Исследование и создание композиций на основе порошков металлов, их оксидов и углерода для получения фасонных заготовок с заданными свойствами

• Автор: Довыденков, Владислав Андреевич
• Шифр специальности: 05.02.01
• Научная степень: Докторская
• Год защиты: 2009
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 296 с. : ил.

Оглавление
Введение

Глава 1. Литературный обзор

1.1. Развитие МИМ-технологии

1.2. Технологическая схема и краткая характеристика технологических операций МИМ-

процесса

1.3. Исходные материалы, применяемые в МИМ-технологии

1.3.1 .Порошки, используемые для инжекционного формования

1.3.2. Связующие для формуемых смесей

1.3.3.Направления дальнейшего развития

1.4. Об альтернативных МИМ-технологии методах получения заготовок с высокодисперсной структурой
1.4.1.Реакционный размол. Механическое легирование материалов на основе железа и меди
1.4.2.0 возможности получения заготовок непосредственно из оксидов
1.5. Резюме по литературному обзору и постановка задачи
Глава 2. Теоретические и технологические основы для определения рецептуры композиций из порошков металлов, их оксидов и углерода
2.1. О рецептуре композиций для изготовления фасонных заготовок на основе железа
2.2. О рецептуре композиций для изготовления фасонных заготовок на основе меди
2.3. О регулировании содержания углерода в изделиях, полученных из композиций метал-лы-оксиды-ФФС
2.4. Определение рецептуры композиций, получаемых с применением реакционного размола
2.5. Заключение и выводы к главе
Глава 3. Исследование технологических параметров термической обработки композиций и влияние их на фазовый состав и свойства материалов
3.1. Исследование и разработка технологических режимов термической деструкции связующего
3.1.1. Образцы для исследования технологических режимов удаления связующего
3.1.2. Методика исследования кинетики удаления связующего
3.1.2.1. Нагрев заготовок на воздухе
3.1.2.2. Нагрев заготовок в контейнере с затвором
3.1.2.3. Нагрев заготовок в контейнере с затвором с последующим нагревом в вакууме
3.1.3. Кинетика удаления связующего при нагреве в разных условиях
3.1.3.1. Нагрев заготовок на воздухе
3.1.3.2. Нагрев заготовок в контейнере с затвором
3.2. Внутренне восстановление углеродом оксидосодержащих композиций на основе железа
3.2.1. Внутреннее восстановление оксидов железа углеродом в техническом вакууме (форвакууме)
3.2.1.1. О структуре композиций до восстановления
3.2.1.2. Результаты определения степени восстановления оксидов железа при нагреве композиций в вакууме
3.3. Внутреннее окисление-восстановление композиций на основе меди, подвергнутых РР
3.4. Заключение и выводы к главе

Глава 4. Исследование процессов спекания и горячего прессования композиций после окислительно-восстановительного отжига. Структура и свойства получаемых
материалов
4.1. Спекание композиций на основе железа
4.1.1. Объекты и методика исследований
4.1.2. Результаты исследований процесса спекания
4.1.3. Изготовление материалов на основе железа, спеченных до высокой плотности. Структура и свойства материалов
4.2. Компактирование композиций на основе меди методом горячего прессования
4.3. Заключение и выводы к главе
Глава 5. Размерная точность заготовок, получаемых спеканием
5.1. Теоретические основы размерной точности заготовок, получаемых спеканием композиций металлы-оксид-углерод
5.2. Расчет долевого влияния различных параметров прессовки и спеченной заготовки на размерную точность
5.3. Оценка значений вариаций параметров, влияющих на размерную точность. Расчет размерной точности заготовок
5.4. Заключение и выводы к главе
Глава 6. Получение заданных физико-механических и термических свойств композиционных материалов из гранул и порошков меди и железа
6.1. Получение заданных физико-механических и термических свойств композиционных материалов из гранул и медного порошка
6.1.1. Прочность композиций из меди и гранул №
6.1.2. Влияние на твердость изделий концентрации компонентов и установление технологических связей
6.1.3. Влияние на термические характеристики и электропроводность изделий концентрации компонентов
6.2. Получение заданных физико-механических и термических свойств композиционных материалов из гранул и железного порошка
6.2.1. Исходные данные для расчетов
6.2.2. Процессы компактирования
6.2.3. Горячие процессы обработки давлением композитов
6.3. Проверка композитов на сплошность, прочность, термонапряжения и остаточные напряжения
Глава 7. Инженерные и экономические аспекты реализации в промышленности результатов исследований
7.1. Эффективность применения композиций металльт-оксиды-ФФС
7.2. Экономические и инженерные аспекты применения композиций металлы-оксиды-углерод, полученных с применением реакционного размола
Основные выводы
Литература
Приложения

