198429. lajstromszámú szabadalom • Eljárás önhordó szerkezetű, kerámia anyagú alakos munkadarab előállítására
1 198 429 Amikor a fém alapanyagot alumíniumként választjuk meg és ezt ötvöző összetevőként magnéziummal dópoljuk, míg az oxidálószer levegő, vagy más oxigénnel mint oxidáló hatású gázzal kialakított keverék, esetleg tiszta oxigén, megfigyelhető volt, hogy a magnézium a 820 °C és 950 °C közötti hőmérséklettartományban legalább is részben oxidként eltávozik az ötvözetből. A magnéziummal dópoh rendszerekben ennek megfelelően ilyen feltételek között a megnéziumból magnézium-oxid és/vagy magnézium-aluminát-spinell fázis alakul ki a megolvadt aluminium felületén és a növekedési folyamat során ezek a magnézium vegyületek a fém alapanyag kezdeti oxidativ felületén — ezt például iniciálé felületnek nevezhetjük - maradnak meg. Helyzetüket tehát az összetett szerkezetű kerámia anyag növekedése során nem változtatják. A magnéziummal dópolt alumíniumból készült kerámia munkadaraboknál tehát az alumínium-trioxid alapú kerámia struktúra lényegében az iniciálé felületet létrehozó magnézium-aluminát-spinell vékony rétege mögött alakul ki. Ha kívánatos, ezt az iniciáló felületet viszonylag egyszerűen el lehet távolítani, például csiszolással, megmunkáló szerszámmal, polírozással, esetleg homokfúvással. A találmányt a továbbiakban példakénti foganatosítási módok kapcsán, konkrét munkadarabok előállítására hivatkozva ismertetjük részletesen, amikor is a csatolt ábrákhoz is magyarázatot adunk. 1. példa Előminta felhasználásával kerámia mátrixnak az előminta anyagába való növesztésével kerámia szerkezetű munkadarabot állítottunk elő, amely kettős fogaskerék alakú (1.—6., 7a. és 7b. ábra). Az előminta (1. és 2. ábra) 10 hátsó fogaskerékből, 12 mellső fogaskerékből és ezeket összekötő 14 hengeres elemből áll, amelyeket szerves kötőanyaggal (Elmer-féle faragasztó enywel) kapcsoltunk össze. Az egyes részelemeket előmintaként hoztuk létre, mégpedig ugyanolyan hagyományosan ismert formázási eljárással: egyenletes keveréket készítettünk szilícium-karbid részecskékből és vízben oldott szerves kötőanyagból (a faragsztó enyv és víz 4:1 arányú keverékéből); az így kapott keveréket szilikongumiból készült öntőmintába helyeztük és levegőben kiszárítottuk. A 10 hátsó és a 12 mellső fogaskerekek 500 grit szemcsézettségű szilíciumdcarbid részecskékből álltak, amelyeket az említett szerves kötőanyag adott arányú oldatával az öntőmintába való öntés előtt kevertünk ki. A 14 hengeres elemet 220 grit szemcsézettségű szilícium-karbid részecskékből kevertük ki, előállítása a 10 hátsó és a 12 mellső fogaskerékhez hasonlóan történt, de természetesen eltérő alakú öntőmintát használtunk. A 10 hátsó és 12 mellső fogaskerék külső átmérője 76,2 mm voh, míg vastagságuk 14,3 mm. Mindkettő középső részén 16 alakos nyílás volt, amely a köritörös kerületben bemélyedést tartalmazott. A 14 hengeres elem átmérője 41,4 mm, belső átmérője 28,7 mm volt, míg szélessége 8,4 mm. A három viszonylag nagy merevségű komponenst az 1. ábra szerinti a-b tengely mentén egyesítettük, és így az ott látható robbantásos perspektíva szerint a ÍÖ hátsó fogaskerék 