Сплав на основе алюминия

 

Изобретение относится к металлургии, а именно к получению сплавов на основе алюминия для авиационной, аэрокосмической промышленности и других отраслей машиностроения для изготовления корпусных и высоконагруженных изделий, работающих в агрессивных средах, а также для рычагов, защелок и деталей узлов трения. Предложен сплав на основе алюминия, содержащий оксид алюминия и оксид кремния. Причем оксид алюминия и оксид кремния используют в виде полученных взрывным синтезом мелкодисперсных порошков, размеры частиц которых находятся в интервале 0,001-0,1 мкм. В сплаве оксид алюминия и оксид кремния находятся в соотношении 1-15% от массы сплава, алюминиевая основа остальное. Техническим результатом изобретения является повышение качества сплава за счет введения частиц оксидов стабильно заданных размеров.

Изобретение относится к области металлургии, а именно к получению сплавов на основе алюминия, которые могут быть использованы в авиационной, аэрокосмической и других отраслях машиностроения для изготовления корпусных и высоконагруженных изделий, работающих в агрессивных средах, а также рычагов, защелок, деталей узлов трения.

Известен коррозионный сплав на основе алюминия, содержащий алюминиевую основу, титан (0,2-2,0%); молибден (0,1-1,0%); ванадий (0,01-1,0%); оксид алюминия (0,01-1,0%), а также примеси: железо (не более 0,5%); кремний (не более 0,5%); марганец (не более 0,5%); цинк (не более 0,5%); медь (не более 0,5%). См. а.с. СССР 316742, кл. С 22 С 21/00, 1970 г.) - наиболее близкий аналог.

В результате анализа данного технического решения необходимо отметить, что этот сплав имеет сложный химический состав, содержащий остродефицитные компоненты (титан, молибден, ванадий), а кроме того, известный сплав характеризуется структурной неоднородностью по причине неравномерного распределения легирующих компонентов по объему и обусловленными неравномерностью распределения недостаточными прочностными свойствами.

Задачей настоящего изобретения является получение сплава, характеризующегося высокой структурной однородностью, что значительно повышает его физико-механические свойства, и исключающего применение в своем составе дефицитных материалов.

Поставленная задача решается тем, что в сплаве на основе алюминия, содержащем алюминиевую основу и оксид алюминия, новым является то, что в сплав дополнительно введен оксид кремния, причем оксид алюминия и оксид кремния используют в виде мелкодисперсных порошков, размеры частиц которых находятся в интервале 0,001-0,1 мкм в следующем соотношении, %: оксид алюминия и оксид кремния 1-15%, алюминиевая основа - остальное, причем в качестве компонентов оксидов алюминия и кремния используют частицы, полученные методом взрывного синтеза.

В случае, если суммарное количество оксидов кремния и алюминия менее 1%, то не достигаются требуемые прочностные и эксплуатационные показатели материала, а кроме того, резко снижаются его пластические характеристики, а в случае, если количество упомянутых выше оксидов больше 15%, то существенного повышения предела прочности не происходит, наблюдается снижение пластических характеристик материала и возникает вероятность его хрупких разрушений.

Если размеры частиц оксидов меньше 0,001 мкм, то весьма сложно добиться их равномерного распределения по объему основы, а если больше 0,1 мкм, то резко уменьшается их количество (на три порядка), что резко снижает однородность микроструктуры материала, а это в свою очередь приводит к снижению прочности и эксплуатационных характеристик материала и изготовленных из него изделий.

Получение частиц оксидов взрывным синтезом позволяет обеспечить получение частиц стабильно заданных размеров. При введении в алюминиевую основу частиц оксидов одинаковых размеров облегчается расчет технологических параметров при получении сплава, что позволяет улучшить его характеристики.

При проведении патентных исследований не обнаружены решения, идентичные заявленному, а следовательно, заявленное изобретение соответствует критерию "новизна".

Сущность заявленного изобретения не следует явным образом из известных технических решений, а следовательно, заявленное изобретение соответствует критерию "изобретательский уровень".

Считаем, что сведений, изложенных в материалах заявки, достаточно для практического осуществления изобретения.

Сплав содержит алюминиевую основу, например, из литейного алюминия. В расплавленную основу алюминия добавляют упрочнители - оксид алюминия (Аl₂О₃) и оксид кремния (SiO₂). Количество ингредиентов от 1 до 15% от общей массы материала.

Соотношение количества Аl₂О₃ и SiO₂ друг по отношению к другу особого значения не имеет, например, при приготовлении сплава в нем может быть использовано оксида алюминия 10%, а оксида кремния 5%.

Использование оксида алюминия обеспечивает требуемые параметры интеркристаллического упрочнения, а также уменьшает колебания внутренних напряжений примерно в два раза по объему и позволяет получить заданный уровень прочности.

Оксид кремния оказывает влияние не только на вышеперечисленные параметры структурного состояния, но и на механизм хрупкого разрушения, сопротивляемость трению и износостойкость рабочих поверхностей изделий.

Сплав на основе алюминия получают следующим образом.

В расплавленную алюминиевую основу добавляют частицы оксида алюминия и оксида кремния в указанном выше количестве. Далее осуществляют перемешивание расплава, с тем, чтобы частицы ингредиентов равномерно распределились по объему материала основы. Размеры частиц оксидов находятся в пределах 0,001-0,1 мкм. После охлаждения сплав готов к использованию или последующей обработке.

Пример.

В расплав алюминиевой основы добавляют ультрадисперсные наночастицы оксидов алюминия и кремния в количестве 15% от массы расплава (Аl₂О₃ 10%, а SiO₂ 5%). После введения оксидов в расплав осуществляют перемешивание расплава с введенными в него оксидами до равномерного распределения последних в объеме расплава. Перемешивание может осуществляться многими известными способами, например воздействием на расплав ультразвука. Далее расплав охлаждают.

По результатам исследования полученных образцов сплава установлено, что их предел прочности составляет 350-400 мПа, а модуль упругости составляет 8000-10000 мПа.

Формула изобретения

Сплав на основе алюминия, содержащий основу из алюминия и оксид алюминия, отличающийся тем, что он дополнительно содержит оксид кремния, причем оксид алюминия и оксид кремния используют в виде полученных взрывным синтезом мелкодисперсных порошков, размеры частиц которых находятся в интервале 0,001-0,1 мкм и в соотношении: оксид алюминия и оксид кремния 1-15% от массы сплава, алюминиевая основа остальное.