Способ получения пористого металлического тела из алюминиевого сплава

Изобретение относится к способу получения пористого металлического тела из алюминиевого сплава, включающему постепенную плавку части пластины из алюминиевого сплава под воздействием источника тепла с использованием водорода в качестве порообразующего газа и постепенное отверждение металла. Постепенную плавку части пластины из алюминиевого сплава ведут путем локального воздействия на ее поверхности источником тепла в виде подвижной электрической дуги переменного тока при скорости движения дуги над пластиной 0,1-10 мм/с, напряжении 20-40 В, токе 20-500 А. Порообразующий газ подают в зону локального воздействия дуги на поверхность пластины в смеси с защитным газом в виде аргона. Расход аргона составляет ≥5 л/мин, парциальное давление порообразующего газа в интервале 20 Па-2,0 МПа, а парциальное давление защитного газа 202 кПа-2,0 МПа. Обеспечивается получение металлического тела из алюминиевого сплава с изменяемой пористостью. 1 пр.

 

Изобретение относится к металлургии, а именно к области получения пористых металлических материалов, может быть использовано в различных отраслях промышленности: судостроение, автомобилестроение, авиастроение.

Известен способ получения пористых полуфабрикатов из порошков алюминиевых сплавов [RU патент №2085339]. Способ включает смешивание порошков алюминиевых сплавов с порошками порофоров, засыпку смеси в емкость с последующим нагреванием и горячее ее прессование в плотную заготовку, горячую деформацию заготовки, охлаждение и последующую термообработку. Смешивание порошков алюминиевых сплавов ведут с порошками порофоров с температурой разложения, засыпку смеси осуществляют в неразборную емкость из алюминиевого сплава, нагрев неразборной емкости со смесью порошков производят перед ее прессованием до температуры ниже температуры солидуса порошка алюминиевого сплава с последующим прессованием при этой температуре порошковой смеси в плотную заготовку, перед термообработкой заготовку помещают в форму из материала, химически не взаимодействующего с материалом заготовки и сохраняющей геометрию и размеры при температуре термообработки. Способ не позволяет получить слоистой структуры с наличием сплошного участка со 100% относительной плотностью, его отличает узкая номенклатура получаемых полуфабрикатов. Кроме того, вследствие многостадийности процесса способ отличается дороговизной.

Известен способ получения пористого металла и изделий из него [RU патент №2193948]. Способ включает смешивание металла с порофором, получение плотной заготовки, высокотемпературную термообработку и охлаждение. Перед смешиванием металл расплавляют и сливают в распылитель с одновременным введением в расплав порофора, полученную смесь распыляют с последующим охлаждением, при этом смешивание, распыление и охлаждение частиц ведут в течение времени, исключающего термическое разложение порофора. Способ не позволяет получить слоистой структуры с наличием сплошного участка со 100% относительной плотностью. Кроме того, вследствие многостадийности процесса способ отличается дороговизной.

Известен способ получения пористого металлического тела, выбранный за прототип [RU патент №2281980]. Способ включает постепенную плавку части исходного металлического материала с высокой степенью растворимости газа в жидкой фазе и низкой степенью растворимости газа в твердой фазе при продвижении этого материала через нагревательное средство с применением плавки методом плавающей зоны в газовой атмосфере для растворения газа в получаемой зоне расплавленного металла и постепенным отверждением зоны расплавленного металла при контролируемых температуре и давлении. Недостатками являются:

1) размер металлического тела и его форма ограничены внутренней емкостью нагревательного средства;

2) не обеспечивает точечного плавления металлического тела с неполным проплавлением насквозь (высокой локализации зоны расплавленного металла), что не позволяет обеспечить градиента расположения пор во всех направлениях материала заготовки, т.е., например, невозможно получить сэндвич, состоящий из двух и более слоев с различной пористостью по диагонали металлического тела.

Задачей является получение пористого металлического тела любой формы и размера с изменяемой пористостью в одном или нескольких направлениях вдоль тела, а также в поперечном его сечении.

