автореферат диссертации по металлургии, 05.16.06, диссертация на тему:Формирование структуры и свойств спеченных пористых порошковых материалов на основе алюминия с использованием флюса и присадок

ООЗ163439 На правах рукописи

тэйнвин

ФОРМИРОВАНИЕ СТРУКТУРЫ И СВОЙСТВ СПЕЧЕННЫХ ПОРИСТЫХ ПОРОШКОВЫХ МАТЕРИАЛОВ НА ОСНОВЕ АЛЮМИНИЯ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ФЛЮСА И ПРИСАДОК

Специальность 05.16.06 - Порошковая металлургия и композиционные материалы

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

2 ^ ННВ 2000

Москва-2007

003163439

Работа выполнена в ФГОУ ВПО «Государственный технологический университет (Московский институт стали и сплавов)»

Научный руководитель

кандидат технических наук, профессор Нарва Валентина Константиновна

Официальные оппоненты.

доктор технических наук, профессор Крючков Юрий Николаевич кандидат технических наук, доцент Иванов Дмитрий Алексеевич

Ведущая организация ОАО „КИМПОР" "Краснопохорский

Защита диссертации состоится «06» февраля 2008 г в «1630» часов в аудитории К-541 на заседании диссертационного совета Д 212 132 05 при ФГОУ ВПО «Московский институт стали и сплавов» по адресу 119049, г Москва, В-49, Крымский вал, д 3

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ФГОУ ВПО «Государственный технологический университет (Московский институт стали и сплавов)».

Автореферат разослан «2 6 » декабря 2007 г

завод композиционных изделий из металлических порошков"

Ученый секретарь диссертационного совета

Лобова ТА

/

Актуальность работы. Развитие современной техники, совершенствование технологических процессов неразрывно связаны с применением пористых материалов Это фильтры, подшипники, пеноматериалы, шумо- и виброгасители, огнепрогладители и др, получаемые методом порошковой металлургии из порошков различных металлов и сплавов Среди материалов для пористых изделий выделяется алюминий.

Алюминий и сплавы на его основе обладают комплексом свойств, обеспечивающих им в ряде областей применения важные преимущества перед сталью и медными сплавами Они отличаются малой плотностью, хорошей коррозионной стойкостью, сравнительно высокими электро- и теплопроводностью

Вместе с тем по объему производства полуфабрикатов и изделий из порошков и гранул методом порошковой металлургии алюминий существенно уступает их производству из железа и меди

Основной причиной этому является то, что спекание порошков алюминия затруднено наличием на их поверхности прочной оксидной пленки

Получение плотных изделий из порошков алюминия достигается, подобно САПу, использованием высоких давлений прессования, горячего прессования Однако, этот подход неприменим при получении пористых изделий, которые наравне с высокой пористостью должны обладать достаточно высокой прочностью.

Несмотря на большое количество работ по получению пористых материалов методом порошковой металлургии, очень мало публикаций по пористому алюминию, что объясняется трудностью получения прочных пористых заготовок при спекании

В связи с этим разработка технологии получения пористых изделий из порошка алюминия, обеспечивающей сочетание таких их свойств как пористость и прочность, является весьма важной и актуальной

Цель работы. Создание технологии, обеспечивающей получение высокопрочных пористых спеченных материалов из порошка алюминия для использования их в качестве проницаемых материалов.

Для достижения поставленной цели решались следующие задачи,

- изучение физико-химических закономерностей процессов прессования и спекания образцов пористого алюминия,

- установление закономерностей влияния добавок АЬОз на свойства пористого алюминия,

- исследование механизма процесса спекания алюминия на воздухе с использованием флюса КАШ4 и силумина, построение модели процесса спекания,

- оценка пористости и прочности заготовок на основании перколяционной модели

Объекты и методы исследования. В качестве объектов исследования выбраны стандартный порошок алюминия марки ПА-4, промышленный флюс КА1Р4 (Ыосо1ок), сплав силумина (11,5%81) и порошок АЬОз

В работе применены современные методы исследования рентгенофазовый и микрорентгеноспектральный анализ, металлографический анализ, статические методы определения механических свойств, а также испытаний по определению проницаемости, коэффициента теплопроводности и энергопоглощающих свойств В работе использованы методы математической обработки экспериментальных данных с применением ЭВМ

Достоверность результатов. Достоверность результатов диссертационной работы, сделанных выводов и рекомендацией подтверждается использованием современного оборудования и аттестованных методик исследования, современных методов математической статистики при обработке экспериментальных данных

Научная новизна работы. 1 Экспериментально установлена связь между механическими свойствами пористого алюминия и природой добавки при спекании, проявляющаяся в увеличении площади металлического контакта частиц алюминия при раскислении их поверхности флюсом, что позволяет осуществлять процесс спекания алюминия на воздухе в состоянии свободной засыпки для получения пористых изделий высокой прочности.

2. Установлены закономерности влияния морфологии флюса на характеристики спеченного алюминия, заключающиеся в зависимости прочности металлических контактов от соотношения их удельных поверхностей, что определяет площадь металлического контакта в процессе спекания и позволяет выбирать соотношение размеров частиц смеси.

3 Экспериментально установлена и теоретически подтверждена с использованием перколяционной модели связь пористости и прочности, проявляющаяся в зависимости свойств спеченного алюминия от структуры, что позволяет управлять и прогнозировать свойства изделий Практическая значимость. 1 Разработаны технологии спекания порошка алюминия с использованием предварительного прессования или в состоянии свободной засыпки с

использованием флюса (KAIF4) и модифицирующих добавок, что позволило впервые получить образцы с пористостью до 40% и прочностью стиэ до 70-75МПа 2 Изготовлены опытные партии пористых изделий из спечённого алюминия, и определен комплекс их физико-механических свойств, на основании которых выданы рекомендации по их использованию в качестве проницаемых материалов (фильтров), а также пористой основы при создании композиционного материала На защиту выносятся следующие положения;

1 Результаты исследований влияния добавки оксида алюминия на уплотняемость, спекаемость пористого алюминия, его свойства

2 Результаты исследований влияния добавки силумина и флюса на спекаемость алюминия на воздухе в состоянии свободной засыпки, его свойства

3 Феноменологические модели взаимодействия компонентов при спекании

4 Пути прогнозирования механических свойств пористого спеченного алюминия на основе установленных зависимостей размеров частиц алюминия и флюса

5 Разработанная методика определения энергопоглощения.

Апробация работы. Материалы диссертационной работы докладывались и получили одобрение на конференциях 61-я научная конференция студентов, аспирантов и молодых ученых МИСиС (Москва, 2006 г ), Международная научно-техническая конференция «Конструкции из композиционных материалов» (Пермь, 2006 г.), Extended Abstracts of 2006 POWDER METALLURGY World Congress (BEXCO, Busan, Korea, 2006), 15th International Baltic Conference, Engineering Materials and Tnbology Baltmattnb (Tallinn, 2006), 62-я научная конференция студентов, аспирантов и молодых ученых (Москва, 2007 г)

Публикации. Содержание диссертации отражено в 8 публикациях в виде

статей, трудов и тезисов докладов конференций

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, четырех глав, выводов и приложений Диссертация имеет объем 130 страниц, включая 12 таблиц, 42 рисунка и список использованных источников из 115 наименований

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ ДИССЕРТАЦИОННОЙ РАБОТЫ

Введение. Приведена общая характеристика работы, обоснована актуальность, выбранной темы диссертации, сформулированы цели н задачи исследований.

В первой главе представлен аналитический обзор литературы, в котором рассмотрены способы получения металлических и керамических материалов с открытой (пороматериалов), а также с закрытой (пеноматериалов) пористостью Работоспособность

и области применения ППМ определяются наличием взаимосвязанной системы пор Эта поровая структура обеспечивает такие свойства ППМ, как проницаемость для газов или жидкостей, фильтрующую способность, способность к капиллярному транспорту жидкости и ее удержанию в порах, развитую удельную поверхность и др ППМ успешно используются в космической технике, в машино- и приборостроении, радиоэлектронной и химической промышленности, атомной энергетике, медицине, сельском хозяйяве и т д

Одним из привлекательных свойств пеноматериалов на основе металлов, в частности алюминия, является их способность поглощать звук Это открывает возможности применения этих материалов в качестве негорючих, экологически чистых элементов звукоизолирующих конструкций в различных отраслях промышленности автомобильной, судостроительной, авиационной, строительной и др Пористые материалы используются в качестве конструкционных материалов и обладают высокой поглощающей способностью энергии и легкостью, применяются в автомобильном машиностроении

Проведен анализ методов получения пористых материалов литьем, методом электролитического осаждения, плазменным напылением, методами порошковой металлургии Для получения пористого алюминия в основном используются метод вспенивания и классический метод порошковой металлургии (прессование и спекание)

