Способ получения спеченных пористых металлов

 

Изобретение относится к области порошковой металлургии, в частности, к способу получения спеченных пористых металлов. Предложен способ получения спеченных пористых металлов, включающий приготовление суспензии металлического или окисного порошка в растворе органического связующего вещества, нанесение суспензии на подложку пористого полимерного материала, сушку заготовки, дополнительное нанесение на заготовку слоя металлического покрытия толщиной 45-55% от веса пористого металла путем химического восстановления металла из раствора его соли. Технический результат заключается в ликвидации трещинообразования заготовок. 1 табл.

Изобретение относится к области порошковой металлургии, в частности, к способам получения пористых металлов и может быть использовано для изготовления звукопоглощающих материалов, теплообменников, фильтров и т.д.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к заявляемому является способ получения спеченных пористых металлов, включающий приготовление суспензии металлического или окисного порошка в растворе органического связующего вещества, нанесение суспензии на подложку пористого полимерного материала, сушку, удаление подложки и связующего и последующее спекание.

Существенным недостатком данного способа получения пористых металлов является то, что при спекании материалы дают большую усадку (от 25 до 60 об.%). Особенно велика усадка (40-60%) при получении пористой меди. Величина усадки при спекании зависит от плотности укладки металла на поверхности подложки. При использовании данного способа плотность укладки не превышает 60%, с чем связана большая величина усадки при спекании, что ведет к появлению усадочных трещин на материале после спекания. Кроме того, при получении пористых металлов, склонных к графитизации, в частности, меди, наблюдается пониженная прочность контактов между частицами металла при спекании, что также приводит к трещинообразованию. Особенно велика вероятность образования трещин на крупногабаритных образцах.

Данный способ позволяет получать спеченные материалы ограниченных размеров, в случае пористой меди - не более 50×50 мм, а потребности производства требуют изготовление крупногабаритных образцов (500×500 мм и более).

Целью настоящего изобретения является получение крупногабаритных образцов пористых металлов за счет ликвидации трещинообразования из-за большой усадки при спекании.

Поставленная цель достигается тем, что в известном способе получения спеченных пористых металлов, включающем приготовление суспензии металлического или окисного порошка в растворе органического связующего вещества, нанесение суспензии на подложку пористого полимерного материала, сушку, удаление подложки и связующего и последующее спекание, согласно изобретению, после сушки на неспеченную заготовку методом химического восстановления металла из раствора его соли дополнительно наносят слой металлического покрытия толщиной 45-55% от веса пористого металла.

Уменьшение усадки при спекании заготовок, полученных заявляемым способом, объясняется следующим образом. Плотность укладки металлических частиц покрытия, полученного методом химического восстановления, приближается к 100%, поэтому при спекании плотный и беспористый слой металла практически не дает усадки и, таким образом, обеспечивает снижение объемной усадки всего образца до 15-18%. Слой металлического покрытия по предлагаемому способу составляет 50±5% от веса пористого металла в целом. Если количество металла составляет менее 45% от веса пористого металла в целом, то величина усадки при спекании резко возрастает и достигает величины 30%, что ведет к возникновению усадочных трещин при спекании крупногабаритных образцов. В случае, когда химическим методом наносят более 55% металла, объемная усадка при спекании остается на уровне 15-18%, но при этом возрастают экономические затраты. Таким образом, нанесение металла химическим методом в количестве 50±5% от общего веса металла обеспечивает достижение цели изобретения и получение экономического эффекта за счет снижения сырьевых затрат.

Ниже приведены конкретные примеры осуществления предлагаемого способа.

Пример 1. Получение заготовки пористой меди.

В качестве пористой подложки брали образец пенополиуретана с открытыми порами размером 530×530×76 мм. Суспензию готовили тщательным перемешиванием порошка окиси меди (средний размер частиц 1 мкм) и технического клея БФ-2 в весовом соотношении 12,5:3 (12,5 кг и 3 кг соответственно) и быстро пропитывали ею подложку. В суспензию добавляли порошок окиси меди, а не медный порошок, поскольку выпускаемый в СССР медный порошок не пригоден для приготовления суспензии с удовлетворительными литейными свойствами ввиду дендритной формы частиц порошка. Возможно использовать порошки медные сферической формы с размером частиц 1-3 мкм. Количество порошка окиси меди, используемое при производстве заготовки, брали с тем расчетом, чтобы выход меди, восстановленной из окиси, составил 8,75 кг (50% от веса всего восстановленного и спеченного образца пористой меди).

После пропитки заготовки суспензией и обжатия между параллельными валками заготовку просушивали под током воздуха при комнатной температуре в течение 2-3 часов. Для отверждения связующего суспензии заготовку помещали на 1 час в сушильный шкаф с температурой 120-150°С.

Заготовка пористой меди размером 530×530×76 мм имела вес 8,75 кг, кажущаяся плотность составляла 0,5 г/см³ .

