Исследование и разработка пеноалюминия, получаемого методом механического легирования из вторичного сырья Иванов Дмитрий Олегович

Содержание к диссертации

Введение 5

1. Пенометаллы и пеноалюминий, как наиболее распространенный

в промышленности материал этого класса 8

1.1.1. Анализ способов получения пеноалюминия по данным патентного

поиска и других источников 19

Пеноалюминий, получаемый с использованием литейных технологий 19

Пеноалюминий, получаемый с использованием порошковых технологий 22

1. Общие положения 26

2. Стадии механического легирования твердых веществ 28

3. Процессы, протекающие при механической обработке твердых веществ 29

2. Объекты исследования и методики 49

   1. Объекты исследования 49

   2. Оценка факторов, влияющих на процесс получения

   качественного пеноалюминия из вторичного алюминиевого сырья 51

   5. Определение гранулометрического состава и линейных

   размеров порошка гидрида титана и пор вспененного материала 72

   7. Оценка количества выделяющегося газа (водорода) из гидрида

   титана (ТШг) 73

   1. Влияние агрегатного состояния сплавов во время процесса дегидрирования и ширины их интервала кристаллизации на

   Влияние времени обработки в аппаратах на процесс вспенивания 108

   Влияние температуры консолидации на процесс вспенивания 109 4.3. Механические свойства пеноалюминия 113 5. Разработка технологии получения пеноалюминия из алюминиевого вторичного сырья с применением метода MJ1 120

   2. Влияние скорости нагрева консолидированных образцов на

   структуру и свойства пеноалюминия 128

   Выводы 139

   Введение к работе

   Актуальность работы

   В последние годы наблюдается значительный интерес к разработке новых составов и технологий получения пеноалюминия, что объясняется наличием у изделий из этого материала необычного комплекса свойств: низкая плотность, высокий уровень удельных свойств, низкие значения коэффициентов тепло- и электропроводности, высокая сопротивляемость воздействию огня, экологическая чистота, способность эффективно поглощать энергию удара. В настоящее время пеноалюминий получают разными способами (жидкофазным и твердофазным) и в основном из первичных материалов. Один из твердофазных (или порошковых) методов, а именно механическое легирование (МЛ), может быть перспективным для внедрения в производство пеноалюминия.

   МЛ является, на данный момент, наиболее перспективным направлением в производстве композиционных материалов (КМ). Это один из самых современных методов получения дисперсноупрочненных керамическими частицами композиционных материалов на основе различных цветных металлов. Пеноалюминий тоже можно рассматривать, как КМ, где вместо керамических частиц - порофор. Поэтому МЛ тоже может стать перспективным методом для его получения. Этот метод заключается в обработке порошкообразных компонентов и их смесей различного состава в высокоэнергетических мельницах и последующей консолидации, вновь сформировавшейся активированной смеси, для получения полуфабриката или готовой детали. Как показали исследования, еще одним преимуществом МЛ является возможность использования отходов производства и лом алюминиевых сплавов, что значительно удешевляет производство (сырьевая составляющая в стоимости производства снижается от 45 - 65 %).

   Цель работы: исследовать возможность получения пеноалюминия из вторичного сырья методом МЛ. На основе проведенных исследований оптимизировать состав и структуру, а также предложить новую экономичную технологию получения пеноалюминия.

   Для достижения поставленной цели в работе решали следующие задачи:

   1. Разработать модель пенообразования и последующей кристаллизации пеноалюминия.

   2. Исследовать структуру и свойства иеноалюминия па разных стадиях получения.

   3. Сформулировать основные принципы выбора матричных сплавов.

   4. Выбрать порофоры и определить их оптимальное содержание в исследуемых композициях для достижения наилучшего комплекса свойств.

   5. Разработать экономичную технологию получения пеноалюминия.

   Научная новизна.

   1. Показана возможность получения качественного пеноалюминия с применением метода МЛ из низкосортного вторичного сырья. Метод включает в себя: обработку разнородного вторичного сырья и частиц "ЛИг в планетарной или вибрационной мельнице с целью получения гранул - полуфабрикатов с гомогенной структурой; консолидацию гранул для получения компактного полуфабриката (прекурсора); завершающей стадией получения пеноалюминия является вспенивание при температурах выше температуры дегидрирования

   ТШ₂.

   2. Разработана имитационная модель процесса пенообразования в алюминиевых расплавах с последующей кристаллизацией пеноалюминия. Показано, что модель позволяет визуализировать процесс пенообразования и дает предварительные рекомендации по параметрам получения пеноалюминия с оптимальной структурой.

