Способ получения двухслойных пористых порошковых изделий

(51) МПК (2006) НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ДВУХСЛОЙНЫХ ПОРИСТЫХ ПОРОШКОВЫХ ИЗДЕЛИЙ(71) Заявитель Государственное научное учреждение Институт порошковой металлургии(72) Авторы Витязь Петр Александрович Ильющенко Александр Федорович Беляев Андрей Васильевич Капцевич Вячеслав Михайлович Кусин Руслан Анатольевич Бокань Григорий Алексеевич(73) Патентообладатель Государственное научное учреждение Институт порошковой металлургии(57) Способ получения двухслойного пористого порошкового изделия, преимущественно тонкостенного, включающий прессование заготовки из порошка титана и проведение самораспространяющегося высокотемпературного синтеза системы титан-азот, отличающийся тем, что перед проведением самораспространяющегося высокотемпературного синтеза на наружной поверхности заготовки повторным прессованием формируют слой из порошка никеля, дисперсность которого меньше дисперсности порошка титана, а самораспространяющийся высокотемпературный синтез проводят при давлении азота 0,06-0,09 МПа. Фиг. 1 Изобретение относится к области порошковой металлургии, в частности к способам получения пористых порошковых изделий, и может быть использовано для изготовления фильтров для очистки жидкостей и газов, аэраторов, огнепреградителей и других проницаемых изделий. 9895 1 2007.10.30 Известен способ получения двухслойных пористых порошковых материалов (ППМ) путем совместного прессования порошков одного химического состава, но различных по размерам частиц, и последующего спекания 1, 2. Известен способ получения двухслойных ППМ путем формования методом свободной засыпки из порошков одного химического состава, но различных по размерам частиц пористой заготовки, и последующего спекания 3. Недостатками известных способов являются необходимость использования дорогостоящего оборудования и значительные энергозатраты для проведения процесса спекания. Известен способ получения двухслойных ППМ путем нанесения на пористую подложку методом ионно-плазменного напыления в вакууме проницаемого покрытия 4. Недостатком способа также является необходимость использования дорогостоящего оборудования и, кроме того, сложность осуществляемого процесса и существенные ограничения по размерам получаемых изделий. Наиболее близким к предполагаемому по технической сущности является способ получения пористых порошковых изделий, преимущественно тонкостенных, включающий прессование порошка титана и проведение самораспространяющегося высокотемпературного синтеза (СВС) системы титан-азот при давлении азота 0,06-0,09 МПа 5. В отличие от вышеперечисленных этот способ не требует дорогостоящего и энергоемкого оборудования, прост в аппаратурном оформлении. Недостатком известного способа является невозможность получения двухслойных пористых порошковых изделий с высокой проницаемостью. Это обусловлено тем, что после инициирования процесса СВС в спрессованной двухслойной заготовке, образованной двумя слоями из крупнодисперсного и мелкодисперсного порошков титана, фронт горения мелкодисперсного порошка опережает фронт горения более крупного порошка, что приводит к дополнительной термической обработке мелкодисперсного слоя и, как следствие, возникновению, особенно в зоне поверхности соприкосновения слоев, конгломератов расплавленных мелкодисперсных частиц. Последние перекрывают сквозные поры, отвечающие за проницаемость, что приводит к получению малопроницаемых или непроницаемых изделий, непригодных для эксплуатации. Задача изобретения - расширение технологических возможностей способа за счет создания двухслойных пористых порошковых изделий с высокой проницаемостью. Задача решается тем, что в известном способе получения пористых порошковых изделий, включающем прессование заготовки из порошка титана и проведение самораспространяющегося высокотемпературного синтеза системы титан-азот, перед проведением самораспространяющегося высокотемпературного синтеза на наружной поверхности заготовки повторным прессованием формируют слой из порошка никеля, дисперсность которого меньше дисперсности порошка титана, а самораспространяющийся высокотемпературный синтез проводят при давлении азота 0,06-0,09 МПа. Давление азота в реакторе в процессе СВС должно поддерживаться постоянным и находиться в диапазоне 0,06-0,09 МПа. При давлении азота менее 0,06 МПа происходит затухание процесса синтеза, прочность пористого материала в тех местах, где синтез имел место, невелика, наблюдается осыпание частиц порошка. При давлении азота более 0,09 МПа рост тепловыделения в процессе синтеза приводит к образованию зон, состоящих из расплавленных частиц порошка, ухудшающих проницаемость изделия. В качестве исходного материала для прессования инертного слоя используют мелкодисперсный порошок никеля. Во-первых, при реализации предложенного способа этот порошок не вступает в реакцию синтеза во-вторых, температура в сформированном из него слое, достигаемая за счет тепловыделения при протекании реакции синтеза между титаном и азотом, достаточна для консолидации его частиц, но недостаточна для их расплавления и перекрытия сквозных пор. Сущность изобретения поясняется примерами. 