Композиционный материал

(21) 472 (22) 07.0 (46) 07.0 (71) Все техноло дорож н 72 Ф 965 0 8.89,92, Бюлоюзныйгическийго и ком нструкторский троительного, машиностроеектноинститу 1 унальн),И,Чапльп и В,В,Лобко-Лобан и НД,Смирнова (56) Аппен А,А, Те органические покРадомыседьс онные порошковь с.116 - 120,1, Ю,Н.Ловский,ебединский,В,М.Ппастипи роустойчивые не, с.117-220. и др, Конструкцииалы, Киев, 1985,мперат рытия,ий И,Д е ма ГОС",ДЛРСТБЕННЫИ КОЛИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМПРИ ГКНТ СССР Изобретение относится к порошковой металлургии, в частности к изготовлению изделий гидросистем, проставочных втулок и др., требующих высокой гидроплотности и антикоррозионной стойкости.Известно, что спеченные детали, изготавливаемые, методом порошковой металлургии, по своей природе являются композиционными, так как содержат легирующие компоненты (медь, графит, никель и др.) и практически всегда многофазны (в том числе поры также являюгся одной из фаз). Для изготовления наиболее массовой группы малонагруженных деталей используются пористые углеродистые стали при однократном холодном прессовании, высокотемпературном спекании и пористость деталей при этом составляет 16 - 250/,. Для повышения надежности эксплуатации деталей.в окружающей среде их межчастичные поры заполняют легкоплавкими неоргани(54) КОМПОЗИЦИОННЫИ МАТЕРИАЛ (57) Использование: материал предназначен дпя изготовления деталей гидро(газо)систем, проставочных втулок и т,п., требующих высокой гидро(газо)плотности и антикоррозионной стойкости, Сущность изобретения; композиционный материал включает спеченную метаплопорошковую основу пористостью 16-25",4 и покрытие толщиной 0,2-1,5 мм из стеклообразного вещества с коэффициентом теомического расширения на 20 - 40;, меньше, чем у металпопорошковой основы. 1 табл. ческими веществами или пластмассами с последующим нанесением защитных иль декоративных покрытий.Получение беспористьх материалов (деталей) на железной основе достигается также пропиткой их жидкими металлами и сплавами - медью, д атун ью идр,На многие конструкционные матдриалы (детали) дпя устойчивости против коррозионного разрушения после закрытия пор наносят гальванические иди химические покрытия никеля, меди, хрома, фосфатно плднки и дрНаиоолее близким по технической суцнасти и достигаемому результату к предлагаемому для герметизации г 1 ор и придания днтькорроэионыых свойств спеченным изделиям на железной метадлопорошковой основе является материал со слоем хрома на поверхности Ъсновы, полученный электрохимическим способом,Однако данный материал имеет следующие недостатки:тонкий слой хрома до 20 мкм пористыйи не является коррозионно-стойким;более толстые слои до 60 мкм ,гьрактлчески максимальная толщина при износостойком хромировании деталей)располагаются как на твердьх у Ветках(металл осйовы), так и на мягких (участках пор,заполненных каклм-либо материалам) и не 10выдерживаот высоких давленил,установлено практически);нанесение хрома трудоемко вследствиесложности процесса, особенно подготовкиповерхности (заполнения пор), 15пропитка пор расплавами металлов необеспечивает заполнения их по всему обьему матерлала и после финишнол обработклдетали имеются участки железнол основы,подвергаемые в дальнейшем коррозии, 20Целью изобретения является созданиекомпозлционного материала на пористойметаллопорошковой основе, преимущественно состоящего из железа, с повышеннойгидроплотностью и антикоррозионной 25стойкостью.Для этого в композиционном материале, включающем спеченную металлопорошковуо основу пористостью 16-25;, ипокрытие, последнее выполнена толщиной 300,2 - 1,5 мм из стеклообразного вещества скоэффициентом термического расшлрснияйа 20 - 40 меньшим, чем у мзтаглопорошковой основы,Стеклообразный слой толщиной 0,2-1,5 35мм с коэффициентом термического расширенля на 20 - 40 меньшим, чем у пористойосо, на порсой осов(порстость 6 -25) ЯВЛЯетсЯ запирающим слоем, 008 спеьчивающим гидроплотность материала и его 40работу при высоких давлениях.