162940. lajstromszámú szabadalom • Eljárás szénszálakkal erősített fémötvözet előállítására
162940 3 4 anyagával. Ha szilárd oldatban van, akkor előnyösen legalább 0,05 súlyszázalék adalékfém lehet a szilárd oldatban. Ha fémes kötés formájában van jelen, akkor pedig az előnyös, hogy azt az olvadékot, amelybe a bevonatos szénszálakat beleágyazzuk, 700 C° hőmérséklet felett tartjuk. Előnyös továbbá az, ha a bevonat folytonos és annak vastagsága nem haladja meg az 500 A méretet. Az eddigi kísérletek során bebizonyosodott, hogy a titán a legalkalmasabb arra, hogy karbidbevonatot képezzen a szénszálon és ugyanakkor a fémmatrix fémadalékul szolgáljon, A fémmatrixot alkotó ötvözet, melyet a találmánynál alkalmazunk, például ólom-ón ötvözet is lehet, melynek kapcsán a találmány révén olyan felhasználási területre is eljuthatunk, ahol a találmány tárgyát csúszócsapágyak céljára hasznosíthatjuk, vörösréz, alumínium és magnézium alkalmazása révén pedig szerkezeti fémalkatrészeket tudunk előállítani. A találmányt a továbbiakban egy előnyös foganatosítási módot képviselő példa segítségével részletesebben is megmagyarázzuk. E példa szerint a szénszálakat bevonó anyagként titánkarbidot használunk, s ugyancsak titánfémet alkalmazunk adalék-anyagként a fémmátrixhoz. A szénszálakon a karbidbevonatot úgy alakítjuk ki, hogy a titán-fémet a szál szén-anyagával reagáltatjuk, a titánfémet pedig titánjodid gőzből csapatjuk ki. A reakciót az alábbiak szerint írhatjuk fel: Til2 +C „: — J Til 4 +TiC Ezt az eljárást a következőképpen jelölhetjük (a jelölésben a G a Gibbs-féle szabad energiaváltozást jelenti). — 2AGT2V/2 képzése ® A 700—1000 C° hőfoiktartományban a AG TiI 2 felbomlása pozitív, de a AG reakció negatív, úgyhogy a titánfém a szénre rakódik le, miközben titánkarbidot alkot. A bevonat a szénszálhoz szorosan hozzátapad és egyenletesen oszlik el. A részecskék mérete 100A—500A között van és a bevonat vastagságát is ugyanebben a nagyságrendben lehet megjelölni. A bevonat törékeny és gyengébb, mint maga a szénszál, de ha vastagsága 500A alatt marad, akkor szilárdságcsökkenés még elfogadható. A szénszálakra a bevonatot úgy visszük fel, hogy a szálat a reagáltató kemencén, argongázban húzzuk keresztül, egyidejűleg egy, vagy két köteget és egy-egy köteg például 10 000 szálból is állhat. A reagáltató kamra úgy van szigetelve, hogy mindkét oldalán folyadékcsapdát alkalmaztunk, melynek segítségével a reakció anyagait, tehát titánt és jódot zárt térben tudjuk tartani, ugyanakkor azonban az oxigén a kamrán kívül marad. A szálak a kemence be- és kimenő nyílásain keresztül megfelelő szerkezet segítségével haladnak keresztül, melyek egyúttal megakadályozzák azt, hogy ,a jodid a kemencéből kiszivárogjon. Ha 950 C° üzemi hőmérsékleten titánfémet és F jódot reagáltatunk egymással olyan körülmények között, hogy a titán és jód egymáshoz való viszonya 5:1, akkor titánjodid képződik, mely a szénnel kémiailag reagál amint fentebb már leírtuk. A bevonat képződésének sebessége ill. a szénszálaknak a reagáltató kamrán történő áthaladási sebessége óránként 7—8 méter lehet. Termodinamikai adatokból nyert hasonló megfontolások azt mutatják, hogy ezt az eljárást egyéb karbidképző fémekkel kapcsolatban is lehet alkalmazni, például krómmal, nióbbal, cirkonnai, molibdénnel, amikor is jódot, vagy egyéb halogén elemet használunk. Eddigi tapasztalatok azt bizonyították, hogy a titánfém révén lehet létrehozni a legjobban tapadó és egyenletes karbidbevomatot, ha pedig jódos el~'0 járást alkalmazunk, akkor a bevonat vastagságát sokkal nagyobb mértékben tudjuk szabályozni. A titánkarbiddal így bevont szénszálakat fém-mátrixba ágyazzuk be, amihez az ismert 25 fémöntési eljárást alkalmazzuk és kevés titánfémet adagolunk a fémmátrix anyagához. A titánkarbid bevonat jelenléte és az adalékként felahsznált titánfém biztosítják, hogy a fémmatrix kellően nedvesíti a szénszálakat. 30 Két lehetőségét ismertetjük annak, hogy a különleges fémmátrix olvadékban — mely önmagában is ötvözet lehet — a titánfém jelenlétét biztosítsuk. Lehet úgy, hogy szilárd oldatban visszük be, amikoris az ötvözetnek olvadásponton kell lennie. A rézötvözetek a legjobbak erre a célra, melyben a titánfém legalább 0,5 súlyszázalékban van jelen. Alternatív megoldásként a titánfémet korlátozott szilárd oldatban is be lehet vinni a fémötvözetbe, s ugyanakkor a ké-4 miai termodinamikai reakciók előnyösen befolyásolják a fémek közötti vegyület kialakítását. Amikor az ilyen ötvözet olvadni kezd, akkor a fémek közötti vegyület feloldása a folyékony fémben (és így a titánfém bevitelét az olvadék-45 ba) egész lassan lehet végrehajtani, ennek következtében a mátrix-ötvözet olvadáspontja feletti hőfokokat már akkor el lehet érni, mikor a nedvesítés még nem következett be. Például a fehér fémből álló csapágyötvözet alapját képező ötvö-50 zet, tehát az ón-ólom ötvözet, melyhez 0,5 súlyszázalék titánfémet adagolunk, az ón és titán közötti fémes-vegyület képződik, amelynek nincs érzékelhető oldhatósága az olvadékban 800 C° alatt. Annak érdekében, hogy az ötvözet megfe-55 lelő jó kompozíció legyen, az olvadékot erre a hőmérsékletre túlhevítjük, mielőtt a fémre a szénszálakat öntenek. A fent leírt eljárás útján előállított fémkompozíciók húzófeszültsége és tulajdonságai ked-09 vezőbbek mint más eljárásokkal készített féimkompozícióké. A réz-, ólom-ón és alumíniumötvözetek törésfelületén a szénszálak nem állnak ki, és nem húzódnak ki, ami a legjobb bizonyítéka annak, hogy a szénszálak és a fémmátrix 65 között igen jó kötés létesült. 2
