способ получения полуфабрикатов из легкого энерго- и звукопоглощающего теплоизолирующего материала
Классы МПК: | B22F7/04 с одним или несколькими слоями, выполненными не из порошка, например выполненными из сплошного металла B32B15/20 содержащие алюминий или медь C22C1/08 сплавы с открытыми или скрытыми порами |
Автор(ы): | Романова В.С., Полькин И.С., Трубкина Е.М., Новикова М.Б. |
Патентообладатель(и): | Открытое акционерное общество "Всероссийский институт легких сплавов", Романова Валентина Сергеевна, Полькин Игорь Степанович |
Приоритеты: |
подача заявки:
2001-12-17 публикация патента:
10.06.2003 |
Изобретение относится к области металлургии и может быть использовано во многих отраслях промышленности в авиа- и транспортном машиностроении, приборостроении, строительной индустрии и т. д., где требуется повышение прочности, жесткости, надежности и срока службы конструкций, обеспечивающих защиту от шума, удара, теплового потока и электромагнитного излучения. Предлагаемый способ позволяет получить полуфабрикаты из легкого (
<1,5 г/см3 ) энерго- и шумопоглощающего теплоизолирующего слоистого материала с повышенным уровнем термостойкости, теплоизолирующей способности и других свойств, более высокого качества и широкой номенклатуры, включая полуфабрикаты сложной геометрической формы и больших габаритов, по низкой цене. Способ получения полуфабрикатов из легкого энерго- и звукопоглощающего теплоизолирующего материала включает изготовление пакета, выполненного из плотных чередующихся слоев металлического малолегированного сплава на основе титана, никеля или железа, прослоек из малолегированного алюминиевого сплава, а также материала для изготовления пеноалюминия, выполненного из смеси алюминиевого сплава, дисперсных частиц тугоплавких соединений и порофора, совместную пластическую деформацию составляющих пакета на плотную слоистую заготовку, ее резку и высокотемпературную термообработку для формирования слоев из пеноалюминия. 8 з.п. ф-лы, 2 ил., 4 табл.
Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5

Формула изобретения
1. Способ получения полуфабрикатов из легкого энерго- и звукопоглощающего теплоизолирующего материала, включающий изготовление пакета, выполненного из плотных чередующихся слоев металлического малолегированного сплава на основе титана, никеля или железа и материала для изготовления пеноалюминия, выполненного из смеси алюминиевого сплава, дисперсных частиц тугоплавких соединений и порофора, совместную пластическую деформацию составляющих пакета на плотную слоистую заготовку, ее резку и высокотемпературную термообработку, отличающийся тем, что при изготовлении пакета между слоями из металлического сплава и материала для изготовления пеноалюминия помещают прослойки из высокопластичного алюминиевого сплава, а высокотемпературную термообработку ведут при нагреве плотной слоистой заготовки до температуры на 10-100oС выше температуры плавления алюминиевого сплава материала для изготовления пеноалюминия с выдержкой при этой температуре до увеличения толщины слоев из материала для изготовления пеноалюминия в 3-8 раз и последующим охлаждением готового полуфабриката до температуры солидус этого алюминиевого сплава со скоростью не менее 100-150oС. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что суммарная толщина слоев из металлических сплавов составляет не более 70-80% от общей толщины слоистой заготовки. 3. Способ по п.1 или 2, отличающийся тем, что по крайней мере один из слоев металлического сплава выполнен перфорированным. 4. Способ по п.1 или 2, отличающийся тем, что в качестве порофора используют порошковые материалы с температурой начала активного разложения на 20-80oС выше температуры солидус алюминиевого сплава материала для изготовления пеноалюминия. 5. Способ по п.4, отличающийся тем, что материал порофора выбирают из группы, включающей гидриды титана, циркония или карбонат кальция и вводят его в алюминиевый сплав материала для изготовления пеноалюминия в количестве 1,5-15 об. %. 6. Способ по п.1 или 4, отличающийся тем, что в материал для изготовления пеноалюминия вводят по крайней мере одно из тугоплавких соединений, выбираемых из группы, включающей нитриды, карбиды, оксиды или смесь оксидов в количестве 5-25 об. %. 7. Способ по п.6, отличающийся тем, что в качестве смеси оксидов вводят летучую золу, являющуюся отходами алюминиевого металлургического производства. 8. Способ по п.1, отличающийся тем, что прокатку пакета, составленного из плотных слоев малолегированного титанового сплава и материала для изготовления пеноалюминия, ведут с прослойками алюминиевого сплава системы Al-Mg-Si, плакированными тонким слоем алюминия, а толщину прослойки определяют из соотношения



где

К - коэффициент неравномерности послойной деформации при прокатке слоистого материала, указанного в предлагаемом способе, полученный экспериментальным путем и равный 1,1;
n - количество прослоек в слоистом материале;
Н - толщина слоистого материала после прокатки, мм;




