| Структура інституту | Відділ 43 |  Одержання високозносостійких метало-матричних композитів       
На попередню сторінку

© 2012  Інститут імпульсних процесів і технологій НАН України.
            Усі права захищені.
ІНСТИТУТ  ІМПУЛЬСНИХ  ПРОЦЕСІВ  І  ТЕХНОЛОГІЙ 
НАН УКРАЇНИ
ТЕХНОЛОГІЧНІ  ПРИЙОМИ  ОДЕРЖАННЯ 
ВИСОКОЗНОСОСТІЙКИХ  МЕТАЛО-МАТРИЧНИХ  КОМПОЗИТІВ,
ДИСПЕРСНОЗМІЦНЕНИХ  НАНОЧАСТИНКАМИ

Мікроелектронні фотографії суміші порошків Fe-Tі-B  C
                                                                            4

Рентгенограма суміші мікропорошків Fe-Tі-B  C
                                                                  4
а (8000х)
до обробки (d    ~ 80 мкм)
        cp
б (10000х)
після ВЕР обробки (високодисперсна суміш частинок
d     ~ 0,7 мкм, в якій ~25% частинок
                                cp
мають розміри < 0,3 напівтемних і з них ~15% < 0,1напівтемних)
а - до обробки,
б - после ВЕР обробки
СУТНІСТЬ  ТЕХНОЛОГІЧНИХ  ПРИЙОМІВ

Створення високозносостійких дисперснозміцнених матеріалів базується на можливості ефективного використання новітніх методів дії
                                                                                                                                                                                                                          -5          -7
висококонцентрованих потоків енергії на дисперсні системи - диспергування, активації й синтезу полідисперсних мікро - (від 10   до 10   м) і
                                      -7          -9
нанорозмірних  (від 10   до 10    м) композиційних порошків  та їх відносно низькотемпературного методу компактування - іскроплазмового
спікання. За рахунок використання ефектів виділення необхідних дисперсних фаз при високовольтній електророзрядній (ВЕР) дії на
елементарні порошки та їх суміші можливо штучно створювати гетерогенність шихти і цілеспрямовано впливати на швидкість росту зерен
швидкоплинним методом іскроплазмового спікання. Такі технологічні прийоми дозволяють формувати дрібнозернисту мікрогетерогенну
структуру з високими фізико-механічними властивостями - підвищеною міцністю (до 30%) і зносостійкістю (до 60 %) деталей, що працюють в
екстремальних умовах.
Способи і пристрої для їх реалізації запатентовано.
ТЕХНОЛОГІЧНІ ПРИЙОМИ РЕАЛІЗУЮТЬ
Технологічні прийоми спрямовані на одержання високозносостійких композитів типу "карбідосталь" і нових композитів з металевими зв'язками для виготовлення виробів конструкційного та інструментального призначення, що працюють в умовах тертя і високих навантажень, таких як деталі нафтогазових насосів, деталі металургійного і гірського обладнання, що піддаються значному спрацюванню (напрямні ролики дротопрокатного стана та ін.).
Розроблено принципово нові склади високозносостійких дисперснозміцнених матеріалів на основі головним чином вітчизняної сировинної бази, зокрема - заліза, титана, великі запаси яких є в Україні, що забезпечує значний рівень експортозамінності сировини, а також нові високоефективні технологічні підходи одержання таких матеріалів із використанням сучасних методів синтезу композиційних дисперсних порошків карбідів і боридів заліза й титана високовольтними електричними розрядами.

ПЕРЕВАГИ  ТЕХНОЛОГІЧНИХ ПРИЙОМІВ
Підвищення як міцності, так і зносостійкості матеріалів (на 30-60% і більше) реалізується за рахунок того, що зміцнюючі дисперсні частинки не вводяться механічно до порошкової суміші додатковим компонентом при змішуванні порошків, як у відомих методах, а виділяються в результаті реакційного електророзрядного синтезу при ВЕР обробці елементарних порошків і їх сумішей у вуглеводневій рідині, що забезпечує не тільки високий ступінь диспергування, але й істотно більш високу міцність адгезійного зв'язку зміцнюючих мікрочастинок з матеріалом основи.
Використання високих швидкостей нагрівання та меншого часу витримки при максимальній температурі при іскроплазмовому спіканні полідисперсних мікро- і нанорозмірних  композиційних порошків дозволяє одержувати компакти з більшою відносною щільністю й тонкішою структурою, ніж при використанні традиційних методів спікання, таких як гаряче пресування та гаряче ізостатичне пресування.

