Способ получения высокопористого ячеистого материала на основе хромаля

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, и может найти применение в энергетике, машиностроительной, химической и других отраслях промышленности. Способ включает приготовление суспензии смеси порошков на основе хромаля, нанесение суспензии на пористый полимерный материал, удаление нагреванием органических веществ с получением заготовки, спекание заготовки, при этом на заготовку после ее спекания наносят оксид хрома Cr2O3 и производят его закрепление в объеме и на поверхности ячеек заготовки путем спекания. Технический результат заключается в повышении каталитической активности и долговечности материала. 3 з.п. ф-лы, 1 пр.

 

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, C22C 1/08, опубл. 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 низкой каталитической активности и недостаточной 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 каталитической активности и долговечности материала.

Достигается технический результат тем, что в способе получения высокопористого ячеистого материала на основе хромаля, включающем приготовление суспензии смеси порошков на основе хромаля, нанесение суспензии на пористый полимерный материал, удаление нагреванием органических веществ с получением заготовки, спекание заготовки, в заявляемом изобретении на заготовку после спекания наносят оксид хрома Cr2O3 и производят его закрепление в объеме и на поверхности ячеек заготовки путем спекания.

Достигается технический результат также и тем, что оксид хрома Cr2O3 наносят на заготовку в виде ультрадисперсного порошка, распыленного в замкнутом пространстве (в камере), в котором помещена заготовка.

При этом технический результат, в частности, достигается также и тем, что распыленный в камере порошок оксида хрома Cr2O3 подвергают принудительному движению (завихрению) по всей полости камеры.

Технический результат при этом достигается, в частности, также и тем, что процесс закрепления оксида хрома Cr2O3 осуществляют в жестком пенале, внутренняя полость которого повторяет форму заготовки.

Нанесение оксида хрома Cr2O3 на заготовку после ее спекания и закрепление его на поверхностях ячеек заготовки путем спекания обеспечивает повышение каталитической активности и долговечности материала при его использовании в различных устройствах за счет придания заготовке способности противостоять химическому воздействию (кислотному и щелочному) со стороны внешней среды при высоких температурах в связи с тем, что оксид хрома Cr2O3 обладает такими свойствами, а это подтверждается справочными данными из известных источников (например, http//www.xumuk.ru/encyklopedia/2/5083.html - Химическая энциклопедия, Оксиды хрома).

Нанесение оксида хрома Cr2O3 на заготовку в виде ультрадисперсного порошка, распыленного в замкнутом пространстве (в камере), в котором помещена заготовка, способствует большей плотности упаковки частиц оксида хрома Cr2O3 на поверхностях ячеек заготовки, обеспечению сплошности и прочности создаваемого покрытия, что в итоге обеспечивает повышенную каталитическую активность и долговечность покрытия и всего материала в целом.

Придание при этом принудительного движения (завихрения) ультрадисперсному порошку оксида хрома Cr2O3 по всей полости камеры способствует быстрой и надежной доставке частиц порошка во все участки напыляемых поверхностей ячеек заготовки и равномерности их распределения по этим поверхностям, что способствует повышению качества покрытия, а, значит, и к повышению каталитической активности и долговечности покрытия и всего материала в целом.

Нанесение на заготовку оксида хрома Cr2O3 в виде ультрадисперсного порошка в составе седиментационно-устойчивой суспензии позволяет осуществлять процесс доставки частиц оксида хрома Cr2O3 во все участки заготовки ко всем поверхностям ее ячеек при любых степенях пористости заготовок, в том числе, и при неравномерной пористости по объему заготовки, обеспечивая тем самым равномерное и более плотное осаждение частиц в объеме и на поверхности ячеек заготовки, что в конечном итоге приводит к повышению каталитической активности и долговечности покрытия и всего материала в целом.

Осуществление при этом процесса закрепления оксида хрома Cr2O3 в жестком пенале, внутренняя полость которого повторяет форму заготовки, позволяет предотвратить при спекании термические деформации заготовки и сохранить целостность и сплошность покрытия, что также обеспечивает повышенные свойства материала: каталитическую активность и долговечность покрытия и всего материала в целом.

Новые признаки заявляемого изобретения заключаются в том, что на заготовку после ее спекания наносят оксид хрома Cr2O3 и производят его закрепление в объеме и на поверхности ячеек заготовки путем спекания.

