Способ получения пористых изделий заданной проницаемости и конфигурации

 

Изобретение относится к порошковой металлургии. Способ включает прессование и спекание пористых порошковых заготовок из гранул, при этом в качестве исходного порошка используют гранулы с размерами, удовлетворяющими соотношению d_max/d_min≅2,5, а прессование и спекание гранул осуществляют путем горячего изостатического прессования в капсулах при температуре Т_пр = (0,75. . . 0,85)Т_пл, и давлении Р= (0,15. . . 0,5)δ_T, обеспечивая плотность в пределах 0,75. . . 0,9 плотности компактного материала гранул, с последующим приданием требуемой конфигурации пористому изделию механической обработкой и удалением поверхностного слоя толщиной (0,5. . . 2)d_max в проточной части изделия электрохимической обработкой, где d_max и d_min - диаметры максимальной и минимальной гранул; Т_пл - температура плавления материала гранул; δ_T - предел текучести данного материала при температуре Т_пр. Изобретение позволяет повысить качество изделий и расширить технологические возможности способов изготовления пористых изделий.

Изобретение относится к области порошковой металлургии, а именно к способам получения пористых проницаемых изделий, и может быть использовано для получения пористых изделий с заданной проницаемостью.

В настоящее время одной из основных проблем при получении пористых проницаемых материалов является обеспечение требуемой проницаемости и ее равномерности по всему объему изделия.

Известен способ получения изделий с контролируемой пористостью, заключающийся в том, что в порошок основного материала перед прессованием вводят порообразователь, который удаляется в процессе спекания за счет испарения (а. с. СССР 66650, кл. В 22 F 3/12, 1944).

Известен способ изготовления пористых изделий, включающий спекание гранул, их пропитку органическим заполнителем, механическую обработку, травление с последующей отгонкой заполнителя нагревом в контролируемой среде и отжиг (а. с. СССР 240251, кл. В 22 F 3/24, 1969).

Недостатками данного способа являются значительные трудности, связанные с полным удалением заполнителя и обеспечением требуемой степени проницаемости.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому способу является способ изготовления пористых титановых труб, заключающийся в гидростатическом прессовании порошка титана и его последующем спекании (Шибряев Б. Ф. и др. Фильтрующие элементы, спеченные из порошка титана. Информационный листок, 0085-74, ЦНТИХИМНЕФТЕМАШ, 1974 - прототип).

Недостатками данного способа получения пористых изделий являются невысокая механическая прочность, трудность получения изделий с плотностью (0,8-0,9), плотность компактной заготовки, низкое качество получаемых изделий.

Задачей изобретения является повышение качества изделий и расширение технологических возможностей способов изготовления пористых изделий заданной проницаемости и конфигурации.

Поставленная задача достигается тем, что в предложенном способе получения пористых изделий заданной проницаемости и конфигурации, включающем прессовании и спекание пористых порошковых заготовок из гранул, согласно изобретению в качестве исходного порошка используют гранулы с размерами, удовлетворяющими соотношению d_max/d_min≅2,5, а прессование и спекание гранул осуществляют путем горячего изостатического прессования в капсулах при температуре Т_пр= (0,75. . . 0,85)Т_пл, и давлении Р= (0,15. . . 0,5)σ_T, обеспечивая плотность в пределах (0,75. . . 0,9) плотности компактного материала гранул, с последующим приданием требуемой конфигурации пористому изделию механической обработкой и удалением поверхностного слоя толщиной (0,5. . . 2)d_max в проточной части изделия электрохимической обработкой, где d_max и d_min - диаметры максимальной и минимальной гранул; Т_пл - температура плавления материала гранул; σ_T предел текучести данного материала при температуре Т_пр.

Величина указанного d_max/d_min≅2,5 соотношения выбирается, исходя из условия, что при большем его значении увеличивается неравномерность плотности заготовки по объему и, соответственно, проницаемости.

Нижний предел указанного диапазона температур Т_пр= (0,75. . . 0,85)Т_пл выбирается, исходя из условия, что при меньшем его значении снижаются характеристики механической прочности пористого материала.

Верхний предел указанного диапазона температур выбирается, исходя из условия, что при большем его значении увеличивается нестабильность значений получаемой пористости по отношению к заданному значению.

Нижний предел указанного диапазона давлений P = (0,15...0,5)σ_T, выбирается, исходя из условия, что при меньшем его значении снижаются характеристики механической прочности пористого материала и не обеспечивается заданная пористость.

Верхний предел указанного диапазона давлений выбирается, исходя из условия, что при большем его значении не обеспечивается заданная пористость материала.

Из полученной пористой заготовки механической обработкой изготавливается изделие заданной конфигурации. Для восстановления проницаемости проточных частей изделия после механической обработки удаляется слой деформированного в процессе механической обработки металла толщиной (0,5. . . 2)d_max в электролитической ванне, используя эффект анодного растворения.

Удаление (химически нейтрального при обычных условиях) электролита из поровых каналов изделия осуществляется прокачиванием через поры дистиллированной воды и воздуха с последующим вакуумным отжигом, что обеспечивает полное восстановление проницаемости.

Используя приведенный выше способ, из гранул никелевого сплава изготовлены пористые проницаемые вставки (внутренние стенки) для использования при транспирационном охлаждении камеры сгорания ЖРД.

Горячее изостатическое прессование проводилось при температуре Т_пр = 0,78Т_пл и давлении Р = 0,3σ_T.

После изготовления из заготовок механической обработкой вставок требуемой конфигурации с проточных поверхностей электрохимической обработкой удален слой деформированного металла толщиной 0,1. . . 0,2 мм и проведено удаление из поровых каналов электролита прокачиванием дистиллированной воды и воздуха с последующим вакуумным отжигом.

При этом получена партия проницаемых пористых вставок с пористостью (18,0. . . 18,8) % и проницаемостью, соответствующей вязкостному (α) и инерционному (β) коэффициентам в пределах α= (3,4. . . 3,8)10¹² м^-2; β= (6,2. . . 7,4) 10⁶ м^-1.

Данный способ позволяет получать партии вставок с различной проницаемостью по длине. В этом случае начальные участки пористых вставок изготавливаются отдельно с пористостью (20,1. . . . 20,4)% из гранул того же размера горячим изостатическим прессованием при Т_пр = 0,78Т_пл и давлении Р= 0,25σ_T с проницаемостью соответствующей α= (l, 4. . . 1,9)10¹² м^-2; β= (2,4. . . 2,8)10⁶ м^-1.

Соединение частей с различной проницаемостью между собой осуществляется пайкой.

Формула изобретения

Способ получения пористых изделий заданной проницаемости и конфигурации, включающий прессование и спекание пористых порошковых заготовок из гранул, отличающийся тем, что в качестве исходного порошка используют гранулы с размерами, удовлетворяющими соотношению d_max/d_min≅2,5, а прессование и спекание гранул осуществляют путем горячего изостатического прессования в капсулах при температуре Т_пр = (0,75. . . 0,85)Т_пл и давлении Р= (0,15. . . 0,5)σ_т, обеспечивая плотность в пределах 0,75. . . 0,9 плотности компактного материала гранул, с последующим приданием требуемой конфигурации пористому изделию механической обработкой и удалением поверхностного слоя толщиной (0,5. . . 2)d_max в проточной части изделия электрохимической обработкой, где d_max и d_min - диаметры максимальной и минимальной гранул; Т_пл - температура плавления материала гранул; σ_т - предел текучести данного материала при температуре Т_пр.