Способ получения высокопористого ячеистого материала



Способ получения высокопористого ячеистого материала
Способ получения высокопористого ячеистого материала

 


Владельцы патента RU 2508962:

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Пермский национальный исследовательский политехнический университет" (RU)

Изобретение относится к порошковой металлургии, в частности к способам получения высокопористых ячеистых материалов (ВПЯМ). Может использоваться для изготовления фильтров, шумопоглотителей, носителей катализаторов, теплообменных систем, конструкционных материалов, работающих в условиях высоких температур, может найти применение в энергетике, машиностроительной, химической и других отраслях промышленности. Готовят суспензию смеси порошков, наносят суспензию на пористый полимерный материал, удаляют органические вещества путем нагрева и спекают заготовку. После этого заготовку подвергают силовому воздействию в области упругости материала с доведением деформирования заготовки до начала области текучести материала, после чего заготовку освобождают от силового воздействия. Обеспечивается повышение прочности и долговечности материала при его использовании в различных устройствах. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

 

Изобретение относится к области порошковой металлургии, в частности к способам получения высокопористых ячеистых материалов (ВПЯМ), предназначенных для использования в качестве фильтров, шумопоглотителей, носителей катализаторов, теплообменных систем, конструкционных материалов, работающих в условиях высоких температур, может найти применение в энергетике, машиностроительной, химической и других отраслях промышленности.

В качестве прототипа принят способ получения ВПЯМ (патент №2464127, МПК B22F 3/11, С22С 1/08, опубликован 20.10.2012).

Названный способ включает в себя следующие операции: приготовление суспензии из смеси порошков, нанесение суспензии на пористый полимерный материал, удаление нагреванием органических веществ с получением заготовки, спекание заготовки.

Признаки известного способа, совпадающие с признаками заявляемого изобретения, заключаются в наличии следующих операций: приготовление суспензии из смеси порошков, нанесение суспензии на пористый полимерный материал, удаление нагреванием органических веществ с получением заготовки, спекание заготовки.

Причина, препятствующая получению в известном техническом решении технического результата, который обеспечивается заявляемым изобретением, состоит в недостаточной прочности и долговечности материала при его использовании в различных устройствах.

Задачей, на решение которой направлено заявляемое изобретение, является повышение эксплуатационных качеств материала.

Технический результат, обеспечивающий решение указанной задачи, заключается в повышении прочности и долговечности материала при его использовании в различных устройствах.

Достигается технический результат тем, что в способе получения высокопористого ячеистого материала, включающем приготовление суспензии смеси порошков, нанесение суспензии на пористый полимерный материал, удаление нагреванием органических веществ с получением заготовки, спекание заготовки, в заявляемом изобретении заготовку после спекания подвергают силовому воздействию в области упругости (в области пропорциональности) с доведением деформирования материала заготовки до начала области текучести, после чего заготовку освобождают от силового воздействия.

Технический результат достигается также и тем, что заготовка выполнена из тугоплавкого или жаростойкого материала.

Силовое воздействие на заготовку в области упругости (в области пропорциональности) с доведением деформирования материала заготовки до начала области текучести и последующее освобождение заготовки от силового воздействия обеспечивает повышение прочности и долговечности материала при его использовании в различных устройствах за счет явления так называемого "наклепа", появляющегося в материале при силовом воздействии на него в названных выше пределах и описанном в материаловедческой литературе и закрепленном в ГОСТах (например, Межгосударственный стандарт ГОСТ 25.503-97. Расчеты и испытания на прочность. Методы механических испытаний металлов. Метод испытания на сжатие).

Выполнение заготовки из тугоплавкого или жаростойкого материала придает ему дополнительные прочностные свойства и долговечность при высоких температурах и (или) высоких тепловых нагрузках (высоких темпах нагрева и длительных знакопеременных тепловых воздействиях).

Новые признаки предлагаемого технического решения заключаются в том, что заготовку после спекания подвергают силовому воздействию в области упругости (в области пропорциональности) с доведением деформирования материала заготовки до начала области текучести, после чего заготовку освобождают от силового воздействия. Новые признаки заключаются также и в том, что при этом заготовку выполняют из тугоплавкого или жаростойкого материала.