Новые признаки заявляемого изобретения заключаются также и в том, что оксид хрома Cr2O3 наносят на заготовку в виде ультрадисперсного порошка, распыленного в замкнутом пространстве в камере, в котором помещена заготовка, а также и в том, что при этом распыленный в камере ультрадисперсный порошок оксида хрома Cr2O3 подвергают принудительному движению по всей полости камеры.

Новые признаки заявляемого изобретения заключаются также и в том, что процесс закрепления оксида хрома Cr2O3 осуществляют в жестком пенале, внутренняя полость которого повторяет форму заготовки.

Одним из примеров реализации заявляемого способа может служить следующий, операции которого описаны ниже.

1. В качестве исходных порошков используют порошок высоколегированного сплава марки Х60Ю20 фракции менее 315 мкм (производитель ЗАО «Октагон», г. Челябинск), порошок железа марки P-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.

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

3. 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.

4. 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 P-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.

5. 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.

6. 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°C/ч, при температуре 730°C делают выдержку продолжительностью 0,5 ч. В результате получают заготовку ВПЯМ на основе хромаля. Затем заготовку помещают в вакуумную печь типа СЭНВЭ и спекают в вакууме 5·10-5 мм рт.ст., при температурах 900°C и 1280°C делают выдержки продолжительностью 2 ч и 3,5 ч соответственно.

7. В результате получают жаростойкий ВПЯМ на основе хромаля с плотностью 0,57 г/см, микропористостью 5%. Но этот ВПЯМ в нашем случае является лишь полуфабрикатом (заготовкой) рассматриваемого в настоящей заявке материала, который в конечном итоге должен иметь закрепленный в объеме и на поверхности ячеек заготовки оксид хрома Cr2O3.

8. Далее проводят операции по нанесению и закреплению оксида хрома Cr2O3 в объеме и на поверхности ячеек заготовки ВМЯП, а точнее сказать заготовки будущего ВПЯМ:

8.1. Сначала измельчают порошок оксида хрома Cr2O3 до среднего размера частиц 1,18 мкм: 0,5 кг порошка оксида хрома Cr2O3 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 оксида хрома Cr2O3 со средним размером частиц 1,18 мкм.

8.2. Заготовку ВМЯП, названную в п. 7, помещают в замкнутое пространство в виде камеры.

8.3. Полученный порошок оксида хрома Cr2O3 со средним размером частиц 1,18 мкм., названый в п. 8.1, распыляют в камере, порошок проникает в полости ячеек заготовки, оседает в объеме и на поверхности ячеек.

Нанесении на заготовку оксида хрома Cr2O3 в виде ультрадисперсного порошка путем его распыления потоком нейтрального газа (аргона) позволяет осуществить процесс доставки частиц оксида хрома Cr2O3 во все участки заготовки ко всем поверхностям ее ячеек при любых степенях пористости заготовок, в том числе, и при неравномерной пористости по объему заготовки, обеспечивая тем самым равномерное и более плотное осаждение частиц в объеме и на поверхности ячеек заготовки, что в конечном итоге приводит к повышению каталитической активности и долговечности покрытия и всего материала в целом.

8.4. Далее извлеченную из камеры заготовку ВПЯМ с осевшим на поверхностях ячеек порошком оксида хрома Cr2O3 вначале высушивают в потоке воздуха, а затем помещают в печь муфельного типа СНЗ и в среде остроосушенного водорода проводят начальную термообработку со скоростью нагрева 100-200°C/ч, при температуре 730°C делают выдержку продолжительностью 0,5 ч.

8.5. И, наконец, заготовку помещают в вакуумную печь типа СЭНВЭ, где происходит закрепление оксида хрома Cr2O3 в объеме и на поверхности ячеек заготовки путем спекания в вакууме 5·10-5 мм рт.ст., при температуре 2330°C, не превышающей температуру плавления оксида хрома Cr2O3 (23340С), при которой делают выдержку продолжительностью 3,5 ч.

Закрепление оксида хрома Cr2O3 в объеме и на поверхности ячеек высокопористого ячеистого материала путем его спекания при температуре, не превышающей температуру его плавления, обеспечивает доведение частиц оксида хрома Cr2O3 , нанесенных в объеме и на поверхности ячеек заготовки, до размягченного состояния и их сцепление между собой и скрепление с материалом заготовки, что приводит к образованию цельного, прочного и равномерного покрытия, что и способствует повышению каталитической активности и долговечности покрытия и всего материала в целом.