а прокатку проводят на первых пяти проходах с частными обжатиями от 3 до 5% за проход и суммарным обжатием свыше 60-90%. 9. Способ по п.1, отличающийся тем, что прокатку пакета, составленного из плотных слоев малолегированных сплавов на основе алюминия и/или железа и материала для изготовления пеноалюминия, ведут с прослойками малолегированного алюминиевого сплава системы Al-Mn-Si, а толщину прослойки определяют из соотношения



где

К - коэффициент неравномерности послойной деформации при прокатке слоистого материала, указанного в предлагаемом способе, полученный экспериментальным путем и равный 1,0;
n - количество прослоек в слоистом материале;
Н - толщина слоистого материала после прокатки, мм;

Описание изобретения к патенту
Изобретение относится к области металлургии и может быть использовано во многих отраслях промышленности (авиа- и транспортное машиностроение, приборостроение, строительная индустрия и т. д. ), где требуется повышение прочности, жесткости, надежности и срока службы конструкций, обеспечивающих защиту от шума, удара, теплового потока и электромагнитного излучения. Известен способ получения полуфабрикатов из легкого энерго- и звукопоглощающего теплоизолирующего материала, включающий приготовление слоистой заготовки из слоя плотного порошкового материала для приготовления пеноалюминия и двух слоев алюминия, совместную пластическую деформацию ее, резку и высокотемпературную термообработку с получением полуфабрикатов из пеноалюминия, плакированного с двух сторон алюминием (Патент ФРГ, 41001630, М.кл. В 22 F 3/18, 1992 г.). Основными недостатками способа являются низкие функциональные характеристики материала (термостойкость, теплоизолирующая способность). Известен также способ получения полуфабрикатов из легкого энерго- и звукопоглощающего теплоизолирующего материала, включающий изготовление пакета из плотных чередующихся слоев, выполненных из металлического малолегированного сплава на основе алюминия, титана или железа и материала для изготовления пеноалюминия, выполненного из смеси алюминиевого сплава, дисперсных частиц тугоплавких соединений и порофора, ее пластическую деформацию на плотную слоистую заготовку, резку и высокотемпературную термообработку (Заявка на выдачу патента РФ, 99120207, М.кл. В 32 В 15/00, 1999 г., опубл. 20.08.2001 г., БИ 23), прототип. Основными недостатками прототипа являются низкие функциональные характеристики (теплоизолирующая способность и др.) и технологические свойства материала на стадии изготовления плотной слоистой заготовки, высокая себестоимость готового полуфабриката. Предлагается способ получения полуфабрикатов из легкого энерго- и звукопоглощающего теплоизолирующего материала, включающий изготовление пакета, выполненного из плотных чередующихся слоев металлического малолегированного сплава на основе титана, никеля или железа, прослоек из малолегированного алюминиевого сплава, а также материала для изготовления пеноалюминия, выполненного из смеси алюминиевого сплава, дисперсных частиц тугоплавких соединений и порофора, совместную пластическую деформацию составляющих пакета на плотную слоистую заготовку, ее резку и высокотемпературную термообработку, которую ведут при нагреве плотной слоистой заготовки до температуры на 10-100oС выше температуры плавления алюминиевого сплава материала для изготовления пеноалюминия с выдержкой при этой температуре до увеличения толщины слоев из материала для изготовления пеноалюминия в 3-8 раз и последующим охлаждением готового полуфабриката до температуры солидус этого алюминиевого сплава со скоростью не менее 100-150oС. В предлагаемом способе суммарная толщина слоев из металлических сплавов составляет не более 70-80% от общей толщины слоистой заготовки, при этом по крайней мере один из слоев металлического сплава выполнен перфорированным. В предлагаемом способе в качестве порофора используют порошковые материалы с температурой начала активного разложения на 20-80oС выше температуры солидус алюминиевого сплава материала для изготовления пеноалюминия, а материал порофора выбирают из группы, включающей гидриды титана, циркония или карбонат кальция и вводят его в алюминиевый сплав материала для изготовления пеноалюминия в количестве 1,5-15 об.%. В предлагаемом способе в материал для изготовления пеноалюминия вводят по крайней мере одно из тугоплавких соединений, выбираемых из группы, включающей нитриды, карбиды, оксиды или смесь оксидов в количестве 5-25 об.%, а в качестве смеси оксидов вводят летучую золу, являющуюся отходами алюминиевого металлургического производства. В предлагаемом способе прокатку пакета, составленного из плотных слоев малолегированного титанового сплава и материала для изготовления пеноалюминия, ведут с прослойками алюминиевого сплава системы Al-Mg-Si, плакированными тонким слоем алюминия, а толщину прослойки определяют из соотношения:



где

К - коэффициент неравномерности послойной деформации при прокатке слоистого материала, указанного в предлагаемом способе, полученный экспериментальным путем и равный 1,1;
n - количество прослоек в слоистом материале;
Н - толщина слоистого материала после прокатки, мм;




