Шихта для получения пористого проницаемого материала

 

Использование: для изготовления материалов и изделий, используемых при фильтрации , аэрации и диспергирования различных сред Сущность изобретения шихта включает, мае %. оксид хрома 17.5- 185, железная окалина 45-50; хром 5-9, никель 5-20: алюминий 12,5-27,5 Материал получают методом самораспространяющегося высокотемпературного синтеза Характеристики: материал имеет упорядоченную структуру порового пространства, коррозионную стойкость (относительное изменение массы) 9-16%, механическую прочность 84-12,2 МПа. 1 табл

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛ ИСТИЧЕ СКИХ

РЕСПУБЛИК (я)з С 04 В 38/02, 35/65

ГОСУДАРСТВЕ ННОЕ ПАТЕНТНОЕ

ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР)

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ !:К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4908249/33 (22) 25.12.90 (46) 07.12,92. Бюл. N 45 (71) Алтайский политехнический институт им. И,И. Ползунова (72) В.В, Евстигнеев, В.M. Гусельников, О,А.Лебедева, Н.Г. Воронков, Е.Н. Косса и

Б,М. Вольпе (56) Витязь В.A.. Капцевич В.М. и LLlener В.К.

Пористые проницаемые материалы и изделия из них. Минск: Высшая школа, 1987. с. 90.

Авторское свидетельство СССР

N 1725546,,кл. С 04 B 35/04. 1991.

Изобретение относится к порошковой металлургии, в частности к составам шихты для получения пористых проницаемых материалов методом самораспространяющегося высокотемпературного синтеза (СВС), Изобретение может быть использовано для изготовления материалов и изделий, применение которых возможно для целей фильтрации различных сред, аэрации и диспергирования.

Известна шихта для получения пористого проницаемого материала на основе восстановленного порошка железа. Пористый проницаемый материал изготовляется из известной шихгы методом ее прессования и последующего спекания в атмосфере водорода при 1100 С.

Недостатком известной.шихты является высокая стоимость получаемых на ее основе изделий, обусловленная затратами на технологическое оборудование для прессования и спекания, а также низкая

„„. Ж „„1 779681 А1 (54) ШИХТА ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ ПОРИСТОГО

ПРОНИЦАЕМОГО МАТЕРИАЛА (57) Использование: для изготовления материалов и изделий, используемых при фильтрации, аэрации и диспергированин различных сред. Сущность изобретения: шихта включает, мас.7,: оксид хрома 17,518,5; железная окалина 45 — 50; хром 5-9; никель 5 — 20; алюминий 12,5 — 27,5, Материал получают методом самораспространяющегося высокотемпературного синтеза. Характеристики: материал имеет упорядоченную структуру порового пространства, коррозионную стойкость (относительное изменение массы) 9 — 16%, механическую прочность

8.4-12,2 МПа. 1 табл. коррозионная стойкость получаемого материала в ряде агрессивных сред.

Наиболее близким по технической сущности решением является термитная смесь на основе железной окалины, включающая алюминиевый порошок, железную окалину, глину и хромомагнезитовый порошок. При горении указанной смеси развивается значительная температура, обусловленная протеканием экзотермических металловосстановительных реакций, и образуется целевой материал.

Недостатком известного решения является то, что по причине превышения температуры металловосстановительных реакций над температурой плавления целевого продукта, целевой продукт имеет литую (компактную) структуру, что исключает возможность получения на основе известной термитной смеси пористого проницаемого материала с равномерной структурой парового пространства. Другим недостатком известного решения является недоста1779681 точная корроэионнэя стойкость получаемого материала.

Целью изобретения является получение пористого проницаемого материала с упорядоченной структурой порового пространства, а также повышение коррозионной стойкости получаемого материала.

Под упорядоченностью структуры порового пространства понимается постоянство среднего размера пор и плотности их распределения в объеме получаемого материала.

Поставленная цель достигается тем, что известная шихта, содержащая железную окалину и алюминий, дополнительно содержит окись хрома (IV), а также хром и никель при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Окись хрома (IV) 17,5 — 18,5

Окалина стали 45 — 50

Хром 5 — 9

Никель 5 — 20

Алюминий Остальное

Окалина является отходом горячей обработки изделий из стали (например, ковки) и представляет собой нестехиометрическую окись железа со следами оксидов легирующих элементов, содержащихся в стали. Окалина легированной стали имеет более высокую реакционную способность, чем окалина других типов стали (например, углеродистой. инструментальной). При взаимодействии окалины и окиси хрома (IV) протекают металловосстановительные реакции, аналогичные по характеру реакциям при получении материала из шихты-прототипа, Хром и. никель вводятся в шихту для стабилизации растекания расплава реагентов в процессе взаимодействия, а также для повышения коррозионной стойкости получаемого материала за счет стойкости в агрессивных средах этих элементах и образуемых ими соединений.

При использовании .в шихте окалины стали в количестве менее 45 мас. не происходит образования упорядоченной структуры пористого проницаемого материала из-за растекания реагирующих компонентов за .счет избыточного тепловыделения и превышения температуры горения шихты над температурой плавления образующихся соединений. При.введении окалины стали в количестве более 50 мас. происходит резкое снижение механической прочности получаемого материала за счет снижения полноты превращения исходных компонентов.

При содержании в шихте окиси хрома (И) в количестве менее 17,5 мас, происходит резкое снижение механической прочно10

20 сти получаемого материала и образование в

его структуре раковин, При введении в шихту окиси хрома (IV) в количестве более

18,5 мас, механическая прочность материала понижается за счет наличия в его структуре непрореагировавшей избыточной окиси хрома

При содержании в исходной шихте хрома в количестве менее 5 мэс,% получаемый материал обладает неупорядоченной структурой и низкой корроэионной стойкостью.

