CC BY
148
УДК 620.22-418.002
В. И. ГУРДИН
Омский государственный технический университет
ЖИДКОФАЗНОЕ СПЕКАНИЕ КОМПОЗИЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ В РАЗЛИЧНЫХ СРЕДАХ_
Приведены результаты исследований влияния состава пропитывающих сплавов, среды и параметров спекания на структуру и свойства композиционных материалов, полученных методом пропитки пористой железной матрицы борсодержащими сплавами эвтектического состава и последующего жидкофаэного спекания.
Основные назначения спекания — придание спекаемым телам определенной структуры и соответствующих ей механических, физических и эксплуатационных свойств. Особое место в науке о спекании занимает спекание в присутствии жидкой фазы, т.к. большинство материалов, получаемых методом прессования и последующего спекания, кроме матричного компонента, содержит легирующие добавки, вводимые заранее в основной компонент при приготовлении порошков сплавов или смешиванием соответствующих порошков. Вследствие контактного плавления частиц сплава при нагреве в интервале температур твердожидкого состояния или при введении жилкой фазы извне спекание таких порошковых тел происходит в присутствии жидкой фазы. В нас тоящее время методом спекания в присутствии жидкой фазы производится 90% по объему спеченных металлических материалов, твердых сплавов и значительная часть керамических материалов [ 1 ].
В существующих представлениях о жидкофаз-ном спекании недостаточно учитывается роль диффузионного сплавообразования. Если процессы сплавообразования при твердофазном спекании двухкомпонентных порошковых смесей достаточно подробно исследованы Б.Я. Пинесом, Я.Е. Гегузиным и другими исследователями [2], то роль этих процессов при жидкофазном спекании исследована слабо. Связано это, в первую очередь, с тем, что теория диффузионного взаимодействия твердой и жидкой фаз пока не разработана [3,4]. Поэтому исследования процессов жидкофазного спекания композиционных материалов представляют научный и практический интерес.
В работе приведены результаты исследований влияния состава композиционных материалов, среды и параметров спекания на структуру и свойства композиционных материалов, полученных методом пропитки пористой железной матрицы борсодержащими сплавами и последующего жидкофазного спекания.
Пропитывающие сплавы готовили, смешивая порошкообразные компоненты сплавов. Образцы получали совместным прессованием железной матрицы и шихты пропитывающих сплавов в жесткой пресс-форме при давлениях 350-500 МПа и последующим спеканием в вакууме, водороде, аргоне и песчаной засыпке в обычной атмосфере. При выборе среды спекания руководствовались рекомендациями, изложенными в работах \ \ ,5,6]. Применение при спекании защитных газов диктуется необходимостью предохранения спекания материалов от окисления, а
также восстановление окислых пленок, имеющихся на поверхности частиц. Материал не окисляется в защитном газе, в котором парциальное давление кислорода меньше, чем упругость диссоциации окислов спекаемого материала в интервале температур спекания. Большая удельная поверхность порошков обуславливает поглощение ими газов. Удаление газов при быстром нагреве заготовок, атакже возрастание давления газов, заключенных в закрытых порах, может привести при спекании к разрушению прессовок, кроме того, десорбция газов оказывает тормозящее воздействие на процесс спекания. Во многих случаях эти явления не устраняются при спекании прессовок в защитных атмосферах, поскольку защитные газы сами адсорбируются на поверхности зерен пористой прессовки, а водород, восстанавливая окислы на поверхности зерен, образует пары воды.
Если прессовки спекаются в вакууме, то газы удаляются более низкой температуре, при этом вакуум не только предохраняет прессовки от взаимодействия с воздухом при спекании, но в то же время способствует восстановлению окислов, например, под действием примесей углерода, имеющийся в железных порошках. Удаление газов при спекании и восстановлении или иногда испарение окислов качественно изменяет поверхности контакта между частицами, т.е. неметаллические контакты становятся металлическими, что облегчает диффузию атомов контактирующих зерен. Наиболее заметно влияние вакуума проявляется при спекании с участием жидкой фазы: улучшая смачиваемость более тугоплавкой составляющей жидкой фазы, вакуум способствует более быстрому уплотнению и повышает равномерность распределения жидкой фазы в спекаемом изделии.
В практике порошковой металлургии в качестве защитной среды используют защитные засыпки. Температура плавления засыпки должна быть выше температуры спекания, кроме того, засыпка не должна взаимодействовать со спекаемым материалом. Защитные засыпки способствуют также более равномерному прогреву спекаемых изделий и предотвращению прилипания их друг к другу. В данном случае применялся кварцевый песок фракции 0,2 мм, предварительно отмытый от глинистой составляющей и прокаленный при температуре 1200"С. Результаты испытаний механических свойств полученных композиционных материалов представлены в таблице.