Для решения поставленной задачи предложен способ получения пористого металлического тела из алюминиевого сплава. Способ заключается в том, что источник тепла, совместно с порообразующим газом воздействует на поверхность металлического тела, расплавляя металл. В качестве источника тепла выбирают подвижную электрическую дугу переменного тока. При этом над поверхностью металлического тела осуществляют движение электрической дуги совместно с соплом, подающим порообразующий газ. Совместно с двигающимся источником тепла может двигаться ванна расплавленного металла. Скорость движения источника тепла над пластиной 0,1-10 мм/с, напряжение 20-40 В, ток 20-500 А. В зону локального воздействия источника тепла в жидкий металл подают порообразующий газ в смеси с защитным газом аргоном, причем расход защитного газа-аргона составляет ≥5 л/мин и парциальное давление порообразующего газа - 20 Па-2,0 МПа, а парциальное давление защитного газа - 202 кПа-2,0 МПа. При этом жидкий металл затвердевает по мере удаления электрической дуги от него, параллельно происходят процессы порообразования в нем.

Выбор подвижной электрической дуги и подача смеси газов непосредственно в зону плавления при соответствующих режимах позволяют получать пористые металлические тела любой формы и размера. Глубина залегания пор может регулироваться за счет изменения мощности источника тепла, а также за счет изменения скорости его движения. При этом также возможно изменение количества пор и их размеров, так как количество растворенного газа в жидком металле зависит от его температуры, а размер пор от скорости затвердевания металла. Кроме того, на размеры пор и их количество влияет давление воздействующего на жидкий металл порообразующего газа. Чем больше давление, тем больше количество пор и их размеры. Расположение пор вдоль поверхности металлического тела задается направлением движения источника тепла. При этом пористость также может задаваться за счет изменения параметров скорости и мощности источника тепла, а также изменением давления подаваемого порообразующего газа.

Только совокупность отличительных признаков позволяет решить поставленную задачу.

Для дуги должны быть заданы параметры тока и напряжения, которые обеспечивают глубину проплавления и, соответственно, глубину залегания пор, а также скорость движения дуги над поверхностью металлического тела. Скорость движения дуги над материалом варьируют в диапазоне 0,1-10 мм/с, минимальная скорость ограничивается возможностью прожога при переплавлении исходного материала, максимальная - скоростью растворения порообразующего газа. Диапазон напряжений 20-40 В обусловлен вольт-амперной характеристикой горения дуги, а также расстоянием между материалом и электродом. Ток 20-500 А - минимальное значение обусловлено необходимостью расплавить металл (меньшее значение не позволит его расплавить), максимальное - необходимостью глубокого проплавления (до 20 мм). Соотношение порообразующего газа в смеси с защитным регулируется при помощи давления газов. Количество пор (плотность пористой части материала) в соответствии с законами растворимости зависит от температуры и давления. При этом необходимо осуществлять защиту жидкого металла от воздействия атмосферы. Расход защитного газа должен быть ≥5 л/мин. Минимальное значение обуславливается минимальным расходом, при котором осуществляется защита, максимальное - целесообразностью, давлением в системе и размерами области воздействия. Максимальное парциальное давление порообразующего газа 2,0 МПа, так как при этом давлении плотность полученного материала будет меньше 1 г/см3, соответственно, максимальное давление защитного газа также 2,0 МПа для обеспечения отсутствия взаимодействия порообразующего газа с воздухом. При подготовке газовой смеси должно выполняться правило, что давление водорода не превышает давление защитного газа. Минимальное давление порообразующего газа обуславливается возможностью получить поры в металле, а именно при давлении менее 20 Па порообразующий газ полностью растворится в исходном материале, порообразование не произойдет.

Минимальное давление защитного газа 202 кПа обуславливает защиту жидкого металла, при давлении ниже жидкий металл будет интенсивно подвергаться воздействию атмосферы.

Примеры

В качестве металлического тела выбрана пластина из алюминиевого сплава АМг5 с размерами 200⋅150⋅2 мм, а в качестве источника тепла - электрическая дуга, переменный ток 20 А, напряжение 20 В, частота 50 Гц. В зону расплавленного металла подавали смесь газов аргона с водородом, при этом все металлическое тело находилось на воздухе. Расход аргона для приготовления смеси газов составлял 5 л/мин. Парциальное давление аргона на входе в смесительную систему 202 кПа, парциальное давление водорода - 20 Па. После воздействия источника тепла с подачей смеси газов в зону расплавленного металла, вдоль длинной стороны тела, при скорости передвижения источника тепла 0,1 мм/с были получены одиночные поры в поверхностном слое. Максимальный диаметр пор составил 50 мкм.

