Импульсные способы спекания

Размещено на http://www.allbest.ru/

1. Общие сведения о спекании порошковых материалов

Явление спекания проявляется в том, что пористое тело, полученное прессованием порошков, после нагревания до надлежащей температуры обнаруживает «усадку» (т. е. уменьшение «внешних» линейных размеров) и становится пропорционально более плотным (пористость его уменьшается); при этом возрастает также механическая прочность тела. Иногда различают, кроме спекания, еще явление взаимного «припекания» нескольких тел, между которыми создан контакт, после нагревания из такой группы тел образуется единое тело, и первоначальный контакт, возможно, имевший место лишь в нескольких точках, оказывается сплошным, вплоть до полного «исчезновения» всяких следов поверхностей раздела между отдельными телами. Оба варианта явления по существу отвечают «самопроизвольному» заполнению веществом свободного объёма внутри тел или между телами.

В технологических условиях спекание порошковых прессовок является сложным физико-химическим процессом. В нем сочетаются физические процессы, определяющие перенос массы и, следовательно, кинетику уплотнения, и химические процессы, зависящие от температуры и состава газовой среды, в которой происходит процесс спекания. На практике явление спекания часто используется не в «чистом» виде.

Практически используется спекание как однокомпонентных, так и многокомпонентных (составленных из порошков различных веществ) тел. В последнем случае, кроме спекания, при нагревании тела могут идти ещё процессы образования сплава (т. е. твердых растворов, новых кристаллических фаз и т. п.). Однако и в случае однокомпонентных пористых тел не всегда при нагревании будет протекать одно лишь явление спекания. При прессовании порошка кристаллическая решётка в отдельных зёрнах искажена. При нагревании до температур, при которых становится заметной самодиффузия, одновременно со спеканием будут иметь место явления отдыха и рекристаллизации. Только в пористом монокристаллическом теле с неискажённой кристаллической решёткой можно было бы наблюдать спекание в чистом виде.

В исходном состоянии пористое тело, полученное спрессовыванием порошков, является системой, удаленной от состояния термодинамического равновесия одновременно по многим параметрам. Это обусловлено значительной развитостью свободной поверхности отдельных порошковых частиц и поверхности между дисперсными элементами структуры порошинок, наличием микроискажений в решетке, дислокаций, избыточных вакансий, дефектов упаковки, микрополостей внутри порошинок и т.д. В случае смесей порошков различных веществ неравновесность системы обусловлена также полем градиентов концентрации атомов различных сортов.

Всю сложную последовательность процессов, происходящих при спекании, можно условно разделить на три стадии. На начальной стадии частицы порошка сохраняют свою структурную индивидуальность, между частицами сохраняется граница и понятие контакта. Рекристаллизационное смещение границы между отдельными порошковыми частицами на этой стадии процесса энергетически невыгодно в связи со специфической границей области контакта, когда отрыв границы от вершины острого угла контакта связан с увеличением ее протяженности. На этой стадии процесса в структурах с большой пористостью существенный вклад в уплотнение может внести массоперенос вследствие перемещения порошинок как целого, который сопровождается уменьшением избыточной поверхностной энергии пористой структуры. На второй стадии спекания пористое тело может быть представлено в виде совокупности двух беспорядочно распределенных фаз - фазы вещества и фазы пустоты. На этой стадии замкнутые поры еще не сформировались, а контакты между частицами уже исчезают и границы между элементами структуры расположены произвольно, вне связи с начальным расположением границ между порошинками.На третьей стадии в спекающемся теле в основном имеются лишь замкнутые изолированные поры, и уплотнение тела есть следствие уменьшения числа и общего объема изолированных друг от друга пор.

Эти стадии четко не разграничены: замкнутые поры могут встретиться в реальной прессовке на ранней стадии процесса и начальные контакты - на заключительной,[1].

1.1 Спекание порошковых материалов под давлением

При консолидации порошков главной проблемой является сохранение их исходной метастабильной структуры, так как при высоких температурах они претерпевают фазовые превращения. Применение давления способствует процессу консолидации за счет интенсификации процессов спекания и сокращению времени воздействия высоких температур на консолидируемые порошки. Одним из известных методов получения высокоплотных материалов из порошков с использованием давлений является горячее изостатическое прессование (ГИП).