Основной проблемой при спекании алюминия являются высокая реакционная способность порошка и наличие на поверхности его частиц тугоплавкого оксида АЬОз При нагреве в вакууме (10'5 мм рт ст, скорость нагрева 100°С/мин) разрушение оксидной оболочки частиц алюминия происходит выше температуры его плавления Температура, при которой возникающие термические напряжения приводят к разрушению оболочки из АЬОз, зависит от размера частиц алюминия и толщины оболочки АЬОз В литературе написаны два способа удаления оксидной оболочки, мешающей спеканию порошка алюминия увеличение начального давления (деформация частиц), уменьшение толщины оболочки оксида (спекание в вакууме, приводящее к диссоциации оксидов) или удаление оксида с поверхности с помощью химической реакции) Однако на сегодняшний день не решена проблема получения материалов с большой пористостью из порошка алюминия, характеризующихся достаточно высокой прочностью

Во второй главе исследованы технология и свойства пористых проницаемых материалов из порошка алюминия, получаемых традиционным методом порошковой металлургии прессованием и спеканием прессовок и изучено влияние добавок оксида алюминия на их свойства Требования к спеченным изделиям определялись областью их

использования в качестве пористых изделий, проницаемых для циркулирующего газового потока

Требования к спеченному материалу пористость П > 30-35 %, коэффициент проницаемости > 1 10'14м2; прочность на сжатие не менее 10 МПа, коэффициент теплопроводности < 10 Вт/(м-К). Заготовки должны механически обрабатываться на токарном и фрезерном станках Применение в качестве основных материалов порошков алюминия позволяет получать относительно недорогие изделия по сравнению с аналогичными изделиями из порошка никеля

Процесс проводили следующим образом Компоненты-порошки алюминия марки ПА-4 /размер частиц 100 мкм/ и (5-20%) А120з /размер частиц < 13мкм/ смешивали в мельнице в течение двух часов в спирте Формование проводили на гидравлическом прессе в стальной пресс-форме при давлениях 40, 60, 80 МПа. Полученные прессовки спекали в муфельной электропечи при температурах 450,500, 550°С в течение 30 и 60 мин на воздухе В таблице 1 приведено влияние давления прессования на пористость образцов из порошка алюминия и порошковых смесей А1 + АЬОз

Таблица 1

Свойства прессованных заготовок 1=100%

Состав, % масс Давление, Плотность, Относительная

А1 АЬОз МПа г/см3 плотность, %

40 1,88 69,58 30,42

100 - 60 1,98 73,40 26,60

80 2,05 76,26 23,74

40 1,87 68,34 31,66

95 5 60 1,91 69,77 30,23

80 1,94 71,03 28,97

40 1,89 68,23 31,77

90 10 60 1,93 69,62 30,38

80 1,95 70,82 29,18

40 1,92 68,10 31,90

85 15 60 1,95 69,24 30,76

80 1,99 70,66 29,34

40 1,94 67,69 32,31

80 20 60 1,97 69,10 30,90

80 1,99 69,77 30,23

Видно, что увеличение давления прессования приводит к уменьшению пористости

образцов, тек увеличению их плотности При этом наличие добавок АЦОз ухудшает уплотняемость А1 увеличение содержание АЬОз приводит к увеличению пористости образцов В указанном интервале давлений прессования /40-80 МПа / у образцов из А1

и смесей с АЬОз расслоя и разрушения не наблюдалось, они обладали достаточной прочностью для проведения последующих операцией.

Результаты по прессуемоста порошков представлены в виде логарифмических кривых р — р (рис 1), обработанных в соответствии с уравнениям М Ю Балыпина

= ЪР + &Ртах (1)

где р - приложенное давление прессования; ртах - давление прессования, обеспечивающее получение беспористой прессовки, т - показатель прессования материала, Р - относительный объем прессовки

0,1

0,12

0,14

0,16

0,18

Рис 1 Логарифмические диаграммы прессования порошков (100 % А1) - кривая 1, (95 % А1 + 5 % А1203) - кривая 2, (90 % А1 + 10 % А1203)- кривая 3,

(85 % А1 + 15 % А1203) - кривая 4, (80 % А1 + 20 % А1203) - кривая 5 Логарифмическая кривая прессования порошка ПА-4 имеет отклонение от прямолинейной зависимости ^ р - ^ р Кривая имеет изгиб выпуклостью вверх Это означает, что наружные слои частиц порошка оказались более твердыми, чем внутренние (из-за наличия оксидной пленки А120з) Увеличение доли А120з в составе приводило к ухудшению прессуемоста и при достижении содержания А120з около 20% более образцы были не прочными.

36 34

* 32

| 30

I 28

о.

С 26 24 22

20 40 60 80 100

Давление прессования, МПа

Рис. 2 Влияние давления прессования на пористость спеченных образцов при температуре спекания 450°С, время спекания 30 и 60 мин соответственно;

1 и 6 - (100%А1); 2 и 7 - (95 % А1 + 5 % А1203); 3 и 8 - (90 % А1 + 10 % А1203); 4 и 9 - (85 % А1 + 15 % А1203); 5 и 10 (80 % А1 + 20 % А1203);

На рис 2 представлена пористость спеченных заготовок из А1 и смесей А1 + АЬОз. Как видно из приведенных данных, увеличение времени выдержки при спекании способствует уменьшению пористости, однако это влияние не слишком существенно. При этом требуемые значения пористости (>30-35%) обеспечиваются уже при температуре спекания 450°С и времени выдержки 30 мин для прессовок, полученных при давлении 40 - 60 МПа. С увеличением содержания АЬОз пористость спеченных материалов возрастает и увеличивается давление прессования, обеспечивающее требуемое значение плотности.

Аналогичные зависимости пористости от давления прессования получены и при спекании температурах 500°С и 550°С: с повышением температуры спекания пористость спеченного алюминия снижается.

Определение предела прочности на сжатие проводили на образцах, спрессованных при давлениях 40, 60 и 80 МПа. Температура спекания составляла 500°С, время изотермической выдержки 30 и 60 мин. Прочность при сжатии образцов из порошка А1 и смесей А1 + АЬОз, спеченных при 500°С в течение 30 мин и 60 мин представлены на рис. 3.

! 1

1спек = 450°р .. ••'.-■. N54 +

|

--1- 1

1 (ЗОмин) *— 2 (ЗОмин) 3 (ЗОмин) +—4 (ЗОмин) а— 5 (ЗОмин) ■—6 (бОмин) х - 7 (бОмин) 8 (бОмин) -+■ ■ 9 (бОмин) 10 (бОмин)

—о—40 МПа, ЗОмин —о— 60 МПа, ЗОмин —л— 80 МПа, ЗОмин ■ ■ • ■ • 40 МПа, бОмин •■♦•■60 МПа, бОмин -•*• 80 МПа, бОмин

25

Рис 3 Влияние состава и давления прессования на прочность спеченных образцов, спеченных при температуре 500°С Как видно из приведенных данных, прочность на сжатие пористых образцов из порошка ПА-4 выше, чем образцов из смеси А1 + А120з При этом увеличение содержания АЬОз приводит к уменьшению прочности Для того и другого материала прочность на сжатие возрастает с увеличением давления прессования и времени спекания Кроме того, разрушение образцов из порошка с добавкой АЬОз (который по сравнению с порошком ПА-4 является малопластичным) связано с появлением микротрещин или каких-либо других дефектов критического размера, быстро распространяющихся по всему сечению образца и вызывающих хрупкое разрушение

Определение размеров пор и коэффициентов проницаемости проводили на образцах, спрессованных при давлении 60 МПа, и спеченных при 450, 500 и 550СС в течение 30 и 60 мин Размер пор и коэффициенты проницаемости пористых спеченных материалов А1 и А1 +АЬОз приведены на рис 4 Как следует из приведенных данных, при введении в смесь оксида алюминия средний и максимальный размер пор уменьшается, что объясняется меньшим размером частиц А^Оз в сравнении с А1

5 10 15 20

Содержание А1203) %

о 5 10 15 20

Содержание АЮз, %

Рис. 4 Влияние содержания АЪОз и температуры спекания на максимальный размер пор и коэффициент проницаемости; 1 и 7 - сЗмах и К при 450°С, ЗОмин соответственно; 2 и 8 - с1мах и К при 500°С, ЗОмин соответственно; 3 и 9 - ёмах и К при 550°С, ЗОмин; 4 и 10 - <1мах и К при 450°С, бОмин соответственно; 5 и 11 - с!мах и К при 500°С, бОмин соответственно; 6 и 12 - с1„ах и К при 550°С, бОмин соответственно; При увеличении содержания А120з средний и максимальный размер пор спеченных материалов уменьшается по той же причине, что ведет к уменьшению проницаемости, несмотря на небольшое увеличение пористости. Увеличение времени спекания до 60 мин способствует уменьшению размера пор и проницаемости.

бОМПа

—°—450°С, ЗОмин —»— 500°С, ЗОмин 550°С, ЗОмин 450°С, бОмин 500°С, бОмин 550°С, бОмин

а) (хЮО) б) (хЮОО)

Рис. 6 Микроструктура спеченного материала 80%А1+20%А1гОз при 500°С, в

течение 60 мин и при 80 МПа Видно, что пористый материал из 80%А1+20%АЬОз имеет равномерное распределение пор разного размера.