В качестве исходного металлического тела использовали пластину из алюминиевого сплава АМг5 с размерами 200⋅150⋅20 мм. В качестве источника тепла - электрическую дугу, переменный ток 500 А, напряжение 40 В, частота 50 Гц. В зону расплавленного металла подавалась смесь газов аргона с водородом, при этом все металлическое тело находилось на воздухе. Расход аргона для приготовления смеси газов не определялся из-за обеспечения защиты расплавленного металла благодаря высокому давлению. Давление аргона на входе в смесительную систему 2,0 МПа, давление водорода - 2,0 МПА. После воздействия описанного источника тепла с подачей смеси газов в зону расплавленного металла вдоль длинной стороны тела, при скорости передвижения источника тепла 10 мм/с был получен участок с пористой структурой на всю толщину исходного металлического тела. Плотность полученного участка составила 0,98 см3/100 г. Средний диаметр пор составил 150-200 мкм.

В качестве исходного металлического тела использовали пластину из алюминиевого сплава Д16 с размерами 4⋅200⋅150 мм. В качестве источника тепла - электрическую дугу, переменный ток 150 А, напряжение 24 В, частота 50 Гц. В зону расплавленного металла подавалась смесь газов аргона с водородом, при этом все металлическое тело находилось на воздухе. Расход аргона для приготовления смеси газов составлял 10 л/мин. Давление аргона на входе в смесительную систему 607 кПа, давление водорода - 607 кПа. После воздействия описанного источника тепла с подачей смеси газов в зону расплавленного металла, вдоль длинной стороны пластины, при скорости передвижения источника тепла 5 мм/с был получен участок с пористой структурой. Полученный участок имел сплошную часть с противоположной стороны от места воздействия толщиной 1 мм. Пористость (площадь пор по отношению к площади сплошной части в поперечном сечении) в центральной части участка составила 32%.

Воздействие подвижного локального источника тепла совместно с подачей порообразующего газа непосредственно в область расплавленного металла позволяет обрабатывать металлические тела больших размеров с заданной исходной формой. Благодаря изменению мощности источника тепла возможно образование пор на различной глубине залегания и, соответственно, получение изменяемой пористости по толщине получаемого пористого металлического тела. В совокупности, возможно изменение пористости во всех направлениях тела, а также получение 100% сплошности необходимых участков этого тела.

Способ получения пористого металлического тела из алюминиевого сплава, включающий постепенную плавку части пластины из алюминиевого сплава под воздействием источника тепла с использованием водорода в качестве порообразующего газа и постепенное отверждение металла, отличающийся тем, что постепенную плавку части пластины из алюминиевого сплава ведут путем локального воздействия на ее поверхности источником тепла в виде подвижной электрической дуги переменного тока при скорости движения дуги над пластиной 0,1-10 мм/с, напряжении 20-40 В, токе 20-500 А, при этом порообразующий газ подают в зону локального воздействия дуги на поверхность пластины в смеси с защитным газом в виде аргона, причем расход аргона составляет ≥5 л/мин, парциальное давление порообразующего газа - 20 Па-2,0 МПа, а парциальное давление защитного газа - 202 кПа-2,0 МПа.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к способу изготовления алюминиевой фольги, а также алюминиевой фольге, снабженной интегрированными защитными элементами, и может быть использовано для упаковки медицинской продукции для защиты ее от подделки.

Изобретение относится к получению метаматериалов из структурных элементов на основе полупроводников, диэлектриков и металлов и может быть использовано в машиностроении и электронике в качестве материалов с улучшенными свойствами.

Изобретение относится к металлургии, в частности к термической обработке титановых сплавов. Способ термической обработки изделия из деформируемого сплава ВТ23 характеризуется тем, что изделие нагревают до 850°С, выдерживают 1 ч, охлаждают в воде и подвергают старению при температуре 550°С в течение 10 ч.

Изобретение относится к металлургии, в частности к термической обработке титановых сплавов. Способ термической обработки изделий из титанового сплава ВТ16 включает закалку путем нагрева до температуры 790-830°C, выдержки и охлаждения в воде.
Изобретение предназначено для получения сплава для аккумуляторов водорода и может быть использовано при производстве энергетических машин и в автомобилестроении.

Изобретение относится к металлургии, преимущественно к способам модификации изделий из твердых сплавов, применяемых для холодной и горячей механической обработки металлов и металлических сплавов, например, резанием.