При ГИП порошковый материал находится при температуре около 0,7 Т_ПЛ в течение нескольких часов. В метастабильных порошковых материалах такая высокотемпературная выдержка практически всегда вызывает значительные микроструктурные изменения. Поэтому сокращение времени воздействия высоких температур на консолидируемые материалы является главной целью при разработке новых методов.

1.2 Механизмы процессов спекания (консолидации) порошков под давлением

Существуют три основных механизма, которые дают вклад в консолидацию материала под давлением: пластическое течение, пороговая (дислокационная) ползучесть материала, непороговая (диффузионная) ползучесть. Последний механизм определяет процесс спекания без давления и только усиливается в присутствии давления. Первые два механизма имеют место только в присутствии давления. Скорости уплотнения материала за счет пластического течения, пороговой и непороговой ползучести определяются эффективным давлением на контактных границах между частицами. Результирующая скорость уплотнения является суммой вкладов от всех трех механизмов, но для более детального анализа рассмотрим вклад каждого механизма в отдельности.

Пластическое течение.

При приложении к консолидируемому материалу внешнего давления Р возникающее при этом давление Р_с в зонах контактов порошковых частиц существенно превышает внешнее давление. Локально высокое контактное давление может превышать предел текучести вещества и вызывать пластическое течение в области контактов между частицами. Пластическое течение материала увеличивает размер площади контакта и понижает контактное давление ниже предела текучести _Т.

Пластическое течение в начальной стадии уплотнения происходит практически мгновенно по сравнению с общим временем процесса консолидации. На заключительной стадии уплотнения пластическое течение консолидируемого материала происходит только при той величине внешнего давления, которая вызывает пластическую деформацию сферической оболочки, окружающей каждую пору.

Пороговая (дислокационная) ползучесть.

Когда пластическое течение прекращается, размер контактной области продолжает возрастать за счет процесса пороговой ползучести материала.

Так как большое число мелких межчастичных контактов приводят к более высокой скорости уплотнения при диффузионном механизме ползучести, чем малое число крупных контактных областей, поэтому скорость диффузионного механизма консолидации сильно зависит от размера частиц в отличие от механизма пороговой ползучести, скорость которой не зависит от размера частиц.

Как правило, пороговая ползучесть дает малый вклад в процесс консолидации материалов при высоких давлениях в том случае, когда высокотемпературное воздействие кратковременно.

Непороговая (диффузионная) ползучесть.

Диффузионный массоперенос в объеме и по границам зерен вносит вклад в процесс спекания. Диффузия ускоряется под действием внешнего давления за счет сдвиговых компонентов тензора напряжений на контактных границах между частицами. Показано, что при пластическом течении под действием внешнего приложенного давления существенно возрастает концентрация дефектов кристаллической решетки до уровня предплавильных температур и усиливается диффузионный массоперенос. При этом скорость уплотнения на начальной стадии консолидации порошкового материала определяется диффузионным ростом отдельной контактной области и увеличением количества контактных областей, приходящихся на одну частицу,[1].

2. Методы консолидации порошковых материалов с помощью электроимпульсного воздействия

Способы спекания порошковых материалов с использованием электрического тока имеют общие черты с обычным и активированным спеканием, горячим прессованием, а на уровне элементарных актов с микроэлектросваркой. Тем не менее, данный вид консолидации порошковых и дисперсных материалов имеет немало особенностей, выделяющих его в самостоятельное научно- техническое направление порошковой металлургии. Воздействие импульсов электрического тока на металлические порошки и другие дисперсные материалы порождает в них ряд специфических явлений. На контактных участках между соседними частицами под влиянием тока происходит интенсивный массоперенос в твердой фазе. Кроме этого, часть материала может расплавляться и испариться, что сопровождается еще более интенсивным массопереносом. В результате в однокомпонентных порошковых прессовках идет процесс быстрого спекания. Для поликомпонентных порошковых систем характерно интенсивное сплавообразование или возникновение новых фаз, не входящих в исходную композицию («репкционное спекание»), В зависимости от параметров процесса (давление на порошковую среду, амплитуда и длительность импульсов электрического тока) процесс спекания может протекать по-разному.