а прокатку проводят на первых пяти проходах с частными обжатиями от 3 до 5% за проход и суммарным обжатием свыше 60-90%. В предлагаемом способе прокатку пакета, составленного из плотных слоев малолегированных сплавов на основе алюминия и, или железа и материала для изготовления пеноалюминия, ведут с прослойками малолегированного алюминиевого сплава системы Al-Mn-Si, а толщину прослойки определяют из соотношения:



где

К - коэффициент неравномерности послойной деформации при прокатке слоистого материала, указанного в предлагаемом способе, полученный экспериментальным путем и равный 1,0;
n - количество прослоек в слоистом материале;
Н - толщина слоистого материала после прокатки, мм;





где

К - коэффициент неравномерности послойной деформации при прокатке слоистого материала, указанного в предлагаемом способе, полученный экспериментальным путем и равный 1,1;
n - количество прослоек в слоистом материале;
Н - толщина слоистого материала после прокатки, мм;




а прокатку проводят на первых пяти проходах с частными обжатиями от 3 до 5% за проход и суммарным обжатием свыше 60-90%. Прокатку пакета, составленного из плотных слоев малолегированных сплавов на основе алюминия и, или железа и материала для изготовления пеноалюминия, ведут с прослойками малолегированного алюминиевого сплава системы Al-Mn-Si, а толщину прослойки определяют из соотношения:



где

К - коэффициент неравномерности послойной деформации при прокатке слоистого материала, указанного в предлагаемом способе, полученный экспериментальным путем и равный 1,0;
n - количество прослоек в слоистом материале;
Н - толщина слоистого материала после прокатки, мм;

фиг. 1 - cхема нагрева и охлаждения слоистой заготовки при высокотемпературной термообработке;
фиг.2 - влияние температуры нагрева слоистой заготовки на величину объемной доли пор (о.д.п.) и коэффициент вариации о.д.п. в зависимости от состава АКМ. Для высокотемпературной термообработки мерных заготовок последние помещают в форму и нагревают в специализированной печи по режиму, соответствующему кривой, приведенной на фиг.1. Нагрев ведут до температуры на 10-100oС выше температуры плавления алюминиевого сплава для изготовления пеноалюминия, что как видно из фиг.2, обеспечивает максимальную объемную долю пор при минимальном коэффициенте вариаций объемной доли пор (о.д.п.). Охлаждение с заданной в предлагаемом изобретении скоростью обеспечивает возможность фиксации однородного мелкоячеистого порового пространства слоев пеноалюминия. Далее приведены конкретные примеры получения полуфабрикатов из слоистых пеноматериалов различных композиций, детально иллюстрирующие предлагаемое изобретение. В приведенных примерах в качестве составляющих пакета из алюминиевого композиционного материала (АКМ) для изготовления пеноалюминия использовали плиты или листы, полученные путем прессования и прокатки порошкового брикета

Al-5SiC-4TiH2 (АКМ-1);
Al-10SiC-4TiH2 (АКМ-2);
Al-15SiC-4TiH2 (AKM-3);
Al-5 Л.З.-1.5 TiH2 (AKM-4);
Al-15 Л.З.-1.5 TiH2 (AKM - 5). В качестве матричного сплава, указанных выше композитов, использовали порошковый алюминиевый сплав, приведенный в таблице 1. Пример 1
Для изготовления двухслойной плиты из пеноалюминия брали плотную прессованную полосу из АКМ-4 размером 20













В приведенных ниже примерах были получены листы или плиты из слоистого алюмопенокомпозита на том же оборудовании и по той же схеме, что одноименный вид продукции в примере 1. Составы композиций в исходном состоянии, на стадиях формирования слоистой заготовки и получения готового материала приведены в таблице 3. Характеристики полуфабрикатов (плит) и исходных плотных слоистых заготовок из материалов, полученных в примерах 1-5, в сравнении с прототипом приведены в таблице 4. Таким образом, предлагаемый способ позволяет снизить массу полуфабрикатов из слоистого пеноалюминия на 15-20% и теплопроводность - на 10-30%, повысить однородность порового пространства слоя из пеноалюминия на 15-30%, устойчивость формы полуфабриката при нагреве - на 50-350oС, обеспечить экономию металла на 5-25% и выход годного - на 25-45%. При этом себестоимость полуфабрикатов из пеноалюминия снижается на 16-43%, что делает его конкурентоспособным материалом не только для изделий специального назначения (защита от электромагнитного излучения, шумопоглощающий и демпфирующий материалы и т. д.), но и на рынке строительных материалов (кровля, пожаробезопасные перегородки, настилы пола и др.). Такие полуфабрикаты могут быть широко использованы в качестве конструкционного, функционального и декоративного материала.
Класс B22F7/04 с одним или несколькими слоями, выполненными не из порошка, например выполненными из сплошного металла
Класс B32B15/20 содержащие алюминий или медь
Класс C22C1/08 сплавы с открытыми или скрытыми порами