Антифрикционный сплав на основе алюминия и способ его получения

Авторы патента:

C22C21/00 - Сплавы на основе алюминия

C22C1/00 - Сплавы (кремни C06C 15/00; обработка сплавов C21D, C22F)

Владельцы патента RU 2542154:

федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Московский государственный индустриальный университет" (RU)

Изобретение относится к антифрикционным сплавам на основе алюминия и способам их получения. Сплав содержит компоненты в следующем соотношении, мас.%: свинец 20-40, цинк 5-15, алюминий - остальное. Способ получения сплава включает приготовление гетерофазного сплава на основе алюминия с 20-50 мас.% цинка, который получают непрерывным перемешиванием расплава при 700⁰С в течение 10 мин и быстрого охлаждения расплава на медной водоохлаждаемой пластине, и контактирование полученной заготовки из гетерофазного сплава с расплавом свинца при 530-570°C. Техническим результатом изобретения является повышение прочности и твердости сплава при снижении линейного износа и коэффициента трения. 2 н.п. ф-лы, 1 табл.

Изобретение относится к металлургии, в частности к антифрикционным сплавам на основе алюминия и способам их получения.

Наиболее близким к заявляемому сплаву является антифрикционный сплав на основе алюминия (РФ 2441931 C1, C22C 21/00, опубл. 10.02.2012) следующего состава, мас.%: свинец 13,5-15,5, олово 4,5-5,5, медь 0,5-1,5, индий 0,5-1,5, висмут 0,5-1,3, остальное - алюминий.

Недостатком данного сплава является использование для его получения таких дефицитных и дорогостоящих металлов, как олово, индий и висмут.

Наиболее близким к заявляемому способу является способ получения сплавов на основе алюминия системы алюминий-свинец-олово (РФ 2452783 C1, C22C 1/02, опубл. 10.06.2012), включающий контактное плавление алюминиевой заготовки и сплава свинца с оловом эвтектического состава при температуре 600-655°C, при времени выдержки при контактном плавлении, составляющем 1 мин на 1 мм толщины алюминиевой заготовки.

Недостатком данного прототипа является использование для его получения дефицитного и дорогостоящего олова и применение свинца при получении сплава в интервале температуры 600-655°C.

Технический результат предлагаемого изобретения заключается в создании антифрикционного сплава, не имеющего в своем составе дефицитных металлов, обладающего повышенной прочностью и твердостью при снижении линейного износа и коэффициента трения сплава.

Данный результат достигается тем, что антифрикционный сплав на основе алюминия содержит свинец, цинк при следующем соотношении компонентов, мас.%: свинец 20-40, цинк 7-15, алюминий - остальное.

Введение в предложенный сплав цинка и приготовление его в соответствии с предложенным ниже способом обеспечивает повышение предела прочности на растяжение до 270 МПа и твердости HB до 650, снижение линейного износа до 80 мм² и коэффициент трения без смазки до 0,12-14.

Технический результат по способу достигался за счет того, что приготовленную заготовку гетерофазного сплава алюминия с цинком с содержанием 20-50 мас.% Zn помещают в расплав свинца при 530-570°C, с выдержкой при контактном плавлении из расчета 1 мин на 5 мм толщины сплава Al-Zn. При контактировании происходит быстрое замещение свинцом из расплава жидких прослоек цинка в сплаве. Образуется сплав на основе алюминия, упрочненный цинком, со свинцом в виде прослоек, равномерно распределенных по объему. Выбор температурного режима 530-570°C обусловлен тем, что при температуре ниже 530°C проникание свинца не происходит, а при температуре выше 570°C происходит интенсивное разрушение легируемого материала.

Для проведения сравнительного анализа механических и антифрикционных свойств известного и предложенного сплавов было изготовлено несколько составов, которые приведены в таблице. Перед определением механических и антифрикционных свойств предложенный сплав подвергли термической обработке по следующему режиму: гомогенизация в течение 15 мин при 400°C, закалка в воду и старение при 150°C в течение 1 ч. Свойства предложенного и известного сплавов приведены в таблице. Испытания на износ проводили в режиме граничной смазки (диаметр ролика 30 мм, ширина 6 мм, число оборотов в 1 мин 180, нагрузка 10 кг, масло индустриальное 20). Коэффициент трения определялся по схеме сфера - кольцевой образец.

Пример получения антифрикционного сплава.

Для получения беспористого антифрикционного сплава состава, мас.%: свинец 30, цинк 10, алюминий - остальное вначале выплавляли сплав Al-Zn, содержащий 40 мас.% цинка, путем непрерывного перемешивания расплава Al-Zn при 700°C (это температура получения сплава Al-Zn) в течение 10 мин и резкого охлаждения расплава на медной водоохлаждаемой пластине. Полученную заготовку толщиной 2 см помещали в расплав свинца, нагретый до 530°C, и выдержали в нем в течение 2 мин. Свойства сплава даны в таблице.