2.1 Электроразрядное спекание

Электроразрядное спекание (ЭРС), состоит из двух тесно связанных между собой стадий. Первая стадия включает пропускание электрического тока через слабоспрессованный порошок. При этом на многих межчастичных контактах возникает искрение, сопровождающееся разрушением поверхностных оксидных пленок, которые почти всегда имеются на частицах. Таким образом, в исходном состоянии между частицами возникают относительно слабые контактные связи при механическом давлении < 10 МПа, что обуславливает при пропускании электрического тока пространственный разряд внутри засыпки порошка. Для спекания используют обычно суперпозиция постоянного и переменного токов (пульсирующий ток). Однако возможно использование и переменного тока, в частности тока промышленной частоты. Существенное изменение состояния поверхности частиц наблюдается и при обработке лишь одним высокочастотным током. Таким образом, искровой разряд создает необходимые предпосылки для спекания частиц. Далее процесс переходит во вторую стадию, заключающуюся в образовании металлических контактов между частицами и уплотнении порошкового тела. Вторая стадия протекает при увеличенной силе тока и под более высоким давлением, чем первая. Однако это повышенное давление в конце процесса в 10-20 раз ниже давления при холодном прессовании, что позволяет использовать для электроразрядного спекания менее мощное прессовое оборудование. Температура достигает максимального значения в конце периода действия повышенного давления. После этого ток отключают, давление медленно понижают в течение периода охлаждения. В первой (искровой) стадии плотность тока составляет несколько ампер на квадратный сантиметр, во второй стадии (консолидации) она достигает нескольких килоампер на квадратный сантиметр. В работах А. И. Райченко было показано, что существенным отличием электроразрядного спекания от горячего прессования является применение предварительного уплотнения под таким небольшим давлением, что при приложении разности потенциалов обеспечиваются условия для образования между соседними частицами искрового разряда. В результате за счет ионных столкновений в промежутках между частицами и на поверхности частиц происходит интенсивное тепловыделение, значительно превышающее обычный нагрев за счет джоулева тепла. В порошковом теле имеют место диффузионные процессы: диффузия в твердых частицах и на их поверхности, а также электроперенос ионов в межчастичном пространстве под действием приложенного электрического поля. Между частицами возникают перемычки из расплавленного металла. Одновременно за счет ионных столкновений и увеличения температуры приповерхностных участков происходит интенсивная очистка поверхности частиц порошка, что приводит к интенсификации процесса спекания. При давлении подпрессовки ниже критического значения происходит локальный электрический пробой, в результате которого в образце возникает довольно большой канал, где проходил ток пробоя, причем порошок в нем не спечен, а проплавлен. При повышении давления подпрессовки от нуля до критического значения приводит к увеличению до максимального количества межчастичных промежутков, в которых происходит электрический разряд. Возникшие микродуги сваривают соседние частицы, при этом максимальному выделению тепловой энергии в межчастичных контактах соответствует минимальная пористость полученных образцов. Давление подпрессовки влияет и на механические свойства спеченных материалов.

Постоянная составляющая электрического тока служит преимущественно для выделения в материале тепла в соответствии с законом Джоуля - Ленца. Вместо постоянного тока может использоваться низкочастотный ток, в частности ток частотой 50 Гц. Высокочастотная составляющая служит главным образом для создания искрового разряда. Частота высокочастотной составляющей тока находится в диапазоне от 1 кГц до ~ 100 МГц. ,[1].

2.2 Электроимпульсное спекание

При электроимпульсном спекании (ЭИС) электропроводная шихта помещается в матрицу из неэлектропроводного материала. Подведенные к порошковой засыпке пуансоны поджимаются к ней только для создания электрического контакта.

Сущность процесса состоит в разряде электрической энергии, запасенной в конденсаторах, в результате чего высоковольтный импульс тока протекает через порошковую засыпку. При протекании тока через засыпку порошка оксидные пленки на поверхности частиц порошка разрушаются и порошок спрессовывается в пористую заготовку с достаточной прочностью. Уплотнение порошка осуществляется только силами магнитного поля, а соединение частиц осуществляется в основном из-за оплавления контактов между частицами с образованием межчастичных перешейков. Степень уплотнения порошка зависит от параметров электрической цепи и свойств частиц порошка.

