×
20.08.2015
216.013.70e6

Результат интеллектуальной деятельности: СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ МНОГОСЛОЙНОГО МАТЕРИАЛА

Вид РИД

Изобретение

Аннотация: Изобретение может быть использовано для получения крупногабаритных многослойных материалов, используемых в атомной, нефтегазовой, химической отраслях промышленности, а также в судостроении. Для повышения прочности сцепления металлических плит из разнородных материалов применяют нанесение промежуточного слоя толщиной 30-40 мкм на поверхность неподвижной плиты методом холодного газодинамического напыления. Перед нанесением промежуточного слоя проводится предварительная подготовка поверхности плиты методом абразивной обработки. Состав промежуточного слоя выбирают в зависимости от материала соединяемых пластин из условия обеспечения взаимной диффузии металлов в месте контакта. В качестве металла свариваемых пластин используют Al, Zn, Сu, Ni, Ti, Co, Fe, Ag и сплавы на их основе. В качестве напыляемого металла используют Al, Zn, Сu, Ni, Ti, Co, Fe, Ag и сплавы на их основе, легированные редкоземельными металлами. Полученный многослойный материал с напыляемым слоем имеет сплошность соединения слоев, соответствующую 1 классу по ГОСТ 22727 и прочность соединения слоев 300-400 МПа, что примерно в 1,5 раза выше прочности биметаллов без напыляемого слоя. 5 з.п. ф-лы, 3 пр.

Изобретение относится к области сварки взрывом и может быть использовано для соединения двух или нескольких металлических пластин.

Известен многослойный композиционный материал и способ его получения (RU 2243289, С22С 47/20; С22С 49/06; С22С 21/08). Многослойный композиционный материал, обладающий повышенной прочностью, жаропрочностью и эксплуатационными характеристиками, включает в себя матрицу из алюминиевого сплава и наполнитель, выполненный из стального волокна. Способ изготовления композита, заключающийся в армировании матрицы, предусматривает послойную укладку волокон в пакет с последующим соединением с помощью сварки взрывом, диффузионной сварки или горячей прокатки.

Известен способ получения композиционного сталеалюминиевого переходника сваркой взрывом (патент RU 2270742, МПК В23К 20/08, опубл. 27.02.2006 г. ), в котором производят последовательную сварку взрывом стального плакируемого листа с двумя плакирующими листами. Плакируемый стальной лист предварительно хромируют до получения по всей поверхности слоя толщиной 0,03-0,07 мм.

Недостатком данного технического решения является наличие в осаждаемом слое хрома напряжений растяжения, которые будут тем больше, чем толще слой хрома. Наличие напряжений растяжения в слое хрома приводит к отслаиванию хрома и к снижению усталостной прочности изделий, покрытых хромом, а, следовательно, и всего многослойного изделия. Кроме того, перед хромированием необходимо проводить механическую обработку поверхности для активации поверхности, включающую удаление оксидных пленок и снижение шероховатости, иначе при отложении хрома на поверхности будут «скопированы» все неровности и изъяны. Толщина слоя хрома ограничена - не более 0,3 мм. Слой большей толщины непрочен и имеет структуру низкого качества. Процесс хромирования является дорогим, малопроизводительным и экологически грязным.

Известен способ сварки взрывом (патент RU 2243871, МПК В23К 20/08, опубл. 10.01.2005 г.), принятый в качестве прототипа, в котором метаемую пластину устанавливают с зазором над неподвижной пластиной и инициируют заряд взрывчатого вещества (ВВ), расположенный над метаемой пластиной. Предварительно производят обработку поверхностей свариваемых пластин до шероховатости Rz=8,0-12,0 мкм. Сварку осуществляют давлением продуктов детонации, время действия которых превышает время остывания расплавленных на глубины более 2 мкм поверхностных слоев пластин. Недостатком данного технического решения является возникновение наклепа поверхности пластин при их обработке, который характеризуется наличием напряжений растяжения в обработанном слое, снижающих сопротивление усталости материала.

В процессе соединения сваркой взрывом двух или нескольких металлических пластин качество и прочность соединений зависят от размера поверхностных неровностей, которые устраняются известными из указанных аналогов методами, изменяющими структуру обрабатываемой поверхности, ухудшая прочностные характеристики.

Технический результат изобретения заключается в получении многослойного материала с повышенной прочностью соединения металлических пластин.

