Способ получения спеченных пористых металлических изделий Советский патент 1992 года по МПК B22F3/10 C22C1/08 C22C1/04 

Изобретение относится к порошковой металлургии,, в частности к способам изготовления спеченных пористых изделий из алюминия и магния, например фильтрующих элементов, распределителей газового потока, фитилей тепловых труб, носителей катализаторов.

Известен способ изготовления спеченных пористых изделий из алюминия, включающий смешивание порошка алюминия с наполнителем, предохраняющим металл от окисления в процессе спекания. В качестве наполнителя используют пояиэтилгидроси- локсановую жидкость. Смесь прессуют и спекают в печи сопротивления при 20г640 С в течение 8 ч с выдержкой при 640°С в течение 6 ч.

По этому способу спекание проводят в воздушной атмосфере. Однако способ длительный и, как следствие, имеет малую производительность. Кроме того, требует печей

с программируемым регулированием температуры.

Наиболее близким к предлагаемому является способ получения спеченных пористых металлических изделий в волне горения наполнителя, включающий приготовление смеси металлического порошка с тетразолом, брикетирование и локальное воспламенение. При этом происходят выгорание фазы тетразола и спекание частиц порошка. Способ не требует применения сложного оборудования и отличается высокой производительностью.

Недостатком способа является невозможность получения спеченных пористых изделий из магния и алюминия. ,

Целью изобретения является расширение технологических возможностей способа за счет получения изделий из магния и алюминия.

2

00

2

Поставленная цель достигается тем. что в известном способе получения спеченных пористых металлических изделий, включающем смешивание металлического порошка с органическим наполнителем, брикетирование и локальное воспламенение, порошок алюминия или магния смешивают с 20-50 мас.% наполнителя, а в качестве наполнителя используют смесь тетразола с 5-амино- тетразолом при следующем соотношении компонентов, мас.%;

Тетразол75-90

5-Аминотетразол

(5-АТ)Остальное

причем используют порошок алюминия дисперсностью 80-160 мкм или порошок магния дисперсностью 100-200 мкм.

Тетразол - белое кристаллическое ве- -щество, т.пл. 156°С, химическая формула

H-C-N-H

/

К

V

,5-АТ - белое кристаллическое вещество, т.пл. 198°С, химическая формула

НгН-С-Н-К

{

V -

Локэпьный нагрев спрессованного образца смеси порошка алюминия или магния с 20-50 мас.% наполнителя инициирует горение (самораспространяющееся экзотермическое разложение) последнего, которое протекает с образованием значительного количества газов (720-750 см /г), обладающих восстановительными свойствами, при этом твердого продукта не образуется. В волне горения смеси тетразола с 5-АТ достигается высокая температура и образуется значительное количество активных восстановительных радикалов - фрагментов молекул тетразола и 5-АТ - Н; СН; NH, которые взаимодействуют с окисной пленкой на поверхности частиц металлического порошка, восстанавливают его до металла, химически активируют поверхность и таким образом способствуют спеканию. Образующиеся при горении в значительном количестве газы предохраняют металл от окисления кислородом воздуха и обеспечивают формирование сквозных пор,

При содержании тетразола в составе наполнителя в количестве, большем 90%, происходит оплавление алюминия и магния в процессе спекания, что приводит к образованию закрытых пор и неконтролируемой усадке образца. При содержании тетразола в составе наполнителя в количестве, меньшем 75%, режим горения смеси с металлическим порошком не реализуется.

При содержании наполнителя в смеси с металлическим порошком в количестве, большем 50%, значительно уменьшается прочность получаемых изделий. При содер0 жании наполнителя в количестве, меньшем 20%, режим горения прессованного образца смеси не реализуется.

При использовании порошка алюминия с размером частиц, большим 160 мкм, и по5 рошка магния с размером частиц, большим 200 мкм, уменьшается механическая прочность изделий. При использовании порошка алюминия с размером частиц, меньшим 80 мкм, и порошка магния с размером частиц,

0 меньшим 100 мкм, происходит оплавление в процессе спекания, что приводит к образованию закрытых пор и неконтролируемой усадке образца,

П р и ме р. Из порошка алюминия марки

5 ПА-4 выбирают фракцию 80-160 мкм и смешивают в смесителе для сухих веществ с порошками тетразола и 5-АТ, просеянными через сито 50 мкм. Тетразол получают взаимодействием азида натрия, хлорида аммо0 ния и ортомуравьиного эфира в уксусной кислоте, очищают перекристаллизацией из этилацетата и измельчают на вибрационной мельнице типа КН-1. Для получения 5-АТ ийпользуют моногидрат 5-аминотетразола