   3. Установлен оптимальный состав шихты для получения качественного пеноалюминия. Показано, что в качестве матричных сплавов могут быть применены сплавы, температура ликвидуса которых должна быть меньше или равна температуре наиболее интенсивной стадии дегидрирования Т1Нг, а оптимальное содержание этой фазы равно 1 - 1,5 масс. %.

   4. Установлено влияние времени МЛ и скорости нагрева до температуры вспенивания на качество пеноалюминия на примере механически легированных сплава,' АМгб. Показано, что оптимальным временем МЛ, при котором наблюдается высокая и равномерно распределенная пористость, является 1 ч. Увеличение скорости нагрева прекурсора до 2500 С/мин приводит к уменьшению среднего размера пор до 0,64 мм, увеличению равномерности их распределения по размерам, а последующее быстрое охлаждение снижает вероятность выхода газа из образца, что приводит, в свою очередь, к снижению плотности пеноалюминия до 0,9 г/см³.

   Практическая ценность.

   Разработан и предложен технологический процесс получения пеноалюминия (НОУ- ХАУ № 66-013-2004) из механически легированных сплавов, АМгб, Д16 и АК12М2 с содержанием ТШг от 1 до 1,5 % по массе. Показано, что, например, материал АМгб + 1,5 масс. % ТШг после 1 ч обработки в ПМ в атмосфере аргона, консолидации при 350 С и вспенивания со скоростью нагрева 800 С/мин обладает следующим сочетанием показателей: плотность - 0,94 г/см³, средний размер пор - 0,72 ± 0,04 мм, при коэффициенте равноосности -0,9.

   Предложен технологический процесс получения пеноалюминия из сплавов АМгб, Д16 и АК12М2 с содержанием ТШг от 0,5 до 1 % по массе методом смешивания в потоке

   газа (метод «вихревого» перемешивания) (НОУ-ХАУ № 109-013-2005). Показано, что, например, материал АМгб + 1 масс. % ТШг после обработки 7-10 мин в установке «вихревого» перемешивания, консолидации при 350 С и вспенивании со скоростью нагрева 200 С /мин обладает следующими сочетанием показателей: плотность - 0,9 г/см³, средний размер пор - 1,6 ± 0,1 мм, при коэффициенте равноосности - 1,0.

   3. Предложен технологический процесс получения ТШ2 - порофора, для последующего получения пеноалюминия, из стружки сплава ВТ 1-0 с применением МЛ (НОУ-ХАУ № 108-013-2005). Содержание водорода в таком ТШ₂ достигает 3,6 масс. %.

   1. Обзор литературы

   Похожие диссертации на Исследование и разработка пеноалюминия, получаемого методом механического легирования из вторичного сырья

   

   Исследование и разработка композиционных материалов на основе алюминиевых сплавов, полученных методом механического легирования Солонин Алексей Николаевич

   

   Исследование и разработка композиционных материалов на основе систем Cu-SiC и Cu-Cr, получаемых методом механического легированияПросвиряков Алексей Сергеевич

   

   Исследование и разработка механически легированных композиционных материалов на основе вторичного алюминиевого сырьяСамошина Марина Евгеньевна

   

   Разработка и исследование методов и способов упрочнения и восстановления инструментальных материалов для механической обработки специальных изделий Павлов Евгений Васильевич

   

   Разработка методов количественного фазового анализа для исследования и контроля структурного состояния сплавов Al-Mg-Li-Sc и Al-Si-GeБецофен Максим Сергеевич

   

   Разработка и исследование технологии производства деталей из титановых сплавов методом порошковой металлургии с нанесением многослойных покрытий, выбор режимов термообработкиКолмыкова Ольга Валерьевна

   Разработка, исследование и совершенствование технологий термомеханического и термического упрочнения труб нефтяного сортаментаАхмедова, Дуняханым Алига кызы

   Исследование, разработка и внедрение стали и режима термической обработки, обеспечивающей повышение стойкости литых валков горячей прокаткиЛитвиненко, Петр Леонидович

   Разработка, исследование и внедрение усовершенствованной технологии производства катанки и проволоки для холодной высадки и металлокорда Сапелкин Валерий Сергеевич

   Разработка, исследование и применениеизносостойких белых чугуноввысокой прокаливаемостиСерпик, Людмила Георгиевна