Способ получения проницаемого композиционного материала

(51) МПК НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ПРОНИЦАЕМОГО КОМПОЗИЦИОННОГО МАТЕРИАЛА(71) Заявитель Государственное научное учреждение Институт порошковой металлургии(72) Авторы Александров Валерий Михайлович Лобачев Виктор Алексеевич(73) Патентообладатель Государственное научное учреждение Институт порошковой металлургии(57) Способ получения проницаемого композиционного материала, при котором формируют на компактной металлической заготовке шероховатую поверхность, засыпают на сформированную поверхность металлический порошок, причем размер впадин шероховатой поверхности составляет 1,2-1,5 среднего размера частиц порошка, осуществляют гидродинамическое прессование при давлении 150-200 МПа и спекание. Изобретение относится к области порошковой металлургии, в частности к способам получения проницаемых композиционных материалов, и может быть использовано при изготовлении фильтров различного назначения, тепловых труб, детонирующих выключателей, применяемых в газовой, пищевой, химической промышленности, энергетике. Проницаемые материалы, получаемые методом порошковой металлургии в своем большинстве, являются композиционными. Компактно-пористые материалы представляют собой одну из разновидностей проницаемых композиционных материалов (ПМК) и отличаются присутствием в структуре пористой и компактной составляющих, соединенных друг с другом посредством металлических контактов 1. Известен способ получения ПКМ, включающий формование пористого материала из дискретных металлических частиц и спекание с последующей сваркой базовых элементов из пористого и компактного металлов 2. Недостатком известного способа является высокая трудоемкость, обусловленная проведением сварочных операций, необходимость использования уникального оборудования,брак сварного шва. В связи с тем, что температура в зоне сварки выше температуры плавления компонентов происходит усадка и расслоение композиционного материала, а кон 14550 1 2011.06.30 денсация в поровом пространстве, образующихся паров металла, приводит к снижению гидродинамических, фильтрующих и эксплуатационных характеристик готового изделия. Технической задачей изобретения является снижение трудоемкости и энергоемкости изготовления ПКМ, повышение качества изделий. Поставленная задача достигается тем, что в заявляемом способе получения проницаемого композиционного материала, при котором формируют на компактной металлической заготовке шероховатую поверхность, засыпают на сформированную поверхность металлический порошок, причем размер впадин шероховатой поверхности составляет 1,2-1,5 среднего размера частиц порошка, осуществляют гидродинамическое прессование при давлении 150-200 МПа. Снижение трудоемкости и энергоемкости изготовления изделий достигается в результате того, что соединение пористого и компактного материала осуществляют в процессе спекания, а технологическая операция сварки базовых объектов исключается из технологического процесса. Соответственно снижаются энергозатраты, повышается культура производства и производительность труда. Качество получаемого материала в значительной степени определяется площадью и совершенством металлических контактов, формируемых между пористым и компактным материалами. Повышение качества такого рода материала может быть обеспечено путем увеличения площади контакта, а также использования импульсных методов формования,например гидродинамического прессования 3. Формирование на поверхности компактного материала шероховатости осуществляется одним из известных методов, что позволяет снизить брак, связанный с расслоением пористого и компактного металлов. Гидродинамическое прессование позволяет за счет импульсных нагрузок произвести локальный разогрев контактирующих материалов с одновременным формированием между ними металлических контактов, определяющих уровень основных физико-механических свойств ПКМ. В качестве показателя физико-механических свойств была использована величина временного сопротивления при растяжении. Для проведения данных исследований изготавливались специальные образцы. В ходе проведенных исследований установлено, что в результате формирования шероховатости на поверхности компактного материала, контактирующей с пористой поверхностью, за счет увеличения поверхности их соприкосновения снижается на 8-10 брак, связанный с расслоением металлов при термообработке. При соблюдении указанного соотношения среднего размера частиц и впадин происходит наиболее плотное заполнение впадин дискретными частицами, повышается уровень физико-механических свойств. Установлено, что при гидродинамическом прессовании под давлением до 150 МПа количество выделенного тепла недостаточно для формирования металлических контактов. При давлении более 200 МПа пористость заготовки составляет менее 15 , в результате образуется закрытая пористость, а образец становится непроницаемым для потока жидкости и газа. На основании проведенных исследований установлено, что в результате формирования шероховатости на поверхности компактного образца, а также прессования гидродинамическим методом снижается трудоемкость и энергоемкость изготовления ПКМ,повышается качество готовых изделий и уровень физико-механических свойств. Пример из порошка титанового марки ПТЭМ-2, полученного электролитическим методом и титанового сплава ВТ 1- были получены образцы из компактного пористого материала. Размер частиц титанового порошка в диапазоне 63180 мкм. Перед формованием поверхность компактной заготовки подвергалась пескоструйной обработке для формирования заданной шероховатости поверхности. Размер впадин при этом составил 1,2-1,5 среднего размера частиц порошка. После чего заготовку из компактного материала устанавливали в специальную оснастку, после чего в оснастку засыпали порошок и осуществляли гидродинамическое прессование на установке ГДМ-190 в диапазоне давле 2 14550 1 2011.06.30 ний 140-210 МПа. После прессования образцы извлекали из оснастки и проводили спекание в восстановительной атмосфере аргона при температуре 1050-1110 С время выдержки 2 часа охлаждение с печью. После спекания образцы извлекали из печи проводили их визуальный осмотр и исследовали физико-механические характеристики по известным методикам. В качестве показателя физико-механических свойств выбрана прочность на разрыв. В таблице приведены экспериментальные результаты и значения технологических параметров. Таблица Прочность Время Объект ис-впадин Пористость,пп Давление пресна разрыв, процесса, Брак,следования 1. Прототип 120 32 15 3 12 2. Заявляемый 1,1 140 30 17 1 10 способ 1,2 150 27 23 1 8 1,5 170 25 28 1 5 1,5 200 22 30 1 3 1,5 220 14 35 1 3 Как видно из приведенных в таблице результатов, гидродинамическое прессование под давлением ниже 150 и выше 200 МПа приводит к снижению физико-механических свойств ПМК (прочность на разрыв) и снижению пористости, что делает материал непроницаемым для потока газа и жидкости. Источники информации 1. Александров, В.М. Композиционные проницаемые материалы. Особенности структуры и методы классификации // Порошковая металлургия Респуб. межвед. сб. науч. тр. Минск, 1999. - Вып. 22. - С. 112-118. 2. Александров, В.М. Исследование процесса получения проницаемых композиционных материалов путем сварки базовых элементов // Сварка и родственные технологии Респуб. межвед. сб. науч. тр. - Минск, 2007. -9. - С. 21-24. 3. Афанасьев Л.Н., Барай С.Г., Роман О.В. Гидродинамическое прессование наружных сталеразливочных стаканов. В кн. Порошковая металлургия. - Минск, Вышэйшая школа,1979. - Вып. 3. - С. 19-24. Национальный центр интеллектуальной собственности. 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20. 3