Способ изготовления спеченных изделий из металлических сплавов

 

ОП ИСАЙ И

ИЗОБРЕТЕН И

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТ

Союз CoBoTcKNx ,Социапистичесние

Респубпии (»>872033 (6! } Дополнительное к авт. свих-ву (22}Звввлено 15.02.80 (21} 2882730/2 с прнсоеянненнем заявки М(23} П рнорн тет—

Опубликовано 15,,10, 81, Бюллетень (53)M. Кя.

В 22 F 3/14 феоде!>етееиьй каетет

CCCP

lo йееен еееератеек1 в етерытв!! (53) УД 621. 762..4(088.8) >

Дата опубликования описания 17,1,0 3 N йЬчка. : 1

А, М, Дураченко, Е, Я. Ма и В. Т ° Борисов (72} Авторы нэобретення

-(7!} Заявнтель

Институт космических исследований АН СССР (54) СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ СПЕЧЕННЫХ ИЗДЕЛИЙ

ИЗ МЕТАЛЛИЧЕСКИХ СПЛАВОВ

Изобретение относится к порошковой металлургии, в частности к способам изготовления спеченных массивных изделий из аморфных металлических сплавов .

Известен способ получения аморфных металлических сплавов, предусматриваю. щий химическое, электролитическое осаждение, в процессе которого аморфная .фаза выпадает в осадок из раствора те или осалдение паров металлов в вакуумной камере на охлаждаемую подложку (11.

Недостатком этого способа является невозможность изготовления массивных изделий, 1$

Наиболее близок к предлагаемому по технической сущности и достигаемому эффекту способ изготовления спеченных изделий из металлических сплавов, предусматривающий формование

20. из порошка сплава заготовки и ее горячее прессование при 300-500 С и давлении 400-800 МПа в течение от 5 с до 5 мин (21.

Способ позволяет получать массивные изделия, однако не обеспечивает воэможности изготовления их из аморфных металлических сплавов при сохранении в последних высоких физико-механических и электрических характеристик, так как при температуре кристаллизации спекаемого сплава из аморфной фазы ниже 300 С сплав переходит в кристаллическое состояние с потерей обеслечиваемых отсутствием кристаллической структуры свойств. При температуре кристаллизации из аморфной фазы выше 300 С время спекания (5 с -5 мин) при давлении 400-800 МПа оказывается недостаточньм для получения заготовок в компактном виде, Кроме того, данный способ предполагает введение твердых смазок, что существенным образом сказывается на свойствах компактных заготовок, ухудшая их физические свойства, Цель изобретения — обеспечение возможности получения изделий иэ

87203

30 аморфных металлических сплавов при сохранении в них высоких физико-механических и электрических характеристик.

Эта цель достигается тем, что

5 согласно способу изготовления спеченных изделий из металлических сплавов, включающему формование заготовки из порошка и горячее прессование, последнее проводят при темпе- I0 ретуре ниже температуры кристаллизации сплава из аморфной фазы на 10110 С в течение 1-6 ч при давлении о

10-10 МПа.

Горячее прессование проводят в 15 изостатических условиях.

Сущность способа состоит в следующем, Любым известным способом получают порошок аморфного сплава, например, закалкой из жидкости путем направления струи расплава на вращающуюся со скоростью 2-3 тыс, об/мин. поверхность медного диска с последующим измельчением. Порошок подвергают фор,мованию свободной засыпкой или прессованием, Температура кристаллизации сплава из аморфной фазы Т р определяют методом дифференциального термического анализа по пику тепловыделения, Затем проводят горячее прессование путем нагрева заготовки до температуры на 10-110 С ниже Т цр, приложения давления в пределах 10-10 МПа с выдержкой в течение 1-6 ч, Нижний предел давления 1 О МПа определяется как минимальная величина давления, необходимого для запливания пор в аморфных металлических порошковых заготовках при укаэанных време40 ни и температуре спекания, Следует отметить, что в случае, если температура спекания попадает в температурный интервал между температурой стеклования и Т1,, величина вязкости, определяющая величину прикладываемого давления, уменьшается на несколько порядков по сравнению с комнатной температурой, чем и определяется незначительная величина нижнего предела прикладываемого давления, Установлено, что увеличение давления при спекании до 10 ИПа при сохЪ ранении времени и температуры спека- 55 ния не влияет на качество иэделий, Отмечено также, что увеличение давления свыше 10 МПа приводит к знас

