Способ получения высокопористого ячеистого материала Российский патент 2024 года по МПК B22F3/11 C22C1/08 

Изобретение относится к области порошковой металлургии, в частности, к способам упрочнения заготовок, предназначенных для изготовления высокопористого проницаемого ячеистого материала (ВПЯМ) на основе жаростойкого сплава, используемого в условиях высоких температур и агрессивных сред в качестве фильтра, носителя катализаторов, шумопоглотителя, теплообменника, конструкционного материала, режущего инструмента. Может найти применение в энергетике, машиностроительной, химической и других отраслях промышленности.

Изобретение касается шликерной (суспензионной) технологии получения металлических высокопористых проницаемых ячеистых материалов, в частности ее разновидности - метода дублирования полимерной матрицы, а также и для изготовления режущего инструмента.

На основе проведенного патентного поиска по МПК B24D 3/10, B22F 9/04, В02С 17/00, В02С 19/16, B22F3/11, С22С 1/08 (изобретения по патентам RU 2725485, RU 2623608, RU 2609153, RU 2497631, RU 2213645, RU 2464127, US 5881353 и др.) нами выявлен как наиболее близкий аналог к заявляемому способу патент "Способ получения высокопористого ячеистого материала" (RU 2609153 от 30.01.2017, МПК B22F 3/11 и МПК С22С 1/08), который и принят нами в качестве прототипа.

Признаки известного технического решения, совпадающие с признаками заявляемого изобретения, заключаются в том, что он включает в себя приготовление суспензии из смеси порошков высокочистого железа, легированного хромом в количестве от 5 до 20 мас. % и измельченного до среднего размера частиц 2-5 мкм, и ультрадисперсного порошка кобальта в количестве 1,2-2,0 мас. %, приготовление раствора органического вещества, нанесение суспензии на пористый полимерный материал, сушку полученной заготовки, удаление из нее нагреванием органических веществ с последующим спеканием.

Причина, препятствующая получению в известном техническом решении (RU 2609153 от 30.01.2017, МПК B22F 3/11 и МПК С22С 1/08), технического результата, который достигается заявляемым изобретением, состоит в том, что известный способ имеет недостаток в части неопределенности количественной характеристики одного из компонентов приготовляемой суспензии из смеси порошков, а именно, размера частиц ультрадисперсного порошка кобальта. В формуле изобретения эта характеристика отсутствует. В описании названного изобретения назван лишь номинал этой характеристики - 0,4 мкм, что определено с помощью оптического микроскопа, и названо двойное назначение добавки ультрадисперсного порошка кобальта в смесь порошков: повышение жаростойкости получаемого ВПЯМ и повышение прочности заготовки на стадии начальной термообработки. В практической работе всегда имеются, пусть незначительные по величине, но существенные по получаемому результату, отклонения от заданного номинала, в данном случае это "0,4 мкм". Отсутствие нижнего и верхнего предела этой характеристики затрудняет практическую работу по изготовлению ВПЯМ, приводит к повышению трудоемкости всего рабочего процесса изготовления ВПЯМ и к снижению процента выхода годного материала, то есть, в целом снижает эффективность рабочего процесса получения высокопористого ячеистого материала.

Задачей, на решение которой направлено заявляемое изобретение, является повышение эффективности рабочего процесса получения высокопористого ячеистого материала, а именно, снижение трудоемкости всего рабочего процесса получения ВПЯМ и повышение процента выхода годного в процессе получения этого материала.

Технический результат состоит в расширении диапазона количественной характеристики одного из компонентов приготовляемой суспензии из смеси порошков, а именно, размера частиц ультрадисперсного порошка кобальта, обеспечивающих повышение эффективности рабочего процесса получения высокопористого ячеистого материала без снижения качества получаемого ВПЯМ.

Достигается технический результат путем обоснования расширения диапазона количественной характеристики одного из компонентов приготовляемой суспензии из смеси порошков, а именно, размера частиц ультрадисперсного порошка кобальта. Обоснование проводится аналитическим путем на основе имеющегося у Заявителя и автора настоящего изобретения опыта аналогичных исследований с рассмотрением различных вариантов этого отклонения и оценки влияния этого отклонения на качество получаемого ВПЯМ и на эффективность рабочего процесса получения в ВПЯМ без снижения качества получаемого ВПЯМ.

Проведенный анализ показал, что при отклонениях размера частиц ультрадисперсного порошка кобальта от номинала "0,4 мкм" в меньшую сторону до 0,3 мкм и в большую сторону до 0,5 мкм не приводит к существенным изменениям качества получаемого ВПЯМ, что обеспечивает возможность повышения эффективности рабочего процесса получения высокопористого ячеистого материала, а именно, снижение трудоемкости всего рабочего процесса получения ВПЯМ и повышение процента выхода годного в процессе получения этого материала.