смесь <У+А12С

Содержание АЮз, %

Рис. 5 Влияние содержания А^Оз и температуры спекания на коэффициент теплопроводности

Значения коэффициента теплопроводности пористых спеченных материалов А1 и А1+АЬОз приведены в рис.5. Как следует из представленных данных, теплопроводность образцов из порошка Г1А-4 больше, чем для образцов из А1+А12О3, за счет введения менее теплопроводной добавки АЬОз и за счет того, что образцы из ПА-4 имеют меньшую пористость (поры заметно снижают теплопроводность). Требуемым значениям по коэффициенту теплопроводности ( < 10 Вт / м-К ) удовлетворяет лишь состав А1+20% А1203.

Микроструктура спеченного материала 80%А1+20%А120э приведена на рис. 6

Таким образом, установлено, что прессованием и спеканием прессовок можно обеспечить достаточную пористость заготовок, однако, они характеризуются низкой прочностью Это определимо использование добавок к порошку алюминия

В третьем главе изучены технология и свойства порошковых пористых материалов, получаемых спеканием на воздухе в состоянии свободной засыпки порошка алюминия марки ПА-4 в присутствии флюса (№>со1ок®) и присадок в виде силумина. Для этой части работы, кроме порошка алюминия ПА-4, использовали порошки силумина(11,5%81), №>со1ок® флюс (КАШ4) Порошок алюминия ПА-4 /размер частиц 100 мкм/ смешивали с флюсом /размер частиц Юмкм/ и силумином /размер частиц 50 мкм/ в смесителе типа „пьяная бочка" в спирте в течение 1 часа. После сушки смесь этих компонентов помещалась в форму в свободной засыпке и подвергалась спеканию на воздухе в муфельной печи при температуре 600°С в течение интервалов времени от 5 до 20 минут

40

5? 30 £

Е 20

ее о. о

С 10

; 1 ! *1 ! 1

'хХи {

\Ч ' NN1 III

............. -!- ■ —

10 15 20 Время спекания, мин

25

Рис 7 Зависимость пористости образцов от содержания силумина в смеси и времени спекания 1 - 90%А1 + 10%силумин + КА1Р4(5%от общей массы),

2 - 80%А1 + 20%силумин + КА1Р4(5% от общей массы),

3 - 60%А1 + 40%силумин + КАШ4(5% от общей массы)

На рисунке 7 представлено влияние содержания легкоплавкого силумина и времени спекания при температуре 600°С на пористость спеченного нефракционированного порошка алюминия. Ход кривых типичен для спекания в присутствии жидкой фазы На первой стадии происходит увеличение плотности образца за счет механической перегруппировки частиц алюминия На второй стадий резкое

уменьшение пористости происходит за счет процессов перекристаллизации и последняя стадия идет уже в твердой фазе

Полученные результаты свидетельствуют о том, что увеличение содержания силумина и времени спекания приводят к уменьшению пористости При этом для содержания силумина (10-20) % в интервале спекания 5-10 мин пористость остается постоянной Дальнейшее увеличение времени спекания приводит к резкому уменьшению пористости от 30 до 15% из-за увеличения количества жидкой фазы при спекании Аналогичный эффект уменьшения пористости с 20 до 10% наблюдается при содержании в смеси 40% силумина при изотермической выдержке более 5мин

Важным фактором влияния на пористость образца является количество жидкой фазы, образованной флюсом Так как флюс не только растворяет оксидную пленку, но и защищает алюминий от дальнейшего окисления, необходимо было выбрать такое количество флюса, при котором происходила бы очистка поверхности от окислов, и в тоже время, чтобы его количество было минимальным

Содержание силумина, %

Рис 8 Влияние количества флюса (КА^) и силумина на пористость образцов, спеченных при 600°С в течение 10 мин Содержание флюса в смеси 1 - 5% от общей массы, 2 - 3% от общей массы На рисунке 8 представлено влияние количества флюса (КА^) и силумина на пористость образцов, спеченных при 600°С в течение 10 мин Видно, что максимальная пористость наблюдается при 3%флюса и 10% силумина и составляет 41%. Удалось понизить количество флюса до 3% при сохранении прочности образца

Рентгенофазовый анализ показал, что при спекании в течение 10 минут не происходит изменения исходного состава смеси компонентов за счёт окисления порошка алюминия Содержание кислорода во всех случаях составляет менее 0,2 %

С целью оптимизации количества добавок дальнейшие эксперименты проводили с рассеянным на фракции порошкам алюминия Это позволяет уменьшить влияние стадии перекристаллизации, растворения мелких и роста крупных частиц алюминия при спекании После рассева на фракции порошки алюминия смешивали с флюсом (3% КА1Р4) и силумином (10%)

0 20 40 60 80 100 120 140 160 Размер частиц алюминия, мкм

Рис 9 Зависимость пористости (П, %), коэффициента энергопоглощения (К, %), коэффициента теплопроводности и прочности при изгибе (а, МПа) образца от размер

частиц алюминия

На рисунке 9 приведена зависимость пористости, коэффициента ударопоглощения и прочности на изгиб спеченного при 600°С порошка алюминия с разным размером частиц, из которой следует, что увеличение размера частиц алюминия от 30 до 150 мкм приводит к увеличению пористости с 20 до 40% В то же время происходит уменьшение прочности на изгиб от 70 до 30 МПа Коэффициент ударопоглощения также уменьшался с увеличением размера частиц алюминия

Увеличение пористости при увеличении размера частиц алюминия происходит в основном за счет уменьшения влияния капиллярных эффектов жидкой фазы силумина на перегруппировку частиц алюминия Одновременно увеличение пористости приводит к уменьшению числа металлических контактов между частицами алюминия. Коэффициент ударапоглощения и прочность при изгибе с увеличением размера частиц алюминия монотонно падают, что объясняется уменьшением площади контакта, рост коэффициента

ударапоглощения с уменьшением пористости можно объяснить уменьшением эффективного размера пор при увеличении дисперсности порошка алюминия.

На рис 10 а, б представлена микроструктура спеченного алюминия (150мкм) с 10% силумина и 3% КАШ4. Видно, что пористый материал характеризует примерно одинаковым размером пор, в то же время имеются зоны скопления пор. На фотографии излома спеченного образца алюминия (рис 9,6) видны мостики между частицами алюминия. После спекания в присутствии жидкой фазы форма частиц алюминия округлая.

спаи

а) (х50) б) (х540)

Рис. 10 Микроструктура спечённого при 600°С в течение 10 мин алюминия с 10%

силумина и 3% КА1Р4 Видно, что на поверхности частиц алюминия остались включения флюса, имеющие игольчатую форму. Остатки флюса на поверхности частиц алюминия не ухудшают физические и механические свойства спечённого материала.

100

^80 А

8 60 а

а 40

а

20 0

_1___ \ \

1 V

т ■

1 г 2 \ \ т

1 ___{

=

-

80

60 г *

40

20 0

30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130 Размер частиц алюминия, мкм

Рис. 11 Зависимость среднего размера пор и пористости от размера частиц А1: 1 - размер пор образцов, мкм; 2 - пористость, %, определенная методом гидростатического взвешивания; 3 - пористость, %, определенная металлографическим

методом 16

На рис 11 приведены значения пористости, определенные гидростатическим и металлографическим методами, и средний размер пор образцов в зависимости от размера частиц алюминия При использовании порошка алюминия различной крупности значения пористости, определенные методом гидростатического взвешивания и металлографическим анализом, приблизительно одинаковы При этом при увеличении крупности частиц алюминия от 45 до 125 мкм наблюдали повышение пористости образцов от 24 до 38 % и среднего размера пор от 62 до 82 мкм

Разработана методика определения энергопоглощающего свойства, которая заключается в следующем Образцы (95% ПА-4 + 5% силумина + 3% КАШ-О, спеченные при температуре 600°С в течение Юмин, нагружаются весом (1,51кг) через промежуточный пуансон (копер), падающий с фиксированной высоты (20 и 50 см) Для определения диаметра отпечатка использовали литая алюминиевая пластина толщиной 8 мм Для определения значения энергии, переданной пластине, был построен градуировочный график зависимости диаметра отпечатка на измерительной пластине, от подведенной энергии (см. рис 12) Для его построения нагружающее тело опускали с разной высоты (от 10 до 100 см) на пуансон-боек (испытания проводились без образца) и измеряли диаметр отпечатка

V

ё 4 £

Рз

о

II

0

1 J ¥

1 1

1 1 1 ! 1 1 ! 1

! | 1 ! 1 1

1 1 1 1

1 / 1 1 Н-!- 1 Г ■ - 1

0 12 3

4 5 6 7 8 9 Энегия удара, Дж

10 11 12 13 14 15 16

Рисунок 12 - Градуировочный график Установка позволяла производить испытания образцов и построение градуировочяого графика при одинаковом расстоянии между промежуточным пуансоном и нагружающим телом Величина ударопоглощающих свойств материала находится по формуле

К =(Е„-Е^ 100/Ео, (2)

где К - значение ударопоглощающих свойств материала, %, Е0 - энергия нагружающего тела, Дж, Е„ - энергия, переданная бойку через исследуемый материал, Дж

-*-20см,П=30% -о- 50см, 11=30% -й- 50см, П=50%

0 2 4 6 8 10 12 Тольшина образца, Ь, мм

14

Рис 13 Зависимость коэффициента ударопоглащения от пористости образцов (95%ПА-4+5%силумина+3%№>со1ок), спеченных при 600°С в течение 10 мин Зависимость коэффициента ударопоглащения от пористости образцов(95%ПА-4+5%силумина+3%№со1ок), спеченных при 600°С в течение 10 мин, приведена на рис 13 Видно, что увеличение пористости приводит к увеличению коэффициента ударопоглащения за счёт того, что часть энергии идёт на пластическую деформацию и не передабтся по механизму упругого взаимодействия на нижележащий слой.

