Способ изготовления слоистых пористо-компактных металлокерамических изделий

 

Изобретение относится к диффузионной сварке и может быть использовано в производстве композиционных материалов, преимущественно на основе титановых сплавов. Из титановых сплавов получают компактные элементы из металлических слоев. Из порошков титана с размером гранул 0,08-1 мм формуют прессовки для пористых элементов с пористостью, обеспечивающей возможность объемного газонасыщения. Элементы собирают в пакет, который затем помещают в установку для диффузионной сварки, и ведут процесс соединения элементов с одновременным спеканием пористых прессовок при сохранении параметров пористости. По завершении процесса диффузионной сварки проводят термическую обработку в активной газовой среде. В процессе термической обработки поровые каналы пористых спеченных элементов заполняются активным газом, который вступает в химическое взаимодействие с титаном, и пористый слой преобразуется в нитрид титана (TiN). Это позволит упростить процесс изготовления композиционных материалов и изделий из них и повысить прочность соединения.

Изобретение относится к диффузионной сварке и может быть использовано в производстве композиционных материалов и изделий из них, преимущественно на основе титановых сплавов.

Известен способ изготовления металлокерамического материала, включающий получение компактного элемента для металлического слоя и пористого элемента в виде порошковой прессовки для керамического слоя с последующей химико-термической обработкой в активной газовой среде, сборку и соединение элементов диффузионной сваркой (ЕР 0194504, В 22 F 7/06, 1987, прототип).

Известный способ является энергоемким и требует сложного оборудования. Качественное соединение разнородных материалов “металл”-“керамика” может быть обеспечено высокими сварочным давлением и температурой, которая ограничена температурой плавления компактного металлического элемента. Последняя, в свою очередь, ниже необходимой для качественного соединения.

Технический результат от использования изобретения - упрощение технологического процесса изготовления изделия и повышение прочности соединения.

Технический результат достигается тем, что в способе изготовления слоистых пористо-компактных металлокерамических изделий, преимущественно на основе титановых сплавов, включающем получение компактных элементов для металлических слоев и пористых элементов для керамических слоев путем спекания порошковой прессовки с последующей термообработкой в активной газовой среде, сборку и соединение элементов диффузионной сваркой, пористый элемент получают из порошка с размером гранул 0,08-1 мм, спекают в процессе диффузионной сварки, а по его завершении осуществляют термообработку в активной газовой среде.

Проведение термообработки в активной газовой среде пористых элементов после соединения их с металлическими элементами позволяет совместить операцию спекания порошковой прессовки с диффузионной сваркой и исключить энергоемкий процесс спекания прессовки из керамического порошка, требующий сложного оборудования.

При этом для химико-термической обработки и преобразования пористых элементов в керамические слои по заявляемому способу используется оборудование для диффузионной сварки, и технологический цикл не прерывается.

Осуществляют способ изготовления слоистых пористо-компактных металлокерамических изделий следующим образом.

Из титановых сплавов получают заготовки для компактных металлических слоев. Из порошковых титановых сплавов с размером гранул 0,08-1 мм формуют прессовки для пористых элементов с пористостью, обеспечивающей возможность их объемного газонасыщения. Элементы собирают в пакет, который затем помещают в установку для диффузионной сварки, где в вакууме при температуре сварки титановых сплавов и сварочном давлении ведут процесс соединения элементов с одновременным спеканием пористых прессовок с сохранением параметров пористости.

По завершении процесса диффузионной сварки температуру повышают до температуры химико-термической обработки, создают давление активной газовой средой, например азотом, и проводят химико-термическую обработку. В ходе процесса химико-термической обработки поровые каналы пористых элементов заполняются активным реагентом, который вступает в химическое взаимодействие с пористым титановым материалом. Гранулометрические характеристики порошка 0,08-1 мм и технологические параметры процесса получения пористо-компактных заготовок обеспечивают объемное газонасыщение и преобразование пористого элемента, например из титана, в слой нитридной керамики (TiN).

Пример.

При изготовлении четырехслойной металлокерамической панели 100×100×7 мм, содержащей два керамических пористых слоя TiN толщиной 2 мм, чередующихся с элементами толщиной 1,5 мм из листового материала сплавов ВТ-23 и ОТ4. Пористые прессовки получают из гранулированного титанового материала с размером гранул 0,08-0,18 мм для одного и 0,63-1 мм для другого. Диффузионную сварку элементов проводят при температуре T_СВ=965°С и сварочном давлении 5 МПа. Химико-термическую обработку в среде азота проводят при температуре 980°С в течение 10 ч.

Формула изобретения

Способ изготовления слоистых пористо-компактных металлокерамических изделий, преимущественно на основе титановых сплавов, включающий получение компактных элементов для металлических слоев и пористых элементов в виде порошковой прессовки для керамических слоев путем спекания порошковой прессовки, термообработку в активной газовой среде, сборку и соединение элементов диффузионной сваркой, отличающийся тем, что прессовку формуют из металлического порошка с размером гранул 0,08-1 мм с пористостью, обеспечивающей возможность объемного газонасыщения, а спекание осуществляют в процессе диффузионной сварки с сохранением параметров пористости, после которой осуществляют термическую обработку в активной газовой среде.