Способ изготовления двухслойных металлических мембран

 

Изобретение относится к области порошковой металлургии, в частности к способу изготовления двухслойных металлических мембран. Цель - повышение качества мембран за счет повышения равномерности проницаемости и прочности сцепления рабочего слоя с основой. Формуют основу из смеси порошка и удаляемого наполнителя, наносят на нее рабочий слой из мелкодисперсного порошка, имеющего одинаковый с порошком основы гранулометрический состав , формуют и спекают, размещая мембрану рабочим слоем вниз. Возможно формование основы и рабочего слоя из порошков одинакового химического состава при одинаковом давлении. Возможно также использование в семях карбонильных порошков , а также нанесение на основу смеси порошка с удаляемым наполнителем, размер частиц которого составляет 0,5-1,0 размера частиц порошка. 4 з.п.ф-лы, 1 табл. С

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (51)5 В 22 F 7/02, 3/10

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4762351/02 (22) 27.11.89 (46) 23.03.92. Бюл. ¹ 11 (71) Белорусское республиканское научнопроизводственное объединение порошковой металлургии (72) В.М. Капцевич. А.Н. Сорокина, В.В. Савич, Л,П.Пилиневич, А.Е, Галкин, С.А. Беденко и П.А. Витязь (53) 621.762.8:621.79(088.8) (56) Заявка ФРГ N. 3421833, кл. В 22 F 3/10, 1970.

Заявка Японии N. 61 —,27091, кл. В 22 F 3/10, 1986. (54) СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ДВУХСЛОЙНЫХ МЕТАЛЛИЧЕСКИХ МЕМБРАН (57) Изобретение относится к области порошковой металлургии, в частности к спосоИзобретение относится к мембранной технике и технологии и может быть использовано для изготовления пористых порошковых мембран из металлических порошков.

Известен способ получения двухслойных металлических мембран, включающий формование и спекание пористой основы и напыление на нее мелкодисперсного порошка. Недостатком способа является низкое качество изделия, связанное с копированием рабочим слоем поверхности основы, забиванием пор последней, переменной толщиной рабочего слоя, широким диапазоном размеров его nop.

Наиболее близким,к предлагаемому изобретению является способ получения

„„5IJ 1720798 А1 бу изготовления двухслойных металлических мембран. Цель — повышение качества мембран за счет повышения равномерности проницаемости и прочности сцепления рабочего слоя с основой. Формуют основу иэ смеси порошка и удаляемого наполнителя, наносят на нее рабочий слой из мелкодисперсного порошка, имеющего одинаковый с порошком основы гранулометрический состав, формует и спекают, размещая мембрану рабочим слоем вниз. Возможно формование основы и рабочего слоя из порошков одинакового химйческого состава при одинаковом давлении. Возможно также использование в семях карбонильных порошков, а также нанесение на основу смеси порошка с удаляемым наполнителем, размер частиц которого составляет 0,5-1,0 размера частиц порошка. 4 з.п.ф-лы, 1 табл, ° Л двухслойных мембран, включающий формование пористой подложки, нанесение на нее слоя мелкодисперсного порошка,.сушка и спекание. С)

Недостатком способа является низкое качество изделия; связанное с невозможно- . 0 стью обеспечения постоянной толщины ра бочего слоя; а следовательно. высокой неравномерностью проницаемости по площади; забивание частицами мелкодисперсного порошка пор основы;.малая адгезия рабочего слоя к основе, так как порошки основы и рабочего слоя разного гранулометрического и химического состава.

Цель изобретения — повышение качества мембран путем повышения равномерно1720798 сти проницаемости и прочности сцепления рабочего слоя с основой, Поставленная цель достигается тем, что в известном способе. включающем формование пористой подложки, нанесение на нее слоя мелкодисперсного порошка и спекание, основу формуют из смеси порошка с удаляемым наполнителем, повторно формуют основу с нанесенным рабочим слоем, а спекание проводят с размещением основы выше рабочего слоя, причем основу и рабочий слой формуют из порошка одного гранулометрического состава.