Новые признаки заявляемого изобретения заключаются в том, что в способе получения высокопористого ячеистого материала, включающем приготовление суспензии из смеси порошков высокочистого железа, легированного хромом в количестве от 5 до 20 мас. % и измельченного до среднего размера частиц 2-5 мкм, и ультрадисперсного порошка кобальта в количестве 1,2-2,0 мас. %, и раствора органического вещества, нанесение суспензии на пористый полимерный материал, сушку полученной заготовки, удаление из нее нагреванием органических веществ с последующим спеканием - средний размер частиц ультрадисперсного порошка кобальта имеет значение 0,3-0,5 мкм.

Описанное выше техническое решение позволяет достичь технического результата, состоящего в расширении диапазона количественной характеристики одного из компонентов приготовляемой суспензии из смеси порошков, а именно, размера частиц ультрадисперсного порошка кобальта, обеспечивающих повышение эффективности рабочего процесса получения высокопористого ячеистого материала без снижения качества получаемого ВПЯМ, а именно, снижение трудоемкости всего рабочего процесса получения ВПЯМ и повышение процента выхода годного в процессе получения этого материала.

Изобретение иллюстрируется нижеприведенным примером.

В качестве исходного материала порошка используют высокочистое железо, легированное хромом с содержанием 12,5 мас. %, и ультрадисперсный порошок кобальта с размером частиц 0,3-0,5 мкм.

Шихта изготавливается в вибромельнице MB - 0,005. В результате размола получаем шихту с процентным содержанием: высокочистое железо - 98,5% и ультрадисперсный порошок кобальта - 1,5%. Средний размер частиц шихты получаем от 2 до 5 мкм.

На следующем этапе проводим шликерование пластин ППУ (пенополиуретан). Пластины ППУ пропитываем шликером - шихта и поливиниловый спирт 7% в водном растворе. Для равномерного распределения шликера в пластине ППУ пропускают их через валки. Далее высушивают их при комнатной температуре в течение 24 часов.

Для удаления органических веществ образцы подвергают температурной обработке - время выдержки при Т=720-730°С не менее 1 часа. Затем образцы спекают с выдержкой не менее 2 часов и Т=1270°С. Нагрев не менее 32 часов и охлаждение не менее 24 часов соответственно.

Из всего сказанного выше следует вывод, что полученный технический результат, состоящий в расширении диапазона количественной характеристики одного из компонентов приготовляемой суспензии из смеси порошков, а именно, размера частиц ультрадисперсного порошка кобальта, обеспечивает решение задачи заявляемого изобретения - повышение эффективности рабочего процесса получения высокопористого ячеистого материала, а именно, снижение трудоемкости всего рабочего процесса получения ВПЯМ и повышение процента выхода годного в процессе получения этого материала.

Изобретение относится к области порошковой металлургии, в частности к способам упрочнения заготовок, предназначенных для изготовления высокопористого проницаемого ячеистого материала (ВПЯМ) на основе жаростойкого сплава, используемого в условиях высоких температур и агрессивных сред в качестве фильтра, носителя катализаторов, шумопоглотителя, теплообменника, конструкционного материала, режущего инструмента. Способ включает приготовление суспензии из смеси порошков высокочистого железа, легированного хромом в количестве от 5 до 20 мас. % и измельченного до среднего размера частиц 2-5 мкм, и ультрадисперсного порошка кобальта в количестве 1,2-2,0 мас. %, и раствора органического вещества. Полученную суспензию наносят на пористый полимерный материал, сушат полученную заготовку, удаляют из нее нагреванием органические вещества и осуществляют спекание. При этом средний размер частиц ультрадисперсного порошка кобальта имеет значение от 0,3 мкм включительно до 0,4 мкм и от 0,4 мкм до 0,5 мкм включительно. Обеспечивается расширение диапазона количественной характеристики размера частиц ультрадисперсного порошка кобальта. 1 пр.

Способ получения высокопористого ячеистого материала, включающий приготовление суспензии из смеси порошков высокочистого железа, легированного хромом в количестве от 5 до 20 мас. % и измельченного до среднего размера частиц 2-5 мкм, и ультрадисперсного порошка кобальта в количестве 1,2-2,0 мас. %, и раствора органического вещества, нанесение суспензии на пористый полимерный материал, сушку полученной заготовки, удаление из нее нагреванием органических веществ с последующим спеканием, отличающийся тем, что средний размер частиц ультрадисперсного порошка кобальта имеет значение от 0,3 мкм включительно до 0,4 мкм и от 0,4 мкм до 0,5 мкм включительно.