способ получения высокопористых сплавов

Формула изобретения

Способ получения высокопористых сплавов, включающий приготовление суспензии металлического порошка в растворе органического вещества, нанесение суспензии на пористый полимерный материал, удаление нагреванием органических веществ, спекание полученной заготовки, отличающийся тем, что суспензию готовят из смеси порошков, состав и процентное содержание компонентов которой соответствуют получаемым сплавам, удаление органических веществ проводят в восстановительной атмосфере или в вакууме при температуре 150-700°С со скоростью нагрева 100-200 град/с, спекают заготовку с выдержкой при температуре 800-1250°С в течение 1-4 ч.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к порошковой металлургии, в частности к способам получения высокопористых, проницаемых ячеистых материалов.

Известен шликерный или суспензионный способ получения высокопористых ячеистых металлов и сплавов (В.Н.Анциферов, О.П.Кощеев, В.В.Камелин, В.И.Кичигин. Химические и электрохимические процессы получения высокопористых ячеистых материалов, Москва, "BLUE APPLE", 1999, стр.14-23), включающий подготовку полимерной подложки, в основном из пенополиуретана, к нанесению металлического покрытия, приготовление концентрированной суспензии металлического порошка (шликера), пропитку структурообразующей матрицы суспензией металлического порошка, отжатие избытка шликера, сушку полученной заготовки, удаление полимерной подложки и спекание.

Наиболее близким к заявляемому является способ получения пористого металла (а.с. №577095, B22F 3/10, 1977), заключающийся в приготовлении суспензии металлического порошка в растворе органического вещества, в частности карбоксиметилцеллюлозы натрия, нанесение суспензии на подложку и последующее спекание полученной заготовки. Недостатком является невозможность получения сплавов заданного состава с оптимальными свойствами, такими как коррозионная стойкость, окалиностойкость, повышенная прочность, низкий коэффициент линейного расширения.

Технической задачей заявляемого технического решения является получение высокопористых, проницаемых ячеистых материалов на металлической основе, имеющих микроструктуру сплавов со специфическими присущими данному сплаву свойствами.

Технический результат достигается тем, что в способе получения высокопористых сплавов, включающем приготовление суспензии металлического порошка в растворе органического вещества, нанесение суспензии на пористый полимерный материал, удаление нагреванием органических веществ, спекание полученной заготовки, суспензию готовят из смеси порошков, состав и процентное содержание компонентов которой соответствуют получаемым сплавам, удаление органических веществ проводят в восстановительной атмосфере или в вакууме при температуре 150-700°С со скоростью нагрева 100-200 град/час, спекание заготовки проводят с выдержкой при температуре 800-1250°С в течение 1-4 часов.

Технический результат достигается за счет того, что для получения сплава с заданным составом и, соответственно, с заданными свойствами при приготовлении суспензии используют порошок не одного металла, а смесь порошков, соответствующую по составу получаемому сплаву.

Термообработка полученной шликерным способом заготовки включает две основные стадии:

- удаление органических составляющих композиции при температурах деструкции органики;

- спекание при температурах Т_сп=0,7-0,9Т _пл, где T_сп - температура спекания, Т_пл - температура плавления спекаемого материала.

Экспериментально выявлены оптимальные температурные режимы обеих стадий: удаления органических веществ - при температуре 150-700°С со скоростью нагрева 100-200 град/час, спекания заготовки - с выдержкой при температуре 800-1250°С в течение 1-4 часов.

Способ осуществляется следующим образом. Приготавливают смесь порошков, по составу соответствующую составу сплава. Далее приготавливают суспензию смеси порошков в растворе клеящего органического вещества; суспензией пропитывают пористый полимерный материал, например пенополиуретан (ППУ), удаляют избыток суспензии, заготовку высушивают. Нагреванием в восстановительной атмосфере или в вакууме термодеструкцией удаляют органические компоненты заготовки и спекают таким образом, чтобы в процессе выдержки при высокой температуре произошло не только спекание частиц друг с другом, но и гомогенизация сплава.

Пример 1. Для получения высокопористого инвара марки Н36 смешивали 36 мас.% порошка никеля и 64% порошка железа с размерами частиц менее 20 мкм. Приготовили водный раствор поливинилового спирта (ЛВС) с его содержанием 5 мас.%. Далее приготовили суспензию смеси порошков с соотношением массы порошка и водного раствора ПВС 100/20. Суспензией пропитали погружением и деформацией открытоячеистый образец ППУ с плотностью 30 кг/м ³, далее обжатием в валках удалили из ППУ избыток суспензии до плотности влажной заготовки 300 кг/м³ , далее заготовку высушили в токе воздуха. Высушенную заготовку с плотностью 256 кг/м³ для удаления ППУ и ПВС в атмосфере водорода нагревали от 150 до 600°С со скоростью 150 град/час. Далее без контроля скорости нагревали до 1200°С и выдержали 2 часа. После спекания получили высокопористый, проницаемый ячеистый сплав - инвар состава 36,0 мас % никеля 64 мас.% железа с плотностью 440 кг/м³ и пористостью 94,5%. Анализ микроструктуры, рентгенофазовый анализ и измерение коэффициента линейного расширения в интервале температур 20-150°С подтвердили, что полученный высокопористый, проницаемый сплав соответствует инвару.