Практическим и экономическим преимуществом этого процесса консолидации порошка является легкость извлечения полученных прессовок из матрицы, которая может быть изготовлена из дешевого материала и использоваться многократно. Высоковольтный импульс тока помимо пробоя оксидных пленок и нагрева порошкового материала создает сильное магнитное поле и направленный по радиусу к центру «пинч-эффект», прессущий порошковый образец. Степень уплотнения при заданном количестве подведенной энергии зависит от таких параметров, как сопротивление окисных пленок, размер частиц порошка, физические и химические свойства материала порошка, а также геометрия порошковой заготовки и ее размеры. Наиболее важным элементом процесса электроимпульсного спекания является стадия локального плавления и последующей локальной сварки смежных частиц порошка в точках взаимного контакта, приводящей к образованию большого числа мостиков сварки между частицами. До того как этот процесс локальной сварки плавлением распространяется на весь объем засыпки порошка, невозможны ни рост прочностных свойств (путем образования и роста мостиков между частицами), ни повышение плотности (путем уплотнения в радиальном направлении давлением, создаваемым электромагнитным полем). Во время охлаждения отдельные мостики могут разрушаться вследствие уменьшения объема. Полного уплотнения порошковой заготовки не происходит, поскольку между частицами порошка заперто некоторое количество газа. Во время нагрева давление газа, оставшегося в порах и карманах, сильно возрастает, в результате чего начинается миграция молекул газа через пустоты и каналы в направлении зоны жидкого металла (растворимость газа в жидкости выше, чем в твердых телах). После попадания газа в зону жидкого металла они накапливаются и образуют пузырьки, которые после достижения критического размера мигрируют и выходят в поры. Поскольку промежуток времени, в течение которого материал остается жидким, весьма мал, в поры выходит только часть пузырьков. На последнем этапе кристаллизации, когда материал мостика не является ни полностью жидким, ни полностью твердым («рыхлое состояние»), газы, улетучиваясь из зоны мостика, образуют небольшие полости и каналы. Такие полости наблюдаются в центре мостиков, соединяющих соседние частицы, [1].

2.3 Импульсная консолидация порошковых композиций

На кафедре Механизация и автоматизация сварочного производства» ДГТУ в лаборатории «Специальные способы сварки» было предложено использовать консолидацию порошковых материалов с индукционно - динамическим нагружением.

Сущность этого способа заключается в следующем: предварительно производится статическое нагружение, короткий высоковольтный импульс тока воздействует на порошок с одновременным динамическим нагружением. Индукционно-динамический привод и пуансоны подключены последовательно, таким образом механическое и тепловое воздействие действуют синхронно на заготовку.

Схема описанного выше устройства приведена на рис. 1.

Рис.1. Схема импульсной консолидации с индукционно - динамическим нагружением

Порошковый материал 6 помещается в матрицу 5 из неэлектропроводного материала. Электроды-пуансоны 3,4 передают давление на порошковую заготовку 6 одновременно служат токоподводами от генератора импульсов тока (ГИТ) к прессуемому порошку 6. При разрядке конденсаторов, ток протекает практически одновременно через индукционно-динамический привод 2, и через электроды-пуансоны 3 и порошок 6,[2].

2.4 Электроимпульсная сварка-прессование

Способ электроимпульсная сварка-прессование (ЭИСП) является способом разработанным на в ДГТУ на кафедре «Машины и автоматизация сварочных процессов» в лаборатории «Специальные способы сварки» и представляет собой метод получения компактных изделий состоящих из порошка проволоки и металлической пластины, в которых используется одновременное воздействие на порошковую заготовку кроткого мощного высоковольтного импульса электрического тока и механического давления. Длительность импульса, как правило, не более с, а амплитуда плотности тока в импульсе: .

Для создания мощных импульсов тока используется батарея высоковольтных импульсных конденсаторов, разряд которой обеспечивает мощное энерговыделение в порошковой прессовке, распространяющееся на проволоку и металлическую пластину, что вызывает интенсивное локальное плавление в зонах контактов. Наиболее важной особенностью ЭИСП порошковых материалов является концентрация высокой плотности выделяемой энергии в контактах частиц порошка. Поэтому исходное состояние поверхности частиц порошка, форма самих частиц порошка и их размеры, а так же внешнее давление на порошковую заготовку существенно влияют на характер физических процессов при ЭИСП. Наряду с этим, определяющими факторами являются: скорость ввода энергии электромагнитного поля в порошковый материал; характер и величина механического давления, приложенного к механическому материалу в процессе ЭИСП. В процессе ЭИСП порошковая заготовка обжимается как силами магнитного поля, создаваемого электрическим током, проходящим через заготовку, так и давлением от внешней системы нагружения. Для создания мощных импульсов тока используются высоковольтные источники тока (батареи конденсаторов). Короткая длительность импульса при ЭИСП обеспечивает высокую скорость компактизации порошкового материала, что дает возможность проводить его в большинстве случаев на воздухе без использования защитной атмосферы или вакуума.