При содержании хрома более 9 мас,% продукт реакции имеет порошкообразный вид.

При содержании в шихте никеля в количестве менее 5 мас, корроэионная стой- кость получаемого материала недостаточна.

При введении никеля в количестве более

20 мас,% реакция CB-синтеза в шихте самопроизвольно прекращается.

Изобретение иллюстрируется следующим примером.

Были подготовлены образцы шихты с различным соотношением компонентов, а также образцы шихты-прототипа, Для приготовления образцов шихты использовался порошок окиси хрома (И) ОСТ 829-82, поро-шок алюминия АСД-1 TY 48-5-226-87, окалина стали 18Х2Н4МА, размолотая в конусной инерционной дробилке КИД-100 до размера частиц 63 — 315 мкм, порошок хрома ПХ-1 TY

882-76, порошок никеля ПНК-OT-1 ГОСТ

9722-79. Компоненты доэировались на аналитических весах с точностью до 0,001 г, смешивались в лабораторном смесителе типа "пьяная бочка" в течение 3 ч, Шихта помещалась в цилиндрическую форму и в ней инициировалась реакция CBC путем касания торца формовки (шихты) раскаленной вольфрамовой спиралью.

Структура полученного материала исследовалась металлографически с помощью оптического микроскопа "Неофот-30". Оценивалась процентное отклонение размера пор от среднего 0 = (0M « - 0ц)/Рср (где

0ср — средний размер пор; 0 — максимальный размер пор из 1000 измерений), а также максимальное отклонение плотности распределения пор от среднего в объеме материала С = (Пмакс Пср)/Пср (где Пср — средняя

ПЛОтНОСтъ РаСПРЕДЕЛЕНИЯ IlOP; Пмакс Мах симальная плотность распределения flop no

100 измерениям), Механическая прочность получаемого материала определялась путем испытаний на сжатие цилиндрических образцов с плоскопараллельными торцами.

Высота образца составляла 45 мм, диаметр

30 мм, скорость нэгружения 0,002 м/с. Коррозионная стойкость материала определялась по изменению массы образцов при их

1779681

Коррозионная стойкпсть

Солеряание конпонентов, нас.2

Иеханическая прочность при скатки, ИПа

Иаксинальное откло ненне раэ нера пор от срелне го, ь

Наксннапь" ное отклонение плотности распрепеления пор от среднего,2

Характеристика синтеэируеного материала пп

Никель

РлюинХрои

ОкалиОкись хрена ний относи тельно изиенения нассы, на

0 процессе реакции происхолит полное растекание натериала с кристаллизацией а слиток

2,1

Образуетсл хрупкий оплавленный натериал с крупныни рако чнани в структуре

8,4

16

Образуется ППИ с относительно равнонерипй структурой парового пространства и ср.раэнерон пор 300 нкн

8,6

16

Образуется ППН с относительно равнонернпй струхтурой ппрового пространства и ср.разнерон пор 260 нкн

9,7

12

Образуется ППli с равномерной структурой nnpoaoro пространства и ср.раэнерон пор 180 нкн

12,2

10

Образуется ППН с равномерной структурой nopnaoro пространства н ср.разнерон пор 150 нкн

Образуется ()ПН с равнонерной структурой nopoenro пространства и ср.раеНероН пор 120 нкн

l2,2

7,5 9

7,5 8

12,1

Образуется ППН с равномерной структурой парового пространства и ср.рязнерон пор 120 нкн!

21

Равнонерность nnpoeoro пространства снизилась наблюпаются не прореаплроваашие элементы

Реакция самопроизвольно прекращается

Реакция санопроизвольио прекращается

8,!

12 Иатериал иэ шихты-прототипа

Иатериал инеет литую структуру с крупныни (разнерон около 5 нн) полостяни (ракпвииани) сферонпНоН форны:, в структуре наблюлаются неиеталлические (окисные) включения выдержке в 20%-ной азотной кислоте в течение 50 ч при комнатной температуре, Данные о характеристике структуры образцов материала из шихты различного состава, а также их механической прочности и 5 коррозионной стойкости приведены в таблице.

Как видно из таблицы, пористый проницаемый материал, полученный на основе предлагаемой шихты, при одинаковом уров- 10 не прочности с материалом на основе тер-. митной шихты-прототипа отличается наличием равномерной пористости и в 1,5 — 2 раза лучшими показателями коррозионной стойкости. Благодаря наличию порогового 15 пространства с равномерной структурой, а также хорошей коррозионной стойкости материал из предлагаемой шихты может обеспечить высокие эксплуатационные ха1 42,5 16 . 3 4 34,5

2 45 175 3 4 305

3 45 175 5 5 275

4 47,5 !8 5 5 24,5

5 47,5 18 7 5 22,5

6 47 5 18 7 12 5 15 0

7 50 18 7 12,5 12,5

8 50 18,5 9 12,5 10

9 50 185 9 20 2 5!

О 50 19. 9 5 20 5 1

11 505 19 . 95 205 .05 рактеристики при использовании в качестве фильтров различных сред, пористых смесителей и т. д.

Формула изобретения

Шихта для получения пористого проницаемого материала, содержащая железную окалину и алюминий, отличающаяся тем, что, с целью получения материала с упорядоченной структурой порового пространства, а также повышения коррозионной стойкости материала, она дополнительно содержит окись хрома (IV), хром и никель при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Железная окалина

Алюминий

Окись хрома (И)

Хром

Никель