Роль флюса и модельные эксперименты

Изучение роли флюса и определение необходимого его количества для разного по крупности порошка алюминия проводилось в модельных экспериментах предварительно проводился рассев флюса на фракции, размер частиц флюса определяли микроскопическим методом На тонкую алюминиевую фольгу толщиной 100 мкм помещали частицы флюса разной дисперсности, проводили их нагрев в муфельной печи

Пятно флюса

Алюминиевая фольга

I

флюс

Рис 14 Схема модельного эксперимента по растеканию флюса

а) б) в)

Рис. 15 Фотографии зон растекания частиц флюса: а) растекание в зоне (I) (х100); б)

замороженный фронт растекания зоны (II) (х150); в) интенсивное взаимодействие флюса с фольгой при крупных агломератах флюса(хЗОО) Мы избегали влияния длительной стадии прогрева. В модельных экспериментах прогрев производился практически мгновенно, т.е. время прогрева модельных образцов равно 0,05с. (что следует из теплофизических расчетов). Фракционированные ситовым методом частицы флюса наносили из суспензии его в спирте. После высыхания спирта измеряли средний размер конгломератов флюса, и после проведения эксперимента -диаметр растёкшегося пятна. Температура нагрева 600°С. На основании модельного эксперимента проведен расчет необходимого количество флюса различной дисперсности для полного покрытия поверхности сферических частиц алюминия разного размера.

На рисунке 16 представлены размеры частиц флюса (с!) и пятен после его растекания (О). Увеличение размера частиц флюса вызывает увеличение диаметра пятна после его расплавления.

800 700

| 600

Q 500

я

I 400 В

|300

I200 100

о

I

! -

:

j vO?"1

D=k-d "ТГзона Г)=к-rT U

í irf -о-Э --+-- 1 -X---2 . ксперимент

■— расчет -1-■

100 200 300 400 500 600 Диаметр частиц флюса, d, мкм

Рис. 16 Зависимость диаметра пятна флюса после растекания от исходного

размера частиц флюса (Т = 600°С, I = секунда) Математическая обработка экспериментальных данных показала, что в случае исходных частиц флюса менее ЮОмкм зависимость диаметр пятна растёкшегося флюса от исходного размера частиц хорошо описывается уравнением Т)=2 (1. В случае увеличения исходных частиц флюса более ЮОмкм зависимость диаметр растёкшегося пятна описывается уравнением 0=к"с10,6 В первой зоне диаметр пятна растекания прямо пропорционален массе флюса, во второй - растекание происходит более медленно, что говорит уже о влиянии вязкостных характеристик самого флюса из-за растворения оксида алюминия в флюсе Можно сказать, что использование мелких частиц флюса более эффективно

На рисунке 17 представлен расчёт процентного содержания флюса в смеси с порошком алюминия различного размера, необходимого дня полного обволакивания частиц алюминия Видно, что если использовать флюс размером 5-10 мкм и частицы алюминия более 50 мкм, то содержание флюса составляет всего 1-3%

8

г

ч= £

2

& «

о О

110 100 90 80 70 60 50 40 30 20 10 0

Флюс (<1=5мкм) Флюс (ё=10мкм) Флюс (с1=50мкм)

1

Л *

Флюс (с1= ЮОмкм)

\\

\\

* \\

:— т__ ■—1—_

1 г

100 200 300 400 Размер частиц А1, мкм

500

600

Рис 17 Расчёт количества флюса различной дисперсности в смеси с порошком А1 разного размера, необходимого для полного обволакивания частиц А1 На основании полученных данных, можно дать следующие рекомендации: использовать рассев порошка алюминия с использованием крупных фракций и одновременно проводить рассев флюса, используя его более мелкие фракции, что более эффективно, чем увеличение содержания флюса

На основании проведенных экспериментов можно предложить следующую модель прочеса спекания порошка алюминия с использованием флюса и силумина (рис 18 а, б, в)

силумин

силумин в)

а)

силумин

б)

Рис 18 Модель спекания, а) исходная смесь, б) плавление и растекание флюса, удаления оксида алюминия, в) плавление силумина, растекание и образование шеек Частицы алюминия, покрытые оксидом алюминия, контактирует в свободной засыпке с флюсом и силумином При повышении температуры до 570°С происходит расплавление флюса, его растекание по поверхности алюминия, удаление оксидной пленки с частиц алюминия

При температуре 580°С плавится силумин и, контактируя с очищенной поверхностью алюминия, растекается с образованием перемычки Этот процесс можно назвать - микропайкой частиц алюминия

При изотермической выдержке после растекания происходит изменение состава перешейка за счет того, что часть кремния будет диффундировать в алюминий, при этом жидкая фаза закристаллизуется, поскольку изменится её фазовый состав При температуре 600°С через некоторое время жидкая фаза исчезает Морфология алюминия и флюса определяют площадь металлического контакта и прочность спеченных образцов алюминия

В четвертой главе представлены результаты корреляция пористости и прочности с использованием перколяционной модели Данный метод позволяет провести расчеты прочностных характеристик материалов (б шг, коэффициента ударопоглощения) и такие параметры как теплопроводность или электропроводность на основе данных по пористости материалов В то же время перколяционная модель позволяет объяснить механизм упрочнения является ли упрочнение результатом улучшение качества контактов или увеличением их количества

А1203 + КА1Р4 КАЮР2 + 2АЮР

О)

б-боСР-ГсУР-Ус)/.

(4)

где бо - прочность или электропроводность беспористого материала, К-объемная концентрация твердой фазы, Усг - критическая объемная концентрация твердой фазы (для сферообразных частиц ее значение можно принять Усг=0 16), г - критический индекс (для

трехмерной системы /=1 8±0 2)

V = 1-П = (l-2/Z)z/[8(l,077-1/Z- ZU6)(0,5 - h/D)3], (5)

S0 = 6(1 -П){1 -Z[h„ /D -d/D(h0 -h )/D]}/D, (6)

r, = 2П (B/Zf'2/( vif/SJ, (7)

4=1/[П(1-1пП)] (8)

h0 = [tf-fD2 - d*fs]/2, (9)

h = h0- 4h„2(l,5D - hj/ßc?), (10)

где h - высота шарового сегмента, материал которого вытесняется при образовании межчастичного контакта, мкм, ho - высота сегмента с основанием, равным основанию цилиндрических межчастичных контактов, мкм; (h/D - нормальная деформация), Z -среднее координационное число контактов, D - средний размер частиц порошка, мкм, d -средний размер межчастичных контактов, мкм, S0 - удельная поверхность, mVm3, £ -извилистость капилляров, г, - средний радиус капилляров, мкм, В = Z при 2 £6 и В = 6 пр hZ<6

Результаты сравнения экспериментальных и расчетных данных по прочности на сжатие и на изгиб, коэффициента теплопроводности и энергопоглощения пористости представлены в таблице 2 и 3

Таблица 2

Свойства пористого алюминия, спеченного при 500°С

Р, МПа П, %, (Тспе- ЗОмин) Сеж, МПа, (Тспс = 30 мин) П, %, (тспе бОмин) Осж, МПа (Тспс = 60 МИН) Ссж,МПа, (А1ко„п)

Экспери Расчет Экспери Расчет- Тепе 30 мин Тепе бОмин

40 33 33 31 30 40 41 75 100

60 28 36 36 27 47 46

80 25 40 40 23 50 53

Таблица 3

Свойства пористого алюминия, спеченного при 600°С с использованием силумина

и флюса

¿,,А1,МКМ П,% оЩГ(МПа К,% А, Вт/(м К)

Эксперим расчет Эксперим расчет Эксперим расчет

30 21 73 69 56 58 18 21

65 28 60 56 37 38 15 18

85 32 52 49 29 30 12 16

150 40 32 36 12 15 6 13

Установлено хорошее совпадение результатов расчетов на основе перколяционной модели с экспериментальными данными Анализ прочности спеченной на воздухе в свободной засыпке пористого алюминия показал, что изменение пористости происходит за счет структурных факторов, т е за счёт изменений (Ь) высоты сегмента и (во) удельной поверхности при постоянной (с!) среднем размере сегмента.