3 4 чительным (десятки градусов) смещениям Т „ . B каждом конкретном слу— чае применения данного способа нецелесообразно проводить процесс при давлениях выше 1 О .МПа, так как это резко снижает экономическую эффективность способа, Наиболее экономически эффективная реализация данного. способа может заключаться в привлечении газостатной методики, Но в промьппленных газостатах давления свьппе 10 МПа по3 лучаются при температурах, превышающих Ткр подавляющего большинства аморфных сплавов, Экспериментально установлено, что гарантированная сплошность заготовок достигается спеканием при указанных условиях. При меньшем времени спекания глубина диффузионного проникновения Х =3Dt где D -коэффициент диффузии: t — время спекания, недостаточна" для завершения процесса, При большом времени спекания в указанном температурном интервале происходит кристаллизация аморфных металлических сплавов, согласно экспериментально определенным значениям Т <р и энергии активации кристаллизации, равной 40 ккал/моль, Предлагаемый температурный диапазон обеспечивает получение заготовок в аморфном состоянии, При выходе из указанного температурного интервала диффузионная подвижность недостаточна для того, чтобы процесс спекания завершился до начала кристаллизации, При несоблюдении указанных требований не представляется возможным обеспечить требуемые сплошность и механические свойства изделий.

В приведенных примерах выбран плав Те + 15 am,% Ge, поведение которого при нагреве является типичным для аморфных металлических сплавов, причем большинство последних имеет температуру кристаллизации из аморфной фазы выше, чем у этого сплава.

Пример 1, Порошок аморфного сплава Те + 15 ат.%. Ge получают измельчением закаленной из жидкости фольги (закалка производится вьп лескиванием капель расплава на внутреннюю поверхность вращающегося со скоростью 2000 об/MHH медного цилиндра, толщина фольги 30 мкм, размер измельченных частиц 10 мкм ;) затем прессу872033.ют в заготовку в металлической пресс-, форме под давлением 150 МПа.

Заготовку в виде холодной прессовки цилиндрической формы загружают в контейнер, обычно используемый для гидроэкструзии, После герметизации загрузочного отверстия в контейнере создают рабочее давление, равное

250 МПа, По достижении рабочего давления контейнер помещают в нагревательную печь, где выдерживают l ч при

200 С, что на 10 С ниже Т1.>. В результате обработки получают изделие размером 5х10 мм, применяющееся в качестве исходной заготовки для производства пороговых переключателей.

Пример 2. Упомянутые операции проводят под давлением 150 МПа при 160оС при выдержке 3,5 ч. Аналогичные результаты получены и при давлении 10 MIIa.

Пример 3. Рабочие параметры: температура 100оС (на 110 С ниже Т1 р), время выдержки 6 и, давление 250 MIIa.

Везде Ткр — температура кристаллизации сплава из аморфной фазы. Аналогичные результаты получены и при давЪ лении 10 МПа. Рентгенографическим исследованием установлено отсутствие пиков кристаллической структуры на дифрактограммах.

На кривых зависимости теплоемкос— ти от температуры, полученных на микрокалориметре, отмечен скачак теплоемкости при температуре стеклования.

Это свидетельствует об аморфном состоянии материала изделий.

Микротвердость измеряют на приставке к микроскопу типа "Nu" и вычисляют по формуле

Н = 1854 4 Р

) где P — нагрузка, г; — диагональ отпечатка, мм, P = l,25 г, увеличение X = 945, Н = 5,4 кг/мм.

Значения микротвердости закаленной из жидкости фольги и полученных в результате спекания компактных заготовок различаются незначительно (в пределах ошибки измерения) °

Плотность спеченных изделий, измеренная способом гидростатического

Ъ взвешивания, 9 6 ° 1 г/cM «9аиопФ.Фомки

S-образные вольт-амперные характеристики образцов сплава, обладающих эффектом переключения, показывают, что приложение к ним электрического поля, напряженностью выше пороговой, 50

5

45 приводит к скачкообразному возрастанию их электропроводности в 10 раэ.

