Способ получения спеченных пористых металлических изделий

Авторы патента:

C22C1/08 - Сплавы (кремни C06C 15/00; обработка сплавов C21D, C22F)

C22C1/04 - Сплавы (кремни C06C 15/00; обработка сплавов C21D, C22F)

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 тетразола с 10-25 мас.% 5-аминотетрахола. 2 табл. (Л С

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

М (ы

1 гОсудАРственный . кОмитет

1 (21) 4874410/02 (22) 15.10.90 (46) 23.07.92. Бюл, fh 27 (71) Научно-исследовательский институт физико-химических проблем Белорусского государственного университета им.B.È.Ëeíèíà, Белорусский государственный университет им.В.И.Ленийа и Белорусское республиканское научно-производственное обьединение порошковой металлургии (72) Е.В Принцев, А.И.Лесйикович, В.М.Капцевич и Г.А.Бокань (56} Авторское свидетельство СССР

Ь 409790, кл. В 22 F 3/10, 1977.

Авторское свидетельство СССР

М 1595629, кл, В,22 F 3/10, 1988.

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

Известен способ изготовления спеченных пористых иэделий из алюминия, включающий смешивание порошка алюминия с наполнителем, предохраняющим металл от окисления в процессе спекания. В качестве наполнителя используют полизтилгидросилоксановую жидкость. Смесь прессуют и

cflBKsoT в печи сопротивления при 20-.640 С в течение 8 ч с выдержкой при 640 С в течеwe6ч.

flo этому способу спекание проводят в воздушной атмосфере, Однако способ длительный и, как следствие. имеет малую про изводительность. Кроме того, требует печей,5U „„1748941 А1 (ям В 22 F 3/10, С 22 С 1/08, 1/04

2 (54) СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ СПЕЧЕННЫХ

ПОРИСТЫХ МЕТАЛЛИЧЕСКИХ ИЗДЕЛИЙ (57) Сущность изобретения: йорошок алюминия дисперсностью 80-160 мкм или магйия дисперсностью 100-200 мкм смешивают с 20 50 мас. f, органического наполнителя, в качестве которого используют смесь тетразола с 10-25 мас.g 5-аминотетрахола.

2 табл. с программируемым регулированием температуры, Наиболее близким к предлагаемому является способ получения спеченных пори стых металлических йэдел ий в вол не горения. наполнителя, включающий приготовление смеси металлического порошка с тетразолом, брикетирование и локальное воспламенение. При этом йроисходят выгорание фазы тетраздла и спекание частиц порошка. Способ не требует прйменения сложного оборудования и отличается высокой производительностью.

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

Целью изобретения является расширение технологических воэможностей способа за счет получения иэделий из магния и алюминия, 1748941

Поставленная цель достигается тем. что в известном способе получения спеченных пористых металлических изделий. включающем смешивание металлического порошка с органическим наполнителем. брикетиро- 5 вание и локальное воспламенение, порошок алюминия или магния смешивают с 20-50 мас. наполнителя, а в качестве наполнителя используют смесь тетраэола с 5-аминотетраэолом при следующем соотношении 10 компонентов, мас,%;

Тетразол 75-90

5-Амйнотетразол (5-АТ) Остальное причем йспольэуют порошок алюминия дис- 15 персностью 80-160 мкм или порошок магния дисперсностью 100-200 мкм.

Тетраэол вЂ” белое Крйсталлическое ве-щество,.т.пл. 156 С, химическая фЬрмула

Н-C-К-Н

М М

5-АТ вЂ” белое кристаллическое вещество, т.пл. 198 С, химическая формула н к-с-к-к

Е М р

Локальный нагрев спрессованного образца смеси порошка алюминия или магния 35 с 20-50 мас.$ наполнителя инициирует горение (самораспространяющееся экэотермическое разложение) последнего, которое протекает с образованием значительного . количества газов (720-750 см /г), обладаю- 40 щих восстановительными свойствами, при этом твердого продукта не образуется. В волне горения смеси тетразола с 5-AT достигается высокая температура и образуется значительное количество активных 45 восстановительных радикалов вЂ” фрагментов молекул тетразола и 5-АТ вЂ” Н; СН; NH, которые взаимодействуют с окисной пленкой на поверхности частиц металлического порошка, восстанавливают его до металла, 50 химически активируют поверхность и таким образом способствуют спеканию. Образующиеся при горении в значительном количестве газы предохраняют металл от окисления кислородом воздуха и обеспечи- 55 вают формирование сквозных riop, При содержании тетраэола в составе наполнителя в количестве, большем 90%, происходит оплавление алюминия и магния в процессе спекания, что приводит к обраэованию 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 иэделий, При содержании наполнителя в количестве, меньшем

20%. режим горения прессованного образца смеси не реализуется.

При использовании порошка алюминия с размером частиц, большим 160 мкм, и по- . 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, меньшим 100 мкм, происходит оплавление в процессе спекания, что приводит к обра-зованию закрытых пор и неконтролируемой усадке образца.

