Шихта на основе титана для получения пористого проницаемого материала Советский патент 1992 года по МПК B22F1/00 C22C14/00 

Изобретение относится к порошковой металлургии, в частности к составам шихты для получения пористых проницаемых материалов методом самораспространяющегося высокотемпературного синтеза (СВС) и может быть использовано для получения пористых проницаемых материалов и изделий, применение которых возможно для целей фильтрации, пористого смешения, аэрации, систем пористого охлаждения.

Известна шихта для получения пористого проницаемого материала, представляющая собой порошок титана 1. Материал из известной шихты получают путем ее спекания в среде аргона в два этапа при температуре 750-920°С в течение 3 ч. Недостатком известной шихты является ее высокая стоимость, обусловленная потребностью в высококачественном титановом порошке, а также энергоемкость процесса получения материала.

Известна также шихта для получения пористого проницаемого материала - алю- минида титана 2, выбранная в качестве прототипа. Шихта включает порошки титана и алюминия в эквиатомном соотношении (64 мае % титана и 36 мае % алюминия). Материал на основе известной шихты получают путем кратковременного нагрева шихты до температуры 300-350°С и инициирования реакции самораспространяющегося высокотемпературного синтеза (СВС).

Недостатком известной шихты является то, что по причине превышения температуры плавления конечного продукта - алюми- нида титана, составляющей 1665°С, вид температурой горения смеси титан-алюминия (1372°С) не происходит образование литого каркаса материала, в результате чего материал обладает низкой механической прочностью,

VI ON

Ь 00

Целью изобретения является повышение механической прочности получаемого материала за счет образования литого каркаса.

Поставленная цель достигается тем, что известная шихта, содержащая титан и алюминий, дополнительно содержит углерод при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Алюминий30-35

Углерод4-15

ТитанОстальное

Введение в состав шихты углерода приводит к тому, что при инициировании в смеси порошков предлагаемого состава реакции СВ-синтеза, наряду со слабоэкзотермической реакцией образования алюми- нида титана протекает реакция взаимодействия титана с углеродом, приводящая к образованию карбида титана. Теп- ла реакция карбидообразования достаточно для расплавления продуктов протекающих реакций. В результате образуется пористый проницаемый материал с литым каркасом и прочностью на сжатие 3-115 МПа. При введении углерода в количестве менее 4 мае. % тепловыделения реакции карбидообразования недостаточно для расплавления продуктов и образования литого каркаса материала. При содержании углерода в шихте более 15 мас.% прочность материала недостаточна за счет малого объемного содержания вязкой интерметаллической связки.

Изобретение иллюстрируется следую- щим примером. Были подготовлены образцы шихты с последующим получением из них пористого материала и изучением структуры его каркаса и испытанием на механическую прочность. Для экспериментов использовали порошок титана марок ПТХ, ПТОМ, порошок алюминия марки АСД-1 и технический углерод марки ПМ-15 ТС.

Дозирование компонентов осуществляли на аналитических весах с точностью 10-4

г. Смешение компонентов осуществлялось в лабораторном смесителе типа пьяная бочка порциями 100 г в течение 3 ч. Полученные образцы шихты помещали в вакуумируемый реактор и нагревали в печи электросопротивления до температуры 300-350°С, после чего инициировали реакцию СВ-синтеза тепловым воздействием на шихту. Полученные образцы материала имели вид цилиндров диаметром 32 мм и высотой 50 мм и использовались для приготовления металлографических шлифов, используемых при изучении каркаса, а также для испытаний на механическую прочность. Изучение структуры каркаса производили с помощью оптического микроскопа Неофот-30. Испытания на механическую прочность производили путем одноосного сжатия цилиндрических образцов с плоскопараллельными торцами со скоростью приложения нагрузки 0,002 м/с. Определяли также пористость и коэффициент проницаемости материала.

Результаты изучения свойств материалов приведены в faблицe.

Из таблицы следует, что введение в шихтууглерода приводит к образованию пористых проницаемых материалов с литым каркасом, обладающих в 10 и более раз лучшей механической прочностью, чем материал на основе шихты-прототипа. Кроме того, введение в шихту углерода позволит снизить суммарную стоимость материала, а значит, улучшить показатели его использования.

Формула изобретения

Шихта на основе титана для получения пористого проницаемого материала, содержащая алюминий, отличающаяся тем, что, с целью повышения прочности, она дополнительно содержит углерод при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Алюминий30-35;

Углерод4-15;

ТитанОстальное

карбидов титана, распределенных в матрице на основе алюминида титана. Реакционная смесь полностью прореагировала

t Осталь- Материал имеет литой кар- 2,6

нов кас, сходный по структуре с описанным в п.. Смесь полностью прореагировала

9,5 Осталь- Материал имеет литой кар-68,3

ное кас; суммарный объем карбидов титана в структуре каркаса возрос

9.5 Осталь- Материал имеет литой клр- 72,8

ное кас, сходный по структуре с описанным в п.6

15 Псталь- Материал имеет литой клр- 21,9

ное кас, состоящий из карбидов титана, окруженных тонкой прослойкой металлической матрицы

15 Осталь- Материал имеет литой кзр-б,

ное кас, прочность которого

понижена за счет избыточного непрореагировавшего алюминида в структуре

17 Осталь- Каркас материал. пред- 2,1

ное ставляет собой карбиды титана, окруженные локальными фрагментами ин- терметаллида; значительная доля реагентов не прореагировала

56,512,6

60,2И,5

61,51М

61|,215,2

6it,515, k

Испытания не проводились по причине эксплуатационной непригодности материала

Изобретение относится к порошковой металлургии, в частности к пористым проницаемым материалам. Сущность изобретения: предложена шихта на основе титана для получения пористого проницаемого материала, имеющая следующий состав, мас.%: алюминий 30-35; углерод 4-15; титан - остальное. 1 табл.