных видов мешалок,посредством пылегазовой струи и др., последующее перемешивание расплава,его разливку и кристаллизацию под давлением. Недостатком известных способов и устройств является невысокое качество получаемых композитов (Т.А. Чернышева,Л.И. Кобелева, П. Шебо, А.В. Панфилов Взаимодействие металлических расплавов с армирующими наполнителями. М. Наука, 1993, с. 272). В качестве прототипа выбраны способ и устройство для получения литых композиционных материалов на основе алюминия (Патент России 2186867, кл. С 22 С 1/10, С 22 С 21/00, 10.08.2002). Способ по прототипу включает расплавление матричного сплава с перегревом на 100-150 С выше температуры его плавления,введение во вращающийся расплав дисперсной армирующей фазы с помощью центробежных сил, последующее перемешивание расплава, его рафинирование от газовой фазы, разливку и кристаллизацию под давлением. Заданные условия проведения процесса обеспечивают повышение усвояемости дисперсной фазы и равномерности ее распределения. Способ осуществляется в устройстве,включающем печь с установленным в ней вращающимся тиглем,дозатор дисперсного материала,перемешивающее устройство,выполненное с возможностью перемещения в вертикальной плоскости. На валу перемешивающего устройства установлены пропеллер и импеллер в виде плоского диска, изготовленного из титана с азотированной поверхностью. На поверхность вращающегося диска подают порошковый материалнаполнитель. Недостатком способа и устройства является недостаточно высокое качество полученных композитов из-за окисления и газонасыщения расплава в процессе перемешивания и, как следствие,необходимость рафинирования получаемого композита от газовых включений(примесей). Техническим результатом предлагаемого изобретения является повышение качества композиционных материалов. Указанный технический результат достигается в способе получения литых композиционных материалов на основе алюминия, включающем расплавление матричного сплава,введение дисперсной армирующей фазы, перемешивание расплава,последующую разливку и кристаллизацию,в котором проводят 2 одновременную загрузку матричного сплава и дисперсной фазы, плавление и перемешивание расплава осуществляют в вакууме при разряжении не менее 10 мм.рт.ст., а после окончания перемешивания в системе создают атмосферу нейтрального газа. Технический результат достигается также в устройстве для получения литых композиционных материалов на основе алюминия, содержащем печь с установленным в ней тиглем, перемешивающее устройство с пропеллером, выполненное с возможностью перемещения в вертикальной плоскости, при этом печь и перемешивающее устройство размещены в герметичном корпусе с крышкой, корпус выполнен водоохлаждаемым,пространство внутри устройства разделено теплоизоляционными экранами на верхнюю низкотемпературную и нижнюю высокотемпературную зону, в которой размещена печь с тиглем, при этом верхняя часть перемешивающего устройства установлена в водоохлаждаемом алюминиевом стакане, а в качестве материала пропеллера используют металлический молибден. Сущность предлагаемого изобретения заключается в следующем. Способ предусматривает проведение одновременной загрузки матричного сплава и дисперсной фазы, что позволяет в условиях вакуума исключить окисление расплава. Плавление и перемешивание расплава осуществляют в вакууме при разряжении не менее 10 мм.рт.ст., что также предупреждает окисление расплава. Этому же способствует создание атмосферы нейтрального газа перед разливкой композита в изложницу. Отсутствие окисления расплава позволяет получить композиты с улучшенными свойствами,так как в условиях вакуума предотвращается образование газовых пузырьков в расплаве, что соответственно снижает пористость, в то время как высокая газовая пористость снижает прочностные показатели. При отсутствии газовых пузырьков при замешивании дисперсной фазы нет флотации, что позволяет снизить степень неравномерности распределения частиц в композите. Кроме того нет необходимости рафинирования полученного композита от газовых включений, что упрощает технологию. Совокупность отличительных признаков заявляемого устройства обеспечивает осуществление процесса в вакууме с получением композиционных материалов высокого качества. На фиг. показано предлагаемое устройство для получения литых композиционных материалов на основе алюминия. Устройство состоит из цилиндрического водоохлаждаемого корпуса 1 с герметичной крышкой 2, печи 3 с установленным в ней тиглем 4, перемешивающего устройства 5 с пропеллером 6. Пространство внутри устройства разделено теплоизоляционными экранами 7 на нижнюю высокотемпературную и верхнюю низкотемпературную зоны. В нижней зоне размещена печь 3. Внутри печи установлен 23508 графитовый тигель 8 с высокой механической прочностью и теплопроводностью, что обеспечивает высокую скорость нагрева основного алундового тигля 4. Корпус печи 3 выполнен из жаропрочного сплава 12 Х 18 Н 9 Т. Верхняя часть перемешивающего устройства 5 установлена в водоохлаждаемом алюминиевом стакане 9 с гибкими шлангами (на фиг. не показаны), обеспечивающими подвод воды и позволяющими извлекать мешалку из устройства. Перемещение перемешивающего устройства 5 с пропеллером 6 в вертикальной плоскости осуществляется двигателем 10. Герметичная крышка 2 снабжена поворотным механизмом 11. Герметичность устройства обеспечивают резиновые кольца 12. Пропеллер 6 перемешивающего устройства выполнен из металлического молибдена. Способ получения композиционного материала в устройстве осуществляется следующим образом. В алундовый тигель 4 загружают в твердом виде алюминий или его сплав и наполнительдисперсный порошок неметаллического материала,тигель помещают в печь 3, создают разряжение форвакуумным насосом не менее 10 мм.рт.столба и включают печь. После совместного нагрева матричного сплава и дисперсного порошка, в расплав погружают вращающийся пропеллер 6 и перемешивают в течение заданного времени, затем последовательно отключают форвакуумный насос,печь, напускают в устройство нейтральный газ(аргон),открывают крышку и извлекают перемешивающее устройство с пропеллером, тигель с расплавом композита и разливают в изложницу. В таблице представлены условия и результаты осуществления заявляемого способа и устройства. Степень неравномерности распределения частиц в композите,Материал наполнителя дисперсной фазы ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ 1. Способ получения литых композиционных материалов на основе алюминия, включающий расплавление матричного сплава,введение дисперсной армирующей фазы, перемешивание расплава,последующую разливку и кристаллизацию, отличающийся тем, что проводят одновременную загрузку матричного сплава и дисперсной фазы, плавление и перемешивание расплава осуществляют в вакууме при разряжении не менее 10 мм.рт.ст., а после окончания перемешивания в системе создают атмосферу нейтрального газа. 2. Устройство для осуществления способа по п.1,содержащее печь с установленным в ней тиглем, 8 перемешивающее устройство с пропеллером,выполненное с возможностью перемещения в вертикальной плоскости, отличающееся тем, что печь и перемешивающее устройство размещены в герметичном корпусе с крышкой, корпус выполнен водоохлаждаемым, пространство внутри устройства разделено теплоизоляционными экранами на верхнюю низкотемпературную и нижнюю высокотемпературную зону, в которой размещена печь с тиглем, при этом верхняя часть перемешивающего устройства установлена в водоохлаждаемом алюминиевом стакане, а в качестве материала пропеллера используют металлический молебден.