Шихта на основе титана для получения пористого проницаемого материала
Изобретение относится к порошковой металлургии, в частности к пористым проницаемым материалам. Сущность изобретения: предложена шихта на основе титана для получения пористого проницаемого материала , имеющая следующий состав, мас.%: алюминий 30-35; углерод 4-15; титан - остальное. 1 табл.
СОЮЗ СОВЕТСКИХ
СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ
РЕСПУБЛИК (19) (11) ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ
ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ
ПРИ ГКНТ СССР
ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4832735/02 (22) 25.04.90 (46) 30.09.92. Бюл. М 36 (71) Алтайский политехнический институт (72) В.В. Евстигнеев и Б.М, Вольне (56) 1.Витязь П.А. и др. Пористые проницаемые материалы и изделия из них. M .: Высшая школа, 1987, с.113.
2.Итин В.И. и др. Сплавы титана с особыми свойствами. М.: Наука, 1982, с.159—
162.
Изобретение относится к порошковой металлургии, s частности к составам шихты для получения пористых проницаемых материалов методом самораспространяющегося высокотемпературного синтеза (СВС) и может быть использовано для получения пористых проницаемых материалов и изделий, применение которых возможно для целей фильтрации, пористого смешения, аэрации, систем пористого охлаждения.
Известна шихта для получения пористого проницаемого материала, представляющая собой порошок титана (11. Материал из известной шихты получают путем ее спекания в среде аргона в два этапа при температуре 750 — 920 С в течение 3 ч. Недостатком известной шихты является ее высокая стоимость, обусловленная потребностью в высококачественном титановом порошке, а также энергоемкость процесса получения материала. (я)5 В 22 F 1/00, С 22 С 14/00 (54) ШИХТА НА ОСНОВЕ ТИТАНА ДЛЯ
ПОЛУЧЕНИЯ ПОРИСТОГО ПРОНИЦАЕМОГО МАТЕРИАЛА (57) Изобретение относится к порошковой металлургии, в частности к пористым проницаемым материалам. Сущность изобретения: предложена шихта на основе титана для получения пористого проницаемого материала, имеющая следующий состав, мас.%, алюминий 30 — 35; углерод 4-15; титан — остальное. 1 табл, Известна также шихта для получения пористого проницаемого материала — алюминида титана (2), выбранная в качестве прототипа. Шихта включает порошки титана и алюминия в эквиатомном соотношении (64 мас,% титана и 36 мас,% алюминия). Материал на основе известной шихты получают путем кратковременного нагрева шихты до температуры 300-350 С и инициирования реакции самораспространяющегося высокотемпературного синтеза (СВ С), Недостатком известной шихты является
ТО, что по причине превышения температуры плавления конечного продукта — алюминида титана, составляющей 1665 С, вид температурой горения смеси титан-алюминия (1372 С) не происходит образование литого каркаса материала, в результате чего материал обладает низкой механической прочностью, 1764814
Целью изобретения является повышение механической прочности получаемого материала за счет образования литого каркаса, Поставленная цель достигается тем, что 5 известная шихта, содержащая титан и алюминий, дополнительно содержит углерод при следующем соотношении компонентов, мас.%:
Алюминий 30-35 10
Углерод 4 — 15
Титан Остальное
Введение в состав шихты углерода приводит к тому, что при инициировании в смеси порошков предлагаемого состава 15 реакции СВ-синтеза, наряду со слабоэкзотермической реакцией образования алюминида титана протекает реакция взаимодействия титана с углеродом, приводящая к образованию карбида титана. Теп- 20 ла реакция карбидообразования достаточно для расплавления .продуктов протекающих реакций. В результате образуется пористый проницаемый материал с литым каркасом и прочностью на сжатие 25
3 — 115 МПа. При введении углерода в количестве менее 4 мас. тепловыделения реакции карбидообразования недостаточно для расплавления продуктов и образования литого каркаса материала. При содержании 30 углерода в шихте более 15 мас. прочность материала недостаточна за счет малого объемного содержания вязкой интерметаллической связки.