Композиционный матариал содержлтметаллопорошковую основу и стеклосбраз -ное покрытие, между которыми имеетсяпромежуточный слой, способству,о ций 45сцепленио основы с покрьлтием,Композиционный материал получаотследующим образом.Берут спеченную металлопорошковуюоснову, преимущественно иэ железа, пористостью 16 - 25 Д. Термообработкой гористой основы из ее объема удаляют Воздухирасширяют поры (увеличивают размер пор),После остывания производят дробеструйную обработку поверхности, Затем наносятна основу слой тонкодисперсных частиц55стекла с окислами, в составе которого содержатся материалы (например, СоО, К 10,МПО и др,), обеспечивающие сцепление сосновой. Коэффициент термического расширения стеклообразного слоя для прочного сцепления на 20 - 40;4 мен ьше, чем у металлопорошковой основы. Далее производят оплавление (обжиг) ее в окислительной среде при температуре плавления слоя, Температура оплавления должна бь.ть ниже на 50 - 100 С температуры спекания основы, В результате оплавленля (Обжига) происходит проникновение стеклообразного слоя в поры основы и образованле композиционного матерлала, имеощего металлопорошковую основу и оплавленный стеклообразный слал сцепления основы с покрытием.Нанесение стеклообразуощего слоя производят мокоым или сухим способом. При мокром способе тонкодисперсные частлцы стекла глдросуспензией (шликером) .аносят на мееллопорошковую основу ме- тОДОМ ОКУНВНИЯ ИЗДЕЛИЯ В гИ,.РОСУСПЕНЗИО и пу 18 м встряхивания рагномерно распределя;отся по поверхности или пульверизацией гидросуспензии - по требуемой поверхности. После сушки стеклообразного слоя гри 100 . 10 С в течение 0,5 ч производится его оплавление, При сухом способе тонкодисперсные частицы стекла рассеивают Врез сито на подогретую металлопорошковую основу до 50 ": 10"С ниже температуры оплавления стекла для предварительного припекания и последующего Оплавления по указанному Оежиму.Толщлна стеклообразного слоя на металлопорошковой Осное составля 8 т 0,2- 1,5 мм в заьисимости от требований к гидроплотности композиционного материала,.постижение требуемой толщины пооизВоцится пОВторным нанесенисм тонкодисперсных частиц стекла и их оплавлением. Качесение стекгообразного слоя о зависимгсти о технических тоебований его формы может производлться как на наружной, такна Внутренг 8 й стороне. р и м е О, Цля зксгеоиментальной проверки заяВляемого решснля из порошковой композиции состава, масК медь 2,5; графит 1,5; стеарат цинка 0,4; остальное железо, В саой пресс-форме на гидравлическом прессе мод, ДБпрессовали заготовку втулок с размерами мм наружныл диаметр 77., внутренний 59, высота 100. Удельное давление прессования составляло 0,6 МПВ. Спрессованные втулки спекались при 1150 С в конвейерной электропечи В среде конвертированного газа и имели пористость 22 - 24. Коэффициент термичес:Ого пасширения, Опр 838 л 8 нный ВИЛВГ ь 8 ГРИЧССКИМ МЕ, ОДОМПЕЧЕННОГОматериала втулок составлял 326: 10 в интервале темперауо 20-500 С. Спеченные втулки подвергались предварительному отигу в окислительной среде при 700 10 ОС в течение О,. ч для удаления воздуха внутри пор за счет окисления металла и расширения пор с цельо повышения затекания сте 1- лообразного слоя и после остывания дробеструйной обработки и обдувке воздухом. Затем на их поверхность наносился мокрым способом путем окунания в шликер слой размолотого стекла (40-60 мкм) следующего состава, мас, /о. 5 12 50,3; А 203 4,4; В 20 з 6,1; СаО 1,1; гча 2 О 11 Л; КЭО 1; СаГ 2 5; СоО 1,2; КО 0,6; МпО 0,6, рассчитанный коэффициент термического расширения стеклообразного покрытия по общепринятой методике составляет (50,3 х 0,8 + 2,2 х 2,0+ 26," х 0,1 + 1,5 х 5,0 + 11.9 х 10,0+ 1,0 х 8,5+ 1,0 х 8,5 4. 