Способ изготовления композиционного материала электротехнического назначения
Владельцы патента RU 2300446:
Закрытое акционерное общество "Дальневосточная технология" (ЗАО "ДВ-Технология") (RU)
Изобретение относится к порошковой металлургии, в частности к получению композиционных материалов на основе карбида вольфрама для электрических контактов. Способ изготовления композиционного материала электротехнического назначения включает смешивание порошков в два этапа, сначала - порошки вольфрамокобальтового твердого сплава и меди, затем полученную смесь смешивают с графитом. После чего в полученную смесь вводят спиртовой раствор ортофосфорной кислоты в количестве, обеспечивающем следующее соотношение компонентов в спеченном материале, вес.%: медь 30-50; никель 5,0-15,0; графит 1,0-3,0; фосфор 0,8-1,5; твердый сплав - остальное. Затем проводят пластифицирование, прессование и вакуумное жидкофазное спекание. В процессе нагрева при спекании производят три изотермические выдержки, первую - при температуре образования легкоплавкой эвтектики Cu-Р, вторую - при температуре образования легкоплавкой эвтектики Ni-P и третью - при температуре образования легкоплавкой эвтектики Со-Р. Техническим результатом является повышение твердости и износостойкости. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.
Изобретение относится к области порошковой металлургии, преимущественно может использоваться для получения электроконтактных материалов.
Электроконтактные материалы, работающие в условиях динамических нагрузок, помимо высоких прочности и электропроводности должны иметь достаточно высокие твердость и износостойкость. С этой целью материалы, предназначенные для изготовления электроконтактных изделий, изготавливают на основе карбида вольфрама с добавлением легирующих материалов.
Наиболее близким к заявляемому изобретению является способ получения материала [Патент на изобретение РФ №2203340, С2, 7 С22С 29/08, В22F 3/12, 2001], состоящего из меди, кобальта и карбида вольфрама, заключающийся в смешивании порошков WC, Со и Cu и добавлением в полученную смесь спиртового раствора ортофосфорной кислоты таким образом, чтобы смесь состояла из компонентов при следующих соотношениях компонентов, вес.%: медь 10-40, ортофосфорная кислота 0.6-6.0, карбид вольфрама и кобальт - остальное. Затем производят пластифицирование полученной массы составом растворенного в бензине каучука, а жидкофазное спекание осуществляют в вакуумных печах при температуре 1220-1350°С. Полученный материал обладает высокими электропроводностью и прочностью, но неудовлетворительными твердостью и износостойкостью, а предлагаемый способ не обеспечивает стабильности свойств материала.
Техническим результатом заявляемого изобретения является увеличение твердости, прочности и износостойкости твердосплавного электроконтактного материала с одновременным улучшением способа его изготовления.
Технический результат достигается способом изготовления композиционного материала электротехнического назначения, включающего смешивание порошков, введение в полученную смесь спиртового раствора ортофосфорной кислоты, пластифицирование, прессование и вакуумное жидкофазное спекание. При этом смешивание порошков осуществляют в два этапа, сначала смешивают порошки вольфрамокобальтового твердого сплава, никеля и меди, затем смешивают полученную смесь с графитом, после чего вводят спиртовой раствор ортофосфорной кислоты в количестве, необходимом для получения следующего соотношения компонентов в спеченном материале, вес.%: медь 30-50; никель 5,0-15,0; графит 1,0-3,0; фосфор 0,8-1,5; твердый сплав - остальное; причем в процессе нагрева при спекании производят три изотермические выдержки. Первую изотермическую выдержку при нагреве производят при температуре образования легкоплавкой эвтектики Cu-Р, вторую - при температуре образования легкоплавкой эвтектики Ni-Р, третью - при температуре образования легкоплавкой эвтектики Со-Р. А жидкофазное спекание композиционного материала проводят при температуре ликвидуса системы Cu-Ni-Co-P.
На фиг.1 показана микроструктура композиционного материала электротехнического назначения после травления; на фиг.2 - нетравленая микроструктура композиционного материала.
