Матричный сплав на основе сурьмы для получения композиционных материалов пропиткой графитового каркаса

 

Сущность изобретения: матричный сплав на основе сурьмы, содержащий олово, дополнительно включает галлий при следующем соотношении компонентов в матричном сплаве, мас.%: олово 15,0-25,0; галлий 0,15-0,60, сурьма остальное. Композиционный материал, полученный пропиткой графитового каркаса данным матричным сплавом под давлением 12,0 МПа при 800° С, имеет следующие характеристики: плотность 56,0-62,9%, прочность 40,6-47,9 МПа. Потеря веса сплава от испарения при пропитке 0,19-0.21 %. 2 табл.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (я)s С 22 С 1/09, 12/00

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4872392/02 (22) 11,07.90 (46) 07.11.92, Бюл. ¹ 41 (71) Волгоградский политехнический институт (72) Н.П.Лякишев, Ю,И.Рубенчик, И.Д.Бусалаев, И.А.Соловьев и И.М.Копьев (56) Авторское свидетельство СССР

¹ 1718552, кл. С 22 С 1/09, 1989. (54) МАТРИЧНЫЙ СПЛАВ НА ОСНОВЕ

СУРЬМЫ ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ КОМПОЗИЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ ПРОПИТКОЙ ГРАФИТОВОГО КАРКАСА

Изобретение относится к области металлургии и к получению армированных композиционных материалов и отливок и может быть использовано для получения пропиткой композиционных материалов, имеющих армирующий графитовый каркас и работающих в агрессивных средах в качестве уплотнителей, вкладышей подшипников скольжения и т.п. деталей.

Целью изобретения является повышение качества композиционного материала, Поставленная цель достигается тем, что в матричный сплав для получения КМ пропиткой армирующего графитового каркаса, содержащий сурьму и олово, дополнительно введен галлий при следующем соотношении компонентов, мас.%: Sn 15,00...24,0; Ga

0,15.„0,60; Sb остальное.

Существенным отличительным признаком предлагаемого сплава является наличие в нем галлия в количестве 0,15...0,6 мас,%.

Введение в состав сплава галлия в указанном диапазоне концентраций приводит к существенному увеличению прочности

» БЫ 1773942 А1 (57) Сущность изобретения: матричный сплав на основе сурьмы, содержащий олово, дополнительно включает галлий при следующем соотношении компонентов в матричном сплаве, мас.%: олово 15,0 — 25,0; галлий

0,15 — 0,60, сурьма остальное. Композиционный материал, полученный пропиткой графитового каркаса данным матричным сплавом под давлением 12,0 МПа при 800 С, имеет следующие характеристики: плотность 56,0 — 62,9%, прочность 40,6 — 47,9 МПа.

Потеря веса сплава от испарения при пропитке 0,19 — 0,21%. 2 табл. матричного сплава зэ счет извлечения из него мышьяка, находящегося в сурьме в виде примеси,и связывания его в арсенид галлия, э также к увеличению проникающей способности матричного сплава за счет поверхностной активности галлия. Зто приводит к повышению прочности и плотности KM и, соответственно, к повышению качества

КМ.

Введение в состав сплава менее 0,15 мас,% галлия приводит к снижению его проникающей способности при сохранении, примерно, постоянного уровня прочности до концентрации галлия 0,04...0,06 мас.%, Введение в состав сплава более 0,6 мас.% галлия приводит к снижению прочности сплава при некотором увеличении его проникающей способности и испаряемости.

Указанный отличительный признак в известных технических решениях отсутствует, Предлагаемый сплав обеспечивает практическое отсутствие испаряемости, обладает более высокими прочностью и про1773942

55 никающей способностью, чем известные сплавы, Пример 1. Сплав с содержанием ингредиентов, мас.%: Sn 20,0; Оа 0,10; Sb остальное, Приготовление сплава производится следующим образом: в расплав сурьмы, перегретый до 950ОС, добавляют, при непрерывном перемешивании, мелкими порциями, гранулированное олово. При снижении подвижности расплава производится его промежуточный нагрев до температуры 950 С, затем добавляется очередная порция олова до достижения заданной концентрации. После этого на зеркало расплава в тигле в течение 0,5...1 мин подают аргон, затем, не прекращая подачи аргона, в сплав добавляют требуемое количество галлия, перемешивают в течение 1...2 мин для выравнивания концентрации и разливают в формы. Изготовление KM производилось пропиткой графитового каркаса из графита марки ГЗ матричным сплавом под давлением 12,0 МПа при температуре

800 С и выдержке под давлением 20 мин.

В качестве технологических характеристик сплава исследовались его прочность, коррозионная стойкость, проникающая способность по отношению к графитовому каркасу, испаряемость.

В качестве технологических характеристик KM определялись прочность и плотность, Прочность сплава и КМ на сжатие определялась на цилиндрических образцах диаметром 20 4- 0,2 мм и высотой 20 мм при настройке разрывной машины на максимальную нагрузку 10000 кгс, Коррозионная стойкость сплава проверялась по изменению веса цилиндрического образца сплава диаметром 5 мм, высотой

10 мм, после пребывания в агрессивной среде в течение 1200 час, В качестве агрессивных сред применялись 10%-ные растворы серной, азотной и соляной кислот.