В результате получают жаростойкий высокопористый ячеистый материал на основе хромаля, обладающий повышенными свойствами каталитической активности и долговечности за счет наличия оксида хрома Cr2O3 , закрепленного в объеме и на поверхности ячеек заготовки.

Техническое решение, составляющее предмет заявленного изобретения, обеспечивает получение названного выше технического результата, а именно повышение каталитической активности и долговечности материала, и, соответственно, решение поставленной задачи, то есть повышение эксплуатационных качеств материала.

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

1. Способ получения высокопористого ячеистого материала на основе хромаля, включающий приготовление суспензии смеси порошков на основе хромаля, нанесение суспензии на пористый полимерный материал, удаление нагреванием органических веществ с получением заготовки, спекание заготовки, при этом на заготовку после ее спекания наносят оксид хрома Cr2O3 и производят его закрепление в объеме и на поверхности ячеек заготовки путем спекания.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что оксид хрома Cr2O3 наносят на заготовку в виде ультрадисперсного порошка, распыленного в замкнутом пространстве в виде камеры, в котором помещена заготовка.

3. Способ по п.2, отличающийся тем, что распыленный в камере ультрадисперсный порошок оксида хрома Cr2O3 подвергают принудительному движению по всей полости камеры.

4. Способ по п.1, отличающийся тем, что процесс закрепления оксида хрома Cr2O3 осуществляют в жестком пенале, внутренняя полость которого повторяет форму заготовки.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к способу электровзрывного напыления на поверхности трения композиционных покрытий системы TiB2-Mo. Осуществляют размещение порошковой навески из диборида титана между двумя слоями молибденовой фольги.

Изобретение относится к способу получения защитного упрочняющего покрытия на деталях запорной арматуры. Напыление производят высокоскоростным газопламенным методом со скоростью перемещения горелки относительно обрабатываемой поверхности 0,5÷1,0 м/с.

Изобретение относится к способу и устройству для формирования аморфной покрывающей пленки (варианты). Пленку формируют посредством выпуска пламени, содержащего частицы материала для пламенного напыления, струей из пистолета для пламенного напыления по направлению к материалу-основе, вызывания плавления частиц посредством пламени и охлаждения как частиц, так и пламени посредством охлаждающего газа перед тем, как частицы достигают материала-основы.

Изобретение относится к способу нанесения состава для покрытия, содержащего углерод в форме углеродных нанотрубок, графенов, фуллеренов или их смеси, и металлические частицы, на субстрат с последующей обработкой под давлением и тепловой обработкой покрытия после нанесения на субстрат.

Изобретение относится к обработке поверхности металлов. Способ получения коррозионно-стойкого покрытия на поверхности нелегированной стали включает подготовку порошка в виде нанокомпозитных частиц Fe-Ni, содержащих 3-10 мас.% никеля, и послойное нанесение его на поверхность нелегированной стали с лазерным спеканием.

Изобретение относится к наноэлектронике и наноэлектромеханике и может быть использовано в различных областях современной наноиндустрии, микроэлектронике, альтернативной энергетике и т.д. В способе получения наноструктурного покрытия из гранулированного нанокомпозита «металл-керамика» получают нанокомпозит предпочтительно методом ионно-лучевого распыления с образованием гранул, со средним диаметром преимущественно 2-4 нм, а концентрацию металлической фазы в получаемом нанокомпозите при распылении обеспечивают в пределах 25-30 ат.%.

Изобретение относится к лезвиям для бритвенных приборов и способу их формирования. Способ формирования лезвия для бритвенного прибора включает нанесение по меньшей мере одного полимерного материала, имеющего верхнюю поверхность и нижнюю поверхность, на кромку по меньшей мере одного лезвия с помощью изостатического прессования с образованием полученного изостатическим прессованием покрытия на кромке упомянутого по меньшей мере одного лезвия.

Изобретение относится к нанесению защитных износостойких покрытий из порошковых материалов. Способ восстановления внутренней поверхности ступицы направляющего аппарата центробежного электронасоса, включает нанесение на внутреннюю цилиндрическую поверхность ступицы, имеющей диаметр D и длину рабочего канала L, износостойкого порошкового материала детонационным напылением при помощи ствола детонационной установки с диаметром d, равным (0,7-0,8)D.

Изобретение относится к области машиностроения и может быть использовано при формировании износостойкого покрытия на поверхностях деталей с подачей ремонтно-восстановительных составов на поверхность и последующим пластическим деформированием с помощью безабразивной ультразвуковой финишной обработки.