Таблица
Сплав	Состав, №	Содержание компонентов в сплаве, мас.%	Предел прочности на растяжение, МПа	Твердость, НВ	Линейный износ, ×10 мм²	Коэффициент трения
Pb	Zn	Cu	Al₂O₃	Al
Предложенный	1	20	15	-	-	Ост.	270	650	8	0,14
Предложенный	2	30	10	-	-	-\|\|-	230	600	11	0,13
3	40	7	-	-	-\|\|-	200	530	13	0,12
Сплав, выбранный за прототип	-	20	-	2,5	0.5	Ост.	150	510	14	0,15

Таким образом, с помощью описанного метода можно получить разнообразные сплавы на основе алюминия со свинцом, легированного элементами, упрочняющими алюминий, и обладающие улучшенными антифрикционными свойствами. Сплавы не содержат дефицитного олова и по свойствам превосходят аналогичные оловосодержащие сплавы. Способы производства технологичен, не требует специального оборудования и может быть автоматизирован.

Как следует из приведенных в таблице данных, предложенный сплав на основе алюминия обеспечивает по сравнению с известным сплавом повышение предела прочности на растяжение в 1,3-1,8 раза, твердости (HB) на 4-27%, снижение линейного износа на 7-43% и коэффициента трения на 7-20%.

1. Антифрикционный сплав на основе алюминия, содержащий свинец, отличающийся тем, что он дополнительно содержит цинк при следующем соотношении компонентов, мас.%:

свинец	20-40
цинк	7-15
алюминий	остальное

2. Способ получения антифрикционного сплава на основе алюминия по п. 1, включающий расплавление свинца и контактирование расплава с заготовкой гетерофазного сплава, при этом в качестве гетерофазного сплава используют сплав Al-Zn с содержанием 20-50 мас.% Zn, который предварительно получают путем непрерывного перемешивания расплава Al-Zn при 700°C в течение 10 мин и резкого охлаждения расплава на медной водоохлаждаемой пластине, а контактирование полученной заготовки с расплавом свинца осуществляют при 530-570°C с выдержкой из расчета 1 мин на 5 мм толщины сплава Al-Zn.

Изобретение относится к области металлургии, в частности к сплавам на основе алюминия, и может быть использовано для изготовления изделий электротехнического назначения, а именно для изготовления проводов, предназначенных для высоковольтных ЛЭП при эксплуатации в районах со сложными климатическими условиями.

Литейный композиционный материал на основе алюминия и его сплавов // 2538247

Изобретение относится к области металлургии, а именно к литейным композиционным материалам (ЛКМ) на основе алюминия и его сплавов, и может применяться для изготовления деталей с повышенной жаропрочностью, твердостью и износостойкостью.

Способ электрохимического получения алюминий-титановой лигатуры для коррозионностойких алюминиевых сплавов // 2537676

Изобретение относится к электрохимическому получению лигатурных алюминий-титановых сплавов и может быть использовано для получения коррозионно-стойких алюминиевых сплавов.

Способы старения алюминиевых сплавов для достижения улучшенных баллистических характеристик // 2535415

Изобретение относится к алюминиевым сплавам, применяемым по военному назначению, в частности к способам старения алюминиевых сплавов для достижения улучшенных баллистических характеристик.

Способ легирования алюминия или сплавов на его основе // 2534182

Изобретение относится к области металлургии, в частности к легированию алюминия и сплавов на его основе. В способе осуществляют введение в расплав легирующего компонента в составе порошковой смеси путем продувки смесью в струе транспортирующего газа.

Способ производства сплавов с однородным распределением структурных составляющих на основе систем и ограниченной растворимостью в жидком состоянии // 2530676

Изобретение относится к цветной металлургии, в частности к производству сплавов на основе алюминия с несмешивающимися компонентами. Способ получения контактным плавлением сплавов на основе алюминия с несмешивающимися компонентами включает приведение в контакт с алюминием двух или более несмешивающихся компонентов и пропускание через зону контакта импульсного тока с плотностью (1-4)×103 А/см2 и длительностью 0,01-1,00 с.

Электрохимический способ получения лигатурных алюминий-циркониевых сплавов // 2515730

Изобретение относится к электрохимическому получению лигатурных алюминий-циркониевых сплавов. В способе осуществляют анодную гальваностатическую поляризацию циркония с плотностью тока 0,5-4,0 мАсм-2 в течение 1-5 часов в расплавленных хлоридах щелочных металлов или смеси хлоридов щелочных и щелочноземельных металлов, содержащих расплавленный алюминий или алюминий-магниевый сплав, при температуре 700-750°С в атмосфере аргона.

Способ получения композиционного материала // 2509818

Изобретение относится к порошковой металлургии, в частности к получению композиционных материалов с металлической матрицей из алюминия или его сплавов, армированных керамическим наполнителем из нитридов или карбидов бора и вольфрамом.