5 квалификации хч производства Черкасского завода химреактивов, который прокаливают в сушильном шкафу при 120°С в течение 2 ч и также измельчают. Смесь металлического порошка и наполнителя прес0 суют в заготовки в виде дисков диаметром 30 мм, высотой 3-4 и 40-45 мм при давлении 170 МПа. Полученные образцы приводят в контакт с раскаленной нихромовой спиралью и таким образом иницииру5 ют горение (самораспространяющееся экзотермическое разложение) наполнителя.

После охлаждения образца проводят исследование характеристик полученного материала: пористости, коэффициента про0 ницаемости, среднего размера пор, механической прочности и усадки в процессе спекания.

Пористость определяют расчетным методом по ГОСТ 18898-83. Средний размер

5 пор определяют на образцах толщиной 3-4 мм методом вытеснения жидкости (ГОСТ 25283-82), а коэффициент проницаемости рассчитывают, измеряя зависимость расхода воздуха от перепада давления на образце. Критерием механической прочности служит предел прочности на сжатие, Измерения проводят на испытательной машине иИнстрон-1115, используя образцы высотой 40-45 мм. Усадку в процессе спекания определяют измеряя линейные раз- меры образца до и после выгорания наполнителя.

В опытах варьируют содержание наполнителя в смеси, состав наполнителя и размеры частиц порошка алюминия. Анало- гичные опыты проводят и с порошком магния, используя порошки марки МПФЗ и МПФ4. Линейная скорость распространения волны горения по образцу находится в пределах 0,1-0,3 мм/с в зависимости от со- держания наполнителя в смеси. Таким образом, время спекания исследуемых образцов 2-10 мин.

В табл.1 приведены значения пористости, коэффициента проницаемости, средне- го размера пор, предела прочности при сжатии и усадки в зависимости от соотношения алюминий:наполнитель в смеси, состава наполнителя и размеров частиц порошка металла. В табл.2 приведены ана- логичные значения для порошка магния.

Из табл.1 и 2 видно, что варьируя содержание наполнителя в смеси, можно в широких пределах изменять пористость, коэффициент проницаемости и средний размер пор. При оптимальных режимах спекания форма образца не искажается, размеры изменяются незначительно, образец характеризуется достаточной механической прочностью.

Способ не требует применения сложного печного оборудования и характеризуется высокой производительностью. Например, время спекания прессованного образца в

виде цилиндра высотой 30 мм, содержащего 50% наполнителя (тетразол и 15% 5-АТ) составляет 2,5 мин.

По данным рентгенофазового анализа, проведенного на дифрактометре ДРОН-2. Си «-линия, спеченные на вбздухе образцы алюминия и магния соответствуют чистым металлам:других линий, например окислов или нитридов, на рентгенограмме не обнаружено.

Полученные изделия относятся к высокопористым материалам. Их целесообразно использовать для фильтрации газов и жидкостей в условиях, характеризующихся небольшими перепадами давления. Для увеличения механической прочности можно использовать традиционные методы упрочнения, например дополнительное спекание.

Формула изобретения

1.Способ получения спеченных пористых металлических изделий, включающий смешивание металлического порошка с органическим наполнителем, брикетирование и локальное воспламенение, отличающийся тем, что, с целью расширения технологических возможностей способа за счет получения изделий из магния и алюминия, порошок алюминия или магния смешивают с 20-50 мас.% наполнителя, а в качестве наполнителя используют смесь тетразола с 5-аминотетразолом при следующем соотношении компонентой, мас.%: тетразол - 75-90; 5-аминотетразол - остальное.

2.Способ по п.1,отличающийся тем, что используют порошок алюминия дисперсностью 80-160 мкм.

3.Способ по п.1,отличающийся тем. что используют порошок магния дисперсностью 100-200 мкм.

Сущность изобретения: порошок алюминия дисперсностью 80-160 мкм или магния дисперсностью 100-200 мкм смешивают с 20-50 мас.% органического наполнителя, в качестве которого используют смесь тетра- зола с 10-25 мас.% 5-аминотетрахола. 2 табл. (Л С

Свойства спечённых пористых образцов из порошка алюминия

Таблица 1

Свойства спеченных пористых образцов из порошка магния