Увеличение прочности образцов после прессования со снижением пористости происходит преимущественно за счет увеличения количества и площади межчастичных контактов, В случае спекания алюминия в свободной засыпке с пользованием флюса и силумина так же происходит изменение пористости за счёт структурных факторов, но это связано с уплотнением засыпки за счёт капиллярных сил, те частицы алюминия перегруппируются под действием расплавленного флюса и силумина. При этом прочность так же увеличивается за счет увеличения числа межчастичных контактов

Выводы

1 Исследовано влияние технологических параметров (давления прессования, температуры и времени выдержки при спекании) на плотность, пористость, проницаемость, размер пор, прочность и теплопроводность материалов А1иА1 + (5-20) % АЬОз, полученных прессованием порошков и спеканием прессовок

2 Установлена возможность получения высокопористого алюминия (пористость до 22 - 34 %), размером пор 1,5 - 4,5 мкм, коэффициентом проницаемости 1,6-10 10"13 м2 и коэффициентом теплопроводности 2,44 - 34 Вт/(м К), характеризующегося невысокой прочностью (ос»= 6-50 МПа), при этом добавка А120з (5 - 20%) влияет на все свойства пористого алюминия

3 Изучено влияние добавок флюса (3 - 5%КАШ4) и силумина (11,5%81) на кинетику процесса спекания на воздухе порошка алюминия в состоянии свободной засыпки

4 Установлено, что спекание на воздухе при температуре 600°С в течение15 мин обеспечивает при высокой пористости (от 20 до 40%), заготовок из порошка алюминия с размером частиц 30-150 мкм достаточно высокие физико-механические свойства amr = 32 - 73 МПа, К =12 - 56 % и X = б - 18 Вт/(м К)

5 Разработана методика определения коэффициента энергопоглощения пористых материалов на основе алюминия, учитывающая колебания толщины исследуемы образцов. При теоретическом анализе влияния пористости на коэффициент энергопоглощения спеченной на воздухе свободной засыпки пористого алюминия возможно использование структрно-перколяционного подхода

6 Определен коэффициент ударопоглощения пористых заготовок (95%ПА-4 + 5%A1-Si + 3%KA1F4), спеченных при 600°С в течение 10 мин При одинаковой высоте заготовок (50см) увеличение пористости от 30 до 50% приводит к увеличению коэффициента ударопоглащения от 62 до 81%

7 Установлена закономерность растекания флюса KAIF4 по поверхности частиц Al при спекании Эффективность действия флюса зависит от его дисперсности Рекомендовано использование флюса дисперсностью < 50 мкм, частиц алюминия размером > 60 мкм при общем содержании флюса 1-3 %

8 Предложено модель процесса спекания порошка алюминия с добавкой флюса и силумина Рекомендован оптимальный состав смеси 90%А1 + 10% Al-Si + 3%KA1F4 для получения прочных пористых заготовок из порошка алюминия

9 Установлено хорошее совпадение результатов расчетов прочности, теплопроводности и коэффициента ударопоглощения с экспериментальными данными с использованием перколяционной модели Анализ прочности спеченной на воздухе свободной засыпки пористого алюминия показал, что изменение пористости происходит за счет структурных факторов, т е за счёт изменений (h) высоты сегмента и (So) удельной поверхности при постоянной (d) среднем размере сегмента Увеличение прочности образцов после прессования со снижением пористости происходит преимущественно за счет увеличения количества межчастичных контактов В случае спекания алюминия в свободной засыпки с пользованием флюса и силумина так же происходит изменение пористости за счёт структурных факторов, но это связано с уплотнением засыпки за счёт капиллярных сил, т.е частицы алюминия перегруппируются под действием расплавленного флюса и силумина При этом прочность так же увеличивается за счёт увеличения числа межчастичных контактов

Основное содержание диссертации представлено в следующих работах:

1 Нарва В К., Вин Т. Технология и свойства пористых проницаемых материалов на основе алюминия // Изв Вузов Цветная Металлургия -2007 -№1 -с. 70-73

2. Нарва В.К., Шугаев В А, Вин Т, Монина JIВ Технология и свойства порошковых пористых материалов на основе алюминия, получаемых спеканием на воздухе свободной засыпки порошка в присутствии флюса и присадок // Изв Вузов Цветная Металлургия -2007 -№3 -с 63 - 66.

3 Нарва В К, Шугаев В А, Вин Т, Спекание порошков алюминия на воздухе в присутствии силумина и флюса KAIF4 Модельные эксперименты II Изв. Вузов Цветная Металлургия -2007.-№6-с 65-67

4 Нарва В К, Шугаев В А, Вин Т, Структурообразование при получении пористых материалов на основе алюминия с использованием флюса и присадок // Сб научных трудов «Конструкции из композиционных материалов» -Пермь -2006.-№4 -с 163-167

5 Narva V К , Shugaev V А, Lopatin V U , Dubmina L V , and Vin T Porous Materials Based on Nickel and Aluminum // Porous and Cellular Materials. Extended Abstracts of 2006 POWDER METALLURGY World Congress,-2006,-Korea, Part I,-p 614-616

6. Narva V К , Shugaev V A , Dubmina L V , and Vm T Methods of manufactory and regulation of properties high porous sintered metals // Advanced Materials - New Materials 15th International Baltic Conference, Engineering Materials and Tribology Baltmattnb,-2006,-Tallinn,-Estonia,-p 17-18

7 Нарва В К, Вин Т Изучение влияния добавок оксида алюминия на свойства пористого спеченного алюминия // Тезисы доклада 61-ая научная конференция студентов МИСиС -Москва,-2006.-е 68-70

8 Нарва В К, Шугаев В А, Вин Т., Технология и свойства порошковых пористых материалов на основе алюминия, получаемых спеканием на воздухе в свободной засыпке // Тезисы доклада 62-ая научная конференция студентов, аспирантов и молодых ученых МИСиС -Москва,-2007.-c.54

Отпечатано в ООО «Компания Спутник+» ПД № 1-00007 от 25.09.2000 г Подписано в печать 21 12 07. Тираж 130 экз Уел п.л. 1,56 Печать авторефератов (495) 730-47-74,778-45-60

ВВЕДЕНИЕ.

1. Аналитический обзор литературы

1.1. Общая характеристика пористых изделий.

1.1.1 Области применения пористых материалов.

1.1.2 Получение пористых материалов литьем.

1.1.3 Получение порометаллов методом электролитического осаждения.

1.1.4 Получение высокопористых металлов методом плазменного напыления.

1.1.5 Получение пористых материалов методами порошковой металлургии.

1.1.5.1 Подготовка шихтовых материалов.

1.1.5.2 Формование пористых изделий.

1.1.5.3 Спекание пористых изделий.

1.1.6 Получение пористого алюминия.

1.1.6.1 Получение пористого алюминия вспениванием.

1.1.6.2 Получение пористого алюминия методами порошковой металлургии.

1.2. Новые современные направления получения пористых материалов.

1.3. Методы удаления оксидной оболочки порошка алюминия.

2. Получение пористого спечённого алюминия методом предварительного прессования заготовок

2.1. Выбор и характеристика исходных материалов.

2.2. Прессование порошка алюминия (ПА-4) и порошковых смесей алюминия с оксидом алюминия.

2.3. Спекание прессовок из порошка алюминия (ПА-4) и порошковых смесей алюминия с оксидом алюминия.

2.4. Прочность пористых спеченных материалов.

2.5. Размер пор и коэффициенты проницаемости пористых спеченных материалов.

2.6. Коэффициент теплопроводности пористых спеченных материалов.

2.7. Выводы.

3. Получение пористого спечённого алюминия с использованием флюса и силумина

3.1. Выбор и характеристика исходных материалов.

3.2. Кинетика спекания и роль силумина.

3.2.1. Пористость, прочность, на ударопоглощение в зависимости от составов и размера частиц.

3.2.2 Влияние пористости на коэффициент ударопоглощения.

3.2.3. Результаты микроструктурного и рентгенофазового методов анализа.

3.3. Роль флюса и модельные эксперименты.

3.4. Модель процесса спекания.

3.5. Недостатки данного метода.

3.6. Выводы.

4. Изучение перколяционной модели

4.1 Корреляция пористости и прочности на основании перколяционной модели.

4.2 Выводы.

5. Рекомендуемые области применения пористого алюминия.

Определенные трудности в использовании алюминиевых порошков возникают в связи с их пожаро- и взрывоопасностью. Физико-химические свойства, определяющие процесс спекания, у алюминия менее благоприятны, чем у железа и меди, из-за наличия на алюминиевых порошках прочной оксидной пленки, препятствующей спеканию частиц.

Алюминиевые порошки применяются в металлургической промышленности: в алюминотермии, в качестве легирующих добавок, для изготовления полуфабрикатов путём прессования и спекания. Этим методом получают очень прочные детали (шестерни, втулки и др.). Алюминиевые порошки используются в химии для получения соединений алюминия и в качестве катализатора (например, при производстве этилена и ацетона). Учитывая высокую реакционную способность алюминия, особенно в виде порошка, его используют во взрывчатых веществах и твёрдом топливе для ракет, используя его свойство быстро воспламеняться.

Одновременно материалы из алюминиевых порошков по ряду свойств превосходят материалы из железных порошков: они в 3 раза легче, достигаемая плотность алюминиевых порошковых материалов выше, чем стальных при меньшем (в 2,5раза) усилии прессования. Алюминиевые порошковые детали обладают большей удельной прочностью, чем детали из стального порошка, благодаря более низкой плотности [1].