На фиг.1 показана диаграмма сжатия материала, где 1 - область упругости (пропорциональности), 2 - область текучести, 3 - область временного сопротивления разрушению (предела прочности), точка А - начало области текучести. Здесь F - силовое воздействие (нагрузка), Δh - перемещение (деформация), Fт - нагрузка, соответствующая пределу текучести при сжатии, численное значение которого определяется по формуле:

σт = Fт / Sо,

где σт - предел текучести;

Fт - нагрузка, соответствующая пределу текучести;

Sо - начальная площадь поперечного сечения нагружаемого образца.

На фиг.2 схематично изображено устройство для осуществления силового воздействия на заготовку в области упругости (в области пропорциональности) с доведением деформирования материала заготовки до начала области текучести. На фиг.2 показаны: 1- заготовка; 2 - трубчатый пенал; 3 - боковые поверхности заготовки; 4 - торцевая поверхность заготовки; 5 - торцевая кромка трубчатого пенала; 6 - торцевая поверхность заготовки; 7 - пробка; 8 - наружная часть пробки.

Одним из примеров реализации заявляемого способа может служить следующий.

В качестве исходных порошков используют порошок высоколегированного сплава марки Х60Ю20 фракции менее 315 мкм (производитель ЗАО «Октагон», г.Челябинск), порошок железа марки Р-20 (производитель ООО «Синтез-ПКЖ», г.Дзержинск) со средним размером частиц 3,5 мкм и химически восстановленный ультрадисперсный порошок кобальта со средним размером частиц 0,4 мкм.

Для образования седиментационно устойчивой суспензии предварительно готовят смесь порошков и 7%-ный водный раствор поливинилового спирта.

Сначала измельчают порошок высоколегированного сплава Х60Ю20 до среднего размера частиц 1,18 мкм: 0,5 кг порошка высоколегированного сплава марки Х60Ю20 фракции менее 315 мкм загружают в вибрационную мельницу с добавлением 0,067 л 96%-ного раствора этилового спирта и 1,5 кг размольных тел. Размол проводят в атмосфере аргона в течение 18 часов. На выходе получают порошок высоколегированного сплава Х60Ю20 со средним размером частиц 1,18 мкм.

Затем готовят смесь порошков с требуемой относительной плотностью укладки. В смеситель со смещенной осью вращения загружают 0,5 кг измельченного порошка высоколегированного сплава Х60Ю20, 1,109 кг порошка железа марки Р-20, 0,0328 кг ультрадисперсного порошка кобальта и 0,6 кг смешивающих Г-образных тел и проводят механическое перемешивание в течение 24 часов. На выходе получают смесь порошков с относительной плотностью укладки 0,55.

Отделяют смешивающие Г-образные тела, к полученной смеси порошков с относительной плотностью укладки 0,55 добавляют 0,29 кг 7%-ного водного раствора поливинилового спирта и перемешивают в течение 1 ч. В результате получают седиментационно устойчивую суспензию.

Далее наносят суспензию с помощью пропитки (погружения и деформации) на образец пористого полимерного материала пенополиуретана со средним диаметром ячейки 1,22 мм. Затем из пропитанного суспензией полимерного материала с помощью 8-кратного обжатия в валках удаляют избыток суспензии и сушат образец в потоке воздуха. Далее высушенный образец помещают в печь муфельного типа СНЗ и в среде остроосушенного водорода проводят начальную термообработку со скоростью нагрева 100-200°С/ч, при температуре 730°С делают выдержку продолжительностью 0,5 ч. В результате получают заготовку ВПЯМ на основе хромаля с прочностью на сжатие 130 кПа. Затем заготовку помещают в вакуумную печь типа СЭНВЭ и спекают в вакууме 5·10 -5 мм рт.ст., при температурах 900°С и 1280°С делают выдержки продолжительностью 2 ч и 3,5 ч соответственно.

В результате получают жаростойкий ВПЯМ на основе хромаля с плотностью 0,57 г/см3, прочностью на сжатие 3,5 МПа, микропористостью 5%.

