Устройство для получения изделий из композиционных порошков искровым плазменным спеканием



Устройство для получения изделий из композиционных порошков искровым плазменным спеканием
Устройство для получения изделий из композиционных порошков искровым плазменным спеканием
Устройство для получения изделий из композиционных порошков искровым плазменным спеканием
B22F2003/033 - Порошковая металлургия; производство изделий из металлических порошков; изготовление металлических порошков (способы или устройства для гранулирования материалов вообще B01J 2/00; производство керамических масс уплотнением или спеканием C04B, например C04B 35/64; получение металлов C22; восстановление или разложение металлических составов вообще C22B; получение сплавов порошковой металлургией C22C; электролитическое получение металлических порошков C25C 5/00)

Владельцы патента RU 2682512:

Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Дальневосточный федеральный университет" (ДВФУ) (RU)

Изобретение относится к искровому плазменному спеканию композиционных порошков под давлением. Устройство содержит матрицу и установленные внутри нее с образованием зоны спекания и возможностью формирования в ней прессующего усилия рабочие элементы, выполненные с возможностью подключения к источнику питания с прохождением электрического тока через композиционный порошок. Матрица и упомянутые рабочие элементы выполнены из спеченного порошка карбида вольфрама. Обеспечивается исключение загрязнения изготавливаемых изделий примесью углерода, а также повышение механической прочности устройства. 2 ил.

 

Изобретение относится к обработке материалов давлением, в частности к устройствам для искрового плазменного спекания (ИПС) композиционных порошков под давлением.

Известно устройство для получения изделий из композиционных порошков, содержащее верхний и нижний пуансоны-токоподводы, выполненные с возможностью подключения к источнику питания, и выполненную из токопроводящего материала матрицу с изоляционной втулкой, выполненной из неэлектропроводного материала, и верхней и нижней втулками (см. RU № 2103113, 1996).

К недостаткам известного устройства относится неоднородность структуры изделия из-за неравномерного распределения температуры по сечению получаемого изделия, что влечет за собой низкое качество получаемого изделия.

Известно также устройство для получения изделий из композиционных порошков искровым плазменным спеканием, содержащее выполненные из огнеупорного в пределах режимов спекания композиционных порошков матрицу и установленные внутри нее, с образованием зоны спекания и возможностью формирования в ней прессующего усилия, рабочие элементы, выполненные с возможностью подключения к источнику питания с прохождением электрического тока через композиционный порошок (см. RU № 2555303, МПК B22F 3/14, B30B 15/02, 2015).

К недостаткам известного устройства относится использование пресс-форм на основе прессованного графита, который имеет недостатки, существенно снижающие эксплуатационные возможности ИПС технологии:

- в ходе спекания углерод подвержен активной диффузии (уносу) с поверхности пресс-форм и ее составных частей в объем спекаемого материала, что приводит к загрязнению получаемого изделия примесью углерода, а также возникновению нежелательных химических реакций углерода со спекаемым веществом (карботермическое восстановление), приводящее к изменению химического состава изделия (B.B. Bokhonov, A.V. Ukhina, D.V. Dudina, A.G. Anisimov, V.I. Mali, I.S. Batraev. Carbon uptake during Spark Plasma Sintering: investigation through the analysis of the carbide «footprint» in a Ni–W alloy // RCS Advance. – 2015. – Vol. 5, Iss. 98. – P. 80228-80237; A. Bertrand, J. Carreaud, G. Delaizir, J.R. Duclère, M. Colas, J. Cornette, M. Vandenhende, V. Couderc, P. Thomas, A comprehensive study of the carbon contamination in tellurite glasses and glass-ceramics sintered by spark plasma sintering (SPS) // J. Am. Ceram. Soc. – 2014. – Vol. 97. – 163-172.; G. Bernard-Granger, N. Benameur, C. Guizard, M. Nygren, Influence of graphite contamination on the optical properties of transparent spinel obtained by spark plasma sintering, Scr. Mater. – 2009. – Vol. 60. P. 164-167);

- механическая прочность графита лимитирована конкретной величиной, которая определяется его промышленной маркой, что в ряде случаев недостаточно для достижения максимальной плотности получаемого изделия (Веселовский В. С, Угольные и графитовые конструкционные материалы, М. : Наука, 1966. - 226 c.);

- после неоднократного воздействия высоких температур графит становится хрупким, что значительно снижает рабочий ресурс пресс-форм (выдерживает ограниченное число циклов нагрева и охлаждения) (Веселовский В. С, Угольные и графитовые конструкционные материалы, М.: Наука, 1966. - 226 c.).

