Матричный сплав на основе меди для получения композиционных материалов пропиткой углеграфитового каркаса


 


Владельцы патента RU 2571248:

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Волгоградский государственный технический университет" (ВолгГТУ) (RU)

Изобретение относится к области получения литых композиционных материалов и может быть использовано для получения пропиткой композиционных материалов с углеграфитовым каркасом, которые работают в условиях трения в качестве электротехнических изделий, таких как токосъемники, вставки пантографов, электротехнические щетки и т.п. Матричный сплав на основе меди для получения пропиткой композиционных материалов с углеграфитовым каркасом содержит смесь порошков тетрабората лития и лигатуры медь-бор в соотношении, соответствующем содержанию в смеси 30% бора и 8% лития, при следующем соотношении компонентов, мас.%: смесь порошков тетрабората лития и лигатуры медь-бор 0,1-5,0, медь - остальное. Техническим результатом изобретения является повышение износостойкости и электропроводности композиционного материала. 1 табл., 7 пр.

 

Данное изобретение относится к области металлургии и получения литых композиционных материалов и отливок, может быть использовано для получения пропиткой композиционных материалов, имеющих углеграфитовый каркас, которые работают в условиях трения в качестве электротехнических изделий, таких как токосъемники, вставки пантографов, электротехнические щетки и т.п.детали.

Известен композиционный материал, содержащий борид титана в медной матрице, который содержит 60 мас.% титана и 40 мас.% бора, полученный методом порошковой металлургии (Патент GB №2419604, МПК С07С 303/00, С07С 309/00, С07С 303/44, опубл. 26.10.2006). Материал имеет высокую прочность при растяжении. Недостатком данного материала являются его невысокие плотность и электротехнические свойства.

Известен полученный методом порошковой металлургии спеченный материал, применяющийся для контактных вставок троллейбуса и имеющий следующий химический состав (мас.%): Pb - 12-16; Sn - 3-8; графит - 1-4; Cu - остальное (Патент RU №2174563, МКП С22С 9/08, С22С 1/05, Н01Н 1/02 опубл. 10.10.2001). Материал имеет хорошую коррозионную стойкость и однородность состава, но обладает невысокими электропроводностью и прочностью. Последнее обстоятельство не позволяет получить композиционный материал высокого качества.

Известен матричный сплав на основе меди, применяемый для получения композиционных материалов пропиткой и имеющий следующий химический состав (мас.%): Ti - 16; Sn - 20; Cu - остальное (Патент США №3956568, МКП С22С 1/10, С22С 32/00, опубл. 11.05.1976). Сплав обладает хорошей жаростойкостью и жидкотекучестью, но имеет высокую температуру плавления и не предназначен для работы в условиях трения. Последнее обстоятельство не гарантирует получения качественного КМ.

Известен сплав на основе меди, имеющий следующий химический состав, мас.%: алюминий 3,0-12,0, кальций 0,01-0,06, бор 0,01-0,05, теллур 0,0001-0,001, медь - остальное (Патент RU №2026396, МКП С22С 9/01, опубл. 09.01.1995). Сплав обладает высоким пределом прочности, при средней плотности и плохой электрической проводимости.

Наиболее близким по технической сущности является матричный сплав на основе меди, содержащий 0,1-11,0 мас.% смеси порошков борида титана и титана с содержанием бора 30% и титана 70% (Патент РФ №2447171 С22С 9/00, С22С 1/04, опубл. 27.10.2011). Сплав обеспечивает повышение качества композиционного материала, имеющего большую плотность и прочность, в результате пропитки данным матричным сплавом, но имеет невысокие электротехнические свойства.

Задачей изобретения является создание матричного сплава на основе меди, обладающего повышенными литейными и электропроводными свойствами.

Техническим результатом данного изобретения является композиционный материал с повышенной износостойкостью и электропроводностью.