Основу и рабочий слой можно формовать из порошка одного химического состава.

Формование основы и рабочего слоя можно вести прессованием при одном давлении.

Можно использовать карбонильные порошки.

Рабочий слой можно также формовать с удаляемым наполнителем, размер частиц которого находится в пределах 0,5 — 1 размера частиц порошка.

Способ осуществляется следующим образом.

Из смеси порошка с удаляемым наполнителем формуют основу, Количество наполнителя и размеры его частиц определяются требованиями к проницаемости и прочности основы. Формование основы из смеси порошка с наполнителем непосредственно обеспечивает достижение положительного эффекта, так как в этом случае формовка представляет собой композиционную компактную заготовку с равной поверхностью (без пор, так как они заполнены наполнителем). Поэтому при следующем нанесении слоя мелкодисперсного порошка и его формовании, получается постоянная толщина рабочего слоя и, следовательно, отсутствие разноплотности, LUM рокого разброса пор по размерам в рабочем слое. Кроме того, за счет равноплотности рабочего слоя улучшается и адгезия последнего к частицам основы. Формование основы и рабочего слоя из порошка одного гранулометрического состава также влияет. на достижение положительного эффекта, так как улучшается адгезия и обеспечивается постоянная толщина рабочего слоя, что связано с одинаковой в рабочем слоя и основе относительной величиной межчастичных контактов, влияющей как на процессы формования„так и на процессы спекания— диффузию, усадку и т.п. После формования заготовку двухслойной мембраны переворачивают слоем вниз, размещают ее на инертной подложке, помещают в печь и спекают, обеспечивая при этом удаление наполнителя. Размещение при спекании рабочего слоя ниже основы также непосредственным образом влияет на до5 стижение положительного эффекта, так как обеспечивает ровную поверхность и постоянную толщину рабочего слоя и улучшает

era адгезию к основе, не препятствуя удалению наполнителя, 10 Основу и рабочий слой можно формовать из порошков одного химического состава, что. дополнительно усиливает положительный эффект, так как в процессе спекания уменьшается вероятность короб15 ления рабочего слоя, а в процессе формования — переуплотнения последнего в местах контакта с частицами основы.

Формование основы и рабочего слоя можно вести прессованием при одном дав20 лении, что также дополнительно усиливает положительный эффект, поскольку при некотором повышении плотности обоих слоев мембраны уменьшается в них разнотолщинность и повышается адгезия друг к другу, 25 причем достигается это при равном давлении. Если давление прессования основы либо рабочего слоя будет больше другого, то происходит, из-за упругого последействия и других причин, отслаивание рабочего слоя

30 от основы, а в ряде случаев даже его отделение, Использование для получения основы и рабочего слоя карбонильных порошков также дополнительно повышает эффект; так

35 как по сравнению с порошками других типов (например, распыленными, электролитическими и т,ll.) карбонильные обеспечивают несколько более высокую адгезию слоев, меньшее коробление рабочего

40 слоя.

Рабочий слой также можно формовать с удаляемым наполнителем размер частиц которого 0,5 — 1 размера частиц порошка. Это тоже дополнительно усиливает положитель45 ный эффект, так как приближает условия формования основы и рабочего слоя друг к другу, позволяет существенно увеличить давление прессования без потери проницаемости, а, следовательно. резко повысить

50 адгезию слоев и уменьшить разнотолщинность в слое, Кроме того, появляется в этом случае и дополнительный эффект- выравнивание размеров пор и проницаемости рабочего слоя по площади., 55 Пример. Из металлических порошков по известному и предлагаемому способам изготавливали мембраны в виде дисков ф100 мм, которые контролировали визуал ьно и металлографически, оценивая качество изделия. Прочность сцепления слоев опре1720798

Давление прессования Рс, НПа

Показатели качества

Образец

Особенности технологии основы рабочего слоя

Нэвестный

1 формование основы из крупного порошка стали

Х18Н15 (0,2"0,315 мм), нанесение мелкодисперсного порошка никеля (0,05 мм), спекание

Раз нотолщинность рабочего слоя 0,5-0,8 мм на длине

50 мм, заьивание пор осно" вы, коэффициент вариации локалююй проницае>юсти

45-522. Низкое качество.