5,0 х 2,5 + ":,2 х 4,4 ч,6 х 4,0 -0,6 х 2,2)-202,1+5 х 10 . Стеклообразный слой наносился на втулку в 3-х вариантах; на наружную поверхность. внутреннюю поверхность и внутреннюю , наружную поверхности, Втулки с нанесенными слоями стеклообразного покрытия подвергались сушке в электрошкафу мод, С 1- ВС,5 х 3,4/3- И 7 при 100 = 0" С в течение 0,5 ч и подвергались оплавлению в окислительной соеде электропечи мод. Гпри 850 + 5 С в течение 12 мин. Толщина слоя стсклообразного покрытия составляла 0,35 - 0,37 мм, С целью увеличения толщины покрь;тия до 0,7 мм производилось для партии втулок повторное нанесение стеклообраэного слоя, сушка и его обжиг по описанной методике и рекимам.Конроль качества оплавления стекло- образного покрытия производился визуально и подтвердил наличие на металлопорошковой основе равномерно распределенного и оплавленного стеклянного покрытия темно-синего цвета без вздутий, трещин, волосяных линий и раковин, Анализ переходной эоны металлопорошковой основы и стеклообразного покрытия, выполненный на шлифах торцовой части цилиндров на микроскопе МИРАпри увеличении в 100 раэ, подтвердил наличие сцепляющего слоя, состоящего из окислов железа, и проникновение стеклянного покрытия в поры металлопорошковой основы на глубину до 1 мм, что дополнительно способствует механическому удержанию порытия на металлопорошковой основе.Прочность соединения с;еклообразногопокрытия с металлопооошкоьой основой игидроплотность композиционного материалапроникновение жидкости .Ереэ стенку цилиндра) определялись на специальном стенде давлением масла (И) путем подачи его10 во внутреннюю полость втулки, закрытой стсрцов фланцами, Сравнительные результаты испытания гидроплотности проведень длявтулок иэ металлопорошковой основы на основе желсза без покрытия, с хроовым дву 15 сторонним покрытием толщиной 60 мкм,стеклообразными покоытиями внутренней,наружной сторон и двусторонним покрытиемпри толщинах 0 35 и 0,7 мм, Результа и испытания представлены в таалице.Визуальный анализ излома втулки с двусторонним слоем стеклообразного покрытия после полугодовой выдержки на воздухепри комнатной температуре подтвердил отсутствие внутренней коррозии металлопорошковой основы. Втулки без пропиткимаслом подвергались коррозии через 5-15дней.Из таблицы следует, что предлагаемыйкомпозиционный материал обладает значи 30 тельно более высокой гидроплотностью, в25 раз превосходящей композиь ионнь й материал из металлопорошковой Основы наоснове железа, в 2,5 - 3 раза тот же материалс хромовым покрытием толщиной 60 мкм,35 имеет высокую антикоррозионную стойость и декоративный вид,Использование данного материала позволяет расширить номенклатуру деталей,узлов и изделий гидросистем, изготавлива 40 емых экОнОмичным методом порошковойметаллургии.Формула изобретения45 Композиционный материал, включающийспеченную металлопорошковую основу пористостью 16 - 25;4 и покрытие, о т л и ч а ющ и й с я тем, что, с целью повышения гидроплотности и коорозионной стойкости, 50 покрытие выполнено из стеклообразноговещества с коэффициентом термическог расширения на 20 - 40 О меньше, чем у металлопорошковой основы, и толщ 1 ной 0,21,5 мм.551759557 Давление жидкости (масла)до начала просачивания егоче ез стенк, МПа Характеристика образцаПримечание 0,5 Просачивание масла по всей поверхностиБез покрытия С хромовым двухстороннимпокрытием толщиной 60 мкмС внутренним стеклообразным покрытием толщиной0,35 ммС наружным стеклообразнымпокрытием толщиной 0,35 ммС двухсторонним стеклообразным покрытием толщиной 0,35 ммС внутренним стеклообразным покрытием толщиной0,7 ммС на ружн ым,стекло образ н ы мпокрытием толщиной 0,7 ммС двухсторонним стеклообразным покрытием толщиной 0,7 мм То жеПросачивание масла в единичных точках, отслаивания стеклянного покрытия не наблюдаетсяТо жеПросачивание масла и отслаивание стеклянного покрытия не наблюдается 20 25 То же 25 Составитель Ю,ЛебединскийРедактор М.Стрельникова Техред М.Моргентал Корректор Н,Бучок Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул,Гагарина, 101 Заказ 3140 Тираж Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва, Ж, Раушская нэб., 4/5