Способ получения пористого материала из порошка титана

(51) МПК НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ПОРИСТОГО МАТЕРИАЛА ИЗ ПОРОШКА ТИТАНА(71) Заявитель Государственное научное учреждение Институт порошковой металлургии(72) Авторы Савич Вадим Викторович Пилиневич Леонид Петрович Докторов Вячеслав Викторович Тарайкович Александр Михайлович(73) Патентообладатель Государственное научное учреждение Институт порошковой металлургии(57) 1. Способ получения пористого материала из порошка титана, заключающийся в том,что готовят шихту путем перемешивания порошка титана и 0,5-1,5 мас.порошка алюминия со средним размером частиц от 0,04 до 0,15, где- размер частиц порошка титана, засыпают шихту в форму, формуют с приложением давления и спекают. 2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что шихту готовят в шаровой мельнице. Изобретение относится к порошковой металлургии, а именно к способам получения пористых материалов, изготавливаемых из порошков титана, и может быть использовано в производстве фильтроэлементов, аэраторов, имплантатов, элементов легких конструкций и т.п. Свойства и области применения пористых материалов определяются размерами их пор. Изделия на их основе должны обладать комплексом эксплуатационных характеристик. Так, повышение прочностных характеристик пористых материалов, используемых в качестве фильтрующих изделий, позволит увеличить выдерживаемый перепад давления и тем самым производительность различных процессов. Кроме того, при сохранении значения рабочего давления в этом случае может быть уменьшена толщина пористого материала, снижен тем самым расход материалов, уменьшена себестоимость. Известен способ получения пористых материалов, который включает прессование и спекание из порошка титана пористой заготовки 1. Недостатком данного способа является невысокая прочность изделий. Известен способ получения пористых материалов, который включает смешивание порошка титана с порошком меди с добавлением пластификатора - технического стеарина,прессование и спекание в атмосфере аргона 2. Недостатком данного способа является невозможность использования данного материала для изготовления имплантатов, аэраторов 16852 1 2013.02.28 и некоторых других изделий вследствие токсичности и невысокой коррозионной стойкости меди. Известен способ повышения прочности титана легированием алюминием в количестве 4-6 мас.3, позволяющий в компактном состоянии повысить предел прочности на растяжение в 2-2,5 раза и реализуемый в том числе методами порошковой металлургии - приготовлением смеси порошков титана и алюминия в указанном соотношении, прессованием и спеканием 4. Недостатком данного способа является его подтвержденное использование только для компактных изделий. В качестве прототипа выбран способ 5, который включает приготовление смеси порошков титана с добавками, прессование, нагрев и спекание в режиме горения, причем в качестве добавок вводят металл в количестве 5-20 мас. , выбранный из группы алюминий, цирконий, свинец, железо, хром, никель, а нагрев до воспламенения осуществляют в камере печи. Недостатком данного способа является неконтролируемый процесс спекания, который приводит к неравномерной поровой структуре, значительной усадке, искажению формы и размеров, а также невысокой механической прочности (хрупкости) конечного продукта,представляющего собой оксидные, нитридные и иные керамические соединения титана. Задачей изобретения является повышение прочностных характеристик пористых материалов из порошков титана без значительного уменьшения пористости, размеров пор и проницаемости, повышение качества изделий за счет повышения равномерности распределения пористости и размеров пор по объему, а также снижение материалоемкости изделий при сохранении разрушающего их усилия за счет уменьшения толщины пористого материала. Поставленная техническая задача решается в способе получения пористого материала из порошка титана, заключающемся в том, что готовят шихту путем перемешивания порошка титана и 0,5-1,5 мас.порошка алюминия со средним размером частиц от 0,04 до 0,15, где- размер частиц порошка титана, засыпают шихту в форму, формуют с приложением давления и спекают. Приготовление шихты можно вести в шаровой мельнице. Способ поясняется фиг. 1-4. На фиг. 1, 2 представлены фотографии шлифа микроструктуры образца пористого материала на основе порошка титана марки ТПП-5 с размером частиц 0,63-1,0 мм (фиг. 1 - исходный, фиг. 2 - после травления). На фиг. 3, 4 представлены фотографии шлифа микроструктуры образца пористого материала на основе порошка титана марки ТПП-5 с добавкой 1 мас.