Далее заготовку 1 (фиг.2) помещают в трубчатый пенал 2, имеющий поперечное сечение, соответствующее по форме поперечному сечению заготовки и имеющему размеры, обеспечивающие плотное прилегание заготовки по ее боковым поверхностям 3 к стенкам пенала 2, при этом одна торцевая поверхность 4 заготовки 1 находится в положении заподлицо с торцевой кромкой 5 пенала 2. Другая торцевая поверхность 6 заготовки утоплена внутрь пенала 2, и в свободную полость пенала вставлена пробка 7, имеющая форму и размер поперечного сечения, соответствующие форме и размеру поперечного сечения заготовки. Длина пробки 7 подобрана таким образом, чтобы часть ее 8 выставлялась наружу из пенала 2.

Затем весь этот блок “пенал+заготовка+пробка” устанавливают в стандартном механическом или гидравлическом прессе и осуществляют силовое воздействие на заготовку 1 через пробку 7. При этом измеряют силовое воздействие F (фиг.1) на заготовку и ее деформацию Δh в осевом направлении с прохождением области упругости (области пропорциональности), доводя ее значение до начала области текучести 2, то есть до точки А, после чего заготовку освобождают от силового воздействия.

Ожидаемый уровень повышения прочности изготовляемого высокопористого ячеистого материала зависит, в том числе, и от природы деформируемого материала. В нашем конкретном случае, описанном выше (материал на основе хромаля), эта величина ожидается в пределе от 5 до 10%, то есть от 3,675 до 3,85 МПа вместо исходных 3,5 МПа (прочность на сжатие).

Следует сказать, что наименования характеристик (прочность, предел текучести и др.) высокопористого ячеистого материала (ВПЯМ) и их численные значения здесь носят условный характер и их следует относить не к самому исходному материалу (хромалю и т.п.), а именно к ВПЯМ, у которого часть сечения заполнена порами, а не самим материалом, что вносит существенные отклонения в численные значения этих характеристик, которые, естественно, при различной пористости будут иметь различающиеся значения.

Техническое решение, составляющее предмет заявляемого изобретения, обеспечивает получение названного выше технического результата и, соответственно, решение поставленной задачи, а именно, повышение эксплуатационных качеств материала.

1. Способ получения высокопористого ячеистого материала, включающий приготовление суспензии смеси порошков, нанесение суспензии на пористый полимерный материал, удаление нагреванием органических веществ с получением заготовки и спекание заготовки, отличающийся тем, что заготовку после спекания подвергают силовому воздействию в области упругости материала с доведением деформирования заготовки до начала области текучести материала, после чего заготовку освобождают от силового воздействия.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что заготовка выполнена из тугоплавкого или жаростойкого материала.



 

Похожие патенты:
Изобретение относится к области металлургии цветных металлов, в частности к получению сплавов алюминия с редкоземельными металлами. Способ получения лигатуры алюминий-скандий включает расплавление алюминия, алюминотермическое восстановление скандия из исходной шихты, содержащей фторид скандия, хлорид калия и фторид натрия под покровным флюсом и последующую выдержку полученного расплава.

Изобретение относится к области металлургии, а именно к модифицированию сплавов на основе золота, предназначенных для изготовления ювелирных изделий. Для повышения измельчения структуры сплавов золота при их модифицировании вводят рутений в расплав перед кристаллизацией сплава в виде лигатуры серебро-рутений.
Изобретение относится к порошковой металлургии, в частности к получению порошка сплава на основе элементов 4 группы периодической таблицы. Может использоваться в пироиндустрии при получении запальных устройств, в качестве газопоглотителей в вакуумных трубках, в лампах, в вакуумной аппаратуре и в установках для очистки газов.
Изобретение относится к порошковой металлургии, в частности к порошковым антифрикционным материалам для сильноточных скользящих контактов. Может использоваться для изготовления токосъемных щеток, например, униполярных генераторов или токосъемных башмаков, контактирующих с рельсом туннельной железной дороги.

Изобретение относится к металлургии, в частности к внепечной обработке расплавов стали, чугуна и цветных металлов. Состав включает материал, содержащий карбонаты кальция, бария и стронция, при этом он содержит компоненты в следующем соотношении, мас.%: СаО 16,0-40,0, ВаО 10,0-24,0, SrO 2,5-11,5, СО2 18,0-30,0, SiO2 2,0-15,0.