Пример 2. Для получения высокопористого сплава нихром марки Х20Н80 смешивали 20 мас.% порошка хрома и 80 мас.% порошка никеля со средними размерами частиц менее 15 мкм. Приготовили водный раствор поливинилового спирта (ПВС) с его содержанием 7 мас.%. Далее приготовили суспензию смеси порошков с соотношением массы порошка и водного раствора ПВС 100/25. Суспензией пропитали погружением и деформацией открытоячеистый образец ШТУ с плотностью 28 кг/м³, далее обжатием в валках удалили из ППУ избыток суспензии до плотности влажной заготовки 400 кг/м³. Далее заготовку высушили в токе воздуха. Высушенную заготовку с плотностью 312 кг/м для удаления ППУ и ПВС в атмосфере водорода нагревали от 150 до 700°С со скоростью 150 град/час. Далее без контроля скорости нагревали до 1250°С и выдержали 2 часа. После спекания получили высокопористый, проницаемый ячеистый сплав - нихром состава 20,0 мас % хрома, 80 мас.% никеля, с плотностью 541 кг/м³ и пористостью 93,5%. Анализ микроструктуры, определение параметра решетки и измерение электропроводности подтвердили, что полученный высокопористый, проницаемый открытоячеистый сплав соответствует нихрому.

Пример 3. Для получения высокопористой нержавеющей стали марки Х18Н9 смешивали три порошка: 18 мас.% порошка хрома, 9 мас.% порошка никеля и 73 мас.% порошка железа. Приготовили водный раствор поливинилового спирта (ПВС) с его содержанием 7 мас.%. Далее приготовили суспензию смеси порошков с соотношением массы порошка и водного раствора ПВС 100/18. Суспензией пропитали погружением и деформацией открытоячеистый образец ППУ с плотностью 28 кг/м, далее обжатием в валках удалили из ППУ избыток суспензии до плотности влажной заготовки 200 кг/м³ . Далее заготовку высушили в токе воздуха. Высушенную заготовку с плотностью 174 кг/м³ для удаления ППУ и ПВС в атмосфере водорода нагревали от 150 до 600°С со скоростью 150 град/час. Далее без контроля скорости нагревали до 1200°С и выдержали 2 часа. После спекания получили высокопористый, проницаемый ячеистый сплав - нержавеющую сталь состава Х18Н9 (18,0 мас.% хрома, 9,0 мас.% никеля, остальное железо) с плотностью 286 кг/м³ и пористостью 97,0%. Анализ микроструктуры, рентгенофазовый анализ подтвердили, что полученный высокопористый, проницаемый сплав соответствует нержавеющей стали.

Пример 4. Для получения сплава хромаль марки Х23Ю5 (23 мас.% хрома, 5,0 мас.% алюминия, остальное железо) для предотвращения выплавления легкоплавкого алюминия смешивали, в отличие от примеров 1-4, 23 мас.% порошка хрома, 10 мас.% твердого раствора, содержащего 50 мас.% алюминия и 50 мас.% железа, и 67 мас.% порошка железа. Приготовили водный раствор поливинилового спирта (ПВС) с его содержанием 7 мас.%. Далее приготовили суспензию смеси порошков с соотношением массы порошка и водного раствора ПВС 100/20. Суспензией пропитали погружением и деформацией открытоячеистый образец ППУ с плотностью 28 кг/м³, далее обжатием в валках удалили из ППУ избыток суспензии до плотности влажной заготовки 300 кг/м³, далее заготовку высушили в токе воздуха. Высушенную заготовку с плотностью 256 кг/м ³ для удаления ППУ и ПВС в атмосфере водорода нагревали от 150 до 600°С со скоростью 150 град/час. Далее без контроля скорости заготовку нагревали до 1250°С и выдержали 2 часа. После спекания получили высокопористый, проницаемый ячеистый сплав - хромаль с плотностью 440 кг/м³ и пористостью 94,5%, состава 23,0 мас % хрома, 5,0 мас.% алюминия, остальное железо. Анализ микроструктуры, определение параметра решетки, измерение электропроводности, определение окалиностойкости подтвердили, что полученный высокопористый, проницаемый сплав соответствует хромалю.

Таким образом, прелагаемое техническое решение позволяет получать высокопористые, проницаемые ячеистые материалы на металлической основе, обладающие присущими данному сплаву специфическими свойствами.