Сплав на основе сурьмы для получения композиционных материалов

 

Изобретение относится к металлургии, в частности к матричным сплавам для получения композиционных материалов пропиткой армирующего графитового каркаса, работающих в агрессивных средах в качестве торцовых уплотнителей, вкладышей подшипников скольжения. Целью изобретения является повышение качества композиционного материала за счет улучшения проникающей способности сплава по отношению к графитовому каркасу. Сплав содержит следующие компоненты, мас. олово 15,0 25,0; кремний 0,24 0,36; железо 0,15 0,24; редкоземельные металлы 0,41 0,60, в том числе лантан 0,10 0,14, церий 0,23 - 0,34; сурьма остальное. 1 табл.

Изобретение относится к матричным сплавам для получения композиционных материалов пропиткой армирующего графитового каркаса, работающих в агрессивных средах в качестве торцовых уплотнителей, вкладышей подшипников скольжения. Целью изобретения является повышение качества композиционного материала за счет улучшения проникающей способности сплава по отношению к графитовому каркасу. Предложенный матричный сплав для получения композиционных материалов содержит, мас. олово 15,00-25,0; кремний 0,24-0,36; железо 0,15-0,24; редкоземельные металлы 0,41-0,60, в том числе лантан 0,10-0,14, церий 0,23-0,34; сурьма остальное. Изобретение иллюстрируется следующими примерами. В расплав сурьмы, подогретый до 950^оС, добавляют при непрерывном перемешивании, мелкими порциями, гранулированное олово. При снижении подвижности расплава производят его промежуточный нагрев до 950^оС, затем добавляют очередную порцию олова. Таким образом сплав доводят до заданной концентрации. После этого производят еще один промежуточный нагрев до 850-870^оС, а затем добавляют остальные компоненты в виде предварительно изготовленной лигатуры требуемого состава, перемешивают сплав 1-2 мин для выравнивания концентрации и разливают в формы. Полученный матричный сплав контролировали на испаряемость, проникающую способность к графитовому каркасу, коррозионную стойкость и прочность на сжатие. Испаряемость определялась по потере массы навески сплава 9 г, которую выдержали в трубчатой печи 20 мин при 800^оС в токе аргона, удаляющего пары сплава, при атмосферном давлении. Проникающую способность сплава по отношению к графитовому каркасу определяли по глубине затекания сплава в отверстие диаметром 0,3 мм в дне плоскодонного сверления в графитовом каркасе. Время изотермической выдержки сплава в сверлении при 800^оС составляло 20 мин, постоянство металлостатического давления на дно сверления обеспечивали заливкой сплава в указанное сверление заподлицо с поверхностью каркаса и постоянством размеров сверления во всех опытах: диаметр 10±0,1 мм, глубина 5±0,1 мм. В дне каждого сверления выполняли три отверстия диаметром 0,3 мм, и глубину затекания определяли как среднее значение из трех опытов. Испытания проводили в атмосфере аргона. Коррозионную стойкость сплава определяли по изменению массы цилиндрического образца сплава диаметром 5 мм, длиной 10 мм, погруженного в агрессивную среду на 48 ч. В качестве агрессивных сред применяли 10%-ные растворы серной, азотной и соляной кислот. Предел прочности сплава при сжатии определяли на литых образцах диаметром 20±2 мм и высотой 20 мм при настройке разрывной машины на максимальную нагрузку 10000 кГс. Композиционный материал "графит-матричный сплав", полученный пропиткой при 780±20^оС, испытывали на прочность, плотность и подвергали металлографическим исследованиям. Предел прочности на сжатие определяли аналогично испытаниям матричного сплава. Плотность композиционного материала определяли путем регистрации объема газа, прошедшего через 1 см² торцовой поверхности цилиндрического образца диаметром 11,2 мм и длиной 20 мм в направлении пропитки, и сравнением этого объема газа с объемом, прошедшим при идентичных условиях через аналогичный образец графитового каркаса. Для этого брали указанные образцы, уплотняли их цилиндрические поверхности и подавали на одну из торцовых поверхностей воздух под давлением 0,2±0,01 МПа в течение 30 с. Объем прошедшего газа определяли путем измерения объема воды, вытесненной из сосуда, соединенного с второй поверхностью образца. Степень заполнения пор (плотность пропитки) определяли по формуле П 1 × 100% где Q₁ объем воздуха, прошедший через образец графита; Q₂ объем воздуха, прошедший через образец композиционного материала; П относительная плотность образца композиционного материала. При металлографических исследованиях из периферийных областей каждого образца композиционного материала вырезали три микрошлифа, ориентированных плоскостью микрошлифа перпендикулярно направлению пропитки. Исследовали степень заполнения пор графитового каркаса. Состав сплавов и полученные свойства приведены в таблице. В сравнении со сплавом-прототипом (пат. Великобритании N 1234634) предлагаемый сплав обеспечивает существенно большую проникающую способность при одинаковых испаряемости, прочности и коррозионной стойкости, что способствует повышению качества композиционного материала за счет лучшего заполнения пор в графитовом каркасе матричным сплавом. Влияние состава матричного сплава на его технологические свойства и качество композиционного материала

Формула изобретения

СПЛАВ НА ОСНОВЕ СУРЬМЫ ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ КОМПОЗИЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ пропиткой армирующего графитового каркаса, содержащий сурьму и олово, отличающийся тем, что, с целью повышения качества композиционного материала за счет улучшения проникающей способности сплава по отношению к графическому каркасу, сплав дополнительно содержит кремний, железо, церий, лантан и редкоземельные металлы при следующем соотношении компонентов, мас. Олово 15,0-25,0 Кремний 0,24-0,36 Железо 0,15-0,24 Редкоземельные материалы 0,41-0,60 в том числе: Лантан 0,10-0,14
Церий 0,23-0,34
Сурьма Остальное

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2