Изобретение относится к области производства новых разлагаемых металлических материалов, таких как разлагаемые сплавы на основе алюминия, и к способам получения продуктов из разлагаемых в среде ствола нефтепромысловой скважины алюминиевых сплавов, применимых на нефтепромыслах при разведке, добыче и испытаниях нефтяных месторождений.
Изобретение относится к металлургии и литейному производству, в частности к модифицированию легированного чугуна с шаровидным графитом, который используют в качестве быстроизнашивающихся деталей, например, мелющих элементов рудо- и углеразмольных мельниц.

Изобретение относится к порошковой металлургии, в частности к получению композиционных материалов, упрочненных нанодисперсными частицами. Упрочняющие нанодисперсные частицы оксида циркония вводят в расплав на основе сплава алюминий-магний.

Изобретение относится к порошковой металлургии, в частности к подбору состава материала при производстве изделий из порошковых металлических композиционных материалов с заданным физико-механическим свойством.
Изобретение относится к области металлургии цветных металлов и, в частности, к получению слитков из алюминиевых сплавов с недендритной структурой. Способ включает введение в расплав алюминиевого сплава модифицирующей добавки и кристаллизацию расплава, при этом в качестве модифицирующей добавки используют лигатуру Al-Sc-Zr, содержащую 0,002-0,02% Sc и 0,002-0,02% Zr, которую вводят в расплав в виде прутка перед кристаллизацией.
Изобретение относится к порошковой металлургии, в частности к получению высокопористых ячеистых материалов на основе жаростойкого сплава. Может применяться для получения фильтров, носителей катализаторов, шумопоглотителей, теплообменников в энергетике, машиностроении и химической промышленности.
Изобретение относится к порошковой металлургии, в частности к получению жаростойких высокопористых проницаемых ячеистых сплавов. Может использоваться для получения блочных высокотемпературных носителей катализаторов, высокотемпературных фильтров газов и расплавов.

Изобретение относится к порошковой металлургии, в частности к получению упругопористых нетканых проволочных материалов. .

Изобретение относится к области металлургии, в частности к жаропрочным дисперсно-упрочненным сплавам на основе ниобия и способам их получения, и может быть использовано для изготовления деталей авиационно-космической техники, работающих при температурах до 1600°С.

Изобретение относится к порошковой металлургии, в частности к получению высокопористых ячеистых материалов (ВПЯМ) на основе хромаля. .
Изобретение относится к порошковой металлургии, а именно к способу изготовления пористых полуфабрикатов и изделий из порошков алюминиевых сплавов. .
Изобретение относится к порошковой металлургии, в частности к получению пористых изделий на основе пеноалюминия. .
Изобретение относится к области прямого преобразования химической энергии в электрическую, а именно, к способу изготовления основы водородного электрода щелочного топливного элемента матричного типа.
Изобретение относится к порошковой металлургии, в частности к получению изделий из композиционных материалов на основе пеноалюминия. .
Изобретение относится к порошковой металлургии, в частности к получению изделий из слоистых композитов на основе пеноалюминия. .

Изобретение относится к газопоглощающим материалам, в частности к спеченным неиспаряющимся геттерам, и может быть использовано в вакуумной технике и микроэлектронике, в частности в разрядных приборах. Спеченный неиспаряющийся геттер содержит три слоя, при этом первый и третий слои выполнены из порошка сплава титан - ванадий при их соотношении, вес.%, 70:30, второй слой - из смеси упомянутого порошка сплава и интеркалированного углерода при их соотношении, вес.%, (80:20)-(99:1), толщина первого и третьего слоя составляет 20-200 среднего размера порошка сплава, толщина второго слоя составляет 1-6 толщины первого или третьего слоя, активная площадь слоев эквивалентна геометрической площади геттера не менее 500-кратного значения, при этом пористостью спеченного геттера составляет 30-60%. Техническим результатом изобретения является расширение функциональных возможностей, повышение сорбционных свойств и механической прочности. 6 пр., 1 табл., 1 ил.
Наверх