СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ВЫСОКОПОРИСТОГО ЯЧЕИСТОГО МАТЕРИАЛА Российский патент 2014 года по МПК B22F3/11 C22C1/08 

Описание патента на изобретение RU2508962C1

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.

Похожие патенты RU2508962C1

название год авторы номер документа
СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ВЫСОКОПОРИСТОГО ЯЧЕИСТОГО МАТЕРИАЛА 2012
  • Цой Герман Алексеевич
RU2497631C1
СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ВЫСОКОПОРИСТОГО ЯЧЕИСТОГО МАТЕРИАЛА НА ОСНОВЕ ХРОМАЛЯ 2011
  • Анциферов Владимир Никитович
  • Бевз Анатолий Павлович
  • Цой Герман Алексеевич
RU2464127C1
СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ВЫСОКОПОРИСТОГО ЯЧЕИСТОГО МАТЕРИАЛА НА ОСНОВЕ ХРОМАЛЯ 2013
  • Анциферов Владимир Никитович
RU2555265C2
Способ получения высокопористого ячеистого материала 2015
  • Анциферов Владимир Никитович
  • Барышников Иван Николаевич
  • Перельман Олег Михайлович
RU2609153C2
СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ВЫСОКОПОРИСТОГО ХРОМАЛЯ 2006
  • Анциферов Владимир Никитович
  • Храмцов Владимир Дмитриевич
  • Башкирцев Григорий Владимирович
RU2312159C2
Способ получения высокопористого ячеистого материала 2023
  • Барышников Иван Николаевич
RU2825659C1
Способ изготовления литого изделия с проницаемой ячеистой структурой из алюминиевого сплава 2018
  • Федулов Виталий Михайлович
  • Рослова Анастасия Александровна
RU2678856C1
СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ВЫСОКОПОРИСТОГО ЯЧЕИСТОГО МАТЕРИАЛА 2020
  • Гончаров Вячеслав Игоревич
  • Микуцкий Виталий Анатольевич
  • Сморыго Олег Львович
  • Важнова Анастасия Игоревна
RU2759860C1
CПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ЖАРОСТОЙКОГО ВЫСОКОПОРИСТОГО ПРОНИЦАЕМОГО СПЛАВА 2012
  • Макаров Александр Александрович
  • Макаров Александр Михайлович
RU2493934C1
СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ВЫСОКОПОРИСТОГО НИКЕЛЯ И ЕГО СПЛАВОВ 2006
  • Анциферов Владимир Никитович
  • Храмцов Владимир Дмитриевич
RU2311470C2

Иллюстрации к изобретению RU 2 508 962 C1

Реферат патента 2014 года СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ВЫСОКОПОРИСТОГО ЯЧЕИСТОГО МАТЕРИАЛА

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.

Формула изобретения RU 2 508 962 C1

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.

Документы, цитированные в отчете о поиске Патент 2014 года RU2508962C1

СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ВЫСОКОПОРИСТОГО ЯЧЕИСТОГО МАТЕРИАЛА НА ОСНОВЕ ХРОМАЛЯ 2011
  • Анциферов Владимир Никитович
  • Бевз Анатолий Павлович
  • Цой Герман Алексеевич
RU2464127C1
СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ВЫСОКОПОРИСТЫХ СПЛАВОВ 2005
  • Анциферов Владимир Никитович
  • Бевз Анатолий Павлович
  • Молчанов Артем Владимирович
  • Молчанов Кирилл Владимирович
  • Храмцов Владимир Дмитриевич
  • Цой Герман Алексеевич
RU2300444C2
Очаг для массовой варки пищи, выпечки хлеба и кипячения воды 1921
  • Богач Б.И.
SU4A1
КРИОМЕДИЦИНСКИЙ АППАРАТ 2011
  • Педдер Валерий Викторович
  • Педдер Александр Валерьевич
  • Набока Максим Владимирович
  • Косенок Виктор Константинович
  • Якусов Виктор Николаевич
  • Поляков Борис Георгиевич
  • Ткачев Руслан Федорович
  • Сургутскова Ирина Витальевна
  • Компаниец Татьяна Сергеевна
  • Шкуро Юрий Васильевич
  • Трифонов Андрей Иванович
  • Бондаренко Людмила Викторовна
RU2488364C2
Способ получения на волокне оливково-зеленой окраски путем образования никелевого лака азокрасителя 1920
  • Ворожцов Н.Н.
SU57A1

RU 2 508 962 C1

Авторы

Анциферов Владимир Никитович

Даты

2014-03-10Публикация

2012-11-29Подача