порошка алюминия марки ПА-4 с размером частиц 0,04-0,1 мм. Способ осуществляется следующим образом. Берут порошок титана марки ТПП-5 с размером частиц 0,63-1 мм, в качестве второго компонента добавляют порошок алюминия марки ПА-4 с размером частиц 0,04-0,1 мм в количестве 0,5-1,5 мас. . Шихту получают путем механического перемешивания в смесителе типа пьяная бочка в течение двух часов с добавлением этилового спирта в количестве 8-10 об. . Формование образцов проводили в металлической пресс-форме при давлении 80-90 МПа. Образцы получали в форме прямоугольной пластины размером 5410 мм, толщиной 4 мм. Спекание проводили в вакуумной печи при температуре 1150 С в течение одного часа. Микроструктура образцов была исследована методами металлографического анализа. Прочность на растяжение определяли на универсальной испытательной машине типа 1196 (Англия). Введение мелких частиц порошка алюминия в количестве 0,5 мас. , позволяет в 1,8 раза повысить прочность пористого материала при растяжении. При содержании частиц алюминия 1 мас.прочность возрастает уже в 2,4 раза по сравнению с пористыми материалами только из крупного порошка титана. При содержании частиц алюминия 1,5 мас.прочность возрастает только в 2,0 раза и при дальнейшем увеличении содержания порош 2 16852 1 2013.02.28 ка алюминия продолжает монотонно падать. Это связано с тем, что частицы мелкого порошка алюминия в процессе смешивания шихты обволакивают и практически плакируют крупные частицы порошка титана ТПП-5, составляющие основу каркаса поровой структуры пористого материала. При прессовании образцов заметное количество мелких частиц алюминия попадает в контакты между крупными частицами титана и в процессе спекания при температуре 1150 С, оптимальной для спекания порошка титана марки ТПП-5, образует в них интерметаллидные соединения (3, , 3), обладающие повышенной механической прочностью. Следует заметить, что оптимальное содержание алюминия в пористом материале на основе порошка титана составляет 0,5-1,5 мас. , в то время как для компактных оно заметно выше - 4-6 мас. . Смешивание в шаровой мельнице дополнительно способствует достижению поставленной цели за счет увеличения равномерности плакирования мелкими частицами алюминия крупных частиц титана и увеличения адгезии между частицами алюминия и титана. На фиг. 1-4 представлены при одинаковом увеличении фотографии шлифов микроструктуры образцов исследованных пористых материалов на основе порошка ТПП-5. После спекания образцов с добавкой порошка алюминия поры между частицами порошка титана марки ТПП-5 (фиг. 3) визуально мало отличаются по размерам от размеров пор между такими же частицами порошка титана марки ТПП-5 в пористом материале без добавок (фиг. 1). В то же время в межчастичных контактах образца с добавкой порошка алюминия хорошо видны ориентированные зерна интерметаллидов (фиг. 4). Таким образом, проведенные исследования показали, что перспективным методом упрочнения пористых материалов на основе губчатых порошков титана марки ТПП-5 является добавка 0,5-1,5 мас.мелкого (0,04-0,1 мм) порошка алюминия марки ПА-4, что позволяет в 1,8-2,4 раза повысить прочность на растяжение по сравнению с пористым материалом частиц порошков титана марки ТПП-5 без добавок. При этом пористость уменьшается всего лишь в 1,1 раза, а средний размер пор - в 1,4 раза. Источники информации 1. Капцевич В.М., Кусин Р.А., Гуревич А.А. Создание эффективных пористых порошковых материалов методом пластического деформирования Обзор. Информ. - Минск Бел-НИИНТИ, 1985. - С. 32. 2. Косторнов А.Г., Галстян Л.Г., Мнацаканян С.А., Агаян С.М. Физико-механические свойства пористых порошковых материалов на основе титана // Порошковая металлургия. Вып. 11. - Киев, 1986. - С. 53-56. 3. Братухин А.Г., Колачев Б.А., Садков В.В. и др. Технология производства титановых самолетных конструкций. -М. Машиностроение, 1995. - С. 21-27. 4. Воробьев Б.А., Олесов Ю.Г., Дрозденко В.А. Производство изделий из титановых порошков. - Киев Техника, 1976. - С. 74. 5.2030968 1, 1995 (прототип). Национальный центр интеллектуальной собственности. 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20. 4