Способ получения многослойных изделий

СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ МНОГОСЛОЙНЫХ ИЗДЕЛИЙ, включающий приготовление экзотермической смеси порошков металлов и неметаллов, брикетирование слоев смеси и наполнителя, размещение экзотермической смеси и наполнителя в виде чередующихся слоев, локальное инициирование реакции горения в смеси, последующее горячее деформирование продуктов горения, отличающийся тем, что, с целью повышения износостойкости изделий, в наполнитель или смесь дополнительно вводят порошок алмаза дисперсностью не менее 63 мкм в количестве 7 - 50 об.%.

Изобретение относится к порошковой металлургии, в частности к способу получения износостойких алмазосодержащих материалов.
Целью изобретения является повышение износостойкости изделий.
Поставленная цель достигается тем, что в наполнитель или в экзотермическую смесь дополнительно вводят порошок алмаза дисперсностью не менее 63 мкм в количестве 7-50%.
Сущность предложенного способа состоит в том, что в наполнитель или смесь дополнительно вводят порошок алмаза дисперсностью не менее 63 мкм в количестве 7-50% , брикетируют слои смеси и наполнителя, размещают смесь и наполнитель в виде чередующихся слоев, инициируют реакцию горения в смеси и по окончании реакции проводят деформирование продуктов горения. Достоинством СВС является возможность практически полного сохранения свойств алмазного порошка в материал. Причина сохранения свойств - высокие градиенты температур (10⁵-10⁷ К/с) и малое время пребывания алмаза в высокотемпературной зоне (10^-3-10^-4 с). При выборе алмазного порошка дисперсностью менее 63 мкм наблюдается заметная графитизация алмаза, которая приводит практически к полной потере свойств алмазного порошка. Пpи введении алмаза в количестве, меньше 7 об.% не достигается достаточного повышения износостойкости изделий, а при введении алмаза в количестве, большем 50 об.%, не удается осуществить синтез материала в режиме горения после инициирования при комнатной температуре.
Предложенное техническое решение иллюстрируется следующими примерами.
П р и м е р 1. Получение изделий в виде хонинговальных дисков. Готовят исходную экзотермическую смесь из порошков титана марки ПТМ (дисперсностью частиц менее 63 мкм) в количестве 64 мас.%, сажи марки П804Т в количестве 16 мас. % , никеля марки ПНЭ-1 в количестве 20 мас.% и наполнитель из порошков никеля марки ПНЭ-1 и синтетического алмаза, Дисперсность алмазного порошка и его концентрация представлены в табл.1.
Смешение проводят в шаровой мельнице объемом 7 л при соотношении масс и шихты 3: 1 в течение 10-12 ч. После этого экзотермическую смесь в наполнитель прессуют в брикеты диаметром 48 мм и высотой 10 мм для экзотермической смеси и 5 мм для наполнителя до относительной плотности 0,60. Масса экзотермической смеси, как и в известном способе составляет 70% от массы загрузки. Брикеты экзотермической смеси и наполнителя размещают в реакционной камере в виде чередующихся слоев, устанавливают инициирующую вольфрамовую спираль в контакт с экзотермическим слоем и инициируют реакцию горения. После инициирования реакции горения спустя 2 с к продуктам синтеза прикладывают давление 100 МПа и выдерживают в течение 10 с. Сбрасывают давление, извлекают заготовку из пресс-формы и охлаждают в песке. После охлаждения продуктов синтеза готовят образцы для проведения испытаний.
Износостойкость определялась по относительной величине убыли массы алмазосодержащего стандартного образца размером 10х10х30 мм в условиях абразивного трения алмазосодержащего слоя со скоростью 400 об/мин в паре с карбидом кремния за время, равное 10 ч, под нагрузкой 10 МПа. Убыль массы составила 22,4%.
Износостойкость материала синтезированного из шихты данного состава, приведена в табл.2.
П р и м е р ы 2-4. Технологический процесс, описанный в примере 1, реализуют в условиях, представленных в табл.1.
П р и м е р 5. При реализации способа по примеру 5 синтез смеси в режиме горения не протекает и двухслойное изделие не получено.
П р и м е р 6. Синтез осуществляют в условиях примера 1, но в качестве наполнителя используют смесь порошка состава (48% Ti + 12% C + 5% TiN + 15% MO + 10% Ni + 3% Co + 2% Cr + 2% NbC) - алмаз. Дисперсность и концентрация алмаза представлены в табл.1.
П р и м е р 7. Получение изделия в виде хонинговальных дисков. В условиях примера 1 готовят исходную экзотермическую смесь из порошков титана марки ПТМ (дисперсность частиц менее 63 мкм) в количестве 64 мас.%, сажи марки П804Т в количестве 16 мас.% и никеля марки ПНЭ-1 в количестве 20 мас. % . В полученную смесь добавляют 25 об.% алмазного порошка фракции 125/160. В качестве наполнителя используют порошок никеля марки ПНЭ-1.
После инициирования реакции горения спустя 7 с к продуктам синтеза прикладывают давление 100 МПа и выдерживают в течение 10 с. Сбрасывают давление, извлекают заготовку из пресс-формы и охлаждают в песке. После охлаждения продуктов синтеза готовятся образцы для проведения испытаний.
Износостойкость определялась по относительной величине убыли массы алмазосодержащего стандартного образца размером 10х10х30 мм в условиях абразивного трения алмазосодержащего слоя со скоростью 400 об/мин в паре с карбидом кремния за время, равное 10 ч, под нагрузкой 10 МПА. Убыль массы составила 0,06%.
Износостойкость материала синтезированного из шихты данного состава приведена в табл.2.
П р и м е р 8. В условиях примера 1 готовят экзотермический слой состава 64% Ti + 16% C + 20% Ni и слой наполнителя, состоящий из чистого Ni (2).
Характеристики полученного материала приведены в табл.2.
Из табл.2 видно, что наиболее оптимальными в сравнении с известным составом являются составы по примерам 2-4, 6, 7, что указывает на наличие положительного эффекта.
Таким образом, из приведенных примеров видно, что износостойкость увеличивается не менее чем на 15,3%.
Способ включает приготовление экзотермической смеси порошков металлов и неметаллов, брикетирование слоев смеси и наполнителя, размещение экзотермической смеси и наполнителя в виде чередующихся слоев, локальное инициирование реакции горения в смеси и последующее горячее деформирование продуктов горения. Указанный способ позволяет повысить износостойкость изделий, для чего в наполнитель или смесь дополнительно вводят порошок алмаза дисперсностью не менее 63 мкм в количестве 7 - 50 об.%. 2 табл.