Способ получения пористого материала

 

Изобретение относится к металлургии, в частности к способам получения пористых металлов, используемых для изготовления теплообменников, носителей катализаторов, конструкционных деталей. Способ получения высокопористого материала, включающий приготовление суспензии металлического порошка в водном растворе поливинилового спирта, нанесение суспензии на подложку пористого полимерного материала, сушку заготовки, удаление органического вещества подложки термодеструкцией и последующее спекание, отличается от известных тем, что после сушки заготовку подвергают термической обработке в течение не менее 30 мин при 160 - 180°С, а затем методом химического или электрохимического осаждения наносят другой металл, образующий при спекании с металлическим порошком сплав заданного состава. Чередование неплотного порошкового покрытия и практически беспористого химического или электрохимического позволяет в 4 - 20 раз уменьшить объемную усадку образцов при спекании Способ позволяет получать крупногабаритные образцы. 2 таба

Комитет Российской Федерации по патентам и товарным знакам (19) RU (И) 2002580 Cl (51) 5 В22ГЗ 10 С И.С1 08 (21) 5026944/02 (22) 13.02.92 (46) 15.11.93 Бюп. М 41-42 (71) Республиканский инженерно-технический цен р порошковой металлургии (72) Анциферов В.Н.; Кощеев О.П. (73) Республиканский инженерно-технический центр порошковой металлургии (54) СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ПОРИСТОГО МАТЕРИАЛА (57) Изобретение относится к металлургии, в частности к способам получения пористых металлов, используемых для изготовления теплообменников, носителей катализаторов, конструкционных деталей.

Способ получения высокопористого материала, включающий приготовление суспензии металлического порошка в водном растворе поливинипового спирта, нанесение суспензии на подложку пористого полимерного материала, сушку заготовки, удаление органического вещества подложки термодеструкцией и последующее спекание, отличается от известных тем, что после сушки заготовку подвергают термической обработке в течение не менее 30 мин при 160 — 180 C. а затем методом химического или электрохимического осаждения наносят другой металл, образующий при спекании с металлическим порошком сплав заданного состава. Чередование неплотного порошкового покрытия и практически беспористого химического или электрохимического позволяет в 4 — 20 раз уменьшить объемную усадку образцов при спекании. Способ позволяет получать крупногабаритные образцы. 2 табл.

2002580

20 та, нанесение суспензии на подложку пористого полимерного материала, например, 45

Изобретение относится к металлургии, 3 -- зстности к способам получения пористых металлов, и".ïîëüçóåìûõ для изготовления теплообменников, носителей катализаторов, конструкционных деталей.

Известен способ получения пористого (:(ы,стого материала, включающий прида;-,, . зле.. р проводности пористой органи:.- ской подложке путем последовательной

:>: р:i,.>ñë;:((ее в растворах сенсибилизирован ":;. з(.тив . рования (l химического оса>кде(. 1я металлов, нзнесение на нее э,(ск. рох (((ическ((м методом металличес о ппкрыгия путем циклического чередо., и :",роцсссов осаждения и растворения.,".:..таллического покрытия зз счет реверсироя:. ни;. тока и удаления подложки (1).

Основным недостатком, ограничиваюи:,;.м область применения данного способа, является —î,,что он существенно ограничиLëåT класс получаемых материалов. Это связано с возможностями методов химического и электрохимического оса>кдения, металл(ов, а также особенностями электроосаждения металлов на пористые подло>кки, Так, в частности способ не позволяет получать высокопористые материалы на основь(нихромовых сплавов. Причина этого заключается в том, что методом хими(еского восстановления хром из растворов

:- 9 солей не осаждается, а при электрохимическом осаждении хрома или его сплавов процесс металлизации наблюдается только на поверхности пористой подложки, без проникновения вглубь ее.