Для получения заявляемого материала в порошок вольфрамокобальтового твердого сплава типа ВК6 или ВК8 (соответственно в вес.%: 94% WC + 6% Со и 92% WC + 8% Со) добавляют порошки никеля и меди и производят смешивание в течение 45-60 мин. Затем в полученную смесь вводят порошок графита и производят замешивание в течение 10-15 мин, т.е. так, чтобы графит частично обволок частицы никеля, меди и кобальта. В полученную смесь добавляют спиртовой раствор ортофосфорной кислоты Н3РО4+С2Н5ОН, перемешивают в течение 10-15 мин и далее действия производят по типовому технологическому процессу порошковой металлургии до спекания изделий, т.е. полученную смесь пластифицируют бензиновым раствором каучука, прессуют из него изделия. Количество спиртового раствора ортофосфорной кислоты добавляют такое, чтобы в итоге в материале содержалось 0,8-1,5 вес.% фосфора.
Жидкофазное спекание изделий производят в вакуумных печах. В процессе нагревания до температуры спекания производят три изотермические выдержки. Первую изотермическую выдержку при нагревании производят при температуре образования легкоплавкой эвтектики Cu-Р, т.е. при температуре 600-714°С в течение 5-10 мин в зависимости от содержания фосфора в смеси. Вторую изотермическую выдержку при нагревании производят при температуре образования легкоплавкой эвтектики Ni-P, т.е. при температуре 860-880°С в течение 15-20 мин. Третью изотермическую выдержку при нагревании производят при температуре образования легкоплавкой эвтектики Со-Р, т.е. при температуре 1000-1050°С в течение 20-25 мин. Жидкофазное спекание композиционного материала проводят в течение 60-100 мин при температуре ликвидуса системы Cu-Ni-Co-P с учетом соотношений компонентов, т.е. для заявляемого материала это 1150-1220°С.
Благодаря заявляемому способу смешивания компоненты композиционного материала равномерно распределены по всему объему материала, что является признаком стабильности физико-механических свойств и структуры по всему объему материала. Образующиеся в процессе спекания легкоплавкие эвтектики CuP, NiP и СоР активизируют процессы растворения твердых фаз (карбидов вольфрама) в жидкой фазе (меди) и улучшают процессы смачивания компонентов между собой.
Экспериментально было обнаружено, что имеющиеся в заявляемом материале зерна карбида вольфрама в процессе спекания образуют карбидный каркас 1 (фиг.1, 2), обеспечивающий высокую твердость изделию. Так как никель, кобальт и медь не являются карбидообразующими элементами, то графит в материале выделяется в виде разноориентированных пластинчатых включений 2 (фиг.1, 2), которые придают высокую износостойкость материалу. Так как система Cu-Co сама по себе является несмешиваемой в термодинамических условиях, то при исследовании микроструктуры обнаружены фазы меди 3 (фиг.1), которые обеспечивают высокую электропроводность и прочность композиционного материала. В процессе спекания медь образует с никелем непрерывные твердые растворы. Никель существенно упрочняет медь. Благодаря заявляемому соотношению компонентов связка композиционного материала по составу аналогична медно-никелевым сплавам типа мельхиора, которые отличаются высокой коррозионной стойкостью, высокими механическими свойствами, хорошо обрабатываются давлением. В итоге заявляемый материал имеет плотность 9,0-10,0 г/см3, твердость Бринелля не менее 1000 МПа, прочность на разрыв 600-900 МПа, а дополнительное легирование никелем обеспечивает стабильность получения необходимых свойств материала.
1. Способ изготовления композиционного материала электротехнического назначения, включающий смешивание порошков, введение в полученную смесь спиртового раствора ортофосфорной кислоты, пластифицирование, прессование и вакуумное жидкофазное спекание, отличающийся тем, что смешивание порошков осуществляют в два этапа, сначала смешивают порошки вольфрамокобальтового твердого сплава, никеля и меди, затем полученную смесь смешивают с графитом, после чего вводят спиртовой раствор ортофосфорной кислоты в количестве, необходимом для получения следующего соотношения компонентов в спеченном материале, вес.%:
| Медь | 30-50 |
| Никель | 5,0-15,0 |
| Графит | 1,0-3,0 |
| Фосфор | 0,8-1,5 |
| Твердый сплав | Остальное |
причем в процессе нагрева при спекании производят три изотермические выдержки: первую - при температуре образования легкоплавкой эвтектики Cu-P, вторую - при температуре образования легкоплавкой эвтектики Ni-P и третью - при температуре образования легкоплавкой эвтектики Со-Р.
2. Способ по п.1, отличающийся тем, что жидкофазное спекание проводят при температуре ликвидуса системы Cu-Ni-Co-P.