Современные отрасли промышленности, такие как авиастроение, космическая техника, приборостроение нуждаются в создании материалов, обладающих высокими эксплуатационными характеристиками, в том числе износостойкостью, размерной стабильностью в сочетании с низкой плотностью и коэффициентом термического расширения, близким к стали. Наиболее перспективными в этом направлении являются порошковые алюминиевые дисперсно-упрочненные композиционные материалы, получаемые методами порошковой металлургии. По механическим характеристикам спеченный алюминий соответствует уровню спеченного железа (до 350 МПа), а по ряду других свойств даже превосходит его. Одним из преимуществ порошковых 5 изделий из алюминия является энергосберегающая технология их получения: для прессования изделий из порошка алюминия с тем же уровнем остаточной пористости требуется существенно меньшее усилие, чем для прессования железного порошка, а температура спекания алюминия намного ниже температуры спекания железа. Благодаря легкости детали из алюминия обладают малой инерционностью, и при замене ими деталей из железа уменьшается вибрация, шум, износ и потребляемая мощность, особенно в механизмах с возвратно-поступательным движением. Изделия из спеченного алюминия обладают высокой коррозионной стойкостью и в отличие от железа не требуют защитных покрытий. В ряде случаев алюминиевые порошки могут заменять порошки дефицитных металлов, например, в производстве пористых подшипников, электро- и теплопроводников, электроконтактных материалов. Методом порошковой металлургии на основе алюминия можно получать материалы с особыми свойствами, например немагнитные, для защиты от нейтронного потока, высокопористые для изготовления носителей катализаторов, анодов электролитических конденсаторов, фильтров тонкой очистки газов и жидкостей и т. д. Так как спеченный алюминий превосходно обрабатывается, механическая обработка заготовок, если в ней возникает необходимость, оказывается более производительной, а износ инструмента меньше, чем при обработке проката. Несмотря на указанные положительные качества порошковых алюминиевых деталей, объем их мирового производства невелик — порядка 1500 т в год [2]. Для целей порошковой металлургии расходуется всего около 1 % алюминиевого порошка, производимого в развитых капиталистических странах. Основными поставщиками готовых смесей, содержащих необходимые легирующие элементы и смазку, являются компании «Alcoa» в США, «А1сап» в Канаде, «Eckart» в Европе и «Showa-Denko» в Японии [3].

Сегодня порошковые алюминиевые детали широко используются в оргтехнике и автомобильной промышленности [4]. Сюда относятся приводы ременных передач, ступицы, заглушки, втулки, шестерни масляных насосов и другие детали.

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ

1. Исследовано влияние технологических параметров (давления прессования, температуры и времени выдержки при спекании) на плотность, пористость, проницаемость, размер пор, прочность и теплопроводность материалов: А1 и А1 + ( 5 - 20 ) % А1203, полученных прессованием порошков и спеканием прессовок.

2. Установлена возможность получения высокопористого алюминия (пористость до 22 - 34 %), размером пор 1,5 - 4,5 мкм, коэффициентом

I J проницаемости 1,6 - 10 ТО" м и коэффициентом теплопроводности 2,44 - 34 Вт/(м.К), характеризующегося невысокой прочностью (ссж= 6 - 50МПа), при этом добавка А120з (5 - 20%) влияет на все свойства пористого алюминия.

3. Изучено влияние добавок флюса (3 - 5%KA1F4) и силумина (ll,5%Si) на кинетику процесса спекания на воздухе порошка алюминия в состоянии свободной засыпки.

4. Установлено, что спекание на воздухе при температуре 600°С в течение 15 мин обеспечивает при высокой пористости (от 20 до 40%), заготовок из порошка алюминия с размером частиц 30-150 мкм достаточно высокие физико-механические свойства: сизг = 32 - 73 МПа, К =12 -56% и X = 6-18 Вт/(м.К).

5. Разработана методика определения коэффициента энергопоглощения пористых материалов на основе алюминия, учитывающая колебания толщины исследуемы образцов. При теоретическом анализе влияния пористости на коэффициент энергопоглощения спеченной на воздухе свободной засыпки пористого алюминия возможно использование структрно-перколяционного подхода.

6. Определен коэффициент ударопоглощения пористых заготовок (95%ПА-4+5%А1-Si+3%KA1F4), спеченных при 600°С в течение 10 мин. При одинаковой высоте заготовок (50 см) увеличение пористости от 30 до 50% приводит к увеличению коэффициента ударопоглащения от 62 до 81%.

7. Установлена закономерность растекания флюса KA1F4 по поверхности частиц А1 при спекании. Эффективность действия флюса зависит от его дисперсности. Рекомендовано использование флюса дисперсностью <50 мкм, частиц алюминия размером > 60 мкм при общем содержании флюса 1-3 %.

8. Предложено модель процесса спекания порошка алюминия с добавкой флюса и силумина. Рекомендован оптимальный состав смеси 90%А1+10%А1-Si+3%KA1F4 для получения прочных пористых заготовок из порошка алюминия.

9. Установлено хорошее совпадение результатов расчетов прочности, теплопроводности и коэффициента ударопоглощения с экспериментальными данными с использованием перколяционной модели. Анализ прочности спеченной на воздухе свободной засыпки пористого алюминия показал, что изменение пористости происходит за счёт структурных факторов, т.е. за счёт изменений (h) высоты сегмента и (So) удельной поверхности при постоянной (d) среднем размере сегмента. Увеличение прочности образцов после прессования со снижением пористости происходит преимущественно за счет увеличения количества межчастичных контактов. В случае спекания алюминия в свободной засыпки с пользованием флюса и силумина так же происходит изменение пористости за счёт структурных факторов, но это связано с уплотнением засыпки за счёт капиллярных сил, т.е. частицы алюминия перегруппируются под действием расплавленного флюса и силумина. При этом прочность так же увеличивается за счёт увеличения числа межчастичных контактов.

1. Гопиенко В.Г., Смагоринский М.Е., Григорьев А.А.Спеченные материалы из алюминиевых порошков. — М.: Металлургия, 1993.— 317 с.

2. Jangg О., Neubing Н. Problems with sintering of aluminium parts.— In: Seminar on the development and use of powder metallurgy in engineering industries. Minsk, 1985.

3. Sintered aluminium parts for automotive applications/W. J. Huppman, H. Kirschsieper. W. Hade, G. Schlieper. — In: Int. Leichtmetalltagung. Leoben; Wien, 1981, S. 236—237.

4. Generous J. D. Aluminum P/M applications in business machines.— Modern developments in powder metallurgy, 1981,13, p. 501—510.

5. Intern, conf. Cellular Metals and Metal Foaming Technology. 18-20-th June 2001.Bremen (Germany)/Ed.J. Banhart et. Bremen: MIT-Verlag Bremen, 2001.

6. Baumgartner F, Duarte I, Banhart J., Advance Engineering Material, 2000; №2 p 74-168.

7. Cellular metals and metal foaming technology: intern, conf./Ed. John Banhart. — Bremen: Verl. MIT Publ, 2001, p 20-30.

8. П.А. Витязь, B.M. Капцевич, А.Г. Косторнов, B.K. Шелег, В.П. Георгиев и др. Формирование структуры и свойств пористых порошковых материалов // М.: Металлургия, 1993 — 240 с.

9. A.R. Kennedy, The effect of TiH2 heat treatment on gas release and foaming in Al-TiH2 preforms, Scripta Materialia, № 47, 2002, p 763-767.

10. Shang-Nan Chou, Jow-Lay Hung, Ding-Fwu Lii, Horng-Hwa Lu,The mechanical properties of А120з/А356 composite manufactured by squeeze casting, Journal of Alloys and Compounds, № 419, 2006, p 98-102

11. Осада Сум ио, Канэива Кадзухидэ, Канэива Кадзухидэ, Способ получения пористого металлического каркаса, Когё гидзюцу институт, 1984, №59,- с. 12-51.

12. В.Н.Анциферов,В.Д.Храмцов,О.М.Питиримов.О войствах высокопористых материалов //Порошковая металлургия.-1980.-№ 12, с 20-24.

13. Davies G.J., Zhen Shu, Пенометаллы, их производство, свойства и примените // Journal of Material Science, 1983, № 18, с 1899-1911

14. Павловская Е.И., Шибряев Б.Ф. Металлокерамические фильтры. — М.: Недра, 1996.- 164 с.

15. Амосов В.М., Карелин Б.А., Куренкова B.C.А. с. 406639 (СССР) / Способ получения пористых вольфрамовых дисков для термокатодов /. Опубл. В Б.И., 1974, №42, с 92-94

16. Федорченко И. М, Пугин В. С, Корниенко П. А. Способ получения спеченных металлических фильтров // Ин-т пробл. материаловед.АН УССР. Авт. св. СССР, кл. В 22 F 3/10, № 597310, заявл. 15.12.76. № 2426345, опубл. 14.03.78

17. Davies Gail F. Powder metal honeycomb. // Gould Inc.. Пат. США, кл 29-182 3, (В 22 f 3/16) N № 3844011, заявл 15.01.73, опубл. 29.10.74

18. Туник А. Т., Техвер Я. -Ю. X. Способ получения пористого медного покрытия поверхности элементов радиоэлектронной аппаратуры / Авт. св. СССР, кл. В 22 F3/10, F 28 F13/18, № 567551, заявл. 20 10.75, № 2183687, опубл. 5.09.77

19. Blah a Emil. Production of filter membranes // Selas Corp of America. Пат. США, кл. 75-222, № 3287112, заявл. 26.11.63, опубл. 22.11.66

20. Gallo A. La. Permeabilita dei Sinterizati //. Partes. Mecc. ital., -1974, 10, №78, p. 23-24.

21. Федорченко И.М. Развитие работ в области высокопористых материалов из103металлических порошков и волокон // Порошковая металлургия, -1979, № 9, с. 25-35.