2 9895 1 2007.10.30 Пример 1 По предлагаемому способу изготавливали трубчатые фильтроэлементы с наружным диаметром 42, внутренним 34 и длиной 250 мм. Из порошка титана с размером частиц (-1000630) мкм методом радиальноизостатического прессования при давлении прессования 90 МПа прессовали пористую трубчатую заготовку с наружным диаметром 40, внутренним 34 и длиной 250 мм, на наружной поверхности которой повторным прессованием при давлении прессования 100 МПа из порошка электролитического никеля с размером частиц (-6340) мкм формировали слой толщиной 1,0 мм. Спрессованную двухслойную заготовку помещали в СВСреактор. Реактор вакуумировали, заполняли азотом под давлением 0,06 МПа, с помощью вольфрамовой спирали воспламеняли поджигающий состав и инициировали реакцию синтеза между спрессованным порошком титана и азотом. После завершения СВС изделие выдерживали в реакторе в течение 30 мин для его охлаждения и сбрасывали давление азота. Характеристики полученного изделия приведены в таблице (строка 1). Аналогично по предложенному способу изготавливали изделия при давлениях азота 0,075 0,09 0,05 1,0 МПа. Характеристики полученных изделий приведены в таблице(строки 2-5). Пример 2 По известному способу 5 изготавливали трубчатые фильтроэлементы с наружным диаметром 42, внутренним 34 и длиной 250 мм. Из порошка титана с размером частиц (-1000630) мкм методом радиальноизостатического прессования при давлении прессования 90 МПа прессовали пористую трубчатую заготовку с наружным диаметром 40, внутренним 34 и длиной 250 мм, на наружной поверхности которой повторным прессованием при давлении прессования 100 МПа из порошка титана с размером частиц (-6340) мкм формировали слой толщиной 1,0 мм. Спрессованную двухслойную заготовку помещали в СВС-реактор. Реактор вакуумировали, заполняли азотом под давлением 0,03 МПа, с помощью вольфрамовой спирали воспламеняли поджигающий состав и инициировали реакцию синтеза. После завершения процесса СВС изделие выдерживали в реакторе в течение 30 мин для его охлаждения и сбрасывали давление азота. Характеристики полученного изделия приведены в таблице(строка 6). Материал и размеры частиц порошка Слой изСлой из мелкоп/п крупнодисперсдисперсноного пого порошка рошка МаксиКоэффимальциент ный прониразмер цаемости,пор,м 2, 1013 мкм Предлагаемый способ Титан Никель 1 (-1000630) (-6340) 0,06 мкм мкм 2 0,075 3 0,09 Высокая проницаемость Высокая проницаемость Изделие не изготовлено из-за самопроизвольного прекращения реакции синтеза. Затухание процесса произошло из-за недостаточного давления азота. Низкая проницаемость из-за появления зон, состоящих из расплавленных частиц порошка (см. фиг. 1). 9895 1 2007.10.30 Продолжение таблицы Способ-прототип Низкая проницаемость из-за наличия зоны, образованной конгломе 0,03 0,1 8,5 ратами расплавленных мелкодисперсных частиц (см. фиг. 2) имеются отдельные сквозные поры. Анализ данных, приведенных в таблице, показывает, что предлагаемый способ по сравнению с известным позволяет получать двухслойные пористые порошковые изделия с высокой проницаемостью, т.е. позволяет расширить технологические возможности. Несоблюдение режимов осуществления процесса СВС в предлагаемом способе (давление азота) не позволяет получать качественные изделия. Если давление азота составляет 0,05 МПа (менее 0,06 МПа), изделие не удается изготовить из-за самопроизвольного прекращения процесса СВС в слое из титанового порошка, если давление азота составляет 0,1 МПа (более 0,09 МПа), то получаемые изделия характеризуются низкой проницаемостью, обусловленной появлением зон из расплавленных частиц порошка. Титан Титан 6 (-1000630) (-6340) мкм мкм Источники информации 1. Гатушкин А.А., Солонин С.М. Исследование фильтрующих свойств двухслойных металлокерамических фильтров//Порошковая металлургия. - 1966. -7. - С. 32-37. 2. Валькович И.В., Кусин Р.А., Сорокина А.Н. К вопросу получения двухслойных пористых материалов методом прессования//Порошковая металлургия Республиканский межведомственный сборник научных трудов. - Минск Кибер, 1995. - Вып. 18. - С. 64-69. 3. Валькович И.В., Кусин Р.А., Сорокина А.Н. Исследование свойств двухслойных пористых материалов из порошков сферической бронзы//Порошковая металлургия Республиканский межведомственный сборник научных трудов. - Минск ИММС НАНБ, 1996. Вып. 19. - С. 41-43. 4. Ильющенко А.Ф., Капцевич В.М., Калиновский В.Р., Кусин Р.А. Исследование ионно-плазменного напыления в вакууме для получения двухслойных фильтрующих материалов на основе металлических порошков//Материалы международной научнотехнической конференции. - Могилев, 2001. - С. 43-44. 5. Применение СВС для получения пористых порошковых проницаемых композиционных материалов титан-нитрид титана/Б.Б. Хина, А.В. Беляев, П.А. Витязь, Б.М. Хусид//Порошковая металлургия. - 1997. -5/6. - С. 75-80. Фиг. 2 Национальный центр интеллектуальной собственности. 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20. 4