«250

Предлагае>»le>

250 280

Раэнотолщннность 0,05-0 ° 1 мм на длине 50 мм, коэффициент вариации ll«192. Высокое качество.

Ir

250 280

Спекание рабочим слоем вверх

Раэнотолщинность 0,2-0 ° 5 мм, коэффициент вариации 32-412.

Качество упало

85 280

Раэнотолщннность 0,04-0,1 мм, коэффициент вариации 8-152.

Высокое качество.

280 280

Прессование при одном давлении

Раэнотолщинность 0,03-0,08 ми, коэффициент варыации 7-122. Высокое качество.

Раэнотолщинность О ° 03-0,05 им, коэффициент вариации 7-102. Высокое качество.

85 300

Разнотолщинность 0,025-0,04 мм коэффициент вариации 6-82. Вы

come качество.

85 300

85 300

Раэнотолщинность О ° 03-0,05 мм . коэффициент вариации 7-102. Качество не возросло.

Разнотолщинность О ° 025-0,04 мм, коэффициент вариации 6-78 Качество высокое.

Средний размер частиц наполнителя

0,0020

85 300

85 300

Разнэтолщинность 0,3-0,06 им, коэфрициент вариации 8-112. Качество не возросло, 10 деляли по наличию или отсутствию расслоения при изгибе мембраны традиционным методом, используемым для биметаллъв,>

Технологические особенности, режимы изготовления и свойства изделий приведены в таблице.

Для оценки качества мембраны также определяли и распределение локальной проницаемости по известной методике.

Как показали эксперименты, по сравнению с базовым объектом, предлагаемый способ позволяет на порядок уменьшить разнотолщинность рабочего слоя, в 3 — 4 раза уменьшить коэффициент вариации локальных расходов, повысить качество изделия в целом и в 4 — 5 раз увеличить прочность сцепления рабочего слоя с основой. Формула изобретения

1. Способ изготовления двухслойнь)х металлических мембран, включающий формование пористой основы, нанесение на нее рабочего слоя из мелкодисперсного порошка и спекание, отл и ч а ю щи и с я тем, что, с целью повышения качества мембран

Формовение основы из.снеси порошке стали

Х18Н15 (0,05 ми) с яорообразователем (>ючевина)> нанееенне порошка никеля (О ° 05 мм); повторное формование, спека" ние на рабочем слое

Основа и рабочий слой иэ порошка никеля (0>05 ми). спекание на рабочем слое (Основа и рабэчий слой иэ карбонильного никеля 0,005 мм .

Формование рабочего слоя с наполнителем, средний размер частиц иаполнителя

0,0025 мм

Средний размер частиц нвполнителя 0,005мн

Средний размер частиц наполнителя 0>ОС6 нм эа счет повышения равномерности проницаемости и прочности сцепления рабочего слоя с основной, основу формуют из смеси порошка и удаляемого наполнителя, после

5 н несения рабочего слоя проводят повторное формование, причем основу и рабочий слой формуют из порошка одного гранулометрического состава, а спекание осуществляется при размещении рабочего слоя

10 снизу, 2, Способ пои, 1,отл ича ю щи йся тем, что основу и рабочий слой формуют из порошков одинакового химического состава, 15 3. Способ по пп. 1 и 2, о т л и ч а ю щ и йс я тем, что формование проводят при одинаковом давлении;

4. Способ по пп. 1 — 3, о т л и ч а ю щ и йс я тем, что при формовании, используют

20 карбонильные порошки.

5. Способ по пп. 1 — 4. о т л и ч а ю щ и йс я тем, что рабочий слой формуют из смеси порошка с удаляемым наполнителем, размер частиц которого составляет 0,5 — 1 раз25 мера частиц порошка.