Изобретение направлено на расширение эксплуатационных возможностей ИПС технологии.

Технический результат, достигаемый при решении поставленной задачи – исключение загрязнения получаемых изделий примесью углерода, и эффекта карботермического восстановления, приводящего к изменению химического состава изделия, повышение механической прочности пресс-форм и достижение более высокой плотности получаемого изделия.

Поставленная задача решается тем, что устройство для получения изделий из композиционных порошков искровым плазменным спеканием, содержащее выполненные из огнеупорного в пределах режимов спекания композиционных порошков матрицу и установленные внутри нее, с образованием зоны спекания и возможностью формирования в ней прессующего усилия, рабочие элементы, выполненные с возможностью подключения к источнику питания с прохождением электрического тока через композиционный порошок, отличается тем, что матрица и ее рабочие элементы выполнены из спеченного порошка карбида вольфрама.

Сопоставительный анализ признаков заявленного решения с признаками прототипа и аналогов свидетельствует о соответствии заявленного решения критерию «новизна».

Совокупность признаков изобретения обеспечивает достижение заявленного технического результата, а признаки отличительной части формулы изобретения обеспечивают решение следующей функциональной задачи.

Признак «…матрица и ее рабочие элементы выполнены из спеченного порошка карбида вольфрама…» обеспечивает альтернативную замену пресс-форм на основе графита с повышением их эксплуатационных характеристик.

Заявленное изобретение иллюстрируется чертежами где на фиг 1 представлен продольный разрез устройства; на фиг.2 представлены возможные варианты устройства для изготовления деталей разных типов.

На чертежах показаны матрица 1, верхний 2 и нижний 3 пуансоны, спекаемый композиционный порошок 4, цилиндрическая полость 5 матрицы 1, продольная ось 6 матрицы 1, полости 7 и 8 пуансонов 2 и 3, цилиндрический вкладыш 9, торец 10 верхнего и торец 11 нижнего пуансонов 2 и 3, средство 12 формирования продольного прессующего усилия 13.

В качестве примера показана пресс-форма, обеспечивающая изготовление деталей типа втулок и содержащая матрицу 1, с рабочими элементами: верхним 2, нижним 3 пуансонами и цилиндрическим вкладышем 9. Все они выполнены из жаропрочного токопроводящего материала - из спеченного порошка карбида вольфрама.

Матрица 1 выполнена в виде цилиндрической пустотелой обечайки, при этом, размеры ее цилиндрической полости 5 обеспечивают возможность плотного прилегания к ее поверхности внешней поверхности пуансонов 2 и 3, соосных с продольной осью 6 матрицы 1 и с возможностью продольного перемещения вдоль нее, что обеспечивает возможность формирования прессующего усилия на спекаемый в деталь композиционный порошок 4. Кроме того, верхний 2 и нижний 3 пуансоны, выполнены с возможностью подключения к источнику электропитания (на чертежах не показан), с возможностью прохождения электрического тока через спекаемый композиционный порошок 4. Верхний 2 и нижний 3 пуансоны выполнены в виде цилиндрических втулок.

Полости 7 и 8 пуансонов 2 и 3, соосны с продольной осью 6 матрицы 1, выполнены цилиндрическими и имеют размеры обеспечивающие возможность плотного прилегания к их поверхностям внешней поверхности цилиндрического вкладыша 9, соосного с продольной осью 6 матрицы 1. При этом, длина вкладыша 9 больше расстояния между обращенными друг к другу торцами 10 и 11 верхнего 2 и нижнего 3 пуансонов, предпочтительно равна высоте матрицы 1. причем, цилиндрический вкладыш 9 установлен с возможностью перемещения вдоль продольной оси 6 матрицы 1.

В качестве средства 12 формирования продольного прессующего усилия 13 используют прессовую установку известной конструкции, раздвижность плит которой позволяет вертикально разместить между ними сборку, включающую матрицу 1 с выступающими из нее пуансонами 2 и 3, и развивающую прессовое усилие до 120 Мпа, скорость разогрева до 400ºС/мин и рабочую температуру до 2200ºС.