9 belső felülettel csatlakozott a 14 hengeres elem 15 felületével, míg all mellső fogaskerék 11 belső felülettel a 14 hengeres elen 13 csatlakozó felületéhez illeszkedett. így 18 előmintát hoztunk létre, amelyet a 2. ábra mutat be. Fém alapanyagként négyszögletes 19 lemezt használtunk (3. ábra), amely 380.1 jelű. a Belmont Metals Inc. Corporation által gyártott, kereskedelmi forgalomban hozzáférhető alumínium ötvözetből áll. A gyártómű szerint ez az ötvözet 8...8,5 t% szilíciumot, 2...3 t% cinket, és 0,1 t% magnéziumot mint aktív dópoló összetevőket tartalmazott, továbbá volt benne 3,5 t% réz és kise >b mennyiségben vas, mangán, nikkel. Az ellenőrző mérés szerint a magnézium részaránya adott esetben 0,17...0,18 t%-ot is elért. A 19 lemez mintegy 130 mm hosszú és 105 mm széles volt. Vastagsága kb. 8 mm volt, benne a geometriai középpont tartományában nagyjából körkörös nyílás volt kialakítva. A 19 lemezt félbevágtuk, ezzel a köricörös nyílást is megfeleztük, vagyis 20 és 21 félkör alakú bemélyedéseket kaptunk. A 19 lemezt ezt követően C—D tengely (3. ábra) mentén mozgatva, két félrészből összeállítottuk és így a 14 hengeres elemet takarón a 19 lemez 20 és 21 félkör alakú bemélyedéseit körré egyesítettük. Ez a kör valamivel nagyobb átmérőjű volt, mint a 14 hengeres elem, ami lehetővé tette, hogy a megmunkálás során az ötvözet hőtágulásának hely maradjon. Az így kapott összeállítást a 4. ábra mutatja Mint az az 5. ábrán, az 5—5 metszetben látható, az így kapott elrendezés felületére 22 gátló anyagréteget vittünk fel. Ez a 18 előminta külső felületeit és a 14 hengeres elemhez illeszkedően behelyezett 19 lemez szab* dón maradt felületeit borította. Anyaga a St. Lóimban széke lő Bondex Inc. cég által gyártott Bondex mádeajetű alabástromgipsz volt, amely mintegy 35 t%-ban kalciumkarbonátból áll. Az alaábstromgipszet vízzel kevertük ki és ezt a zagyot vittük fel a 4. ábra szerint a szabadon marató felületekre. A 19 lemez és a 10 hátsó, illetve a 12 mellső fogaskerék között kialakuló 24 tereket a gátló anyaggal nem töltöttük ki, és ez lehetővé tette az önvözet hőtágulását is. A gátló elemet felvitele után hagytuk kiszáradni, majd szobahőmérsékleten a felesleges nedvesség eltávolításáig pihentettük. Az 5. ábra a 22 gátló anyagréteggel ellátott együttest mutatja be. Az 5. ábra szerinti elrendezést ezt követően a 6. ábrán bemutatott elrendezésben ahimínium-trioxkl rés«<akékböl álló 25 permeábilis szerkezetű ágyba ágyaztak be. E? utóbbi anyaga a Norton Co. 90 grit szemesfaettségű El Alundum jelű alumínium-trioxidja volt, amelyet ?.6 tűzálló anyagú edényben helyeztünk el. Est $ 6. ábrán látható elrendezést levegővel töltött kemencébe helyeztük, amelynek szelepe biztosította a levegő szükség szerinti utánpótlását és amelynek kindtiriási hőmé -séklete 250 °C volt. Ezt követően a kemence belső terének hőmérsékletét 300 °C/h ütemben emefcük és 1000 ’C-ra állítottuk be. Az oxida tiv reakciót ez utóbbi hőméi sékleten folytattuk le, mégjsedig 96 órás táőawtammd, ami után az elrendezést még forró áfcqpotban vettük ki a kemencéből. Ez utóbbi intézkedés célja az 2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 13