Технический результат достигается тем, что в способе получения многослойного материала сваркой взрывом, включающем установку с зазором метаемой пластины над неподвижной пластиной с предварительно обработанной поверхностью и инициирование заряда взрывчатого материала, расположенного над метаемой пластиной, в соответствии с изобретением на обработанную поверхность неподвижной пластины сверхзвуковым «холодным» газодинамическим напылением (ХГДН) наносят слой одного из представленных металлов, таких как Al, Zn, Cu, Ni, Ti, Со, Fe, Ag и сплавов на их основе.

Использование технологии газодинамического напыления позволяет не вносить изменения в структуру и состав материалов пластин в процессе нанесения промежуточного слоя и, как следствие, не вносить изменения в характеристики материала. В процессе напыления решающее влияние имеет высокая скорость частиц порошка, а не их температура. При нанесении слоя из Al, Zn, Cu, Ni, Ti, Со, Fe, Ag и сплавов на их основе, легированных редкоземельными металлами, температура не превышает 100°C, при этом скорость может изменяться от 200 до 500 м/с.

Перед напылением указанного слоя проводят активацию поверхности пластины методом абразивной обработки, не нарушая структуру металла. Оставшиеся поверхностные неровности заполняются металлом при напылении указанным методом, увеличивая тем самым адгезионную прочность наносимого слоя, достаточную для предотвращения его самопроизвольного отслоения до момента завершения процесса соединения сваркой взрывом пластин разнородных материалов.

Толщина напыляемого слоя 30-40 мкм является оптимальной для достижения высоких прочностных качеств многослойного материала. При толщине напыления менее 30 мкм адгезионная прочность нанесенного слоя недостаточна для обеспечения требуемой прочности многослойного материала, а при толщине более 40 мкм происходит ухудшение когезионной прочности.

При соединении пластин методом сварки взрывом в месте контакта разнородных металлов одновременно с диффузией происходит химическая реакция с образованием интерметаллических соединений или интерметаллидов. В зависимости от температуры и давления могут образовываться соединения, существенно отличающиеся по удельному сопротивлению, коэффициенту термического расширения и твердости. Из-за различия в коэффициентах термического расширения интерметаллических фаз образуются микротрещины.

Процесс понижения прочности металлического контакта за счет образования интерметаллических соединений усугубляется тем, что при контакте различных металлов в месте контакта происходит взаимная диффузия металлов по междоузлиям или вакансиям. При этом в результате различия коэффициентов диффузии в металле с большим коэффициентом диффузии образуются пустоты.

Таким образом, процессы образования слоев интерметаллидов, пустот и трещин снижают его прочность.

Указанные структурные дефекты удается исключить соответствующим выбором состава материала напыляемого слоя в зависимости от марки соединяемых материалов.

В качестве металлов свариваемых пластин используют металлы с широким спектром растворимости, например: Al, Zn, Cu, Ni, Ti, Со, Fe, Ag и сплавы на их основе. В качестве напыляемого металла используют Al, Zn, Cu, Ni, Ti, Со, Fe, Ag и сплавы на их основе, легированные редкоземельными металлами цериевой и/или иттриевой группы в объеме от 0,01% до 0,2%, которые выполняют функцию модификаторов сплавов (очищают от неметаллических включений, таких как кислород, азот, водород) и обеспечивают получение наноструктурированного состояния обрабатываемого материала пластин.

При напылении промежуточного слоя используют порошковые материалы фракцией от 10 мкм до 50 мкм.

Оптимальный зазор для свариваемых материалов - 0,6÷1,2 толщины метаемого листа. Сверху на плакируемый лист через технологические проставки укладывают плакирующий (метаемый) титановый лист. Точка расположения инициирования детонации зависит от конфигурации и назначения изготовляемого биметалла (лист, круг, кольцо и т.д.).

Качество сварки оценивается: по сплошности биметаллических заготовок, определяемой ультразвуковым контролем; по результатам металлографического анализа границы раздела между металлами с определением количества расплавов и испытаниями образцов из биметалла на срез, отрыв плакирующего слоя и изгиб.

Пример 1

Способ получения многослойного материала рассмотрим на примере получения биметаллического соединения сталь-титан.

В качестве стальной пластины используется лист толщиной 20 мм марки Х18Н10Т. В качестве титановой пластины используется лист толщиной 8 мм марки ВТ 1-0. В качестве материала промежуточного слоя применяется никель, который напыляется методом ХГДН на поверхность стальной пластины. Способ получения биметалла можно разделить на несколько этапов.

