7 Августа 2017

Искро-плазменное спекание порошковых композиций

Опубликовал С. Петриченко

Краткая информация о разработке и сфере ее применения

Искро-плазменное спекание (ИПС) – это перспективный метод консолидации порошковых материалов, который обеспечивает сохранение ультрадисперсной структуры зерна и позволяет добиться высокого качества соединения зерен по границам, приводит к возможности получения высокоплотных порошковых композиций с повышенными физико-механическими свойствами. ИПС делает возможным целенаправленный контроль скорости роста зерен и таким образом – образует наноструктурные, микрогетерогенные, многофункциональные композиции материалов с высокими физико-механическими и эксплуатационными свойствами

Гефест

Комплекс ИПС "Гефест"

обр1  обр2

Микроструктура спеченных образцов (исходные компоненты Fe-Ti-C-(B))

Прогрессивность разработки в Мире

Использование метода консолидации ИПС обеспечивает скорость нагревания в пределах от 10 ºС/c до 30 ºС/c и позволяет получить композитные материалы высокой плотности (почти до 100 %) при высокой равномерности с крепкими связями между частицами.

Консолидации порошков путем пропускания суперпозиции постоянного и переменного тока имеет следующие преимущества:

  • равномерное распределение температуры в образце;
  • пористость на уровне 95 – 98 %;
  • равномерное спекание однородных и неоднородных материалов;
  • время протекания процесса не превышает 300 с
  • механическое давление не превышает 60 МПа

Образцы материалов, полученных методом ИПС на установке «Гефест-10» имеют следующие характеристики:

  • карбидосталь системы железоуглеродистый сплав – карбид (диборид) титана, твердость 68 HRC, предел прочности σ=1350 МПа, пористость 0,8 %;
  • карбидосталь системы железоуглеродистый сплав – карбид титана твердость 45 HRC, предел прочности σ =650 МПа, пористость 1,2 %.

Принципиальные преимущества разработки

Экспериментальный комплекс для искроплазменного спекания «Гефест-10» основан на непосредственном пропускании через порошковую композицию выходного тока с высокими амплитудными значениями (суперпозиция постоянного и переменного тока повышенной частоты). Постоянный ток нагревает равномерно все сечение брикета, но за счет теплоотвода охлаждаются периферийные участки. Переменный ток, благодаря скин-эффекту, частично вытесняется к поверхности сечения образца и проводит преимущественно нагрев периферийной части. Это компенсирует влияние теплоотвода, выравнивает температурные условия по сечению.

На контактных участках между соседними частицами под действием тока происходит интенсивный массоперенос в твердой фазе. Часть материала может плавиться и испаряться, что сопровождается еще более интенсивным массопереносом. В результате этого, в однокомпонентных порошковых прессовках происходит процесс быстрого спекания.

История научно-исследовательских работ, полученные награды

Исследования в области консолидации композитных материалов искро-плазменным спеканием ведутся в институте с 2009 года по настоящее время. В 2013 году был получен диплом победителя всеукраинского конкурса «Винахід - 2012» в номинации «Кращій винахід – 2012 у Миколаївській області»

ДП

Разработаны физико-технологические основы получения высокоизносостойких (дисперсноупрочненных) металломатричных композитов на основе сплавов алюминия, титана и железа с использованием высоковольтной электроразрядной обработки и искро-плазменного спекания.

На сегодняшний день ведутся разработки физико-технологических основ получения высокоизносостойких металломатричных композитов на основе сплавов алюминия, титана, железа и их смесей с добавлением B4С

Связанная литература и патенты:

  1. Юрлова М.С., Олевский Е.А., Григорьев Е.Г., Сизоненко О.Н. Получение высокопрочных композиционных материалов путем плазменного искрового спекания порошков Fe + Ti + B4C, синтезированных методами электроимпульсной обработки // Вектор науки Тольяттинского госуд. ун-та. - 2013. - №3(25). - С. 297 - 300.
  2. Сизоненко О.Н., Григорьев Е.Г., Зайченко А.Д., Присташ Н.С., Торпаков А.С., Юрлова М.С. Искро-плазменное спекание порошкових металломатричных композитов // Международная конференция «Порошковая металлургия: Современное состояние и будущее» Тезисы докладов.- Киев, 22 – 25 апреля 2013 г., С. 43.
  3. Sizonenko O.N., Grigoriev E.G., Prystash N., Zaichenko A.D., Lipyan E.V. , Torpakov A.S., Tregub V.A. High voltage electric discharge in liquid as a method of preparation of blend for carbide steels // International virtual journal for science, technics and innovations for the industry. ISSN 1313 – 1226, Year VII Issue 10/2013 – P.19 - 22.
  4. O.N. Sizonenko, G.A. Baglyuk, E.I. Taftai, A.D. Zaichenko, N.S. Prystash, E.V. Lipyan, A.A. Zhdanov, A.S. Torpakov Dispersion and Carburization of Titanium Powders by Electric Discharge // Powder Metallurgy and Metal Ceramics: Volume 52, Issue 5 (2013), Page 247-253.
  5. Сизоненко О.Н., Литвинов В.В., Конотоп С.В., Коваленко А.А. Автоматизация процесса измерения температуры, тока и напряжения при искроплазменном спекании дисперсных композиций // Вестник национального технического университета "ХПИ". Сборник научных трудов. Тематический выпуск №21 (1064) "Техника и электрофизика высоких напряжений" – Харьков, 2014-С.130 – 140.
  6. Sizonenko O., Zaichenko A., Prystash N., Тorpakov A. Рlasma technologies for obtainment of composite materials dispersion hardened by nanostructured particles // International virtual journal for science, technics and in-novations for the industry. ISSN 1313 – 0226, Year IХ Issue 1/2015 – P.32 - 35.
  7. Присташ Н.С., Сизоненко О.Н., Коваленко А.А. Влияние скорости нагрева в процессе искро-плазменного спекания на кинетику уплотнения и структурообразование порошка железа // Міжвузівський збірник "Наукові нотатки". Луцьк. – 2016. – № 53. – С. 126 – 129.
  8. Присташ Н.С., Сизоненко О.Н., Зайченко А.Д. Влияние скорости нагрева в процессе искро-плазменного спекания на кинетику уплотнения, структурообразование и свойства материалов системы Fe – Ti – C – (B) // Вісник українського матеріалознавчого товариства, 2016. 

Получено 13 патентов, например:

  1. Патент № 97908 Україна. Пристрій електроживлення установки для спікання порошкових матеріалів електричним струмом / В. Литвинов; О. Сизоненко; О. Райченко; С. Конотоп; О. Хвощан.
  2. Патент № 101575 Україна. Пристрій для іскроплазмового спікання порошків / О. Сизоненко; А. Івлієв; О. Райченко; В. Литвинов; А. Зайченко; С. Конотоп