Наиболее близким по совокупности признаков к заявляемому способу является способ получения пористого металла, включа(ощий приготовление суспензии металлического порошка или смеси порошков в водном растворе клеящего органического вещества, например, г(оливинилового спирпенополиуретана, сушку заготовки, удаление органического веществ подложки термодеструкцией в восстановительной среде и последующее спекание (2).

Указанный способ практически не имеет ограничений по классу получаемых материалов, в том числе он позволяет получать нихромовые сплавы.

Однако область применения данного способа также ограничена. Он не позволяет получать заготовки пористого металла выше определенных размеров, так как при получении крупногабаритных образцов резко повышается вероятность появления трещин на пористом металле из-за усздки при спекании, Предельные габариты получаемых

40 заготовок зависят от многих факторов, но в первую очередь от плотности укладки металлического порошка на поверхности пенополиуретановой подложки. Чем выше плотнось укладки, тем меньше усадка материала при спекании. Однако максимальная плотность укладки, достигаемая данным способом, не превышает 50%.

В предлагаемом способе получения высокопористого материала, включающем приготовление суспензии металлического порошка в водном растворе поливинилового спирта, нанесение суспензии на подложку пористого полимерного материала, сушку заготовки, удаление органического вещества подло>кки термодеструкцией и последующее спекание, после сушки заготовку подвергают термической обработке при

160-180 С, а затем методом химического или электрохимического оса>кдения наносят другой металл, образующий с металлическим порошком сплав заданного состава.

Данный способ позволяет уменьшить усадку образцов при спекании и обеспечивает получение крупногабаритных образцов.

Сопоставительный анализ предлагаемого решения с прототипом показал, что заявляемый способ отличается от известного тем, что после сушки заготовки полимерного материала с нанесенной суспензией металлического порошка одного из компонентов сплава, ее подвергают термообработке при 160-180 С в течение не менее 30 мин с целью перевода образовавшейся на поверхности заготовки пленки поливинилового спирта из водорастворимой формы в нерастворимую; второй компонент получаемого металлического сплава наносят методом химического или электрохимического осаждения металлов на поверхность порошKoBoI.o покрытия, содер>кащего первый компонент сплава.

Таким образом, эаявляе(лый способ соответствует условию патентоспособности изобретения "новизна", так как он характеризуется наличием новых операций.

Существенным отличием предлагаемого технического решения от известных является то. что в нем реализуется возможность послойного осаждения компонентов получаемого сплава, причем один из компонентов наносится в . виде суспензии металлического поршня на поверхность пористой полимерной подложки, а другой осаждается на поверхность порошкового покрытия методом химического или электрохимического осаждения металлов. Такое чередование неплотного порошкового покрытия и практически беспористого химиче2002580 ского или электрохимического позволило существенно, от 4 до 20 раз, уменьшить объемную усадку образцов при спекании, Осуществление послойного осаждения компонентов сплава стало возможным благодаря еще одному существенному отличию предлагаемого способа от известных решений, а именно введению дополнительной стадии — термообработке высушенной заготовки с нанесенным порошковым покрытием. Необходимость термообработки вызвана тем, что поливинилспиртовая пленка, образующаяся при сушке и закрепляющая металлический порошок на поверхности пористой полимерной подложки, хорошо растворяется в воде. а тем более в растворах электролитов, что приводит к отделению порошка от заготовки. Экспериментально установлено, что пленка поливинилового спирта теряет способность к растворению в растворах металлизации, работающих при комнатной температуре, после термообработки на воздухе при

160-180 С в течение не менее 30 мин. Увеличение указанных параметров выше приведенных значений нецелесообразно из экономических соображений и возможности протекания процессов термодеструкции в полимерной подложке.

Все вышеприведенное позволяет сделать вывод о том, что предлагаемое решение обладает изобретательским уровнем.

