СПОСОБ СОЗДАНИЯ СЛОИСТЫХ ИЗДЕЛИЙ ОБЪЕМНОЙ ПРЕРЫВИСТОЙ ФОРМЫ Российский патент 1995 года по МПК C22C1/09 B32B15/14 

Изобретение относится к способам создания изделий, изготовленных из слоев с внешней или внутренней прерывистостью или неровностью, точнее к способам создания изделий, отличающихся слоем равномерно расположенных ячеек подобно структуре пчелиных сот, и может быть использовано при изготовлении фильтрующих элементов, каталитических решеток, теплообменников и тому подобного.

Известны способы создания изделий типа сот (сотовых панелей или сотовых кабелей), заключающиеся в соединении путем припаивания или напыления припоя на ребра панелей или на изоляционные ребра кабелей, размещенных перпендикулярно и параллельно друг относительно друга [1,2]
Такие способы являются очень трудоемкими и могут быть ограниченно использованы только для изготовления специальных изделий.

Известен способ создания ячеистого изделия, заключающийся в нанесении на металлическую сетку путем распыления или разбрызгивания раствора клейкого вещества с одновременным или последующим испарением растворителя путем дополнительного нагрева до затвердения клеющего вещества [3]
Этот способ трудоемкий, сложный в исполнении и использовать его можно только при нанесении на металлическую сетку только распылением или разбрызгиванием растворов клейких веществ, т.е. заведомо нельзя использовать вещества, не обладающие клейкими свойствами, такими как металлы, окиси металлов и другие.

Целью изобретения является упрощение процесса создания ячеистых изделий и возможность создания таких изделий из непластичных материалов, не обладающих клеющими свойствами.

Цель достигается тем, что на сетчатую основу напыляют наносимый материал, в качестве которого используют порошки и/или их смеси, содержащие не менее 5 мас. пластичных металлов или их сплавов с размерами частиц не менее, чем на порядок меньшими толщин элементов сетчатой основы, распыляют и ускоряют эти порошки потоком воздуха до скорости, превышающей минимальную скорость, при которой начинается адгезионное взаимодействие частиц наносимого материала с материалом сетчатой основы.

Чтобы получить изделия с различными формами ячеек, ориентируют основу и поток друг относительно друга в зависимости от заданной формы изделий и ячеек.

От известных решений заявляемый способ отличается тем, что в качестве наносимого материала используют порошки с размерами частиц не менее, чем на порядок меньшими толщины линейных размеров элементов сетчатой структуры. Наносят эти порошки, разгоняя их воздушным потоком до скорости в несколько сот метров в секунду, превышающей при этом минимальные скорости, при которых начинается адгезионное взаимодействие частиц наносимого материала с материалом сетчатой основы и друг с другом.

То, что в отличие от известного решения в предлагаемом способе используются порошки и/или их смеси, содержащие не менее 5 мас. пластичных металлов или их сплавов, позволяет получить слоистое изделие объемной формы из разнообразных веществ, не обладающих клеющими свойствами, в том числе и таких, которые включают в себя непластичные металлы, их окислы и другие.

Однако для того, чтобы реализовать эту возможность, необходимо довести скорость воздушного потока, ускоряющего наносимый порошковый материал, до нескольких сот метров в секунду.

Равномерное нарастание стенок на ячейках сетчатой основы возможно лишь тогда, когда элементы этих ячеек будут расположены под одинаковыми углами к потоку частиц. Изменяя ориентацию сетчатой основы по отношению к оси потока частиц, можно получить ячеистую структуру с наклонным (о отношению к основе) расположением стенок ячеек. Кроме того, если элементы сетчатой основы ориентировать под разными углами к потоку частиц, то стенки на ячейках будут разной высоты и толщины, что позволяет создавать сотовые изделия со сложной конфигурацией внешней поверхности.

От размеров частиц напыляемых порошкообразных веществ зависит и прочность их сцепления с элементами сетчатой основы (особенно в стыках сетчатой основы) и величина стенок ячеек, а также скорость самого процесса создания ячеистых изделий объемной формы. От правильно выбранной грануляции напыляемого порошка зависит качество создаваемого покрытия, но при нанесении покрытия на прерывистую основу покрываемая площадь мала и, следовательно, частицы наносимого порошка должны быть достаточно малы для того, чтобы нанести покрытие на столь малую поверхность, обеспечить закрытие стыков в случае использования сетчатой основы и чтобы в дальнейшем нарастить стенки ячеек достаточной величины, а также для того, чтобы получить при этом прерывистое покрытие. Поэтому размеры частиц должны быть не менее, чем на порядок меньше толщин линейных элементов сетчатой основы.

На фиг.1 приведены фотографии с 8-кратным увеличением изделий, полученных заявляемым способом (показаны участки, на которых покрытие не наносилось 1, и участки, на которые нанесено покрытие 2); на фиг.2 примеры реализации способа при получении ячеистых изделий разной формы (где 3 сетчатая основа, 4 ячейки полученного изделия, А направление воздушного потока; при этом а) ячеистое изделие, полученное при направлении потока по нормали к поверхности основы; б) при отклонении от нормального направления потока на угол α в) при одновременном перемещении сопла и основы, где В направление перемещения основы, β угол отклонения направления потока от нормального; г) нанесение на основу с изогнутой поверхностью при направлении воздушного потока по нормали к касательной к поверхности основы); на фиг.3 сетчатая основа из листовой перфорированной нержавеющей стали; на фиг.4 объемная структура, полученная на этой основе.