Изобретение относится к области металлургии, в частности к технологии обработки материалов, и может быть использовано в технологических процессах упрочняющей обработки аморфных металлических сплавов различного назначения.

Изобретение относится к области литейного производства. .
Изобретение относится к области получения нанокристаллических материалов, в частности к получению нанокристаллических поверхностных слоев на изделиях из металлических материалов, и может быть использовано для обработки лопаток газовых и паровых турбин.
Изобретение относится к металлургии и может быть использовано для обработки двухфазных сплавов на основе оксидов. .

Изобретение относится к области цветной металлургии и электротехники, в частности к материалам на основе алюминия, и может быть использовано при получении изделий электротехнического назначения: проводников круглого и квадратного сечения, проводов линий электропередач и токопроводящих элементов, работающих при повышенных температурах и механических нагрузках.

Изобретение относится к изготовлению ленты из алюминиевого сплава. Лента из алюминиевого сплава изготовлена путем горячей и/или холодной прокатки и состоит из алюминиевого сплава типа АА 5182, АА 6ххх или АА 8ххх, причем готовая, прошедшая прокатку лента из алюминиевого сплава после обезжиривания демонстрирует увеличение величины L* яркости (ΔL) по сравнению с необезжиренным состоянием более чем 5 при цветовом измерении поверхности в цветовом пространстве CIE L*a*b* при использовании стандартного источника света D65 и при угле наблюдения 10° с исключением прямых отражений в геометрии 45°/0°, которое достигается путем обезжиривания с использованием щелочного травильного раствора и последующей кислой промывки ленты из алюминиевого сплава.

Изобретение относится к холоднокатаной полосе, изготовленной из алюминиевого сплава AlMg, а также к способу ее изготовления и может быть использовано для изготовления компонентов автомобиля, в частности частей кузова и его комплектующих.
Изобретение относится к технологиям изготовления и реставрации барабанов для копировальных аппаратов. Способ включает шлифовку и полировку поверхности барабана с последующей промывкой до обеспечения полной смачиваемости его поверхности водой и сушку.

Изобретение относится к термической обработке металлов и сплавов, а именно к местному нагреву для правки или формообразования длинномерных листовых конструкций из алюминиевых сплавов, в том числе вафельных и ребристых панелей, и может быть использовано в авиакосмической, судостроительной и других областях промышленности.
Изобретение относится к способам получения изделий из сплавов алюминия обработкой давлением с последующим нанесением на них разнофункциональных вакуумно-плазменных покрытий.
Изобретение относится к способам получения отливок из литейных сплавов алюминия с последующим нанесением на них разнофункциональных вакуумно-плазменных покрытий.
Изобретение относится к обработке металлов давлением и может быть использовано в кузнечных цехах металлургических и машиностроительных заводов при изготовлении полуфабрикатов из слитков алюминиевых сплавов.

Изобретение относится к алюминиевым сплавам для использования в производственной технологии ударного прессования для создания формованных контейнеров и других изделий промышленного производства.

Изобретение относится к полуфабрикатам из алюминиевого сплава, изготовленным полунепрерывной вертикальной разливкой с прямым охлаждением, которые могут быть использованы для изготовления конструкционных элементов для авиационно-космической промышленности.

Изобретение относится к области металлургии, в частности к борсодержащим материалам на основе алюминия, получаемым в виде слитков и предназначено для получения листового проката, в том числе толщиной менее 0,3 мм, к которому предъявляются требования низкого удельного веса и повышенной прочности в сочетании с радиационнозащитными свойствами.

Изобретение относится к способу получения пористого металлического тела из алюминиевого сплава, включающему постепенную плавку части пластины из алюминиевого сплава под воздействием источника тепла с использованием водорода в качестве порообразующего газа и постепенное отверждение металла. Постепенную плавку части пластины из алюминиевого сплава ведут путем локального воздействия на ее поверхности источником тепла в виде подвижной электрической дуги переменного тока при скорости движения дуги над пластиной 0,1-10 ммс, напряжении 20-40 В, токе 20-500 А. Порообразующий газ подают в зону локального воздействия дуги на поверхность пластины в смеси с защитным газом в виде аргона. Расход аргона составляет ≥5 лмин, парциальное давление порообразующего газа в интервале 20 Па-2,0 МПа, а парциальное давление защитного газа 202 кПа-2,0 МПа. Обеспечивается получение металлического тела из алюминиевого сплава с изменяемой пористостью. 1 пр.

Наверх