Способ получения мишени для распыления из сплава на основе алюминия

Изобретение относится к металлургии, а именно к металлическим материалам, используемыми при изготовлении вкладышей для двигателей внутреннего сгорания. Проводят плавку алюминия, доводят расплав до перегретого гомогенного состояния при температуре 1150°С. Вводят в расплав олово, индий и висмут, доводят температуру расплава до 1150°С, проводят выдержку при этой температуре. Затем вводят свинец и медь, так чтобы получить сплав либо с составом, мас.%: свинец 13,5, олово 4,5, медь 0,5, индий 1,0, висмут 1,3, алюминий 79,2, либо с составом, мас.%: свинец 15,4, олово 5,0, медь 1,0, индий 0,5, висмут 1,0, алюминий 77,1, либо с составом, мас.%: свинец 13,2, олово 5,5, медь 1,4, индий 1,5, висмут 0,5, алюминий 77,9, перемешивают расплав и осуществляют выдержку при температуре 1150°С. После этого расплав сливают в распылительный тигель и распыляют аргоном до получения порошка, который компактируют и прокатывают до получения листа, и изготавливают из него распыляемую мишень. Получается мишень, позволяющая получить тонкие рабочие слои на обрабатываемых изделиях и обеспечить улучшенную прирабатываемость и противозадирность рабочих слоев без снижения прочности и износостойкости. 1 табл., 1 пр.

 

Изобретение относится к области металлургии металлических материалов с высокими трибологическими и прочностными свойствами, используемыми в машиностроении при изготовлении вкладышей для двигателей внутреннего сгорания (ДВС). Основными требованиями, предъявляемыми к таким материалам, являются высокая износостойкость и работоспособность в экстремальных условиях.

Известны вкладыши коренных и шатунных подшипников ДВС, включающие стальную основу с нанесенным на внутреннюю поверхность антифрикционным слоем из свинцовистой бронзы, на которую гальваническим методом нанесен тонкий слой сплава свинец-олово-медь. Недостатком таких вкладышей является быстрое разрушение гальванического слоя сплава свинец-олово-медь в современных высокофорсированных ДВС. Известна также другая группа вкладышей, имеющих стальную основу с нанесенным на внутреннюю поверхность антифрикционным слоем из свинцовистой бронзы, на которую распылением, например магнетронным или катодным, наносится тонкий (~20 мкм) слой сплава алюминий-олово-медь. Недостатками таких вкладышей являются плохая прирабатываемость и противозадирность слоя сплава алюминий-олово-медь по сравнению с традиционными покрытиями, содержащими свинец и олово. Простое увеличение содержания олова в сплаве алюминия для улучшения прирабатываемости приводит к снижению прочности и износостойкости, т.е. лишает данную конструкцию свойственных ей преимуществ. Другим серьезным фактором является толщина покрытия, поскольку установлено, что чем тоньше антифрикционный слой, тем большую нагрузку может нести подшипник. Однако серьезной проблемой оказалось получение магнетронных мишеней из антифрикционных сплавов на основе алюминия с рациональным соотношением и распределением компонентов. Из уровня техники наиболее близким аналогом является способ получения распыляемой мишени [WO 2001073156], включающий предварительную термомеханическую обработку, холодную деформацию исходного литого слитка с помощью угловой экструзии, формирование распыляемой мишени и крепление мишени на охлаждающей плите. Хотя указанный аналог по существу ограничивается глубокой деформацией исходного литого слитка с получением мелкозернистой структуры, общим легированием и соответствующим химическим составом тонкой пленки, идеологически способ, заявленный в аналоге, представляется правильным.

Задачей настоящего изобретения является получение распыляемой мишени из сплава на основе алюминия с целью повышения надежности подшипника за счет тонких напыленных рабочих слоев, а также прирабатываемости и противозадирности рабочих слоев без снижения прочности и износостойкости.

