Способ изготовления композиционного материала

 

Способ изготовления композиционного материала относится к порошковой металлургии и может быть использовано для изготовления деталей машин, например форсунок, а также абразивного и лезвийного режущего инструмента. Способ заключается в том, что в порошок алюминия вводят порошок алмаза. Полученную смесь подвергают прессованию и спеканию до получения 3-6 об.% пористости. Затем поверхность изделия подвергают оксидированию методом микродугового оксидирования. В результате достигается высокая твердость и износостойкость поверхности, а также увеличение толщины оксидного слоя до о,5-1,1 мм.

Изобретение относится к порошковой металлургии и может быть использовано для изготовления деталей машин, например форсунок, а также абразивного и лезвийного режущего инструмента.

Известен способ изготовления абразивного инструмента с использованием сверхтвердых материалов на металлических связках, в частности на связках из алюминия и его сплавов (Основы проектирования и технология изготовления абразивного и алмазного инструмента. М. Машиностроение, 1975).

Известен способ изготовления изделий из алюминиевых порошков. В порошок алюминия вводят 10-40 мас. порошка циркониевого электрокорунда, полученную смесь подвергают горячему прессованию и оксидированию поверхности заготовки микродуговым методом до получения на изделии оксидной пленки толщиной 0,2-0,3 мм [1] Данные способы обладают следующими недостатками: во-первых, не прочное закрепление зерен сверхтвердого материала в металлической матрице; во-вторых, небольшая глубина оксидного слоя, в-третьих, существует возможность наволакивания при работе металлической связки на зерна сверхтвердого материала; в-четвертых, недостаточная твердость и износостойкость поверхностного слоя.

В основу настоящего изобретения была положена задача разработки такого способа изготовления композиционного материала, при котором была бы обеспечена максимальная твердость и износостойкость поверхностного слоя, а также его толщина.

Это достигается тем, что по способу изготовления композиционного материала, включающем горячее прессование и оксидирование поверхности, в алюминиевый порошок вводят 5-60 мас. порошка алмаза и подвергают горячему прессованию до получения пористости 3-6 об.

Добавление в алюминиевый порошок менее 5% масс порошка алмаза обеспечивает лишь незначительное увеличение твердости и износостойкости поверхности по сравнению с известными способами. Увеличение доли порошка алмаза более 60 мас. также нецелесообразно, так как начинает резко уменьшаться прочность сцепления зерен из-за малого количества между ними металлической связки, что может приводить к разрушению изделий даже при небольших нагрузках.

В дальнейшем полученную смесь подвергают горячему прессованию до достижения пористости 3-6 об. Пористость менее 3 об. не позволяет значительно увеличить толщину оксидного слоя при обработке. Увеличения пористости более 6 об. позволяют достичь значительную толщину оксидного слоя, но уменьшает его адгезию к основному материалу и прочность сцепления зерен алмаза.

На следующей стадии изделие подвергают микродуговому оксидированию в течение 3 ч до достижения напряжения 500-800 В и толщины пленки 0,5-1,1 мм.

Такая последовательность операций и соотношение исходных материалов позволяют повысить твердость и износостойкость поверхностного слоя, а также его толщину.

Соотношение порошков алюминия и алмаза подобрано таким образом, чтобы обеспечить максимально возможные твердость и износостойкость оксидного слоя и хорошее сцепление зерен алмаза с металлической связкой.

Последующее оксидирование преобразует алюминий, находящийся на поверхности изделия в его оксид. Так как его объем больше объема алюминия за счет присоединения атомов кислорода, то тем самым осуществляется еще более прочное закрепление зерен алмаза в матрице. Преобразованный слой также исключает возможность наволакивания при работе металлической связки на зерна алмаза, а также на деталь, с которой он имеет контакт, что предотвращает их охватывание и заедание.

Достигнутая пористость при горячем прессовании обеспечивает получение при последующей обработке значительной толщины оксидного слоя, что обеспечивает надежность и долговечность работы изделия.

Способ изготовления композиционного материала включает следующую последовательность операций. Взвешивают на весах требуемое количество порошков алмаза и алюминия. Затем тщательно перемешивают их между собой и добавляют любую из легколетучих жидкостей до достижения требуемой густоты. Смесь прессуют и подвергают горячему спеканию до получения необходимой пористости. При необходимости заготовку дополнительно предпрессовывают. Полученную заготовку помещают в электролитическую ванну и проводят оксидирование поверхности методом МДО (микродугового оксидирования).

П р и м е р. В порошок алюминия вводят 40 мас. порошка алмаза. Полученный состав прессуют и спекают при температуре 500-600^оС до достижения пористости 3-6 об. Затем поверхность детали подвергают оксидированию методом МДО в среде щелочного электролита до достижения напряжения 700-800 В и толщина окисной пленки 0,5-1,1 мм. Плотность тока 10 А/дм². Время выдержки 3 ч.

Объемную пористость контролируют методом гидростатического взвешивания. Твердость пленки и ее толщину измеряют с помощью микротвердометра ПМТ-3 по срезу детали. Износостойкость оценивают отношением величины линейного износа, полученных и известных образцов.

Физико-механические и триботехнические характеристики приведены ниже: Изобретение найдет свое применение для изготовления деталей машин, а также абразивного и лезвийного режущего инструмента.

Формула изобретения

СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ КОМПОЗИЦИОННОГО МАТЕРИАЛА, включающий смешивание порошка алюминия с порошком сверхтвердого материала, горячее прессование и оксидирование поверхности, отличающийся тем, что в качестве сверхтвердого материала используют порошок алмаза, смешивают алюминиевый порошок с 5 - 60 мас.% порошка алмаза, а горячее прессование проводят до получения пористости 3 - 6 об.%.

РИСУНКИ

Рисунок 1