22. Свойства порошков металлов, тугоплавких соединений и спеченных материалов: Справочник. — Киев : Наук, думка, 1978. —182 с.

23. Koch V, Thompson М S and Nardone V С. Структура и свойства промышленного пеноалюминия // В кн IV международная конференция по алюминиевым сплавам, USA, Atlanta, 1995, р 387—394

24. Арбузова JI А, Зенина М В, Шмаков Ю В, Андре е в Д А. Пеноалюминий27. — новый перспективный материал для самолетов, автомобилей, судов // Цветные металлы, 1997, № 2, с 62—66.

25. Бондарев Б.И., Шмаков Ю.В. Технология производства быстрозакристалл изо ванных алюминиевых сплавов, —М.: ВИЛС, 1997,-358 с.

26. Арбузова JI.A., Старовойтенко Е.И., Андреев Д.А., Новикова М.Б. Физико-химические исследования процесса вспенивания полуфабрикатов из алюминия // Металловедение и технология легких сплавов, —М.: ВИЛС, 2001,358 с.

27. Чайлдс У. Физические постоянные, Справочник — М.: Гос. Изд. во физ. мат. литературы, —1962, —72 с.

28. Sinha S. К., Rao G. N. Cellular metal // NML Techn. J. 1976,18, № 2,21-25.

29. Ито Тадао Судзуки Тосихиро. Получение пористых изоляционных плит алюминия / К к Ннппон кэикиндоку core кэнкюсе. Япон пат кл 10 D 1(В 22 D 2К/02) № 52—16841 заявл 8 06 74 №49—68739 опубп 12 05 77.

30. Л.С. Марцунова, А.П. Савицкий, Н.С. Тимофеев, Г.Н. Романов. Смазка для прессования порошков алюминия // Порошковая Металлургия, 1999, № 1/2, с. 78-85.

31. Белов С.В. Пористые проницаемые материалы: Справочник/—М.: Металлургия, 1987. —с. 335.

32. Ю.В.Тарасова, Т.В.Шевченко. Разработка технологии получения пористых материалов из отходов производства алюминия // Химическая промышленность, 2002, №9, с 1—7.

33. A.K. Eksi, А.Н. Yuzbasioglu. Effect of sintering and pressing parameters on the densification of cold isostatically pressed A1 and Fe powders // Materials and Design, 2006. № 200, p 262-269.

34. Guoquang Xie, Osamu Ohashi, Takahiro Sato. Effect of Mg on the sintering of Al-Mg alloys powders by Pulse Electric-Current Sintering Process // Materials Transactions, Vol, 45, No.3,2004, p. 904-909.

35. Куниясу Йосихиро, Мацумото Акио, Исобэ Эйдзи, Хонда Хиронобу. Пористые плиты из металлического волокна // Мицуи кинд-зоку когё к к. Япон. пат, кл.10А62, (В 22 f), № 47- 26922, заявл. 28.11.69, опубл. 19.07.72.

36. Манукян Н. В, Март В). Исследование звукопоглощающих свойств пористых металлокералтчеоких материалов // «Тр. Ереван, политехи, ии-та», —1971, 35, № 1, с.125—132.

37. Chisholm John. Method of making high thermal conductivity porous metal // Пат США, кл 228—173 (В 23 Р 15/26) №3999699 заявл 8 12 75№638923 опубл. 28 12 76.

38. К u b о Yoshimi, Igarashi Hitoshi. Porous titanium-aluminum alloy and method of producing // Nippon Electric Co, Ltd. Пат. 4331477, США. Заявл. 04.10 79 > 82217, опубл 25 05 82 Япония. МКИ В 22 F 3/00, НКИ 75/228.

39. Моримото Тору, Н а г а я м а Кэндзо, С акай Такаси, Мацудзава Кэпдзи. Способ получения пористых панелей из алюминия // Ниппон дайа курэпайто к. к.. Япон. заявка, кл. 10 А 62, (В 22 F 3/18), № 52-88208, заявл. 19.01.76, № 51-4722, опубл. 23.07.77.

40. Амасиро Ясу о, Корэги Иосия, Нака о Масааки. Пористый композиционный материал углерод-металл//Курэха кагаку Коте. Япон пат,Кл 10A62,(B22F3/12),№ 50-14209, заявл 20 08 70, опубл 26 05 75.

41. Knodler Reinhard Baukal Werner Bohme Gotthold. Performance of LiAI/FeSx cells with negative electrodes prepared by a powder metallurgical method // J Electrochem Soc, 1979 126, № 11, pl853-1855.

42. Hickey John S. Porous aluminum body // General Electric Co. Пат. США. кл.29-191.2, В 23 з 3/00), No/ 398409, заявл. 24.05.74, No 473197, опубл. 5.10.76.

43. Хонда Насааки, Камидзё Эндзи; Способ изготовления пористых изделий // Сумнтомо дэнки когё к. к. Заявка 57—123942, Япония. Заявл. 22.01.81, № 56-8340, опубл. 02.08.82. МКИ С 22 С 1/08.

44. Габриелов И. П., Керженцева J1. Ф. Влияние атмосферы спекания на свойства порошковых алюминиевых материалов.— В кн.: Исследование и разработка теоретических проблем в области порошковой металлургии и защитных покрытий. Минск, 1984, с. 121 — 123.

45. Romasamy V., Ramakrishnan P. Influence of sintering atmosphere on properties of aluminium alloys— Ind. Heat., 1983, 50, N 10, p. 39^0.

46. Nonferrous metals and alloys.— Metal Progress, 1983, June, p. 45.

47. Davies B. L., Farzin-Nia F. Precipitation hardening of P/M aluminun-copper alloys—Int. J. Powder Met. and Powder Techn., 1983, 19, N 3, p. 197—209.

48. Meckelburg E. Aluminiumsinterteile: Anforderungen und Einsatzmoglichkeiten.—Sohweizer Maschineumarkt, 1981, N 2, p. 84—85.

49. Гопиенко Вал. Г., Гопиенко Вик. Г. Опыт использования порошков алюминия и его сплавов при изготовлении деталей методами порошковой металлургии.— JI.: О-во «Знание» РСФСР, 1984.—23 с.

50. Терлецкий В. Е., Эпштейн М. Ю. Исследование процесса деталей из порошка алюминия в автоматическом режиме с использованием различных смазок.— В кн.: Порошковые конструкционные материалы, Киев: ИПМ АН УССР, 1980, с. 118—121.

51. Savage S. I., Froes F. Н. Production of rapidly solidified metals and alloys.— J. of Metals, 1984, 36, N 4, p. 20—33.

52. Neubing II. C. Production and properties of aluminium powder for powder metallurgy—Powder Met. Int., 1981, 13, N 2, p. 74—78.

53. Гопиенко В. Г., Киселев В. П., Зобнина Н. С.// Методы получения алюминиевых порошков и области их применения.— Порошковая металлургия, 1984, № 12, с. 32—37.

54. Paris Н. С, Mullins I. W., Sanders Т. Н. Effect of solidification microstructure on the strength, ductility and tonghness of dispersion-hardened aluminium P/M alloys.—Aluminium, 1983, 59, N 7, p. 509—515.

55. Benjiamin J. S., Schelleng R. D. Dispersion strengthened aluminum — 4 pet magnesium alloy made by mechanical alloying.— Met. Trans., 1981, 12A, N 10, p. 1827— 1832.

56. Aller Fernander A. J. Manufacture and properties of PM aluminium alloys.— Aluminium, 1984, 60, N 5, p. 357—361.

57. Антипин В.П., Тюльпакова P.B, Данилкин В.А. Усовершенствание методики термодесорбции для определения количества абсорбированных газов на поверхности гранул алюминиевых сплавов.— Технология легких сплавов, 1981,№ 9, с.3-6.

58. Paton N. Е., Bampton С. С, Ghosh А. К. Elevated temperature deformation and fracture of ingot and powder processed aluminum alloys.— Strength of metals and alloys (ICSMA 6), 1982, 6, p. 713—719.

59. Sheppard Т., Zaidi M. A., Tan G. H. Production of high strength aluminium alloys by extrusion of atomized powders.— Powder Met., 1983, 26, N 1, p. 10— 16.

60. McShane II.t Sheppard T. Production structure and properties of Al-Fe-Ni-Co alloyprepared from atomized powder. — Powder Met., 1984, 27, № 2, p. 101106.

61. Voss O., Bunk W. The structure of rapidly solidified, age hardenable aluminium alloy powder products.— In: Int. Leichtmetalltagung. Leobonen; Wien, 1981, p. 229—231.