Изобретение иллюстрируется следую- 35 щим примером. Были подготовлены образцы шихты с последующим получением из них пористого материала и изучением структуры его каркаса и испытанием на механическую прочность. Для экспериментов 40 использовали порошок титана марок ПТХ, ПТОМ, порошок алюминия марки АСД-1 и технический углерод марки ПМ-15 ТС.
Дозирование компонентов осуществляли на аналитических весах с точностью 10-4 45
r. Смешение компонентов осуществлялось в лабораторном смесителе типа "пьяная бочка" порциями 100 г в течение 3 ч. Полученные образцы шихты помещали в вакуумируемый реактор и нагревали в печи электросопротивления до температуры
300 — 350 С, после чего инициировали реакцию СВ-синтеза тепловым воздействием на шихту, Полученные образцы материала имели вид цилиндров диаметром 32 мм и высотой 50 мм и использовались для приготовления металлографических шлифов, используемых при изучении каркаса, а также для испытаний на механическую прочность. Изучение структуры каркаса производили с помощью оптического микроскопа "Неофот-30". Испытания на механическую прочность производили путем одноосного сжатия цилиндрических образцов с плоскопараллельными торцами со скоростью приложения нагрузки 0,002 м/с.
Определяли также пористость и коэффициент проницаемости материала.
Результаты изучения свойств материалов приведены в таблице.
Из таблицы следует, что введение в шихту углерода приводит к образованию пористых проницаемых материалов с литым каркасом, обладающих в 10 и более раз лучшей механической прочностью, чем материал на основе шихты-прототипа. Кроме того, введение в шихту углерода позволит снизить суммарную стоимость материала, а значит, улучшить показатели его использования, Формула изобретения
Шихта на основе титана для получения пористого проницаемого материала, содержащая алюминий, отличающаяся тем, что, с целью повышения прочности, она дополнительно содержит углерод при следующем соотношении компонентов, мас. :
Алюминий 30-35;
Углерод 4-15;
Титан Остальное
1764814
Коэффициент проницаемости, К ° !От>, мз
Прочность на Пористость, сжатие, МПа
Соотношение компонентов й> пlп
Характеристика ларкаса получаемого материала
Алюминий Углерод Титан
Каркас имеет вид слабо 0,08 спеченных частиц порошка алюминида титана
1 36
40
3,1
45,5
4>3
0,085
2 29 2
Остальное
Каркас имеет вид слабо спеченных частиц ялюминида титана; в структуре наблюдается включения карбида титана
Каркас имеет вид слабо 0>09 спеченных частиц алюмининида титана с включениями карбида титане
4,3
46,1
3 32 2
Остальное
4 31 . 4
54,2
12,4
22>1
Остальное
Материал имеет литой каркас, состояций из карбидов титана > распределенных в матрице на основе алюминида титана.
Реакционная смесь полностью прореагировала
Материал имеет литой кар- 24,6 кас, сходный по структуре с описанным в п.4. Смесь полностью прореагировала
5 33 4
12,6
56,5
Остальное
6 33 95
14,5
Материал имеет литой кар-68,9 кас> суммарный объем кар" бидов титана в структуре каркаса возрос
Материал имеет литой кпр- 72,8 кас, сходный по структуре с описанным в п.6
60,2
Остальное
61,5
14,7
7 35 9,5
Остальное
64,2
8 35 15
Материал имеет литой кар- 21,9 кас, состоящий из карбидов титана, окруженных тонкой прослойкой металлической матрицы
15,2
Остальное
Материал имеет литой кар-6,4 кас, прочность которого понижена за счет избыточного непрореагироваяшего алюминида в структуре
64,5
15,4
9 37 15
Остальное
Испытания не проводились по причине эксплуатационной нелригодности материала
10 37 17
Каркас материала пред- 2,1 ставляет собой карбиды титана, окруженные локальными фрагментами интерметаллида; значительная доля реагентов не прореагировала
Остальное
Составитель Б.Вольпе
Техред М,Моргентал Корректор А.Козориз
Редактор Е. Е горо ва
Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101
Заказ 3335 Тираж Подписное
ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР
113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5