Предлагаемый способ получения высокопористых металлических сплавов осуществляется следующим образом, Готовят суспензию металлического порошка одного из компонентов, входящих в состав получаемого сплава. В качестве такого компонента предпочтительно берут металлы, не осаждаемые методом химического восстановления из растворов их солей или крайне неравномерно распределяющиеся при электроосаждении по глубине пористой подложки, например хром, ванадий и др. Приготовление суспензии осуществляют путем тщательного перемешивания выбранного металлического порошка в водном растворе поливинилового спирта. Для получения устойчивой суспензии используют 7 g,-ный раствор поливинилового спирта. Оптимальный размер частиц металлического порошка 1-5 мкм. Соотношение массы порошка и жидкости в суспензии подбирают таким образом, чтобы пропитанная суспензией заготовка пенополиуретана после отжатия в валках имела заданную плотность, Нанесение порошкового покрытия производят погружением загoToBKM в подготовленную сус пензию с последующим

55 многократным сжатием ее для полного удаления воздуха. После пропитки заготовку отжимают в валках. При отжатии происходит удаление избытка суспензии и равномерное ее распределение по обьему заготовки.

Отжатые заготовки, восстановившие свою исходную форму, сушат на воздухе, После сушки заготовки приобретают жесткость. Для исключения возможности удаления порошкового покрытия с поверхности пористой полимерной подложки в растворах химической и электрохимической металлизации проводят процесс термической обработки заготовки, заключающийся B ee нагреве до 160 — 180 С в течение не менее 30 мин. При этом пленка поливинилового спирта, закрепляющая металлический порошок на поверхности пенополиуретана, теряет способность растворения в водных растворах электролитов, имеющих комнатную температуру, Нагрев до температуры менее

160 С в течение менее 30 мин не обеспечивает гарантию непопадания -орошка в раствор, Термообработка при температуре более 180 С в течение более 30 мин нецелесообразна из экономических соображений и возможности протекания процессов термодеструкции в пенополиуретанавой подложке.

Второй компонент получаемых высокопористых металлических сплавов наносяI методом химического или электрохимического осаждения металлов.

Перед химической металлизацией, в случае осаждения металла на поверхность порошкового покрытия, не являющегося катализатором процесса, необходима активацич заготовки, осуществляемая, например, в растворе хлористого палладия.

Если второй компонентсплава наносится электрохимическим способом, то возникает необходимость химического

Осаждения тонкого электропроводного подслоя, Причина этого заключается в том, что термообработанная заготовка с порошковым покрытием не обладает электропроводностью достаточной для осуществления на ее поверхности процесса электроосаждения. Нанесение электропроводного подСЛОЯ ТОЛЩИНОЙ ОКОЛО 1 МКМ 0CУЩЕСТВЛЯЮТ из растворов химической металлизации, Расчет количества химически или электрохимически осаждаемого покрытия осуществляют исходя из необходимости получения сплава заданного состава.

Далее промытую и высушенную заготовку высокопористого материала помещают в водородную печь, где в восстановительной среде при постепенном 7

2002580 повышении температуры происходит удаление органической пенополиуретановой подложки и последующее спекание сплава.

Пример ы 1-2. В качестве органической ячеистой подложки использовали пе- 5 нополиуретан со средним диаметром ячейки 0,85 мм. На подложку наносили заданное количество суспензии хромового порошка марки ПХС-1 в 7 -мом растворе поливинилового спирта. Количество осаж- 10 денного порошка хрома контролировали взвешиванием заготовки после ее сушки.

Сушка проводилась при комнатной температуре потоком воздуха от вентилятора.

Подготовленные .таким образом заго- 15 товки помещали в термошкаф, где выдерживали при 150, 160, 170, 180и190 Свтечение

20, 30 и 60 мин. После охлаждения заготовки погружали в раствор активирювэния, содержащий 0.5 г/л PdOz и 5.0 мл/л НО. В ре- 20 эультзте проведенных экспериментов было установлено. что отделение хромового порошка от подложки ме ыаблюдается только на образцах, прошедших термообрзботку при 160ОСи выше втечение 30,60мин. Для 25 проведения дальнейших операций испольэовали заготовки, термообработанные. при

160ОС в течение 30 мин.