ЕКСПЕРИМЕНТАЛЬНИЙ КОМПЛЕКС ДЛЯ ІСКРОПЛАЗМОВОГО СПІКАННЯ
В ІІПТ НАНУ розроблено експериментальний комплекс для іскроплазмового спікання "Гефест-10", заснований на безпосередньому пропусканні через порошкову композицію вихідного струму з амплітудним значенням 1 кА (суперпозиція постійний і змінний струми підвищеної частоти (10 кГц). Постійний струм нагріває рівномірно весь переріз брикету, але за рахунок тепловідведення охолоджуються периферійні ділянки. Змінний струм, завдяки скін-ефекту, частково витісняється до поверхні перерізу зразка і здійснює переважно нагрівання периферійної частини. Це компенсує вплив тепловідведення, вирівнює температурні умови по перерізу.
Експериментальний комплекс " ГЕФЕСТ -10" складається з джерела струму, преса ручного гідравлічного ПРГ-1, вакуумної камери, насоса вакуумного 2НВР-5ДМ  і системи керування. Джерело струму - генератор іскроплазмового спікання, складається із силового високочастотного випрямляча - трансформаторного модуля, високочастотного інвертора з системою повітряного охолодження, драйверів транзисторів і системи керування.
Експериментальний
комплекс
для іскроплазмового спікання
"Гефест-10"

Експериментальний комплекс для іскроплазмового спікання "Гефест-10" містить цифровий інтерфейс RS-485 для відображення на ПК контрольованих параметрів температури в зоні спікання, сили струму через зразок, що спікається,  і напруги на струмовиводах камери спікання.
Основні технічні характеристики
експериментального комплексу
іскроплазмового спікання "Гефест-10"
Параметр
Мінімальне
значенння
Максимальне
значенння
Вихідна середня потужність, Вт
-
12 000
Середнє значення вихідного струму, А
100
1 100
Амплітудне значення вихідного струму, А
100
1 200
Глибина модуляції вихідного струму, %
0
50
Частота змінної складової
вихідного струму, Гц
0
10 000
Вихідна напруга, В
-
10
Мікроструктури консолідованого матеріалу, отриманого іскроплазмовим спіканням
на установці "Гефест-10" із порошків після ВЕР обробки.

а (5000х)

b (5000х)
карбідосталь системи залізовуглецевий сплав -
карбід (диборид) титана, твердість 68 HRC,
межа міцності σ = 1350 МПа, пористість 0,8 %

карбідосталь системи залізовуглецевий сплав -
карбід титана, твердість 45 HRC,
межа міцності σ =650 МПа, пористість 1,2 %
Основні технічні характеристики
експериментального комплексу
іскроплазмового спікання "Гефест-10"
Параметр
Мінімальне
значення
Максимальне
значення
Температура спікання, °С
-
1 600
Час спікання, с
-
420
Тиск на заготівку, що спікається, МПа
0,5
70
   

  
Тиск у робочій камері (вакуум), Па

     
         
10


       5
10
Діаметр зразка, мм
5
20
Хід преса спікання, мм
0,5
10
ВПРОВАДЖЕННЯ
Розроблені технологічні прийоми дозволяють запропонувати для просування на ринок спрощену технологічну схему одержання багатофункціональних дисперснозміцнених наночастинками матеріалів, що використовуються для значного підвищення зносостійкості й термостійкості інструментів різного призначення та конструкційних матеріалів для реакторних сталей з підвищеними характеристиками жаростійкості, двигунів різного призначення та ін.
Спрощена
технологічна схема
одержання
багатофункціональних
дисперснозміцнених
наночастинками карбідосталей