Приготовление порошковой шихты в планетарной мельнице САНД-1 для получения металлокерамических материалов Текст научной статьи по специальности «Технологии материалов»

УДК 621.762

ПРИГОТОВЛЕНИЕ ПОРОШКОВОЙ ШИХТЫ В ПЛАНЕТАРНОЙ МЕЛЬНИЦЕ САНД-1 ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ МЕТАЛЛОКЕРАМИЧЕСКИХ МАТЕРИАЛОВ

© 2005 г.

А.А. Болконский

Целью работы являлось получение металлокера-мического материала оксид алюминия - связка из медно-никелевого сплава. Выбор компонентов основан на том, что медно-никелевый сплав (матрица) обладает достаточной пластичностью и коррозионно-стойкостью, а оксид алюминия - высокой твердостью, химической инертностью и высокой износостойкостью.

Медно-никелевый порошковый сплав приготовили механическим легированием в планетарной мельнице САНД-1 [1], определив минимальную частоту вращения ротора мельницы п р , необходимую для

приготовления порошковой шихты Си-№-сплава, по выведенной формуле [2]:

п >

Пр —

30

п

2ср (8р

шр

/ W )(Т росн - Т к )VK

0,077m

шр

где ср - удельная теплоемкость порошка; 8 - коэффициент упаковки шаров одинакового диаметра; ршр -плотность материала размольных шаров; Ж - отноше-

Госн

р - температура рекристаллизации обработанной вхолодную порошка Си-№; Тк - температура окружающей среды; т шр - масса шаров; Ук - объем кюветы.

Порошковая шихта для изготовления металлоке-рамического материала состояла из частиц оксида алюминия, плакированных медно-никелевым сплавом, что было достигнуто при работе мельницы САНД-1 в режиме плакирования поверхности частиц А1203 порошком Си-М-сплава. Параметры работы рассчитаны с использованием рекомендаций ранее проведенных исследований [3], обеспечивающих условия а >а сж для частиц А1203 и т> т сд для Си-№-сплава.

Поскольку наклепанные при механическом легировании частицы медно-никелевого сплава обладают низкой пластичностью (в дальнейших исследованиях планируется проведение отжига шихты), холодное прессование образцов из приготовленной шихты не обеспечивало достаточную прочность, необходимую для изготовления из них микрошлифов без предварительного спекания заготовок.

Окончательную оценку металлокерамического материала, полученного спеканием образцов из приготовленной шихты, проводили по результатам анализа микроструктуры (рис. 1) и испытаний на изгиб (рис. 2).

а)

Шь*.Л.» S - - * -

шт^

б)

в)

г)

Рис. 1. Микроструктура спеченного металлокерамического материала, с содержанием Си-№, % по массе: а-50; 6-20;

в-15; г-10; х500

30

25

ю £

20

S

5 cd

о Н

О ч

ч

о

6

н

1)

«

1) а

15

10

1

2 /

—1 / --

II-

C2u

30

40

50

60 70

Ni %

Рис. 2. Зависимость предела прочности на изгиб металлокерамики (Л12О3 85 %, Си-№ 15 %) от состава твердого раствора: 1 - шихта получена по разработанной технологии;

2 - в конусном смесителе

При содержании 50 % Си-№-сплава (рис. 1 а) наблюдались кристаллы твердого раствора, смешанные с частицами твердой фазы Л12О3, среди которых расположены темные участки - поры. Анализ микроструктуры спеченных образцов, проведенный непосредственно на цветном ее изображении в оптическом микроскопе, позволил установить четкое, более равномерное распределение Си-№ твердого раствора и Л12О3 с повышением содержания последнего. При этом, частицы Си-№-сплава (светлые участки) контактируют всей своей поверхностью с материалом Л12О3, характер взаимодействия с которым, а также распределение компонентов в области их контактирующей поверхности будут изучены и установлены с использованием рентгеноструктурного анализа.

С повышением содержания оксида алюминия (от 80 до 90 % по массе) происходит рост предела прочности металлокерамики на изгиб, это связано с тем, что

медно-никелевая составляющая более равномерно распределяется по поверхности частиц Л12О3 (рис. 1 б, в, г), создавая, тем самым, более благоприятную структуру.

Анализ изменения структуры и прочности в зависимости от состава шихты свидетельствует о том, что при получении порошковой шихты с использованием в САНД-1 режимов плакирования, пластичная составляющая твердого раствора равномернее наносится на поверхности частиц Л12О3 с повышением их содержания в материале.

Обобщая результаты исследований, можно отметить, что разработанный на их основе способ позволяет получать порошковую шихту для изготовления металлокерамики с требуемыми механическими и эксплуатационными характеристиками по более простой технологии в сравнении с существующей [4].

Литература

1. Волхонский А.А. Экспериментальные исследования получения механически легированного порошкового Си-№-сплава в планетарных мельницах // Изв. вузов. Сев.-Кавк. регион. Техн. науки. 2004. Прил. № 8: Порошковая металлургия на рубеже веков. С. 67-71.

2. Дорофеев Ю. Г., Мирошников В.И., Васько Н.Г., Волхон-

ский А.А. Аналитическое исследование возможности получения механически легированных порошковых сплавов // Там же. С. 60-64.

3. Дорофеев Ю.Г., Мирошников В.И., Бабец А.В., Волжин Д.Б.

Принципы расчета параметров работы планетарной мельницы, обеспечивающих получение шихт с требуемыми технологическими свойствами // Порошковые и композиционные материалы: Структура, свойства, технология: Сб. науч. тр./ Юж.-Рос. гос. техн. ун-т. Новочеркасск, 2001. С. 72-76.

4. Гнесин Г.Г., Осипова И.И., Ронталь Г.Д. и др. Керамические инструментальные материалы. Киев, 1991.

Южно-Российский государственный технический университет (Новочеркасский политехнический институт)

9 декабря 2004 г.

5

0