Пример. Из порошка алюминия марки

ПА-4 выбирают фракцию 80-160 мкм и смешивают в смесителе для сухих веществ с порошками тетразола и 5-AT, просеянными через сито 50 MKM. Тетраэол получают взаимодействием аэида натрия, хлорида аммония и ортомуравьиного эфира в уксусной . кислоте, очищают перекристаллизацией из этилацетата и измельчают на вибрационной мельнице типа КН-1. Для получения 5-AT используют моногидрат 5-аминотетраэола 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 прессуют 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 инициируют го рение (самораспространяющееся экзотермическое разложение) наполнителя.

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

Пористость определяют расчетным методом по ГОСТ 18898-83. Средний размер 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 прочно1748941

Свойства спеченных пористых образцов из порошка алюминия

Предел прочности при сжа тии,кПа

Содержание иэпп»интел» а смеси. мэс. $

Пористость. $

Линейная усадка. ф

Размер средних пор, мкм

Коэффициент проницаемости,х10 м

Размер частиц алюминия, мкм

Содержание тетразола а наполнителе. мас.

1О

0,8

1.4

1,6

74 а

11Ë

11.!

2.5

2,4

8,2

8О 15

2о

2.!

2;3

12 2

80-160

80-16О

80-160

80-160 ,80-160

Н стойчивый ежим ro ения

62 Малая и очность

Не тойчивый ежим ro ния

-. - 80-160

80-160

160-315

Оплавление, по ызак ыты

54 Малая п очность

Оплаалепие по ы зак ыты неконт ли вмая ка

Меньше 80

Оплэвление, поры закрыты

5.0-8,0 сти служит предел прочности на сжатие, видецилиндравысотой30мм.содержащего

Измерения проводят на испытательной ма- 50% наполнителя (тетразол и 15% 5-AT) сошине "Инстрон-1115", используя образцы ставляет2,5мин. высотой 40-45 мм. Усадку в процессе спе- По данным рентгенофазового анализа, кания определяют измеряя линейные раз- 5 проведенного на дифрактометре ДРОН-2, меры образца до и после выгорания Си а-линия,спеченныенав6здухеобраэцы наполнителя. алюминия и магнйя соответствуют чистым

В опытах варьируют содержание на- металлам;других линий, например окислов полнителя в смеси, состав наполнителя и или нитридов, на рентгенограмме не обнаразмеры частиц порошка алюминия. Анало- 10 ружено. гичные опыты проводят и с порошком маг- Полученные изделия отйосятся к высония, используя порошки марки МПФЗ и копористым материалам, Их целесообразно

МПФ4. Линейная скорость распростране- использовать для фильтрации газов и жидния волны горения по образцу находится в костей в условиях, характеризующихся непределах 0,1-0,3 мм/с в зависимости от со- .15 большими перепадами давления. Для держания наполнителя в смеси. Таким об- увеличения механической прочности можно разом, время спекания исследуемых использовать традиционные методыупрочобразцов 2-10 мин, . вЂ” нения, например дополнительное спекание, В табл.1 приведены значения пористо- Ф о р м у л а и 3 о б р е т е н и я сти,коэффициента проницаемости.средне- 20 . 1. Способ полученйя спеченных пориго размера пор, предела прочности при, стых металлических изделий, включающий сжатии и усадки в зависимости от соотно- . смешивание металлического порощка с оршения алюминий:наполнитель в смеси, со- ганическим наполнителем; брикетирование става наполнителя и размеров частиц и локальное воспламейение, о тл- и ч а юпорошка металла. В табл.2 приведены ана- 25 шийся тем, что, с целью расширения логичные значения для порошка магния. технологических возможностей способа за

Из табл.1 и 2 видно, что варьируя содер- счет получения изделий из магния и алюмижание наполнителя в смеси, можно в широ- ния. порошок алюминий или магния смешиких пределах изменять пористость, вЂ” вают с 20-50 мас.% наполнителя, а в коэффициент проницаемости и средний 30 качестве наполнителя используют смесь размер пор. При оптимальных режимах спе- тетразола с 5-аминотетразолом при следуюкания форма образца не искажается, разме- щем соотношении компонентой, мас,%: тетры изменяются незначительно, образец: раэол-75-90;5-аминотетразол-остальное. характеризуется достаточной механической 2. Способ по п,1, отличающийся прочностью, . 35 тем, что иСпопьзуют порошок алюминия

Способ не требует применения сложно- диспврсностью 80-160 мкм. го печного оборудования и характеризуется 3. Способ по и 1, î t л.и ч а ю шийся высокой производительностью. Например, тем, что используют"порошок магния дисвремя спекания прессованного образца в персностью 100-200 мкм. таблица !

1748941

Ф,р

>S хФ

CLI

S o

С Л - О» С » сОьо

1! 6» о"

«» и <ц с sC с «». х

Ф С С =(»С S

Ф » I „- о

С". I«» «»» а» ь с - ю

S о