Спекание порошка происходит при приложении статического и динамического нагружения. Индукционно-динамический привод и электрод подключены последовательно к генератору импульсных токов, что позволяет синхронизировать механическое и тепловое воздействие. При Приложении давления 50-500 МПа с последующим импульсным нагревом и динамическим нагружением позволяют существенно повысить плотность готовых изделий. На рис. 2 продемонстрировано осуществление спекания порошка.

Рис.2. Принципиальная схема ГИТ с ИДП для ЭИСП

I_p- Ток разряда; I_u-Ток индуцированный; v_п-Скорость перемещения толкателя; Н-Магнитный поток; P_m-Магнитное давление; F_k-Ковочное усилие.

При пропускании тока в индукторе образуется магнитный поток, магнитное давление, которого действует на толкатель, образуя ковочное усилие на порошковую заготовку. Таким образом, реализуется механическое воздействие. Тепловое воздействие реализуется в виде пропускания тока через электрод.

Оценка перспективной эффективности способа ЭИСП.

Заготовительные операции значительно влияют на качество сварного соединения и отчасти определяют экономическую эффективность всего процесса. Поэтому стараются избегать сложного оборудования для выполнения этих операция. При способе приварки ЭИСП не требуется сложных заготовительных операций, и они ограничиваются лишь зачисткой места под сварку и обезжириванием.

Сборка и сварка соединения не требует применения специального оборудования для сборки и ограничивается установкой для сварки, которая по совместительству является и фиксатором. Конструкция соединения состоит из трех компонентов, которые составляют одну сборочную единицу, что указывает на то, что данная конструкция является простой, а значит и технологичной.

Следует учесть еще один важный факт того, что свариваются разнородные материалы, а именно сталь ВСт3сп с медью, что предполагает появление таких дефектов как, трещины по линии сплавления и ОШЗ, что является недопустимым дефектом, а что бы, предотвратить появление дефекта, нужны специальные технологические приемы и дополнительные операции, что удорожает производство. Этих недостатков лишён способ ЭИП спеканием, где под действием высококонцентрированного источника нагрева происходит сварки в пределах внутреннего диаметра диэлектрического кольца матрицы, что исключает разупрочнение в ОШЗ и появление трещин. Как таковой линии сплавления нет ввиду специфики процесса образования бес пористого тела и диффузии между основным металлом, порошком и проволокой. Что касается реакции порошка на нагрев, то здесь следует уделить внимание тому, что чистота порошка не играет главной роли и важным параметром является размер частиц порошка. Для термитной сварки, которая является одним из способов приварки выводов ЭХЗ, тоже важен размер частиц порошка, но так же важна и чистота, эти параметры имею большое значение для осуществления процесса термитной реакции, поэтому требуются порошки высокой чистоты, что может так же удорожить производство.

Из-за разности теплофизических свойств, сварные соединения могут не отвечать заданным требованиям, которые в первую очередь регламентируют заданные механические свойства. Это является существенным недостатком, но с применением ЭИСП, который создавался как раз для сварки металлов с разными теплофизическими свойствами, можно получить соединение, которое будет удовлетворять поставленным требованиям. Дело в том, что при данном способе можно дозировать энергию ввода в изделие, что способствует получения однородного соединения. Соединение образуется в результате совместного действия двух явлений: диффузии и ползучести между спекаемым порошком, прутком и поверхностью стали, итогом этого действия является получения сплошного спеченного тела.

Ввиду вышеперечисленных фактов, можно сказать, что данное соединение является технологичным.