Способ получения лигатуры алюминий-скандий // 2507291

Изобретение относится к области металлургии цветных металлов, в частности к получению сплавов алюминия с редкоземельными металлами. Способ получения лигатуры алюминий-скандий включает расплавление алюминия, алюминотермическое восстановление скандия из исходной шихты, содержащей фторид скандия, хлорид калия и фторид натрия под покровным флюсом и последующую выдержку полученного расплава.

Литой композиционный сплав и способ его получения // 2492261

Изобретение относится к металлургии, в частности к получению литых композиционных сплавов для отливок ответственного назначения. .

Способ получения упрочненных сплавов на основе алюминия // 2542044

Изобретение относится к области металлургии, в частности к получению легких сплавов с повышенной прочностью на основе алюминия, и может быть использовано в ракетно-космической, авиационной, автомобильной промышленностях.

Способ модифицирования чугуна // 2542041

Изобретение относится к металлургии и литейному производству и может быть использовано при модифицировании чугуна, который используют для изготовления быстроизнашивающихся деталей, например мелющих элементов рудо- и углеразмольных мельниц.

Способ производства литейных жаропрочных сплавов на основе никеля (варианты) // 2541330

Изобретение относится к области металлургии, а именно к производству литейных жаропрочных сплавов на основе никеля, как безуглеродистых, так и содержащих углерод, для изготовления лопаток и других деталей газотурбинных двигателей с монокристаллической структурой.

Керметная композиция // 2541260

Изобретение относится к области металлургии, а именно к керметным композициям для изготовления деталей, подвергающихся воздействию эрозии и коррозии при высокой температуре.

Способ получения сверхпроводящего покрытия smba2cu3o7 // 2541240

Изобретение относится к области металлургии, в частности к получению сверхпроводящего материала в виде покрытия, и может быть использовано при изготовлении экранов электронных схем от воздействия электромагнитного и ионизирующего излучений в энергетике, транспорте, связи, приборостроении, в ракетной и аэрокосмической отраслях промышленности.

Биосовместимый пористый материал и способ его получения // 2541171

Группа изобретений относится к области медицины. Описан биосовместимый пористый материал, содержащий никелид титана с пористостью 90-95% и открытой пористостью 70-80% со средним размером пор 400 мкм, который пропитан гидроксиапатитом в количестве 26-46 мас.% от массы никелида титана.

Способ получения лигатуры алюминий-фосфор // 2539886

Изобретение относится к цветной металлургии и может быть использовано для получения сплавов на основе алюминия. Способ включает получения лигатуры алюминий-фосфор в виде таблеток состава, мас.%: фосфор 1,5-3,5, железо 6,0-16, алюминий остальное.

Способ изготовления композиционных материалов // 2539528

Изобретение относится к области металлургии, а именно к созданию композиционных материалов пропиткой пористого каркаса. Пористую заготовку погружают в расплав матричного сплава, вакуумной дегазацией, нагревом и воздействием избыточным давлением на заготовку за счет термического расширения расплава в замкнутом объеме емкости, в качестве расплава матричного сплава используют расплав свинца, а при нагреве дополнительно проводят пропитку заготовки, последующее охлаждение и кристаллизацию.

Способ получения многослойного композита на основе меди и алюминия с использованием комбинированной механической обработки // 2539496

Изобретение относится к области металлургии и может быть использовано для получения многослойных композитов на основе системы Cu-Al, а также прекурсоров для синтеза наноструктурных интерметаллических соединений данной системы.

Способ модифицирования алюминия и алюминиево-кремниевых сплавов (силуминов) углеродом // 2538850

Изобретение относится к области металлургии и может быть использовано при приготовлении литых алюминия, доэвтектических, эвтектических и заэвтектических алюминиево-кремниевых сплавов (силуминов).

Способ производства прессованных изделий из алюминиевого сплава серии 6000 // 2542183

Изобретение относится к области технологии производства прессованных полуфабрикатов из алюминиевого сплава системы Al-Mg-Si, с улучшенными эксплуатационными и технологическими свойствами в виде длинномерных, тонкостенных панелей и профилей, предназначенных для использования на железнодорожном транспорте, монорельсовом транспорте и в других транспортных системах. Способ включает литье слитка из алюминиевого сплава серии 6000, гомогенизацию, горячее прессование при скорости истечения 3,0-30,0 м/мин из подогреваемого контейнера, термическую обработку на твердый раствор путем закалки в воду, проведение после закалки правки растяжением и искусственное старение. Техническим результатом изобретения является создание технологии производства прессованных полуфабрикатов из высоколегированного алюминиевого сплава системы Al-Mg-Si, обладающего хорошими механическими, технологическими и коррозионными свойства. 5 табл., 3 ил.