Устройство работает следующим образом.

В матрицу 1 устанавливается с натягом нижний 3 пуансон, затем в его полость 8 вставляют с натягом соосно с продольной осью 6 матрицы 1, цилиндрический вкладыш 9. Далее в открытый торец 10 верхнего пуансона 2 засыпают порцию композиционного порошка 4, после чего, вставляют верхний пуансон 2 с натягом по отношению к полости матрицы 1 и цилиндрическому вкладышу 9. После подпрессовки пуансонами 2 и 3 (в средстве 12 формирования продольного прессующего усилия 13) собранную конструкцию зажимают в установке искрового плазменного спекания (на чертежах не показана), таким образом, чтобы пуансоны 2 и 3 опирались на токоподводы пресса (не показаны), через которые подводят ток от источника питания (не показан) и одновременно увеличивают усилие на порошок до 60 МПа. При подаче напряжения электрический ток проходит через верхнюю часть верхнего пуансона 2, матрицу 1, нижний пуансон 3. Проходя через матрицу 1, электрический ток разогревает ее, обеспечивая таким образом предварительный нагрев порошка 4. При достижении определенной температуры порошка или достижении пропускания электронов через порошок, подвод тока через верхний пуансон 2 отключается и одновременно нижний пуансон 3 подключается к источнику питания. Таким образом, ток протекает через нижний пуансон 3, и обрабатываемое изделие (объем композиционного порошка 4). Проход электронов через порошок разогревает его до температуры спекания, как минимум до 1900ºС, при скорости нагрева 100ºС/мин. Величина и продолжительность приложения давления определяется в зависимости от технологических режимов.

По окончанию процесса выпрессовываются цилиндрический вкладыш 9, верхний 2 и нижний 3 пуансоны и извлекается готовое изделие.

Использование пресс-формы из спеченного порошка карбида вольфрама исключает загрязнение получаемых изделий примесью углерода, исключает эффект карботермического восстановления, приводящий к изменению химического состава изделия, обеспечивает повышение механической прочности пресс-форм и на этой основе, достижение более высокой плотности получаемого изделия.

Устройство для получения изделий из композиционных порошков искровым плазменным спеканием, содержащее выполненные из огнеупорного в пределах режимов спекания композиционных порошков матрицу и установленные внутри нее с образованием зоны спекания и возможностью формирования в ней прессующего усилия рабочие элементы, выполненные с возможностью подключения к источнику питания с прохождением электрического тока через композиционный порошок, отличающееся тем, что упомянутая матрица и упомянутые рабочие элементы выполнены из спеченного порошка карбида вольфрама.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к технической керамике в виде композиционного материала SiC-TiN. Способ включает горячее прессование порошковой смеси.

Изобретение относится к порошковой металлургии, в частности к получению изделий из композиционных материалов со стальной матрицей и наполнителя из тугоплавких соединений.

Изобретение относится к области порошковой металлургии, в частности к получению керамических полых стержней, используемых в качестве чехлов для термопарных измерений в агрессивных средах, струеформующих сопел для гидроабразивной резки материалов, сопел для плазмотронов, а также полых электродов для электроискрового легирования при нанесении износостойких покрытий.
Изобретение относится к получению композиционного материала на основе карбидов кремния и титана, включающий приготовление порошковой смеси, состоящей из титана, карбида кремния и графита, и механоактивацию порошковой смеси.

Изобретение относится к получению заготовок из тугоплавких и жаропрочных сплавов на основе интерметаллидов системы Nb-Al, предназначенных для изготовления деталей с повышенными рабочими температурами эксплуатации.
Изобретение относится к токоприёмникам для линий энергоснабжения транспортных средств с электротягой. Способ изготовления токопроводящих контактных вставок включает смешивание связующего и наполнителя, прессование изделий из полученной смеси, их термическую обработку.

Группа изобретений относится к изготовлению гибридных композиционных материалов с высокими значениями прочности, твердости и вязкости разрушения. Шихта содержит 25-65 об.% порошка карбида вольфрама, 10-30 об.% порошка стали Гадфильда 110Г13, 25-65 об.% порошков диоксида циркония и оксида алюминия при их весовом соотношении 4:1.