Проникающая способность сплава по отношению к графитовому каркасу определялась по глубине затекания сплава в отверстие диаметром 0,3 мм, выполненное в дне плоскодонного сверления в графитовом каркасе. Время изотермической выдержки сплава в плоскодонном сверлении при температуре 800 С составляло 20 мин, постоянство металлостатического давления на дно плоскодонного сверления обеспечивалось заливкой сплава в указанное сверление заподлицо с поверхностью каркаса и постоянством размеров плоскодонного сверления во всех опытах; диаметр 10 + 0,1 мм, глуби5

40 на — 5 +. 0,1 мм. В дне каждого плоскодонного сверления выполнялись три отверстия диаметром 0,3 мм и проникающая способность определялась как среднее значение глубины затекания иэ трех опытов. Испытания проводились в атмосфере аргона.

Испаряемость определялась по потере веса навески сплава, равной 9 г, нагреваемой в трубчатой печи при температуре

800 С в течение 20 мин в токе аргона, удаляющего пары сплава, при атмосферном давлении.

Плотность KM определялась как процент заполнения открытых пор. При этом обьем последних в пропитываемом образце определялся предварительно заполнением заранее взвешенного образца водой с последующим определением веса и объема заполнившей образец воды.

Указанный сплав и KM на его основе в условиях испытаний показали: потерю веса от испарения 0,24%, глубину затекания в капилляр — 0,82 мм, изменение веса в кислотах: серной — 0-05 j соляной — 0,06%, азотной — 0,046%, прочность матричного сплава составилэ 215 МПа.

Плотность KM составила 48,5;, его прочность 43,5 MI1a.

Пример 2. Сплав с содержанием ингредиентов, мас.%: Sn 20,0; 6а 0,15; Sb остальное.

Приготовление сплава и условия его испытаний аналогичны примеру 1.

Потеря веса от испарения 0,2%, глубина эатекания 1,17 мм, изменение веса в серной кислоте — 0,05%, в соляной — 0,005%, е азотной — 0,04%, прочность сплава составила

216 МПа. Плотность KM составила 56%, его прочность 46,5 МПа.

Пример 3. Сплав с содержанием ингредиентов, мас.%: Sn 20,0; Ga 0,375; Sb остальное.

Приготовление сплава и условия его испытаний аналогичны примеру 1.

Потеря веса от испарения 0,21%, глубина ээтекания 1,56 мм, изменение веса в серной кислоте — 0,05%, в соляной — 0,008%, в азотной — 0,04% прочность сплава составила 217 МПа, Плотность KM составила 49 5%, его прочность 46,8 МПа.

Пример 4. Сплав с содержанием ингредиентов, мас.%: Sn 20,0; Ga 0,60; $Ь остальное, Приготовление сплава и условия его испытаний аналогичны примеру 1

Потеря веса от испарения 0,29%, глубина затекания 1,97 мм, изменение веса в серной кислоте — 0,08, соляной — 0,009%, азотной — 0,044%. Прочность сплава соста1773942 вила 206 МПа. Плотность КМ составила

61,6, его прочность 44,3 МПа.

Пример 5. Сплав с содержанием ингредиентов. мас.ф: Яп 20; Ga 0,90; Sb остальное.

Приготовление сплава и условия его испытаний аналогичны примеру 1.

Потеря веса от испарения 0,41 (, глубина затекания 2,09 мм, изменение веса в серной кислоте — 0,13, в соляной — 0,012, азотной — 0,07276, прочность сплава составила 189 МПа. Плотность KM составила

62,9, его прочность 39,4 МПа.

Примеры на варьирование составом сплава, обосновывающие влияние содержания олова на технологические характеристики сплава и KM. приведены в табл.1 и 2.

В сравнении со сплавом-прототипом предлагаемый сплав обеспечивает большую прочность и плотность композиционного материала при незначительном повышении

5 коррозионной стойкости и снижении испаряемости сплава.

Формула изобретения

Матричный сплав на основе. сурьмы для получения композиционных материалов

10 пропиткой графитового каркаса, содержащий олово, отличающийся тем, что, с целью повышения качества композиционного материала, сплав дополнительно содержит галлий при следующем

15 соотношении компонентов сплава, мас.$: олово 15,00-25,0 галл ий 0,15-0,60 сурьма остальное

Таблица1

Состав, мас. ь результаты исследования матричного сплава

Контролируемый материал

Другие

Р3М глубина затекапотери от веса испарения,ь ния, мм

0,82

0,17

1,56

1,97

2,09

1,93

1,78

1,22

0,76

20,0 г0,0

20,0 г0,0

2О,0

13,0

15,0

25,0

30,0

0,24

0,20

0,ã1

0,29

0,41

0!87

0,29

0,19

0,19

Остальное

То же.

0,10

0,15

0,375

0,60

0,90

0,375

0,375

0,375

0,375

Сплав предлагаемого состава

«l!»

«Il

«!!»

l!

«I!» !

I !!»

Сплав-прототип (решение ф.1/9 по заявке

1г 464774) 20,0

0,26 1,12

0 10!

0,30 0,29 0,20 0>12

Таблица 2

Свойства композиционного материала

Изменение веса (4) в кислотах (Прочность, МПа

ПлотПрочность

МПа ность о серной соляной азотной

-0,05

-0,05

-0,06

-0,08

0,013

-0,06

-0,04

"0,02

-0,012

-0,09

-0,006

-0,005

-0,008

-0,009

-0,012

-0,008

-0,006

-0,008

-0,008 вЂ,0,011

-0,046

-0,040

-0,040

-0,044

-0,072

-0,039

-0,040

-0,040

-0,040

-0,048

216

217

206

189

189

223

170

48,5 43,5

56 46,5

59,5 46,8

61,6 44,3

62,9 39,4

61,1 39,3

60,2 40,6

58 47,9

45,6 42,9

54 37,9