Поставленная задача реализуется с помощью способа получения заготовки распыляемой мишени из сплава на основе алюминия, включающего формообразование мишени, отличающегося тем, что осуществляют плавку алюминия, доведение расплава до перегретого гомогенного состояния при температуре 1150°С, выдержку при этой температуре, введение в расплав олова, индия и висмута, доведение температуры расплава до 1150°С, выдержку при этой температуре, введение свинца и меди, так чтобы получить сплав либо с составом, мас.%: свинец 13,5, олово 4,5, медь 0,5, индий 1,0, висмут 1,3, алюминий 79,2, либо с составом, мас.: %: свинец 15,4, олово 5,0, медь 1,0, индий 0,5, висмут 1,0, алюминий 77,1, либо с составом, мас.%: свинец 13,2, олово 5,5, медь 1,4, индий 1,5, висмут 0,5, алюминий 77,9, перемешивание расплава, выдержку при температуре 1150°С, слив расплава в распылительный тигель и распыление аргоном до получения порошка, который компактируют и прокатывают до получения листа, и изготовление из него распыляемой мишени.

Способ осуществляется следующим образом. В расплав алюминия, поддерживаемого при постоянной температуре перегрева 1150°С, добавляют олово в необходимом количестве, расплав перемешивают, вводят висмут и индий в необходимом количестве, расплав перемешивают, вводят свинец в необходимом количестве, выдерживают расплав в течение 30 минут при периодическом перемешивании, вводят медь в необходимом количестве, выдерживают расплав в течение 10 минут, причем при введении компонентов расплав алюминия поддерживают при постоянной температуре 1150°С, сливают его в распылительный тигель, распыляют аргоном до получения порошка сплава, который компактируют и прокатывают до получения тонкого листа для изготовления распыляемой мишени.

Пример реализации способа

Для проверки эксплуатационных характеристик антифрикционного сплава было выплавлено три слитка следующего химического состава (Таблица 1).

Таблица 1.
Химический состав заготовок, мас.%.
	Pb	Sn	Cu	In	Bi	Al
1	13,5	4,5	0,5	1,0	1,3	79,2
2	15,4	5,0	1,0	0,5	1,0	77,1
3	13,2	5,5	1,4	1,5	0,5	77,9

Технология приготовления трех слитков включала выплавку алюминия в вакуумной индукционной печи и доведение расплава до перегретого состояния при температуре 1150°С. Далее в расплав алюминия вводили последовательно компоненты в необходимом количестве, расплав перемешивали и выдерживали при 1150°С в течение 30 минут. Под необходимым количеством вводимого компонента подразумевалось количество, обеспечивающее получение заданного содержания компонента в финишном сплаве с учетом потерь. После выдержки расплав сливали в распылительный тигель и распыляли аргоном до получения порошка сплава, который компактировали в заготовку под прокатку и прокатывали до тонкого листа. Из тонкого листа изготовили распыляемую мишень диаметром 150 мм, которая использована для магнетронного нанесения тонкого рабочего слоя на внутренней поверхности стальных вкладышей, покрытой свинцовистой бронзой и тонким барьерным никелевым слоем. По результатам наших экспериментов, вкладыши с толщиной рабочего слоя 12-20 мкм выдерживали нагрузку до 140 МПа.

Способ получения распыляемой мишени из сплава на основе алюминия, отличающийся тем, что осуществляют плавку алюминия, доведение расплава до перегретого гомогенного состояния при температуре 1150°С, введение в расплав олова, индия и висмута, доведение температуры расплава до 1150°С, выдержку при этой температуре, введение свинца и меди так, чтобы получить сплав либо с составом, мас.%: свинец 13,5, олово 4,5, медь 0,5, индий 1,0, висмут 1,3, алюминий 79,2, либо с составом, мас.%: свинец 15,4, олово 5,0, медь 1,0, индий 0,5, висмут 1,0, алюминий 77,1, либо с составом, мас.%: свинец 13,2, олово 5,5, медь 1,4, индий 1,5, висмут 0,5, алюминий 77,9, перемешивание расплава, выдержку при температуре 1150°С, слив расплава в распылительный тигель и распыление аргоном до получения порошка, который компактируют и прокатывают до получения листа, и изготовление из него распыляемой мишени.