Способ получения пористого материала

 

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ

ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ПАТЕНТУ (21) 4915292/02 (22) 27.02,91 (46) 07.01,93. Бюл. N 1 (71) Производственное объединение "Новосибирский завод химконцентратов" (72) С.Ю.Соломенцев, В,Г,Безродный, А.А.Жигалин, Н.В,Ковенко, К.Ю.Мухаметджанов и В.Я,Корольков (73) С,Ю.Соломенцев (56) Жуклин А.А, и др. Технология и экономика порошковой металлургии, М,: Наука, 1989, с. 149-151.

Процессы горения в химической технологии и металлургии,/ Под ред. А.Г.Мержанова, Черноголовка, 1975, с,123. (54) СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ПОРИСТОГО

МАТЕ РИАЛА (57) Сущность способа заключается в том, что предварительно смешивают порошок никеля, в частности, крупностью менее 63

Изобретение относится к порошковой металлургии, в астности к способам изготовления и упрочнения высокопористых материалов, получаемых методом самораси ространя ющегося высокотемпературного синтеза порошковых смесей, Может быть использовано при изготовлении фильтров для жидких и газообразных сред, а также в качестве носителя катализаторов, Известен способ упрочнения поверхности материалов порошками хромникелевых самофлюсующихся сплавов путем их напыления и оплавления. Данным способом можно получить слой до 30% пористости на поверхности тел. Однако он неприемлем для получения и упрочнения высокопориЫЛ 1787068 АЗ (я)л В 22. F 3/10, С 22 С 1/04 мкм, порошок алюминия крупностью менее, 460 мкм и порошок самофлюсующегося сплава, например, марки ПР— HXCP, пол-. ученную после смешивания шихту загружают в форму и проводят инициирование самораспространяющегося высокотемпературного синтеза. Введение самофлюсующегося порошка обеспечивает после синтеза никелидов алюминия надежное сцепление пористого каркаса. Добавка самофлюсующихся порошков до 50 мас.% обеспечивает получение пористого материала с повышенными характеристиками прочности и корроэионной стойкости, За счет введения порошка самофлюсующегося сплава с размером частиц, отличным от размера частиц порошков самофлюсующегося сплава с размером частиц, отличным от размера частиц порошков алюминия и никеля, обеспечивается возможность регулирования пор. 2 з.п. ф-лы, 2 табл.

QO стых объемных материалов по всему обьему пористого материала, C)

Наиболее близким по технической сущности к предложенному способу получения пористого материала является способ получения пористых изделий методом самораспространяющегося высокотемпературного синтеза из порошкового никеля и алюми- (р ния. Способ включает перемешивание порошков никеля и алюминия, загрузку в. форму и реактор, инициирование. синтеза, . синтез. Синтез протекает за счет экзотермической реакции образования алюминидов никеля.

Недостатком данного способа являются низкие прочностные характеристики иэде1787068

10

30

40

50

55 лий, получаемых без предварительного наложения нагрузок (уплотнения) перед синтезом. Это явно проявляется при изготовлении длинномерных и сложной формы пористых изделий, поскольку получить прессовку с равномерной плотностью у таких изделий достаточно сложно, Недо-, статок-данного способа проявляется в виде осыпания", скалывания порошков из изделия, а,.также в,виде абразивного износа при фильтрации.жидких и газообразных сред, содержащих твердые включения. Поэтому у пористых изделий, получаемых данным способом, необходимо увеличить размеры с целью повышения прочности, что приво- 15 дит к повышению материалоемкости изделий.

Целью изобретения является повышение механических характеристик материала, обеспечение возможности регулирования размера пор.

Цель достигается тем, что в способе получения пористого материала самораспространяющимся высокотемпературным ° синтезом, включающем перемешивание по- 25 рошков никеля и алюминия, загрузку их в форму и реактор, инициирование синтеза, синтез, согласно изобретению при смешивании дополнительно вводят порошки самофлюсующихся сплавов на основе никеля

Поставленная цель, регулирования размера пор достигается тем, что дополнительно вводимые порошки самофлюсующегося сплава берут с фракционным составом, отличающимся от фракционного состава порошков никеля и алюминия. . Самофлюсующиеся порошки обеспечивают после синтеза никелидов алюминия надежное сцепление. пористого каркаса, кроме этого самофлюсующийся порошок сам участвует в синтезе, образуя новые типы связей внутри пористого материала. Так бор и хром, входящие в состав самофлюсующихся порошков, увеличивают твердость и коррозионную стойкость получаемого материала, углерод повышает твердость за счет образования карбидов и способствует удалению кислорода из порошков в процессе синтеза. Железо способствует образованию пластичных. связей внутри материала получаемой пористой структуры, Добавка самофлюсующихся порошков до 50 мас. обеспечивает получение пористого материала с повышенными прочностными и коррозионными характеристиками. Введение самофлюсующихся порошков при смешивании обеспечивает равномерное их распределение в объеме пористого материала и качественное реагирование при синтезе.

Введение всех инградиентов, присутствующих в составе самофлюсующегося порошка, по отдельности не обеспечивает того качества и эффекта, который дает самофлюсующийся порошок. Количество самофлюсующегося порошка обеспечивает образование карбидов, боридов и силицидов в общепринятых пределах 3-5 k.