П р и м е р 1. В качестве примера конкретного использования приводится реализация способа для получения показанных на чертежах изделий при использовании следующих материалов: сетчатая основа из стали, наносимый материал смесь порошков Al (50 мас.) Al₂O₃ (50 мас.).

Размеры ячеек сетчатой основы 1,25 мм, толщина линейного элемента основы 0,2 мм. В соответствии с этими размерами подобраны средние размеры частиц в смеси порошков: Al 5 мкм, Al₂O₃ 30 мкм. По результатам экспериментов выбрана оптимальная скорость потока 600 м/с. Как показано на фиг.1 и 2 (а) при направлении воздушного потока по нормали к сетчатой основе образуются ячейки одинаковых размеров, стенки которых перпендикулярны к основе. Если изменить направление потока относительно поверхности основы под некоторым углом к нормали, то изменится угол наклона стенок ячеек к поверхности основы и изменятся размеры стенок ячеек. Подбирая эмпирически этот угол, можно получить самые разнообразные изделия. Разнообразные изделия объемной формы можно изготовить также при перемещении относительно друг друга сетчатой основы и сопла распыляющей установки (фиг.2в). Если в качестве основы используется сетчатое объемное изделие, например цилиндр (фиг.2г), то для того, чтобы получить ячеистое изделие, этот цилиндр нужно вращать в потоке вокруг своей оси.

П р и м е р 2. В качестве сетчатой основы использовалась перфорированная листовая нержавеющая сталь. Размеры перфорированных отверстий: круглые диаметром 0,5 мм, прямоугольные длиной 6 мм и шириной 0,5 мм.Минимальное расстояние между отверстиями 0,5 мм, максимальное 1,5 мм. Характер перфорации изображен на фиг.3. На эту сетчатую основу наносилась смесь порошков Аl (со средним размером частиц 10 мкм) и Al₂O₃ (со средним размером частиц 15 мкм) со скоростью 500 м/с. Соотношение компонентов в смеси составляло Al 50 мас. Al₂O₃ 50 мас. (фиг.4).

П р и м е р 3. В качестве сетчатой основы использовалась латунная сетка со следующими размерами характерных элементов: толщина линейного элемента сетки 0,2 мм, длина линейного элемента 0,5 мм, расстояние между линейными элементами 0,5 мм. На эту сетчатую основу наносилась смесь порошков Тi (со средним размером частиц 5 мкм) и SiС (со средним размером частиц 15 мкм) со скоростью 550 м/с. Соотношение компонентов в смеси составляло, мас. Тi 70, SiС 30. Характер полученной объемной структуры аналогичен приведенной на фиг.1.

П р и м е р 4. В качестве сетчатой основы использовалась плоская керамическая решетка с круглыми отверстиями диаметром 2 мм, расположенными в шахматном порядке; расстояние между центрами отверстия 5 мм. На эту сетчатую основу наносилась смесь порошков Al (со средним размером частиц 10 мкм) и Cr (со средним размером частиц 35 мкм) со скоростью 500 м/с. Сотношение компонентов в смеси составляло, мас. Al 10; Сr 90. Характер полученной объемной структуры аналогичен приведенной на фиг.4.

Способ создания слоистых изделий объемной прерывистой формы для изготовления фильтрующих элементов, каталитических решеток, теплообменников и т. д. На сетчатую основу наносят путем распыления воздушным потоком порошки, содержащие не менее 5% пластичных металлов или их сплавов, ускоряют эти порошки воздушным потоком до скоростей, превышающих минимальные скорости, при которых начинается адгезионное взаимодействие частиц наносимого материала с материалом сетчатой основы, ориентируют при этом основу и воздушный поток относительно друг друга в зависимости от заданной формы изделия и ячеек в нем. 2 з.п. ф-лы, 4 ил.

1. СПОСОБ СОЗДАНИЯ СЛОИСТЫХ ИЗДЕЛИЙ ОБЪЕМНОЙ ПРЕРЫВИСТОЙ ФОРМЫ, включающий нанесение на сетчатую основу распыляемого воздушным потоком материала, отличающийся тем, что в качестве распыляемого материала используют порошки и/или их смеси, содержащие не менее 5 мас. пластичных металлов или их сплавов при размере частиц распыляемого материала не менее чем на порядок меньше толщины элементов сетчатой основы, при этом ускоряют порошки воздушным потоком до скорости, превышающей минимальную скорость начала адгезионного взаимодействия частиц распыляемого материала с материалом сетчатой основы. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что при нанесении распыляемого материала на сетчатую основу ориентируют сетчатую основу и воздушный поток под углом друг к другу в зависимости от заданной формы изделия и ячеек в нем. 3. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве распыляемого материала используют порошковую смесь, содержащую в качестве пластичного металла не менее 5 мас. алюминия, остальное оксид алюминия, при этом порошковую смесь ускоряют воздушным потоком до скорости свыше 100 м/с.