На первом этапе происходит обезжиривание поверхности стальной пластины, затем на втором этапе осуществляют абразивную обработку поверхности.

На третьем этапе происходит напыление Ni толщиной 30-40 мкм методом ХГДН при скоростях двухфазного потока 450 м/с и температурой частиц, не превышающей 100°C. Адгезия слоя никеля к стальной пластине 36-41 МПа.

На четвертом этапе производится процесс соединения пластин методом сварки взрывом: сверху на плакируемый стальной лист через технологические проставки с зазором 4,8 мм укладывают плакирующий (метаемый) титановый лист, а над ним - взрывчатое вещество. Процесс сварки взрывом осуществляется при инициировании заряда взрывчатого вещества (ВВ) электродетонатором. Во ВВ возникает процесс устойчивой детонации, когда в результате химической реакции с огромной скоростью происходит превращение твердого вещества в сжатые (до нескольких десятков тысяч атмосфер) и раскаленные (до нескольких тысяч градусов) газы. Расширяясь, газы сообщают плакирующей заготовке резко ускоренное движение в сторону плакируемой детали. В момент соударения свариваемых заготовок в зоне физического контакта возникают мощные ударные волны, вызывающие интенсивную пластическую деформацию поверхностных слоев.

Пример 2

Способ получения многослойного материала рассмотрим на примере получения биметаллического соединения сталь-медь.

В качестве стальной пластины используется лист толщиной 20 мм марки Ст20. В качестве медной пластины используется лист толщиной 8 мм. В качестве материала промежуточного слоя применяется медь, которая напыляется методом ХГДН на поверхность стального листа.

На первом этапе происходит обезжиривание поверхности стального листа, затем на втором этапе проводят абразивную обработку поверхности.

На третьем этапе сразу после абразивной обработки происходит напыление Си толщиной 30-40 мкм методом ХГДН при скоростях двухфазного потока 400 м/с и температурой частиц, не превышающей 100°C. Адгезия слоя Си к стальному листу 35-40 МПа.

На четвертом этапе производится процесс соединения пластин методом сварки взрывом: сверху на плакируемый лист через технологические проставки укладывают плакирующий (метаемый) медный лист с зазором 6,5 мм, а над ним - взрывчатое вещество. Процесс сварки взрывом осуществляется при инициировании заряда взрывчатого вещества.

Пример 3

Способ получения многослойного материала рассмотрим на примере получения биметаллического соединения сталь-алюминий.

В качестве стальной пластины используется лист толщиной 20 мм марки Ст20. В качестве алюминиевой пластины используется лист толщиной 8 мм марки AMg5. В качестве материала промежуточного слоя применяется алюминий, который напыляется методом ХГДН на поверхность стального листа.

На первом этапе происходит обезжиривание поверхности стального листа, затем на втором этапе проводят абразивную обработку поверхности.

На третьем этапе сразу после абразивной обработки происходит напыление А1 толщиной 30-40 мкм методом ХГДН при скоростях двухфазного потока 400 м/с и температурой частиц, не превышающей 100°C. Адгезия слоя алюминия к стальному листу 39-45 МПа.

На четвертом этапе производится процесс соединения пластин методом сварки взрывом: сверху на плакируемый лист через технологические проставки укладывают плакирующий (метаемый) алюминиевый лист с зазором 8,5 мм, а над ним - взрывчатое вещество. Процесс сварки взрывом осуществляется при инициировании заряда взрывчатого вещества.

Результаты испытаний образцов биметаллов с напыленным слоем, полученных сваркой взрывом, показали, что сплошность соединения слоев, соответствует 1 классу по ГОСТ 22727, а прочность соединения слоев - 300…400 МПа, что примерно в 1,5 раза выше прочности биметаллов без напыляемого слоя.

Кроме того, предлагаемый способ нанесения слоя на поверхность пластины методом сверхзвукового «холодного» газодинамического напыления (ХГДН) позволяет создать на обработанной поверхности стойкое, функционально-градиентное покрытие, позволяющее исключить из технологического процесса операции по сохранению подготовленной для сварки взрывом поверхности полуфабриката при длительном хранении или транспортировке.

Кроме представленных выше примеров соединений, могут быть получены другие, изготовляемые сваркой взрывом комбинации соединений, такие как: алюминий - медь; алюминий - алюминий; медь - никель; сталь - сталь.