Технический результат достигается тем, что в матричном сплаве на основе меди для получения композиционных материалов пропиткой углеграфитового каркаса, содержащем смесь порошков с содержанием в смеси бора 30%, при этом в качестве смеси используют смесь тетрабората лития и лигатуры медь-бор с содержанием в смеси лития 8%, при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Смесь порошков тетрабората лития и
лигатуры медь-бор с содержанием
в смеси бора 30% и лития 8% 0,1-5,0
Медь Остальное

Содержание в смеси порошков тетрабората лития и лигатуры медь-бор бора 30% и лития 8% достигается за счет добавления лигатуры медь-бор (Стандарт СМ121С), с содержанием бора - 2,0 мас.%, медь - остальное. Использование в составе смеси тетрабората лития приводит к увеличению жидкотекучести и снижению краевого угла смачивания сплава до 40°, что позволяет сплаву лучше проникать в поры углеграфитового каркаса и приводит к увеличению межфазного взаимодействия между пропитывающим сплавом на медной основе и углеграфитовым каркасом.

Литий в составе смеси тетрабората лития и лигатуры медь-бор с содержанием в смеси бора 30% и лития 8% позволяет повысить электропроводные характеристики композиционного материала (КМ), полученного на основе углеграфитового каркаса, пропитанного данным матричным сплавом.

Введение бора в матричный сплав в составе смеси тетрабората лития и лигатуры медь-бор с содержанием в смеси бора 30% и лития 8% позволяет уменьшить размер зерна, что улучшает механические свойства матричного сплава, для пропитки углеграфитового каркаса.

Введение в состав сплава смеси тетрабората лития и лигатуры медь-бор с содержанием в смеси бора 30% и лития 8%, в указанном диапазоне концентраций (0,1-5,0 мас.%), приводит к повышению износостойкости и электропроводности композиционного материала.

Введение в состав смеси порошков тетрабората лития и лигатуры медь-бор с содержанием в смеси бора 30% и лития 8% в количестве менее 0,1 мас.% недостаточно, так как не приводит к какому-либо значительному увеличению электропроводных и литейных свойств сплава и, соответственно, не оказывает влияния на свойства КМ.

Введение в состав сплава смеси порошков тетрабората лития и лигатуры медь-бор с содержанием в смеси бора 30% и лития 8% в количестве более 5,0 мас.% является нерациональным, так как не приводит к дальнейшему увеличению литейных и электропроводных свойств и, соответственно, износостойкости и электропроводности КМ.

Предлагаемый сплав обеспечивает более высокие электропроводные и прочностные свойства матричного сплава и КМ, пропитанного данным матричным сплавом.

Пример конкретного изготовления.

ПРИМЕР 1

Приготовление сплава производится следующим образом: в расплав меди марки M1 ГОСТ 859-2001 (с содержанием меди 99,90 мас.%,) при температуре 1200°C добавляют заранее приготовленную и помещенную в медную трубку с герметичными концами смесь порошков в количестве 0,1 мас.%, включающую: лигатуру медь-бор (содержащую бора - 2,0 мас.%, медь - остальное) и тетраборат лития с содержанием в смеси бора 30% и лития 8%. Плавление осуществляется в инертном газе в индукционной печи (вакуумной литьевой машине Indutherm VC-400).

Конструкция печи позволяет осуществлять непрерывное перемешивание ингредиентов сплава в вакууме и разливку под избыточным давлением аргона.

Изготовление КМ производилось пропиткой каркаса из углеграфита марки АГ-1500 матричным сплавом под давлением 12 МПа при температуре 1105°C и выдержке под давлением 20 мин.

В качестве технологических характеристик сплава исследовались его жидкотекучесть, краевой угол смачивания по отношению к углеграфитовому каркасу в воздушной среде, твердость и удельная электрическая проводимость.

В качестве технологических характеристик КМ определили плотность и прочность на сжатие.

Для определения поверхностного натяжения сплавов изготавливали углеграфитовые подложки, на которые помещались навески сплава. Подложки с навесками в свою очередь помещались в валундовую трубку для нагрева в трубчатой печи. Затем по контуру капли рассчитывали поверхностное натяжение методом Дарси. Измерение краевого угла смачивания и последующий расчет поверхностного натяжения производили при температуре 1105°C.