Количественное изменение компонентов в составе самофлюсующихся порошков, обусловленное их типом или маркой, повышает или понижает коррозионные и механические свойства получаемых пористых материалов, но они не снижаются ниже уровней прототипа. Так самофлюсующиеся сплавы по химическому составу аналогичны известным маркам ПГ-GP, СНГН, отличаются только содержанием кислорода и незначительно других примесей, а также делением на классы по гранулометрическому составу, Поскольку самофлюсующийся поро-. шок, а конкретнее никель в его составе, реагирует с алюминием, то при замене в количественном отношении порошок никеля, на более крупный самофлюсующийся порошок, происходит увеличение размера пор синтезируемого материала.

Сравнение предложенного способа получения пористого материала с известным проведено на одинаковых образцах, - примеры конкретного выполнения и полученные результаты представлены в примерах (3-7) и обобщены в табл.1. Для удобного сравнения результатов и идентичности, размеры образцов выбраны по прототипу и составляют, диаметр, 26 мм, высота 20 мм.

Предложенный способ получения пористых материалов включает смешение в течение 6 ч в биконусном смесителе порошков — никеля крупностью менее 63 мкм, алюминия ПА4 крупностью менее 160 мкм, введение самофлюсующихся порошков марки ПРНХСР, загрузку в форму, инициирование синтеза от источника тепла, синтез. Поскольку прочность полученных образцов прямо пропорциональна их пористости, то для сравнения выбирали образцы с одинаковой пористостью, как у прототипа, Для сравнения влияния крупности са-, мофлюсующегося порошка на пористость и размер пор использовали самофлюсующийся порошок ТУ вЂ” 14 — 1 — 3785 — 84 марки ПР—

Н70х17С4Р4 с крупностью менее 63 мкм (пример 8) и крупностью 40 — 160 мкм (пример 9) остальные режимы аналогично примеру 4. Сравнение крупности пор образцов показало увеличение размера пор более 32 мкм у образца от примера 9 (см. табл.2)

Повышение прочности, коррозионной стойкости, изменение пористости у пори1787068

Таблица 1

Прочность на Примеч. сжатие тверкгс/см дость

Пористость, % открытая

Плотность полученных образцов, г/см

Пример

30-35.

93,5

2,66

187,0

225

2,90

3,015

91,7

2,65

287,4

517

2,68

2,93

55,5

51,7

56,1

50,7

2,64

2,98

303

522

45-55

195

56,1

2,62 стых образцов, полученных предложенным способом, подтверждены не только для алюминидов никеля с массовой долей алюминия 31,4%, но и для всего интервала значений содержания алюминия от 13,9% до

31,4, т.е, от содержания МзА! до NIAI.

Использование предлагаемого способа получения пористых материалов обеспечивает по сравнению с известным способом следующие преимущества: повышение механической прочности пористых материалов до 120%, что позволяет снизить размеры изделий и их материалоемкость, не снижая прочностных характеристик; снижение абразивного износа и повышение коррозионной стойкости пористых материалов вследствие образования соединений с повышенной твердостью и стойкостью, возможность регулирования размера пор у материала, не меняя составов исходных порошков никеля и алюминия.

Формула изобретения

1. Способ получения пористого материала, включающий приготовление шихты из

Способ получения (используемые компоненты) Смешивание и синтез порошков .

Никеля-68,6 мас. %

Алюминия-31,4 мас. (прототип по литературе)

Смешивание и синтез порошков

Никеля-68,3 %

Алюминия-31,4 % (данные авторов.на соответствие прототипу)

Предложенный способ

Смешивание и синтез порошков никеля алюминия самофлюсующийся 5 %, от массы никеля и алюминия, Марки ПР— H70x17C4P4

Предложенный способ с самофлюсующимся порошком

11 мас. %

Предложенный способ с самофлюсующимся порошком

16 мас. термореагирующих компонентов смешиванием порошков никеля и алюминия, загрузку в форму и инициирование высокотемпературного самораспространяю5 щегося синтеза. отличающийся тем, что, с целью повышения механических характеристик, в шихту вводят порошок самофлюсующегося сплава на основе никеля, системы никель-хром-бор-кремний-углерод-железо в

10 количестве до 50 мас.%, причем порошок никеля берут в количестве меньшей на величину содержания никеля в порошке самофлюсующегося сплава.

2. Способ по п.1, отличающийся

15 тем, что. с целью обеспечения возможности регулирования размера пор, порошок самофлюсующегося сплава берут с фракционным составом, отличающимся от фрак- . ционного состава порошков никеля и

20 алюминия.

3. Способ по.п;1, отличающийся тем, что порошок самофлюсующегося сплава берут марок ПГ-СР, ПР— ХНСР, или СНГИ.

1787068

Продолжение табл. 1

Таблица 2

Составитель С,Соломенцев

Техред M.Ìoðiåíòàë . Корректор: З,Салка

Редактор Л.Волкова

Производственно-издательский комбинат "Патент". г. Ужгород, ул,Гагарина. 101

Заказ 263 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР ь 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5