Источник поступления информации: Роспатент

Показаны записи 1-10 из 273.
10.01.2013
№216.012.17dc

Способ газолазерной резки крупногабаритных деталей из композиционных материалов и устройство для его осуществления

Изобретение относится к способу и устройству газолазерной резки композиционных материалов. Способ включает подачу лазерного луча на обрабатываемую поверхность и соосно с лучом - технологического газа, коллимирование лазерного луча, заглубление его в обрабатываемое изделие и перемещение по...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002471600
Дата охранного документа: 10.01.2013
10.01.2013
№216.012.18c2

Полимерная композиция

Изобретение относится к негорючим полимерным композициям холодного отверждения и может применяться для местного упрочнения конструкций в зонах установки крепежа, заполнения пустот в деталях из полимерных композиционных материалов, заделки торцов и упрочнения участков сотовых конструкций,...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002471830
Дата охранного документа: 10.01.2013
10.01.2013
№216.012.18cd

Грунтовочная композиция

Изобретение относится к лакокрасочным покрытиям, в частности к грунтовочным композициям с пониженным содержанием летучих веществ холодного отверждения, предназначенным для окраски металлических и неметаллических поверхностей, и может быть использовано в авиационной технике, в строительстве и...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002471841
Дата охранного документа: 10.01.2013
10.02.2013
№216.012.2454

Способ адаптации рабочей части аэродинамической трубы для получения безындукционного обтекания моделей летательных аппаратов и устройство для его осуществления

Заявленная группа изобретений относится к области экспериментальной аэродинамики и может быть использована при проведении испытаний в трансзвуковых аэродинамических трубах. Предложен новый способ адаптации рабочей части аэродинамической трубы, содержащий новую технологию получения на границах...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002474802
Дата охранного документа: 10.02.2013
27.02.2013
№216.012.2aa5

Способ получения конъюгата нона-β-(1→3)-глюкозида с бычьим сывороточным альбумином скваратным методом

Изобретение относится к области биохимии. Предложен способ синтеза конъюгата нона-β-(1→3)-глюкозида с бычьим сывороточным альбумином (БСА) скваратным методом. Первоначально осуществляют взаимодействие нона-β-(1→3)-глюкозида с диэтилскваратом. Затем проводят реакцию полученного лиганда -...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002476444
Дата охранного документа: 27.02.2013
27.02.2013
№216.012.2b51

Износостойкий сплав на основе никеля для нанесения износо- и коррозионно-стойких покрытий на конструкционные элементы микроплазменным или сверхзвуковым газодинамическим напылением

Изобретение относится к области металлургии, в частности к сплавам на основе никеля, используемым в качестве материала для получения износо- и коррозионно-стойких покрытий на функционально- конструкционных элементах методом микроплазменного или сверхзвукового холодного газодинамического...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002476616
Дата охранного документа: 27.02.2013
27.02.2013
№216.012.2b5c

Способ нанесения покрытий на титан и его сплавы методом электроискрового легирования в водных растворах при повышенных давлениях

Изобретение относится к области гальванотехники и может быть использовано в авиационной, судостроительной, нефте- и газодобывающей, перерабатывающей промышленности, приборостроении и медицинской технике. Способ включает микродуговое оксидирование (МДО) в электролите в герметичном сосуде путем...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002476627
Дата охранного документа: 27.02.2013
27.02.2013
№216.012.2c2c

Способ измерения температуры поверхности конструкции резистивным чувствительным элементом, устройство для его осуществления и способ изготовления устройства

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано в тепло-прочностных испытаниях авиационно-космических конструкций при определении их поверхностных температурных полей. Согласно заявленному способу для измерения температуры поверхности конструкции чувствительный элемент...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002476835
Дата охранного документа: 27.02.2013
27.02.2013
№216.012.2c2d

Способ определения температурной характеристики резисторного чувствительного элемента, устройство для его осуществления и способ изготовления устройства

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано при испытании и калибровке термометров сопротивления и тензорезисторов. Согласно заявленному способу определения температурной характеристики резисторного чувствительного элемента регистрируют температуру воздействия и...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002476836
Дата охранного документа: 27.02.2013
27.02.2013
№216.012.2c32

Устройство для измерения звукового давления

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения звукового давления. Устройство содержит датчик с емкостным чувствительным элементом с обкладками конденсатора и экранами, усилитель заряда, состоящий из операционного усилителя, резистора и конденсатора...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002476841
Дата охранного документа: 27.02.2013
Показаны записи 1-10 из 236.
10.01.2013
№216.012.17dc