На основании металлографического анализа структуры полученных композиционных материалов ус тановлено, что:
Таблица
Механические свойства композиционных материалов, полученных методом жидкофазного спекания в различных средах.
Состав пропитывающег о сплава Среда спекания Линейная усадка, % Временное сопротивление разрыву, МПа Относительное удлинение, %
вакуум 1,0 290 10
водород 2,1 270 3
Т-е + 3,8 % В аргон 0,8 250 8
песчаная
засыпка 0,8 260 4
Ре + 12 %(ТСг)В, вакуум водород песчаная засыпка 1.7 1.8 1,0 360 420 350 4.1 2.2 1,8
— жидкая фаза, возникающая в результате плавления порошковой шихты пропитывающего сплава эвтектического состава, хорошо растекается по порошковому телу, покрывая всю поверхность частиц твердой фазы;
— перегруппировка частиц твердой фазы, связанная с изменением расположения частиц относительно друг друга, отсутствует;
— усадка протекает в присутствии жидкой фазы за счет усадки эвтектических сплавов и затекания сплава в межчастичные поры;
— при температурах спекания происходит частичное растворение твердой фазы в пропитывающем сплаве;
— при пропитке пористой железной матрицы сплавами системы Ре СПСг)В2 образуются интерме-таллиды, существенно уменьшающие пластические свойства композиционных материалов. При повышении температуры спекания происходит растворение интерметаллидов в жидкой фазе, а при последующем охлаждении образуется новый интерметал-лид с новой стехиометрией. Это происходит при повышении концентрации элемента матрицы за счет ее растворения в жидкой фазе;
— при жидкофазном спекании указанных композиционных материалов усадка протекает механизмом растворения — осаждения (растворения в жидком сплаве матричных частиц и осаждения твердой фазы на крупных частицах). Роль этого механизма возрастает по мере увеличения доли мелких частиц в объеме пористой прессовки.
Как показали результаты исследований, образцы, спеченные в песчаной засыпке, не уступают по свой-
ствам образцам, спеченным в вакууме и водороде. Водород взрывоопасен, что требует соблюдение при работе с ним специальных правил по технике безопасности, а оборудование для проведения спекания в вакууме отличается определенной сложностью, и сам процесс менее производителен по сравнению со спеканием в печах с защитными атмосферами и с песчаной засыпкой.
Библиографический список
1. Савицкий А.П. Жидкофазное спекание систем с взаимодействующими компонентами. — Новосибирск:Наука, 1991. - С. 184.
2. Пинес Б.Я., Гегузин Я.Е. Самодиффузия и гетеродиффузия в неоднородных пористых телах//Журн.техн.фиэика. — 1953. — Т. 23,-№9. - С. 1539-1572.
3. Тихомирова О.И., РизиноваЛ.П., Пискунов М.В. и др. Изучение взаимной диффузии в системе галлий — медь//Физика металлов и металловедение:- 1970. - Т. 29.-N6 4. - С. 796-802.
4. Гуров К.П., Пименов В.Н., Радковский С.Г. О закономерности диффузионного взаимодействия между твердым и жидким металлами на примере//Порошковая металлургия. - 1978.-№3. — С. 54-58.
5. Бальшин М.Ю. Научные основы порошковой металлургии иметаллургии волокна. — М.: Металлургия, 1987. — С. 184.
6. Перельман В.Е. Формированиепорошковыхматериалов. — М.: Металлургия, 1979,- С. 232.
ГУРДИН Виктор Иванович, кандидат технических наук, доцент, заведующий кафедрой «Машины и технология литейного производства».
Форумы, конкурсы, конференции
IV Всероссийская научная конференция «Химия и технология растительных веществ»
состоится в Сыктывкаре в Институте химии Коми научного центра Уральского отделения Российской академии наук 26-30 июня 2006 года.
Спектр исследований, обсуждаемых в рамках конференции, достаточно широк: от фундаментально-научных вопросов лесохимии и органического синтеза до экологии химических производств. Основные направления:
• СТРУКТУРА, СВОЙСТВА И ХИМИЧЕСКАЯ МОДИФИКАЦИЯ РАСТИТЕЛЬНЫХ ВЕЩЕСТВ
• ТЕХНОЛОГИЯ И БИОТЕХНОЛОГИЯ РАСТИТЕЛЬНЫХ ВЕЩЕСТВ
• БИОЛОГИЧЕСКАЯ ФУНКЦИЯ И ФИЗИОЛОГИЧЕСКАЯ АКТИВНОСТЬ РАСТИТЕЛЬНЫХ ВЕЩЕСТВ
• ЭКОЛОГИЧЕСКИЕ ПРОБЛЕМЫ ХИМИЧЕСКОЙ ПЕРЕРАБОТКИ РАСТИТЕЛЬНОГО СЫРЬЯ
• ШКОЛА МОЛОДЫХ УЧЕНЫХ http://phytochemistry.narod.ru