Получение спеченных изделий предлагаемым способом позволяет увеличить пороговое напряжение на порядок по сравнению с пленочными изделиями.

При повьппении температуры вьппе

200 С заготовки кристаллиэуются до окончания процесса спекания, На рент" генограммах появляются лики кристаллической структуры. При уменьшении времени спекания заготовки разрушаются в результате приложения рабочей нагрузки (температура спекания 200 С).

При понижении температуры спекания нио же 100 С и выдержке 6 ч заготовки разрушаются в результате приложения рабочей нагрузки. При увеличении вы-. держки свьппе 6 ч при той же температуре происходит кристаллизация заготовок, что отмечается появлением пиков кристаллической структуры на рентгенограммах.

Уменьшение давления ниже 10 MIIa приводит к разрушению заготовок в результате приложения рабочеи нагрузки, а увеличение свыше 10 MIIa — к кристал3 лизации заготовок.

Уменьшение времени спекания до величин, указанных в известном способе, приводит к получению заготовок с низкой плотностью 5,4 г/см (плотность

Э близка к плотности холодных прессо вок).

В настоящее время в связи с внедрением новой техники многие отрасли народного хозяйства, в частности космическое приборостроение, испытывают насущную необходимость в материалах, имеющих улучшенные по сравнению с применяющимися магнитные и электрические свойства, радиационную стойкость. Обладающие указанньми свойствами аморфные сплавы до сих пор имели весьма ограниченное применение в связи с мальми размерами получающихся заготовок и изделий.

Указанный в примерах сплав используется в качестве активного элемента пороговых переключателей; величина порогового напряжения зависит от тол щины слоя. Получение же слоев аморфного сплава с толщиной, превьппающий

100 мкм, известными способами невозможно. Применение предложенного способа решает вопрос увеличения порогового напряжения. Способ создает перспективу получения массивных изделий из магнитомягких аморфных метал7 87 лических сплавов (коэрцитивная сила

0,01 А/см, проницаемость 10 ) . ГисЬ терезис практически отсутствует, поэтому практически отсутствуют энергетические потери на перемагничивание.

Увеличение размеров изделий из магнитномягких аморфных металлических сплавов позволяет изготавливать из них сердечники трансформаторов, что в несколько раз (3-4 раза) снижает энергетические потери на перемагничивание.

Положительный эффект от применения предложенного способа состоит в увеличении надежности и улучшении электрофизических характеристик пороговых переключателей с активньии элементами на основе Те"Ge-сплавов, а также в получении воэможности снижения энергетических потерь на перемагничивание в результате применения магнитомагких аморфных металлических сплавов в сердечниках транс" форматоров.

Формула изобретения

1. Способ изготовления спеченных изделий из металлических сплавов, 2033 8 преимущественно на основе сист;. с аморфными фазами, включающий формо" вание заготовки из порошка и горячее прессование, отличающийся тем, что, с целью обеспечения возможности получения изделий из аморфных металлических сплавов при сохранении в них высоких физико-механических и электрических характеристик, горячее прессование проводят при температуре ниже температуры кристаллизации сплава из аморфной фазы на 1О11 0 С в течение 1-6 ч при давлении

10"10"МПа.

2, Способ по п. 1, о т л и ч а ю-. шийся тем, что горячее прессование проводят в изостатических условиях

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1, D. Е, Polk, В,С, Yiessen, F, S, Yardner, NateriaIs lеience

and Engeneering, 23, 1976, р, 309-316.

2, Раковский В, С, Спеченные материалы в технике, М,,"Металлургия".

1978, .с, 7-23, Составитель Л. Гамаюнова

Редактор И. Мутовка Техвед < ° Савка Корректор Н.Стец

Заказ 8886/15 Тираж 872 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035 Москвад Ж-35 Раушская наб, дд 4)5

Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул, Проектная, 4