Подготовка поверхности заготовки к химической металлизации заключалась в проведении следующих операций.

1. Обезжиривание. Обезжиривание поверхности заготовки осуществляли промыванием в 5% вес. водном растворе едкого натра (NaOH) в течение 10 минут при комнатной температуре. Перед второй операцией образец промывали водой до нейтральной среды (pH=8).

2. Сенсибилизирование. Сенсибилизирование поверхности заготовки осуществляли путем обработки раствором восстановителя, в качестве которого брали водный раствор, содержащий в литре 70,0 г SnCl₂·2H ₂O и 33 ммл концентрированной соляной кислоты. Сенсибилизирование проводили в течение 10 минут при комнатной температуре. Перед третьей операцией заготовку промывали горячей водой при температуре 80°С в течение 3-х минут.

3. Активирование. Активирование осуществляли обработкой сенсибилизированной поверхности заготовки водным раствором хлористого палладия, использовали кислый раствор, содержащий 0,1 г PdCl₂/л и 3 мл/л HCl. Обработку проводили при температуре 20°С в течение 25 минут. Обработанный таким образом материал после промывки водой до нейтральной среды (pH=7) был готов для химической металлизации.

Получение крупногабаритного образца пористой меди.

Подготовленную к химической металлизации заготовку погружали в раствор, содержащий, г/л: сульфат меди CuSO₄ - 100, глицерин - 100, и карбонат натрия Na₂CO ₃ - 10, гидроокись натрия NaOH - 100 и формалин (40%) - 40 мл/л. Процесс осаждения меди вели при комнатной температуре. По мере выработки раствора его заменяли свежеприготовленным. Меднение заготовки продолжали в течение 12 часов, пока образец не набирал необходимую плотность (0,92-0,94 г/см ³).

Далее образец промывали в воде, сушили, затем помещали в муфельную печь, где на воздухе проходило удаление органической подложки и связующей. Время подъема температуры печи до 800°С составляло 4-5 часов, причем при температурах 300 и 800°С делали изотермические выдержки в течение 1 часа. Окисленный материал восстанавливали в атмосфере водорода при температуре 900°С с изотермическими выдержками в течение 1,5 часов при 250, 650 и 900°С.

Полученной образец пористой меди с кажущейся плотностью 1 г/см³ имел размеры 500×500×70 мм, объемная усадка после спекания составляла 18%, усадочных трещин не наблюдалось.

Использование предлагаемого способа обеспечивает следующие преимущества.

1. Сокращение материалоемкости процесса получения пористых металлов, в частности, пористой меди в 2 раза, за счет этого - сокращение стоимости сырья на изготовление материала на 39% (см. таблицу).

2. Сокращение продолжительности процесса получения заготовок материала в 2 раза. Для получения пористой меди с кажущейся плотностью 1 г/см³ размером 500×500×70 мм базовым способом требуется затратить 25-30 часов рабочего времени, а заявляемым способом - 12-15 часов.

3. Возможность получения более широкого класса спеченных материалов по сравнению с базовым за счет использования порошков различных металлов и окислов металлов при получении заготовок, тогда как базовый способ позволяет осаждать на пористую подложку ограниченный ряд металлов - только тех, которые можно выделить химическим способом из растворов их солей с помощью восстановителя.

ТаблицаСравнительная стоимость сырья на изготовление образцов пористой меди с кажущейся плотностью 1 г/см³ размером 500×500×70 мм, полученного заявляемым и базовым способами.^х Заявляемый способ Базовый способ Используемое сырье и реактивыКол-во, кг Цена за 1 кг, руб.Стоимость, руб.Используемое сырье и реактивы Кол-во, кгЦена, за 1 кг, руб. Стоимость, руб.CuSO ₄·5H₂O 350,8028,0 CuSO₄·5H₂O 700,80 56глицерин 351,7561,25 глицерин701,75 122,5NaOH 350,238,05 NaOH700,23 16,1формалин 21,80,010,21 формалин43,7 0,010,44Na ₂CO₃3,5 0,401,40 Na₂CO₃ 70,402,8 порошок12.5 1,8523,10      клей БФ-2 31,253,75       Суммарная стоимость сырья125.76     197,8 Разница стоимости сырья: 72,08 руб. ^х все остальные расходы не учитываются, т.к. они аналогичны для обоих способов (цены 1983 г).

Формула изобретения

Способ получения спеченных пористых металлов, включающий приготовление суспензии металлического или окисного порошка в растворе органического связующего вещества, нанесение суспензии на подложку пористого полимерного материала, сушку, заготовки, удаление подложки и связующего и последующее спекание, отличающийся тем, что, с целью получения крупногабаритных заготовок при сохранении их качества, после сушки на заготовку дополнительно наносят слой металлического покрытия толщиной 45-55% от веса пористого металла путем химического восстановления металла из раствора его соли.