Настоящее изобретение относится области металлургии, а именно к способу формирования тонких, однородных покрытий на кромках бритвенных лезвий. Способ формирования кромки бритвенного лезвия содержит стадию, на которой изостатически прессуют (IP), по меньшей мере, одну кромку лезвия, покрытую полимерным материалом.

Изобретение относится к области материаловедения и может быть использовано для получения многослойных композитов на основе системы Ni-Al, а также прекурсоров для синтеза наноструктурных интерметаллических соединений данной системы.

Группа изобретений относится к способу получения органических частиц субстрата, связанных с переключаемыми ферромагнитными наночастицами со средним диаметром частиц в интервале от 10 до 1000 нм, к применению таких частиц для гипертермического лечения организма и к медикаменту для гипертермического лечения.
Изобретение относится к области порошковой металлургии, в частности к получению порошка для нанесения износо- и коррозионно-стойких покрытий с высокой адгезионной и когезионной прочностью методом холодного газодинамического напыления (ХГДН).

Изобретение относится к области порошковой металлургии сплавов на основе алюминия, используемых в подшипниках скольжения. Cпособ получения антифрикционного износостойкого сплава на основе алюминия включает получение смеси чистых порошков алюминия и олова, содержащей 35-45% вес.
Изобретение относится к металлургии, а именно к способам получения сплавов баббита. Способ получения кальциевого баббита включает плавление смеси свинца с восстановителем и смесью солей.
Изобретение относится к материалу для кабелей на основе алюминиевого сплава и способу его получения. Сплав на основе алюминия содержит, мас.%: 0,3-1,2 Fe, 0,03-0,10 Si, 0,01-0,30 редкоземельных элементов Ce и La, неизбежные примеси - менее 0,3 и алюминий - остальное, причем содержание в примесях Ca составляет 0,02%, а содержание любого другого примесного элемента - 0,01%.

Изобретение относится к области металлургии, в частности к сплавам на основе магния, подходящим для применения при высокой температуре. Способ получения сплава на магниевой основе включает расплавление магния или магниевого сплава с получением жидкой фазы, добавление 0,5-4,0 мас.% СаО на поверхность расплава, поверхностное перемешивание с обеспечением по существу полного расходования СаО в магнии, образование соединения кальция (Са) с металлом или другими легирующими элементами в сплаве на магниевой основе и отверждение расплава.
Изобретение относится к области металлургии, а именно к получению литого композиционного материала (ЛКМ) на основе алюминиевого сплава для изготовления циклически и термически нагруженных до 230°С деталей авиационного назначения - лопаток вентилятора и ступеней компрессора низкого давления перспективных авиационных двигателей и газоперекачивающих аппаратов.

Изобретение относится к области металлургии, в частности к способам рафинирования и модифицирования алюминиевых сплавов. Способ включает расплавление металла, обработку расплава наносекундными электромагнитными импульсами (НЭМИ) в течение 15 минут и разливку по формам, при этом перед обработкой НЭМИ расплав обрабатывают рафинирующими солями, а во время обработки или после обработки НЭМИ расплав подвергают вакуумированию в течение 15 минут.

Изобретение относится к области металлургии, в частности к сплавам на основе никеля для изготовления механических компонентов турбомашин. Суперсплав на основе никеля для механических компонентов турбомашин содержит, мас.%: хром - от 3 до 7, вольфрам - от 3 до 15, тантал - от 4 до 6, алюминий - от 4 до 8, углерод менее 0,8, никель и примеси - остальное.

Изобретение относится к порошковой металлургии, в частности к получению объемно-пористых структур сплавов-накопителей водорода (СНВ), способных выдерживать многократные циклы гидрирования/дегидрирования без разрушения.

Изобретение относится к области порошковой металлургии, в частности к способам получения высокопористых ячеистых материалов, предназначенных для использования в качестве фильтров, шумопоглотителей, носителей катализаторов, теплообменных систем, конструкционных материалов, работающих в условиях высоких температур, и может найти применение в энергетике, машиностроительной, химической и других отраслях промышленности. Способ включает приготовление суспензии смеси порошков на основе хромаля, нанесение суспензии на пористый полимерный материал, удаление нагреванием органических веществ с получением заготовки, спекание заготовки, при этом на заготовку после ее спекания наносят оксид хрома Cr2O3 и производят его закрепление в объеме и на поверхности ячеек заготовки путем спекания. Технический результат заключается в повышении каталитической активности и долговечности материала. 3 з.п. ф-лы, 1 пр.

Наверх