Важным аспектом, влияющим на качество сварки, является пространственное положение. В данном, случае сварка проводится в нижнем положении, что исключает применения дополнительного оборудования. Нижнее положение позволяет увеличить производительность процесса, за счет снижения физической нагрузки рабочих и экономии средств на дополнительном оборудовании и сборочных операциях, таком положении легче всего осуществление автоматизации процесса и можно сделать вывод о том, что с этой позиции изделие является технологичным.

С позиции сборочно-сварочной оснастки, конструкция данного изделия технологична, так как для ее сборки не требуется кантовок, фиксаторов. Равномерное фиксирование обеспечивается магнитно-импульсным молотом, в частности установкой электрода во внутренний диаметр диэлектрической матрицы. Сборка осуществляется в нижнем положении без прихваток. Сварка длится около 100 мкс. В совокупности эти факты дают возможность предположить, что данный способ, с этой точки зрения, поддается автоматизации.

С позиции геометрических размеров сварного шва, можно сказать, что шов, который получается в результате процессов ЭИСП, представляет собой точку диаметром 10 мм, что предполагает под собой суждение о том, что данное изделие является технологичным с этой позиции.

Переналадка оборудования не требуется, так как процесс предполагает получения однотипного сварного соединения, что является массовым производством.

Остаточные деформации отсутствуют, что исключает применение правки, следовательно снижаются затраты влекущие за собой повышение экономической эффективности и сокращения производственного цикла.

В заключении можно сделать вывод о том что применение сварки ЭИП спеканием, является технологичным, экономически эффективным и производительным способом с возможностью автоматизации.

Экспериментальные исследования.

В данном исследовании рассматривается одна сборочная единица, представляющая собой проволоку приваренную к металлической пластине замурованную в спеченном порошке, либо соединение между спеченным порошком и металлической пластиной. Спеченный порошок представляет собой точку, размеры который задаются диэлектрической матрицей. Альтернатива данного способа заключается в том, что в процессе осуществляется высокоскоростная консолидация порошкового материала с одновременным образованием участков схватывания между проволокой металлической пластиной и частицами порошка. Это возможно осуществить с помощью способа сварки ЭИСП. Сварка разнородных металлов всегда вызывала затруднения при традиционных способах. При соединении материалов, имеющих различные кристаллографическое строение и различные теплофизические свойства, влечет за собой образование таких дефектов как трещины, образование хрупких интерметаллидных прослоек. Способ ЭИСП позволяет сваривать металлы с разными теплофизическими свойствами при отсутствии дополнительных операций, удешевляя производство и снижая трудоемкость. Для данного способа сварки важными параметрами являются емкость, напряжение, частота тока, количество энергии вводимой в изделие. В численном виде они имеют вид следующий: C=600 мкФ, U=3,3-4,8 кВ, f=10 кГц, W=3,267-6,912 кДж. Данные параметры получены экспериментально. При этом режиме, возможно, получить удовлетворительное качество сварного соединения. В качестве экспериментального оборудования используются ГИТ 2-1 с технологическим блоком.

Результаты экспериментов.

За время исследований было получено достаточное количество образцов для того, что бы составить хронологическую последовательность проведения исследований.

Поиск ожидаемых оптимумов энергии был в диапазоне от 5,0436,348 кДж

Результаты экспериментов представлены на рис. 3

а. б.

в.

Рис. 3 Полученные образцы: В зависимости от вводимой энергии

а) 4,8 кДж,

б) 6,075 кДж, в) 5,808 кДж

Диапазон исследований сместился на энергии порядка 6,0756,912 кДж, для частичного учета смены материала, т.к. никель и алюминий являются материалами менее электропроводными и поэтому требуют большей энергии активации процесса взаимного соединения в различных сочетаниях.

Образцы с в различном сочетании представлены в табл. 3.15

Различные сочетания.

Таблица 1

В данной таблице представлены образцы, полученные при следующем режиме: Напряжение U=4,8 кВ, емкость С=600 мкФ, давление в диапазоне Р=100300 Мпа, частота f=10 кГц. Вводимая энергия по формуле 3.1 равна 6,912 кДж.

Вводимая энергия - (1)

Где C-емкость конденсаторов, U-напряжение.

Различная масса порошков обусловлена различной насыпной плотностью порошков. Анализируя таблицу можно сделать вывод о том, что алюминий и никель имеют крупное зерно и их насыпная плотность меньше, следовательно, заполнения пространства в диэлектрической матрице происходит быстрее при меньшей массе порошка.