Жидкотекучесть сплава по отношению к углеграфитовому каркасу определялась по глубине затекания сплава в отверстия диаметром 1,0 мм, выполненные в дне углеграфитового стакана. Для этого в графитовый стакан с конусным основанием вставляли углеграфитовый стакан меньшего диаметра, внутренние размеры: высота 65 мм, диаметр 22 мм, с выполненными в нем 4 отверстиями. Таким образом, капли расплава, протекшего через отверстия, собирались на дне внешнего графитового стакана. Капли взвешивали и рассчитывали объем металла, протекший через отверстия. Затем рассчитывали глубину затекания сплава в отверстия. Для уточнения результатов проникающая способность определялась как среднее значение глубины затекания из трех опытов. Испытания проводились в атмосфере аргона.

Время изотермической выдержки сплава при температуре 1200°C составляло 20 мин, постоянство металлостатического давления на дно стакана обеспечивалось заливкой сплава в стаканчик одного уровня по верхнему краю.

Твердость матричного сплава определялась на цилиндрических образцах диаметром 20±0,2 мм и высотой 20 мм на прессе Бринелля.

Удельная электрическая проводимость матричного сплава определялась на цилиндрических образцах диаметром 20±0,2 мм и высотой 5 мм вихретоковым методом на приборе «Вихрь-АМ» по ГОСТ 27333-87 после предварительной подготовки образцов по ГОСТ 193-79.

Плотность КМ определялась как процент заполнения открытых пор. При этом объем открытых пор определялся на образцах, предварительно пропитанных водой в вакууме, с последующим определением веса и объема заполнившей образец воды. Сходимость результатов находится в пределах погрешности 1%, с определением открытой пористости на ртутном пористомере.

Прочность КМ на сжатие определялись на цилиндрических образцах диаметром 20±0,2 мм и высотой 20 мм при настройке разрывной машины на максимальную нагрузку 10000 Н.

Матричный сплав и КМ на его основе в условиях испытаний показали: поверхностное натяжение - 0,94 Н/м, жидкотекучесть - 8 мм, температура пропитки - 1200°C, твердость по Бринеллю - 93, удельная электрическая проводимость - 42,5 См/м, плотность - 2,85·103 кг/м3, прочность на сжатие - 235 МПа.

ПРИМЕР 2-7

Приготовление сплава и условия его испытаний аналогичны примеру 1.

Примеры на варьирование составом сплава, обосновывающие влияние содержания борида титана на технологические характеристики сплава и КМ, приведены в таблице.

Таким образом, предлагаемый сплав на основе меди для получения композиционных материалов пропиткой углеграфитового каркаса обеспечивает повышенную износостойкость и электропроводность КМ.

Матричный сплав на основе меди для получения пропиткой композиционных материалов с углеграфитовым каркасом, включающий смесь порошков, содержащих бор, отличающийся тем, что в качестве смеси порошков используют смесь порошков тетрабората лития и лигатуры медь-бор в соотношении, соответствующем содержанию в смеси 8% лития и 30% бора, при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Смесь порошков тетрабората лития и
лигатуры медь-бор с содержанием
в смеси бора 30% и лития 8% 0,1-5,0
Медь Остальное



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области цветной металлургии, а именно к бериллиевым бронзам. Бериллиевая бронза содержит никель, кобальт, лантан при следующем соотношении компонентов, мас.%: Be 1,5-3,0; Ni 0,1-2,5; Co 0,1-0,9; La 0,01-0,4; Cu - остальное.

Изобретение может быть использовано в металлургии. Способ переработки бериллийсодержащих отходов производства медно-бериллиевой лигатуры включает плавление с флюсом, выдержку расплава и последующее разделение продуктов плавки с получением металлической фазы и вторичного шлака.
Изобретение относится к области металлургии, а именно к составам сплавов, которые могут быть использованы в ювелирном деле. Ювелирный сплав содержит, мас.%: золото 58,3-58,5; цинк 0,4-0,5; медь 38,2-39,6; галлий 1,5-3,0.
Изобретение может быть использовано при контактной сварке оцинкованных сталей. Композиционный материал содержит компоненты в следующем соотношении, мас.%: титан 0,2-1,1, углерод 0,05-0,20, медь - остальное.
Изобретение относится к области порошковой металлургии, а именно к получению композиционных материалов на основе меди, предназначенных для изготовления разрывных электрических контактов.

