Способ изготовления изделий из порошков, преимущественно ферромагнитных Советский патент 1992 года по МПК B22F3/26 B22F7/04 

со

С

Использование: работа композиционных материалов, армированных волокнами в теплонагруженных элементах конструкций. Сущность изобретения: взвесь порошка в воздухе подают в форму и одновременно ориентируют магнитным полем до образования волокон, затем напыляют на них порошок термопластичного материала и пропускают через волокна электрический ток до оплавления термопластичного материала, av затем проводят пропитку связующим. 1 з.п. ф-лы.

Изобретение относится к порошковой металлургии, в частности к получению изделий с повышенной теплопооводностью.

Известны способы изготовления изделий из порошков, при которых составляют шихту из порошков, образующих основу, и армирующих волокон, подвергают ее смешиванию и последующей пропитке. Полученные детали обладают низкими характеристиками теплопередачи, что затрудняет их применение в теплонагруженных элементах конструкций.

Наиболее близким к предлагаемому является способ изготовления изделий из ферромагнитных порошков, включающий их ориентировку и заполнение связующим в магнитном поле в форме.

При этом способе в форму засыпают шихту из ферромагнитного материала и материала пропитки. Затем на форму воздействуют магнитным полем. Под действием поля частицы ферромагнитного порошкового материала ориентируются вдоль направления магнитных силовых линий. Затем осуществляют пропитку и спекание.

Полученные по данной технологии изделия обладают некоторой анизотропией свойств в различных направлениях за счет того, что армирующие волокна (порошок) имеют определенное заранее заданное направление, обусловленное действием магнитного поля. За счет этого повышается теплопроводность изделия. Однако характеристики теплопередачи повышаются незначительно, поскольку частицы ферромагнитного порошкового материала (волокна), будучи к началу действия магнитного поля распределенными в объеме шихты, не имеют возможности взаимного соприкосновения, поскольку достаточно плотная масса шихты препятствует их относительному перемещению.

Цель изобретения - повышение характеристик теплопередачи.

VI

4 СО О О О

Для достижения указанной цели в способе, включающем ориентировку ферромаг- нитного порошкового материала и заполнение его связующим в магнитном поле в форме, ориентировку осуществляют подачей в форму взвеси порошка в воздухе до образования волокон, затем напыляют на них порошок термопластичного материала и пропускают через волокна ток до оплавления термопластичного материала. Кроме того, немагнитные порошки плакируют слоем ферромагнитного материала.

Способ реализуют следующим образом.

В вертикальной плоскости располагают разноименные полюса постоянных магнитов или электромагнитов, например, таким образом, чтобы один из полюсов находился под немагнитной формой, а другой - над ее верхним срезом. Полюса целесообразно расположить так, чтобы они образовывали направление предполагаемого отвода теплового потока в изделии.

После фиксирования магнитов в зазор между полюсами подают взвесь ферромагнитного порошка в воздухе. Частицы порошка, попадая в магнитное поле, притягиваются к полюсам и ориентируются вдоль магнитных силовых линий, Постепенно между полюсами образуются волокна (мостики), соединяющие оба полюса.

После образования волокон, не снимая магнитного поля, на них напыляют порошок термопласта и пропускают через волокна электрический ток. Проходя по волокнам от одного полюса к другому, ток вызывает выделение джоулева тепла в зонах контакта между частицами порошка, поскольку эти зоны обладают повышенным электрическим сопротивлением. Осевший на частицах термопласт плавится, соединяя элементы волокон между собой и прикрепляя их к поверхностям полюсов электромаг- нитов. После этого ток отключают, охлаждают полученный каркас, отключают питание электромагнитов, производят заполнение и пропитку связующим.

При создании каркаса могут быть использованы не только ферромагнитные порошки, но и порошки из любых материалов, на которые известными способами нанесен слой ферромагнитного материала.

Пример. Изготовлены образцы в соответствии с способом-прототипом и предлагаемым способом, после чего оценивалась степень повышения теплопроводности.

Для определения теплопроводности создавали одномерный тепловой поток сквозь

образец (слой материала заданной толщины) и измеряли разность температур на границах слоя.

Для коэффициента теплопроводнос- ти А при одномерном тепловом потоке Q через плоский слой толщиной h справедлива формула

10

(Tr-Tx).

Здесь S - площадь поверхности Тг и Тх - температуры соответственно горячей и холодной поверхностей образца.

Теплопроводность обратно пропорцио- нальна разности температур Тг и Тх, чем меньше эта разность, тем при прочих равных условиях выше теплопроводность.

Для доказательства достижения поставленной цели в каждом случае оценивалось отношение теплопроводностей у образцов, полученных по способу-прототипу (индекс 1), и в соответствии с признаками изобретения (индекс 2). При идентичных начальных условиях справедливо выражение

Аа TM - ТХ1

AT ТГ2 - Тх2

Тепловой поток создавали стабилизированным электронагревателем мощностью 40 Вт. Температуры измеряли контактным датчиком сопротивления типа ТП012-01. Показания цифрового прибора (в омах) по тарировочным кривым переводились в значения температуры, после чего рассчитывали отношение теплопроводностей, характеризующее получение положительного эффекта в соответствии с целью изобретения.

Пример. Изготовлены образцы размерами 4x14x30 мм с содержанием ферромагнитного порошка 2,5 об. %. Для пропитки использована эпоксидная смола с добавкой 5% дибутилфталата. В качестве

ферромагнитного порошка выступала железная дробленая стружка длиной 0,5 мм и поперечным размером около 0,15 мм. При изготовлении образцов использованы формы из алюминиевой фольги.

По способу-прототипу приготовляли

смесь из смолы с ферромагнитным порошком, заливали в форму и накладывали магнитное поле напряженностью 800 Э, действовавшее до затвердевания образца.

По предлагаемому способу производили формирование волокон в заранее наложенном на форму магнитном поле. После формирования волокон их опыливали мелкодисперсным порошком полистирола. Затем к полюсам магнитов подключали источник тока. Силу тока плавно регулировали с одновременным визуальным контролем состояния поверхности врлокон в отраженном свете. После появления характерного блеска, свидетельствующего об оплавлении термопласта, ток отключали и охлаждали упрочненные волокна, осуществляли заполнение формы связующим и его отверждение. Затем торцовые поверхности обоих образцов шлифовали.

Величина отношения теплопроводно- стей A2/A-I, рассчитанная по результатам замера температур (Тг, и (Тг, ТхЬ составила 1,18.

Пример 2. Аналогично примеру 1 изготовлены образцы по способу-прототипу и в соответствии с изобретением, однако в качестве порошкового материала использовали плакированный никелем порошок графита (85% никеля, 15% графита). Величина отношения теплопроводностей, рассчитанная по результатам замера температур на поверхностях образца, составила 1,14.

Полученные результаты показывают, что характеристики теплопередачи у образцов, полученных по предложенной технологии выше, чем у образцов, изготовленных в соответствии со способом-прототипом.

Таким образом, использование изобретения расширяет область применения композиционных материалов, армированных волокнами, обеспечивая их работоспособ- ность в теплонагруженных элементах конст- рукций благодаря эффективному теплоотводу.

Формула изобретения

изделий за счет обеспечения заданного направления теплопередачи, засыпку и ориентировку порошков в магнитном поле совмещают при подаче в форму взвеси порошка в воздухе до образования волокон в

направлении магнитных силовых линий, затем напыляют на них порошок термопластичного материала и нагревают их до оплавления термопластичного материала путем пропускания электрического тока через волокна.

2.Способ поп. 1, отличающийся тем, что немагнитные порошки предварительно плакируют слоем ферромагнитного материала.