Активацию заготовки проводили s растворе зктивирования указанного выше со- 30 става в течение 15 мин при комнатной температуре.

Придание злектропроводмости активированной заготовке проводили путем осэж-. демия тонкого 1 мкм слоя никеля из 35 раствор» химического никелирования следующего состава. г/л:

М304 7820 28 . йааР207 10HzO 50

NH40H 20 40

NaHzP0z Нз0 25

Процесс осаждения при комнатной температуре раствора продолжался 30 мин, Требуемое количество микеля, рассчитанное иэ необходимости получения нихро- 45 мового сплава, содержащего 25 мзс,$ хрома, осаждалй на заготовку из электролита, содержащего, г/л:

NICtz 6820 160

ИэО 120 50

34Н4С! 30

НзВОэ 28 при габаритной плотности тока, равной 0.5

А/дм .

Удаление органического вещества подложки и спекание сплава проводили путем постепенного. в течение 3 ч, нагрева зэготовки в печи с водородной атмосферой до

1200ОС и выдержке при этой температуре в течение 3 ч.

Объемная усадкз заготовок высокопористого нихрома при спекании рассчитывалзсь по формуле лч= /н Ч» где Чн — обьем заготовки до спекзния;

Ч» — объем заготовки после спекания, Количество осажденных металлов в конкретных примерах и результаты по усадке образцов приведены в табл.1.

Пример ы 3-5. В качестве органической ячеистой подложки использовали пенополиуретан со средним размером ячейки

085 мм. Цз подложку наносили заданное количество суспензии никелевого порошка марки ПНКОТ в 7 -ном растворе поливинилового спирта. Количество осажденного порошка контролировали взвешиванием заготовки после ее сушки.

Термообрзботку заготовок с нанесемным порошковым покрытием проводила при 170 С в течение 30 мин.

Требуемое количество меди, рассчитанное из необходимости получения медноникелевого сплава, содержащего 50 мас.$ никеля, осаждали на термообработунную заготовку из раствора. химического меднения следующего состава, г/л:

Се504 5Н20 . 100

Глицерин 45 йзОН 75

40 -ный формалин 60 мл/л

Удаление органического вещества подложки и спекание проводили путем постепенного нагрева заготовки в водородной атмосфере до 950 С и выдержке при ней в течение 3 ч.

Результаты по усадке заготовок при спвкании приведены в табл.2.

Как видно иэ данных, приведенных в табл; 1 и 2, получение высокопористых ячеистых сплавов по описываемому способу позволяет существенно, в 6-35 рзз, уменьшить объемную усздку образцов при спекэмии, что в конечном итоге позволяет получить крупногабаритные заготовки площадью до 1 и материала за счет ликвидации трещинообразования при спекании, (56) Авторское свидетельство СССР

М 1366294, кл; В 22 F 5/00, 1988.

Авторское свидетельство СССР

N. 577095, кл. В 22 F 3/10, 1976.

2002580

Таблица 1

Таблица 2

Составитель В.Анциферов

Техред M.Ìoðãåíòàë Корректор Н.Ревская

Редактор Л.Волкова

Заказ 3205

Тираж Подписное

НПО " Поиск" Роспатента

113035, Москва, Ж-.35, Раушская наб., 4/5

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

Формула изобретения

СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ПОРИСТОГО

МАТЕРИАЛА, включающий приготовление суспензии металлического порошка в водном растворе поливинилового спирта, нанесение суспензии на подложку из пористого полимерного материала, сушку заготовки, удаление органического вещества термодеструкцией и спекание, отличающийся тем, что готовят суспензию порошка одного металла, после сушки заготовкуподвергают термической обработке при

160 - 180 Ñ, а затем методом химического или электрохимического охлаждения наносят другой металл, образующий при спекании с металлическим порошком сплав заданного состава.