Краткая характеристика композиционных порошковых материалов

Порошковой металлургией получают различные конструк­ционные материалы для изготовления заготовок и готовых деталей. Большое применение находят композиционные материалы со спе­циальными физико-механическими и эксплуатационными свой­ствами.

Из антифрикционных металлокерамических материалов изготов­ляют подшипники скольжения для различных отраслей промыш­ленности. В антифрикционных материалах с пористостью 10—35 % металлическая основа является твердой составляющей, а поры, заполняемые маслом, графитом или пластмассой, выполняют роль мягкой составляющей. Пропитанные маслом пористые подшипники способны работать без дополнительного смазочного материала в те­чение нескольких месяцев, а подшипники со специальными «карма­нами» для запаса масла — в течение 2—3 лет.

Для пористых антифрикционных материалов используют железо-графитовые, железо-медно-графитовые, бронзографитовые, алюминиево-медно-графитовые и другие композиции. Процентный состав этих композиций зависит от эксплуатационных требований, предъ­являемых к конструкциям деталей.

Фрикционные композиционные материалы представляют собой сложные композиции на медной или железной основе. Коэффициент трения можно повысить добавкой асбеста, карбидов тугоплавких металлов и различных оксидов. Для уменьшения износа в компози­ции вводят графит или свинец. Фрикционные материалы обычно применяют в виде биметаллических элементов, состоящих из фрик­ционного слоя, спеченного под давлением с основой (лентой или диском). Коэффициент трения по чугуну для фрикционных материа­лов на железной основе 0,4 –0,6. Они способны выдерживать тем­пературу в зоне трения до 500 – 600 °С. Применяют фрикционные материалы в тормозных узлах и узлах сцепления (в самолетострое­нии, автомобилестроении и т. д.).

Из высокопористых материалов изготовляют фильтры и другие детали, В зависимости от назначения фильтры выполняют из по­рошков коррозионно-стойкой стали, алюминия, титана, бронзы и других материалов с пористостью до 50 %. Металлические высоко­пористые материалы получают спеканием порошков без предвари­тельного прессования или прокаткой их между вращающимися валками при производстве пористых лент. В порошки добавляют ве­щества, выделяющие газы при спекании.

Металлокерамические твердые сплавы характеризуются высокой твердостью, теплостойкостью и износостойкостью. Поэтому из них изготовляют режущий и буровой инструменты, их наносят на по­верхность быстроизнашивающихся деталей и т. п. Твердые сплавы изготовляют на основе порошков карбидов тугоплавких металлов (WC, TiC, TaC). В качестве связующего материала применяют ко­бальт. Процентное соотношение указанных материалов выбирают в зависимости от их назначения.

Порошковой металлургией изготовляют алмазно-металлические материалы, характеризующиеся высокими режущими свойствами. В качестве связующего для алмазных порошков применяют металли­ческие порошки (медные, никелевые и др.) или сплавы.

Из жаропрочных и жаростойких материалов изготовляют детали, работающие при высоких температурах. Эти материалы должны иметь высокую жаропрочность и стойкость против окисления. Металлические сплавы на основе никеля, титана, тантала, вольфрама и других элементов удовлетворяют этим требованиям при работе до температур 850—900 °С. При более высоких температурах (до 3000°С) можно использовать тугоплавкие и твердые соединения типа оксидов, карбидов, боридов и др.

Порошковую металлургию широко применяют для получения материалов со специальными "электромагнитными свойствами (постоянные магниты, магнитодиэлектрики, ферриты и т. д.).

В последнее время значительно возрос объем применения так называемых компактных конструкционных материалов, получаемых из порошков самых различ­ных металлов и сплавов. В связи с высокой плотностью механические свойства их практически не снижаются, а отдельные эксплуатационные свойства значительно увеличиваются. Например, спеченный алюминиевый порошок (САП) в своем составе содержит до 15% оксидов алюминия, которые в виде тонкой пленки покрывают зерна алюминия и образуют в спеченном материале непрерывный каркас. Такая структура придает материалу высокую теплостойкость. Этот материал может дли­тельное время работать при температурах до 600 °С. САП по сравнению с обычным алюминием имеет более низкий температурный коэффициент. Применяют САП для изготовления компрессорных лопаток, поршней, колец для газовых турбин и т. д. Перспективно применение компактных конструкционных материалов в условиях крупносерийного и массового производствах деталей сложной конфигурации не­больших размеров.

В современной технологии композиционных материалов все большее место занимают волокнистые материалы, представляющие собой композицию из мягкой матрицы (основы) и высокопрочных волокон, армирующих матрицу. Материалы, упрочненные волокнами, характеризуются высокой удельной прочностью, а также могут иметь малую теплопроводность, высокую химическую и термическую стой­кость и т. п. Для получения композиционных материалов используют различные волокна: проволоки из вольфрама, молибдена, волокна оксидов алюминия, бора, карбида кремния, графита и т. п. – в зависимости от требуемых свойств создава­емого материала. Вопросами исследования и создания волокнистых материалов занимается новая, быстроразвивающаяся отрасль порошковой металлургии – металлургия волокна.