Кроме двойных композиций получена так же тройная композиция, представленная на рис 3.15.

Данная композиция представляет собой сборочную единицу, в которую входят: медная проволока, стальная пластина и алюминиевый порошок. Масса порошка при этом 0,2 грамма, диаметр медной проволоки 1,2 мм.

Рис. 4 Соединение алюминиевого порошка с медной проволокой и стальной пластиной. Вводимая энергия 6,348 кДж

Микрошлифы.

Микрошлифы являются конечной стадией исследования полученных соединений. Зерна полученных твердых растворов имеют неодинаковую кристаллографическую ориентировку. Поэтому на приготовленную плоскость микрошлифа приходятся зерна, срезанные по разным кристаллографическим направлениям и имеющие в этих направлениях неодинаковые свойства. Если микрошлиф подвергнуть действию химически активной среды (растворов кислот, солей, щелочей и т. д.), то степень травимости отдельных зерен окажется различной. Световой поток, направленный через объектив на микрошлиф, отражается различно от разных зерен; на участках стыков зерен возникает значительное рассеяние, и отраженные лучи не попадают в поле зрения, поэтому по границам зерен возникают темные линии, которые и воспроизводят картину действительных стыков между зернами. Этот эффект в значительной степени возрастает также и потому, что по границам зерен сосредоточиваются многие примеси, имеющиеся в металле или сплаве; травимость по границам зерен вследствие образования гальванических пар увеличивается, и темные линии, указывающие на границы зерен, выступают весьма отчетливо, [4]. Что продемонстрированно на рис. 5, где медный порошок и медная пластина имеют разный состав примесей, которые предположительно сосредотачиваются на границе сплавления. Для того что бы выявить структуру требовалось провести травление реагентами представленными в таб. 2

Таблица 2

Рис. 5 Соединение медного порошка марки ПМС-К и медной пластины МН 95-5, 485:1.

Можно сказать, что диффузия проходила непосредственно по границам зерен, движущим фактором которой был интенсивный ввод высококонцентрированной энергии в больших количествах, что повысило градиент химического потенциала диффузии, предположительно решетка на границе раздела искажена, [3].

Рис. 6. Соединение медного порошка марки ПМС-К с латунной пластиной марки Л95, 485:1.

Зона раздела выглядит почти такой же, как и на рис. 5, так как латунный сплав и медный сплав близки по химическому составу.

Рис. 7. Соединение медного порошка марки ПМС-К и стальной пластины марки ВСт3сп, 485:1.

Медь в стали имеет ограниченную растворимость ограниченную растворимость около 0,2 %, поэтому при соединении данных материалов возникает ряд сложностей, устранение которых требует введения дополнительных мероприятий, направленных на получение соединения требуемого качества. На рис. 7 видна четкая граница раздела схватывания, имеющая разно ориентированные зерна, что свидетельствует о зернограничной диффузии, и указывает на получение соединения в твердой фазе.

Рис. 8. Соединение никелевого порошка марки ПНК-УТ4 и латунной пластины марки Л95, 485:1.

На рис. 8 можно наблюдать двойники деформаций. Двойники деформаций это выход дислокаций на поверхность металла, их можно наблюдать в виде линий, на части пластины из латуни, [3]. Так же просматривается зона раздела «схватывания».

Вывод

материал порошковый спекание

Рассмотрев представленные способы, можно сделать заключение о том, что воздействие электрического тока на порошок интенсифицирует процессы спекания, вследствие чего время теплового воздействия уменьшается, что является более технологичным.

Список литературы

1. Григорьев Е.Г. Кинетика процессов уплотнения дисперсных материалов при электроимпульсном воздействии. Известия РАН. Серия физическая, 2008, том 72, № 9, с. 1278-1280.

2. Патент на «Устройство для электроимпульсного спекания» Стрижаков Е.Л., Нескоромный С.В., Рачков М. А. Заявка: 2013114033/02.

3. Лахтин Ю.М., Леонтьев В.П. Материаловедение: Учебник для высших технических учебных заведений. - -3-е изд., перераб. и доп. - М.: Машиностроение, 1990. - 528 с.: ил.

4. Металлография. Учебник для вузов. Лившиц Б.Г. - М.: Металлургия, 1990, 236 с.

Размещено на Allbest.ru