Способ изготовления металлокерамических деталей

Изобретение относится к порошковой металлургии, в частности к получению металлокерамических деталей. Может применяться для изготовления лопаток газовых турбин. Смесь порошков материалов, обеспечивающих заданные характеристики детали, размещают в форме, соответствующей конфигурации детали. Осуществляют вибрацию в вертикальном направлении с переменными частотой и амплитудой до расслоения порошков по плотности с концентрацией тяжелой фракции в нижней части формы, а легкой - в верхней. Проводят предварительное спекание для получения заготовки и окончательное спекание заготовки вне формы. Способ позволяет повысить прочность соединения пары металл-керамика. 3 ил.

 

Изобретение относится к области технологии изготовления металлокерамических изделий, в частности к способу изготовления металлокерамических деталей, в том числе лопаток газовых турбин.

Цель изобретения - повышение надежности и технологичности металлокерамических изделий, путем изготовления моно изделий включающих в свой состав керамические и металлические составляющие, с обеспечением заданного закона изменения по заданному направлению в изделии прочностных и жаростойких характеристик.

Известен способ изготовления керамических деталей, заключающийся в том, что исходный керамический материал в виде порошка с заданной дисперсностью, равномерно размещенного в технологическом связующем материале и помещенного в заданную форму, путем выпаривания связующего материала образует первичную заготовку для окончательного спекания и получения требуемой геометрической конфигурации изделия. Этот способ носит определение - шликерное литье [1].

Недостаток этого способа - гомогенная структура материала полученного изделия, определяющая необходимость применения специальных средств в виде либо супержаропрочных прокладочных материалов, либо прокладочных материалов из благородных металлов для обеспечения работоспособности конструкции при неизбежном контактном взаимодействии керамических сверхжаропрочных деталей с несущими металлическими элементами конструкции, а также равномерное распределение механических свойств по оси керамической детали, что при работе детали, например лопатки газовой турбины, в поле центробежных сил приводит к ограничениям по газодинамическим характеристикам изделий. Недостатком этого способа является также невозможность прочного сварно-паяного соединения пар керамика - металл, что приводит к принципиальным негативным деформациям конструкторских решений.

Цель изобретения состоит в устранении этих недостатков.

Указанные недостатки устраняются тем, что исходный металлокерамический материал состоит из набора порошков материалов, обеспечивающих заданные характеристики формируемой детали, помещенного в форму заданной конфигурации, которая устанавливается в поле вибрационной активности с переменными частотой и амплитудой с одной из проекций вектора направления частотного перемещения, совпадающей с геометрической осью формы. Вибрационное воздействие производится до расслоения набора исходных порошков, после чего выполняется предварительное спекание для получения заготовки. Окончательное спекание заготовки производится вне формы.

Устройство для реализации предлагаемого способа (фиг.1) состоит в том, что в форму 1, определяющую конфигурацию детали, подлежащей изготовлению, помещается смесь порошков материалов 2, 3, 4. Например, порошок 2 может быть алюмоборонитридной композицией с плотностью порядка 2.8 кг/дм³, порошок 3 нитридной (Si₃N₄) или карбидной (SiC) композицией с плотностью порядка 4.0 кг/дм³, порошок 4 никелевый сплав с плотностью около 8.0 кг/дм³. Форма устанавливается и жестко закрепляется на устройстве 5, обеспечивающем вибрацию формы.

Устройство работает следующим образом.

При вибрационном воздействии на смесь порошков 2, 3, 4, помещенных в форму 1, происходит расслоение в функции от плотности составляющих смесь порошков: легкая фракция 2 концентрируется в верхней части формы 1, тяжелая фракция 4 концентрируется в нижней части формы 1, средняя фракция 3 занимает промежуточное положение. На стыках границ фракций 2-3 и 3-4 образуются промежуточные зоны 5 и 6, содержащие компоненты порошков 2 и 3, а также 3 и 4. При исходной смеси порошков, состоящей из более чем трех компонентов, картина распределения качественно та же: исходные компоненты распределяются вдоль оси формы по приведенной выше закономерности.

По окончании вибрационного воздействия производится предварительное спекание порошков 2, 3, 4 в форме 1. Окончательное спекание заготовки производится вне формы 1.

И предварительное, и окончательное спекание производится в поле переменных температур, адекватном конфигурации детали и результирующему распределению исходного материала.

Полученная заготовка, например, лопатки газовой турбины обрабатывается в зоне стыковки с металлическим диском либо в виде хвостового соединения металл - металл 7 (фиг.2), либо в виде поверхностей под сварное, либо паяное соединение металл 9 - металл 8 (фиг.3).

Использованная литература

1. Захаров А.И. Конструирование керамических изделий. Уч.-изд., Москва, 2004, стр.29-42.

Способ изготовления металлокерамических деталей, включающий размещение смеси порошков материалов, обеспечивающих заданные характеристики детали, в форме, соответствующей конфигурации детали, осуществление вибрации в вертикальном направлении с переменными частотой и амплитудой до расслоения порошков по плотности с концентрацией тяжелой фракции в нижней части формы, а легкой - в верхней, предварительное спекание для получения заготовки и окончательное спекание заготовки вне формы.