Изобретение относится к области металлургии и может быть использовано для получения поршней двигателей внутреннего сгорания из заэвтектического силумина. В способе осуществляют расплавление шихты в печи, рафинирование расплава от водорода, внепечное модифицирование расплава лигатурой, содержащей соединения фосфора, получение поршневой заготовки и ее гомогенизацию.
Изобретение относится к изготовлению графитопластовых изделий. Способ включает подачу порошковой графитопластовой композиции в предварительно нагретую до 100÷120°C пресс-форму, выдержку в течение 3÷4,5 мин с нагревом пресс-формы до 185÷190°C и прессование со скоростью пуансона 45÷48 мм/с.

Изобретение относится к получению композиционного материала на основе карбосилицида титана. Способ включает приготовление порошковой смеси, состоящей из порошков титана, карбида кремния и графита и нанопорошка оксида алюминия, механосинтез порошковой смеси и холодное прессование смеси.

Изобретение относится к области исследования ударной сжимаемости и оптических свойств материалов за сильными ударными волнами при числах Маха более 5. Устройство ударного сжатия малоплотных сред посредством формирования квазистационарного Маховского режима отражения от оси содержит цилиндрический пустотелый заряд взрывчатого вещества, инициируемый гиперзвуковой по отношению к ВВ системой последовательного инициирования.

Изобретение относится к прессованию изделия из порошковой композиции. Загружают порошковую композицию в электропроводящую трубчатую оболочку, обжимают её и снимают оболочку с изделия.

Изобретение относится к электроимпульсной консолидации порошков твердых сплавов. Проводят спекание изделий из порошков твердых сплавов группы WC-Co путем электроимпульсного прессования при давлении 50-500 МПа, плотности импульса тока 50-500 кА/см2 и длительности импульса тока не более 10-3с с последующим охлаждением.

Изобретение относится к области порошковой металлургии. Способ спекания изделий из порошков твердых сплавов группы WC-Co включает электроимпульсное прессование при давлении 50-500 МПа, плотности импульса тока 50-500 кА/см2 и длительности импульса тока не более 10-3 с.

Изобретение относится к порошковой металлургии. Заготовки из порошковой быстрорежущей стали, полученной электроэрозионным диспергированием отходов быстрорежущей стали марки Р6М5 в дистиллированной воде, получают путем горячего прессования порошка с пропусканием высокоамперного тока в вакууме в течение 2,9…3,1 минут при температуре 895…905°С.
Изобретение относится к порошковой металлургии и может быть использовано при послойном нанесении материала по аддитивной технологии. Проводят предварительное механическое легирование исходной порошковой смеси из порошков титана и элементов, способных образовывать с ним твердые растворы замещения, в инертной среде в мельнице с дозой энергии от 5 до 15 кДж/г, достаточной для образования гранул из указанного твердого раствора замещения.

Изобретение относится к порошковой металлургии. Металлический порошок засыпают в матрицу.

Изобретение относится к области порошковой металлургии, в частности к способам электроимпульсного прессования порошка, и служит для изготовления плотных изделий из электропроводных порошков или частиц.

Изобретение относится к порошковой металлургии, в частности к получению ферритов. Может использоваться в электронной и радио промышленностях.

Изобретение относится к порошковой металлургии, в частности к технологии получения объемных ультрадисперсных и наноматериалов путем электроимпульсной консолидации порошков.

Изобретение относится к изготовлению плит из керамических и композиционных материалов. Способ включает приготовление экзотермической смеси порошков, прессование смеси в заготовку, помещение ее в пресс-форму, инициирование реакции горения и последующее прессование продуктов горения.

Изобретение относится к искровому плазменному спеканию композиционных порошков под давлением. Устройство содержит матрицу и установленные внутри нее с образованием зоны спекания и возможностью формирования в ней прессующего усилия рабочие элементы, выполненные с возможностью подключения к источнику питания с прохождением электрического тока через композиционный порошок. Матрица и упомянутые рабочие элементы выполнены из спеченного порошка карбида вольфрама. Обеспечивается исключение загрязнения изготавливаемых изделий примесью углерода, а также повышение механической прочности устройства. 2 ил.

Наверх