Введение
Актуальность проблемы. Совершенствование технологии получения металлозаготовок, обеспечивающей сложную геометрическую форму и высокую размерную точность, заданные эксплуатационные свойства материала, приемлемую стоимость, всегда являлось одним из важнейших факторов технического прогресса. Наряду с развитием традиционных способов получения заготовок (ковкой, литьем, штамповкой, резкой, сваркой), в последние десятилетия интенсивно развиваются технологии, основанные на том, что исходные вещества применяются в высокодисперсном состоянии и консолидируются в заготовках определенной формы путем воздействия давления, температуры, электрических и магнитных импульсов, ультразвука и т.д. К таким технологиям относятся многочисленные методы порошковой металлургии, газотермические и плазменные методы нанесения вещества на уделяемые модели, электрофоретические методы, СВС и другие. В настоящее время имеет место тенденция повышения дисперсности используемых порошков. Это связано, с одной стороны, с миниатюризацией технических устройств и необходимостью иметь технологии получения микродеталей сложной формы и, с другой стороны, с новыми возможностями формировать структуры материалов, используя высокодисперсные компоненты, а также создавая высокодисперсные фазы на различных стадиях технологического передела. Примерами таких технологий является МИМ-технология (инжекционное формование) и реакционный размол (механическое легирование), использование которых позволяет по-новому решать проблемы формообразования и формирования высокодисперсной структуры. Однако значительные затраты на используемые высокодисперсные металлические порошки, многофункциональное и сложное дорогостоящее оборудование потребовали применения более современных технологий, в которых в качестве исходных материалов служат высокодисперсные композиции на основе порошков металлов, их оксидов и углерода. Такой подход позволяет достигнуть значительного уде-

как за счет инициирования окислительно-восстановительных процессов при введении окислителей в рабочую зону размольных устройств, так и за счет дополнительной термической обработки [102]. Одним из таких методов является внутреннее окисление кислородом, образующимся при деформационном растворении оксидов, вводимых в композиции для реакционного размола [9]. Сущность метода заключается в том, что в исходную композицию, содержащую порошки меди и алюминия, дополнительно вводится оксид меди, а после РР гранулят подвергается отжигу в водороде. Алюминий окисляется кислородом, образующимся при разложении окиси меди, в результате образуется высокодисперсная фаза оксида алюминия.
Для полного прохождения реакций образования дисперсных фаз может быть применен также процесс «внутреннего» окисления, путем отжига гранул в кислородсодержащей среде и последующего восстановления гранул [125-126]. Последний метод применяется ограниченно в связи с его малой производительностью, которая лимитируется малой скоростью диффузии кислорода.
Большой интерес представляет возможность введения в композиции, подвергаемые РР, наряду с оксидами также твердого восстановителя, в частности, углерода. Равномерное распределение восстановителя в объеме каждой гранулы, безусловно, должно способствовать равномерному распределению всех фаз, образующихся при РР и последующем отжиге. Кроме того, появляется возможность упростить технологию, избежать применения дорогих и взрывоопасных сред. Следует отметить, что применение углерода в качестве компонента дисперсно-упрочненных материалов на основе меди известно по работам Шалунова Е.П. с сотрудниками [67, 70, 103-116, 127, 128]. Вместе с тем влияние углерода как регулятора дисперсности продуктов РР и как восстановителя оксидов в композициях металлы-оксиды-углерод нуждается в дополнительном изучении.