Изобретение относится к применению CuFe2P в подшипнике скольжения или в качестве материала подшипника скольжения, причем CuFe2P представляет собой медный сплав, содержащий 2,1-2,6 мас.% Fe, 0,05-0,2 мас.% Zn, 0,015-0,15 мас.% Р, до 0,03 мас.% Pb и до 0,2 мас.% других добавок.
Изобретение относится к порошковой металлургии, в частности к производству графито-медных материалов для сильноточных электрических контактов. Шихта содержит, мас.%: частицы меди 20-85, частицы гидрида титана 1-10 и частицы графита - остальное.
Изобретение относится к порошковой металлургии, в частности к получению металлокерамических электроконтактных материалов Cu-Cd/Nb. Из порошков меди и ниобия готовят шихту, проводят холодное прессование и спекание.

Изобретение относится к углеродсодержащим медным сплавам и может быть использовано в электротехнике для изготовления электрических проводов. Медный сплав получают добавлением графита гексагональной системы в высокотемпературную среду с температурой в диапазоне от 1200°С до 1250°С в количестве, необходимом для получения медного сплава с содержанием углерода в диапазоне от 0,01% до 0,6% по весу.
Изобретение относится к области металлургии, а именно к составам сплавов на основе меди, которые могут быть использованы для изготовления монет, бижутерии. Сплав на основе меди содержит, мас.%: медь 50,0-54,0; серебро 20,0-25,0; золото 2,0-3,0; галлий 10,0-13,0; олово 10,0-13,0.

Изобретение относится к области материаловедения, а именно к определению критической концентрации одной из фаз в многофазной системе. Способ определения концентрационного положения порога перколяции в наногранулированных композитных материалах с системой фаз металл-диэлектрик включает определение концентрации металлической фазы и определение электрического сопротивления композитных материалов до и после термообработки.
Изобретение относится к области металлургии благородных металлов, в частности к производству платины или платинородиевых сплавов, упрочненных дисперсными оксидными частицами, и может быть использовано при изготовлении стеклоплавильных аппаратов (СПА) и фильерных питателей (ФП), эксплуатируемых в агрессивных средах в условиях высоких температур.
Изобретение относится к порошковой металлургии. Способ получения композиционного материала на основе никеля включает перемешивание порошков для приготовления матрицы материала и дисперсного порошка оксида металла, механическое легирование полученной смеси, компактирование и прокатку полученного сплава.

Изобретение относится к получению литого композиционного материала на основе алюминиевого сплава для изготовления деталей сложной формы. Расплавляют основу, вводят в нее композицию, включающую армирующие частицы Аl2О3, на поверхности которых механической активацией предварительно сформирован слой Аl, и разливают в форму.
Изобретение относится к получению композиционных порошков для защитных износостойких покрытий. Готовят смесь неметаллической керамической компоненты и металлического порошка при массовом соотношении 1:(1-4).

Изобретение относится к металлургии, в частности к получению литых композиционных сплавов для отливок ответственного назначения. .
Изобретение относится к области цветной металлургии и может быть использовано для получения изделий литьем, в частности к модифицированию заэвтектических силуминов.
Изобретение относится к области энергетики и экологии и может быть использовано для генерирования водорода. .

Изобретение относится к композиции металлических сплавов, а именно к износо-, эрозионно- и химически стойкому материалу на основе вольфрама, легированному углеродом, причем углерод в пересчете на полный вес материала составляет от 0.01 вес.% до 0.97 вес.%.
Изобретение относится к продуктам из конструкционных металлических материалов, армированных карбидами. .

Изобретение относится к производству полупроводниковых материалов, в частности к получению термоэлектрических бинарных сплавов типа висмут-сурьма, применяемых для изготовления варизонных полупроводников для термоэлектрических элементов малогабаритных холодильников Пельтье, работающих в интервале температур 100-200 К.
Наверх