Способ газолазерной резки крупногабаритных деталей из композиционных материалов и устройство для его осуществления

Изобретение относится к способу и устройству газолазерной резки композиционных материалов. Способ включает подачу лазерного луча на обрабатываемую поверхность и соосно с лучом - технологического газа, коллимирование лазерного луча, заглубление его в обрабатываемое изделие и перемещение по...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002471600
Дата охранного документа: 10.01.2013
10.01.2013
№216.012.18c2

Полимерная композиция

Изобретение относится к негорючим полимерным композициям холодного отверждения и может применяться для местного упрочнения конструкций в зонах установки крепежа, заполнения пустот в деталях из полимерных композиционных материалов, заделки торцов и упрочнения участков сотовых конструкций,...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002471830
Дата охранного документа: 10.01.2013
10.01.2013
№216.012.18cd

Грунтовочная композиция

Изобретение относится к лакокрасочным покрытиям, в частности к грунтовочным композициям с пониженным содержанием летучих веществ холодного отверждения, предназначенным для окраски металлических и неметаллических поверхностей, и может быть использовано в авиационной технике, в строительстве и...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002471841
Дата охранного документа: 10.01.2013
10.02.2013
№216.012.2454

Способ адаптации рабочей части аэродинамической трубы для получения безындукционного обтекания моделей летательных аппаратов и устройство для его осуществления

Заявленная группа изобретений относится к области экспериментальной аэродинамики и может быть использована при проведении испытаний в трансзвуковых аэродинамических трубах. Предложен новый способ адаптации рабочей части аэродинамической трубы, содержащий новую технологию получения на границах...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002474802
Дата охранного документа: 10.02.2013
10.02.2013
№216.012.246f

Способ определения запасов устойчивости рулевого привода и устройство для его осуществления

Изобретение относится к экспериментальным исследованиям приводов систем автоматического управления и предназначено для определения запасов устойчивости рулевого привода. Предлагается способ, в котором вначале снимают логарифмическую частотную характеристику участка контура электромеханической и...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002474829
Дата охранного документа: 10.02.2013
20.02.2013
№216.012.27d0

Способ измерения температуры термопарами, измерительная информационная система для его осуществления и температурный переходник

Изобретение относится к области термометрии и может быть использовано при тепловых испытаниях конструкций для определения их поверхностных температурных полей. Заявлен способ измерения температуры термопарами, в котором располагают в районе свободных концов термопар терморезистор. Измеряют...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002475712
Дата охранного документа: 20.02.2013
27.02.2013
№216.012.2aa5

Способ получения конъюгата нона-β-(1→3)-глюкозида с бычьим сывороточным альбумином скваратным методом

Изобретение относится к области биохимии. Предложен способ синтеза конъюгата нона-β-(1→3)-глюкозида с бычьим сывороточным альбумином (БСА) скваратным методом. Первоначально осуществляют взаимодействие нона-β-(1→3)-глюкозида с диэтилскваратом. Затем проводят реакцию полученного лиганда -...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002476444
Дата охранного документа: 27.02.2013
27.02.2013
№216.012.2b51

Износостойкий сплав на основе никеля для нанесения износо- и коррозионно-стойких покрытий на конструкционные элементы микроплазменным или сверхзвуковым газодинамическим напылением

Изобретение относится к области металлургии, в частности к сплавам на основе никеля, используемым в качестве материала для получения износо- и коррозионно-стойких покрытий на функционально- конструкционных элементах методом микроплазменного или сверхзвукового холодного газодинамического...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002476616
Дата охранного документа: 27.02.2013
27.02.2013
№216.012.2b5c

Способ нанесения покрытий на титан и его сплавы методом электроискрового легирования в водных растворах при повышенных давлениях

Изобретение относится к области гальванотехники и может быть использовано в авиационной, судостроительной, нефте- и газодобывающей, перерабатывающей промышленности, приборостроении и медицинской технике. Способ включает микродуговое оксидирование (МДО) в электролите в герметичном сосуде путем...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002476627
Дата охранного документа: 27.02.2013
27.02.2013
№216.012.2c2c

Способ измерения температуры поверхности конструкции резистивным чувствительным элементом, устройство для его осуществления и способ изготовления устройства

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано в тепло-прочностных испытаниях авиационно-космических конструкций при определении их поверхностных температурных полей. Согласно заявленному способу для измерения температуры поверхности конструкции чувствительный элемент...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002476835
Дата охранного документа: 27.02.2013
+ добавить свой РИД