62. Morris D. G. Dynamic compaction of rapidly quenched materials. — In: Proc. 4th Int. Conf. on Rapidly Quenched Metals, Sendai, 1981, v. 1, p. 145—148.

63. Raybould D. Wear resistance of dynamically compacted aluminium-steel and Al-steel-Pb alloy mixtures.—Mod. Devel. in Powder Met., 1981, 13, p. 443— 466.

64. Raybould D. Wear-resistant Al-steel-Pb admixed alloys produced by dynamic compaction—Powder Met., 1982,25, № 1, p. 35—41.

65. Kubel E. I. Pirect powder rolling.—Mater. Eng., 1984, 99, N2 l,p. 48—51.

66. Fross F.H., Pickens J. R. Powder metallurgy of light metal alloys for demanding applications —J. of Metals, 1984, 36, N 1, p. 14—28.

67. Iron Age Metalworking Int., 1983, v. 22, N 11 — 12, p. 33.

68. Graham R. H. Putting more muscle in aluminium alloys.— Machine Design, 1984, January 12, p. 125—129.

69. Свойства и структура высокопрочного порошкового сплава ПВ-90 / И. Н. Фридляндер, Р. А. Кривенко, А. Н. Чеканов и др.— Авиационные материалы, 1980, № 4, с. 105—110.

70. Р. А. Кривенко, Э. Я. Кауфман, Н. Е. Болотова, Р. П. Володина / Высокопрочные порошковые алюминиевые сплавы /.— Металловедение и терм, обраб. материалов, 1981, № 6, с. 30—32.

71. Матвеев Б. И., Баранчиков В. М. Порошковые алюминиевые сплавы.—Там же, 1982, № 3, с. 45—48.

72. Millan P. P. Applications of high-temperature powder metal aluminum alloys to small gas turbines.—J. of Metals, 1983, 35, N 3, p. 76—81.

73. Weaver M. J. Powder metallurgy and the aerogas turbine engine.— Powder Met., 1984, 27, N 3, p. 135—140.

74. Webster D., Wald Ст., Cremens W. S. Mechanical properties and microstructure of argon atomized aluminum-lithium powder metallurgy alloys.— Met. Trans., 1981,12A, N 8, p. 1495—1502.

75. Wadsworth J., Pelton A. R. Superplastic behavior of a powder — source aluminium lithium based alloy,— Ser. Met., 1984, 18, N 4, p. 387—392.

76. Loderich R. J., Sastry S. M. L. Deformation behavior of silicon-carbide whisker-reinforced aluminum composites.— Mater. Sci. and Eng., 1982, 55, N 1, p. 143—146.

77. Ratke L., Wassermann G. Fibre composites of aluminium with graphite.— Powder Met. Int., 1983, 15, N 2, p. 65—68.

78. C.A. Фристов., Ю.Н. Подрезов и др. Влияние структуры порового пространства на поглощение энергии деформации при сжатии высокопористых композитов // Порошковая металлургия. —2000. —№ 7/8. с.103—110.

79. Капцевич В.М. Создание эффективных методов регулирования парораспределения порошковых материалов для фильтрации жидкостей и газов //-Минск: БелНИИНТИ, 1989, с. 160.

80. Косторнов А.Г. Проницаемые металлические волокновые материалы / — Киев, Техника, 1983. с.128.

81. С.В. Белов и др. Пористые материалы в машиностроении / — М.: Машиностроение, 1981. с.247.

82. Новикова М.Б., Романова B.C., Пономаренко A.M. Способность к звукопоглощению пеноматериалов на основе алюминиевых сплавов // Цветные металлы, 2004. № 6. с. 107-110.

83. Новикова М. Б., Трубкина Е.М., Богданов В.А. Стабильность структуры порового пространства пенометаллов // Цветные металлы, 2005, № 7 с. 96-98.

84. Новикова М. Б., Романова В. С, Пономаренко А. М. Технология легких сплавов // Цветные металлы, —2001. № 3. С.8—14.

85. Ю.Н. Подрезов, Н.И. Луговой, В.Н. Слюняев и др. / Принципы конструирования высокопористых слоистых композитов, работающих в режиме изгиба // Порошковая металлургия. — 2000. №3/4., с.70—78.

86. А.Г. Косторнов Ю.Н. Подрезов, Ю.Г, Безымянный, А.Л. Мороз, В.Н. Клименко, В.Г. Боровик. Пористые слоистые и каркасные волокново-порошковые композиции из нержавеющей стали // Порошковая металлургия, 2006, №Т/2, с.45-50.

87. Н.Н. Белоусов, Е.Н. Беллавина, Л.Я. Кашевник. Способы производства пено- и порометаллов за рубежом // Зарубежная военная техника. Обзоры.

88. Серия: металловедение, металлургическое и заготовительное производство. —1995. —№ 5. с.20—25.

89. Кузьменко В.А. Прессование алюминиевых сплавов. —М.: Металлургия,1986.-366 с.

90. В.В. Скороход, А.Н. Леонов, С.М. Солонин и др. Особенности деформациивысокопористых металлических материалов // Порошковая металлургия. — 2002.-№5/6. с 32-39.

91. В.Г. Вильданов, М.М. Горшков, В.М. Слободенюков. Сжатие сильнымиударными волнами алюминия большой пористости // РФЯЦ — ВНИИтехнической физики им. акад. Е.И. Забабахина, Снежинск, 5-9 сентября—2005г. с 10—13.

92. Гюнтер В.Э., Дамбаев Г.Ц., Сысолятин П.П. и др. Медицинские материалыи имплантаты с памятью формы. Томск: Изд-во Том. ун-та, 1998. —487 с.

93. В.В. Овчаренко, А.Н. Моногенов, Ю.Ф. Ясенчук, .Э. Гюнтер Исследованиеструктуры композиции „пористый никелид титана, армированный монолитным никелидом титана" // ЖТФ, 2006, том 32, вып.7 с.21—27.

94. Косторнов А.Г. Материаловедение дисперсных и пористых металлов исплавов: В 2х тт. —К.: Наук. Думка, 2003. —Т.2. —550 с.

95. В.М. Капцевич, А.Н. Леонов, В.Я. Кулаковский и др. Стекло и керамика // —1. М., 1984.-№ 5. с.ЗО—35.

96. Витязь П.А. и др. Эффективные направления использования спеченныхпористых материалов // — Минск: БЕЛНИИНТИ и ТЭИ Госплана. —БССР. -1980.-с. 161.

97. С.В. Белов, В.А. Ложкин. Г.П. Павлихин и др. Авиационные фильтры для топлив, масел, гидравлически жидкостей и воздуха. —М.: Машиностроение. 1982. —с. 247.

98. Mark Hull, Tetronics Company Literature, Powder Metallurgy, 2002. — 45(1 p 8-9.

99. В.М. Капцевич, А.Н. Леонов, В.Я. Кулаковский и др. Стекло и керамик // -М., 1984.-№ 5. с.ЗО—35.

100. Шугаев В.А Экспериментальное исследование процессов структуро- ифазообразования при высокотемпературном взаимодействии частицы с подложкой: Дис. канд. физ.- мат. наук: Институт структурной макрокинетики, Черноголовка, 1992. 158с.

101. Григорьев Ю.М. Применение нитей накаливания для изучения кинетики высокотемпературного взаимодействия металлов с газами. -В сб.: Процессы горения в химической технологии и металлургии. Черноголовка, Хим. физика, 1975, с. 199-210.

102. Н.Ф. Лашко, С.В. Лашко. Пайка металлов, — М.: Металлургия, 1977.-328с.

103. В.А. Шугаев. Технология пайки алюминия NOCOLOK. Холодильныйбизнес. 1998, №2,40-41 с.

104. ГОСТ 6058 73. Порошок алюминиевый.- М.: Изд-во стандартов, 1973.

105. Крючков Ю.Н. / Структура и нелинейные структурные эффекты проницаемых и композиционных материалов. Гжель: Изд. ГГХПИ, 2006. 256. с.

106. Фомина О.Н., Суворова С.Н., Турецкий Я.М. / Порошковая металлургия: Энциклопедия международных стандартов. / — М.: ИПК Издательство стандартов, 1999. — 312 с.

107. Либенсон Г.А., Лопатин В.Ю., Комарницкий Г.В. Процессы порошковой металлургии М.: МИСИС, 2001.- 319 с.

108. ГОСТ 20899-75. Порошки металлические. Определение текучести.- М.: Изд-во стандартов, 1975.

109. ГОСТ 26849-86. Материалы порошковые. Метод определения величины пор,- М.: Изд-во стандартов, 1986.

110. ГОСТ 25283-82. Изделия порошковые. Метод определения проницаемости жидкости и газов. М.: Изд-во стандартов, 1982.

111. Золоторевский B.C. Механические свойства металлов,- М.: МИСИС 1998.-399 с.

112. Циммерман Р., Гюнтер К., Металлургия и Материаловедение., Справочник —М.: Металлургия, 1982,480 с.

113. Богомолова Н.А., Практическая металлография., — М.: Высшая школа, 1987. -240 с.