ПОРИСТАЯ КЕРАМИЧЕСКАЯ СТРУКТУРА Российский патент 1994 года по МПК C22B9/02 

Изобретение относится к литейному производству и металлургии и может быть использовано для комплексной обработки металлических расплавов.

Известны устройство и способ фильтрации расплавленного металла [1], часть тигля в этом устройстве выполнена из пористого керамического материала, имеющего незамкнутую ячеистую структуру с многочисленными сообщающимися порами. Эта керамическая структура используется для фильтрации металла.

Недостатком является узкая область применения - только фильтрование.

Известна пористая керамическая структура [2], представляющая собой пористый керамический элемент, имеющий проницаемые поры. Поверхность стенок в порах покрыта металлом. Она предназначена для использования в качестве фильтра для фильтрации металлических расплавов.

Недостатком является узкая область применения, так как металл, покрывающий стенки, предопределяет тип обрабатываемого расплава. Кроме того, в существующих технологических процессах операции фильтрации и модифицирования производятся последовательно и разделены во времени. В зависимости от времени выдержки металла в печи эффект модифицирования может ослабляться или даже пропадать совсем.

Задачей изобретения является комплексная обработка расплавленного металла, т.е. фильтрационное рафинирование с одновременным его эффективным модифицированием, что ведет к повышению качества изделия, получаемого из расплава.

В изобретении предлагается пористая керамическая структура, состоящая из пористого керамического элемента с проницаемыми порами, на поверхность стенок которых нанесен порошкообразный реагент в количестве ≅0,1% от пропускаемой через поры массы обрабатываемого вещества. В качестве реагента может быть использован ультрадисперсный порошок, углеродсодержащий порошок.

При получении сплавов операции фильтрации и модифицирования являются обязательными. В зависимости от пропускаемого типа расплава выбираются состав керамики, ее структура, обладающая определенными параметрами, например термостойкостью, огнеупорностью, размерами пор и т.д., а также порошкообразный реагент, имеющий разные структуру и свойства.

Фильтруемый расплав, перемещаясь через поры структуры, контактирует со всей поверхностью, на которую нанесено покрытие. Вследствие этого идет смывание нанесенного порошка в расплав. В отдельных случаях возможно химическое взаимодействие расплава с реагентом с образованием активных фаз.

Достаточно малый процент наносимого порошка ≅0,1% от пропускаемой через поры массы обрабатываемого вещества определяется дисперсностью самих частиц.

Значительно возросшая за счет предлагаемой структуры поверхность соприкосновения активизирует как процесс фильтрации, так и процесс модифицирования.

Использование ячеистой керамической структуры, например Al₂O₃ + ZrO₂, TiO₂ с покрытиями ультрадисперсными порошками при обработке жидкого чугуна приводит к значительному снижению в расплаве количества неметаллических включений как за счет эффекта механической задержки частиц, размер которых больше размера пор в структуре, так и удержания более мелких включений за счет адгезионных процессов в системе расплав - поверхность пор.

При использовании ультрадисперсных порошков типа SiC с размером частиц ≅0,5 мкм значительно снижается склонность модифицированного магнием чугуна к образованию цементита. Эффективность воздействия будет тем выше, чем меньше промежуток времени между началом модифицирования и кристаллизации чугуна. Высокая разветвленная поверхность ячеистой керамической структуры позволяет при малом количестве реагента ( ≅0,1 мас.%) обеспечить эффективное модифицирование расплава. Помещение структуры внутри литейной формы, сокращая время между началом модифицирования и кристаллизации чугуна, обеспечивает высокую эффективность модифицирования.

При приготовлении расплавов магниевых сплавов системы Mg-Al-Zn их пропускают через пористую керамическую структуру с нанесенным слоем углеродсодержащего порошка, например графита или пироуглерода на стенки пор. При пропускании через поры происходит его фильтрация и протекание химической реакции Mg-Al-Zn. Образующийся карбид алюминия обеспечивает модифицирование сплавов. В результате этого исключается брак отливок по флюсовой коррозии за счет фильтрации и обеспечивается измельчение зерна, что улучшает технологические и эксплуатационные свойства сплавов.

Внутри литейной формы устанавливают пористую керамическую структуру Al₂O₃ + ZrO₂ и наносят покрытие SiC с размером частиц ≅0,5 мкм в количестве 0,05 и 0,1% от массы заливаемого жидкого чугуна. Структура служит фильтром и позволяет в высокопрочном чугуне с шаровидным графитом, модифицированном в ковше Ni-Mg лигатурой, снизить на 12-15% количество неметаллических включений ("черных пятен") в теле отливок, устранить структурно-свободный цементит и обеспечить в литом клиновом образце получение перлитно-ферритной структуры с параметрами:
Временное сопротивление разрыву σ_в 600-620 мПа;
Относительное удлинение δ 5-7%.

В литниковую систему литейной формы помещают пенокерамическую структуру с нанесенным слоем пироуглерода в количестве 0,06% от массы пропускаемого сплава Мл.5 (Mg-Al-Zn).

Механические свойства после термической обработки по режиму Т 6 составляли:
Временное сопротивление разрыву σ_в 260-280 мПа;
Относительное удлинение δ 4-6%.

За счет фильтрации уменьшился на 10% брак отливок по флюсовой коррозии по сравнению с технологическим процессом с применением угольного фильтра.

Пористая керамическая структура может быть использована в литейном производстве и металлургии для комплексной обработки расплавленного металла, т. е. фильтрационного рафинирования с одновременным эффективным модифицированием. Сущность: пористая керамическая структура состоит из пористого керамического элемента с проницаемыми порами, на поверхность стенок которых нанесен порошкообразный реагент в количестве ≅ 0,1 % от проходящей через поры массы обрабатываемого вещества. В качестве реагента может быть использован ультрадисперсный или углеродсодержащий порошок. 2 з.п. ф-лы.

1. ПОРИСТАЯ КЕРАМИЧЕСКАЯ СТРУКТУРА, состоящая из пористого керамического элемента с проницаемыми порами, на поверхность стенок которых нанесено покрытие, отличающаяся тем, что в качестве покрытия использован порошкообразный реагент в количестве ≅ 0,1% от пропускаемой через поры массы обрабатываемого вещества. 2. Структура по п.1, отличающаяся тем, что в качестве порошкообразного реагента использован ультрадисперсный порошок. 3. Структура по п.1, отличающаяся тем, что в качестве порошкообразного реагента использован углеродсодержащий порошок.