Способ получения пористого материала из порошка титана

Номер патента: 18632

Опубликовано: 30.10.2014

Авторы: Тарайкович Александр Михайлович, Савич Вадим Викторович

Скачать PDF файл.

Текст

Смотреть все

(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 Тарайкович Александр Михайлович(73) Патентообладатель Государственное научное учреждение Институт порошковой металлургии(57) 1. Способ получения пористого проницаемого материала из порошка губчатого титана,при котором смешивают крупный порошок с мелким, средний размер частиц которого составляет 0,02-0,10 средних размеров частиц крупного порошка, при объемном содержании мелкого порошка 10-15 , формуют из этой смеси прессовку при давлении 60-80 МПа и высоте засыпки, составляющей 4-6 средних размеров частиц крупного порошка, при этом одну сторону прессовки формуют металлическим инструментом, а другую - через эластичную среду на сформованной через эластичную среду стороне прессовки формуют из мелкого порошка через эластичную среду селективный слой высотой 10-20 средних размеров частиц порошка при давлении 80-100 МПа, после чего осуществляют спекание при температуре, составляющей 0,92-0,98 температуры спекания прессовки из крупных частиц порошка губчатого титана. 18632 1 2014.10.30 2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что перед нанесением селективного слоя на сформованную через эластичную среду сторону прессовки дополнительно наносят из порошка, размер частиц которого составляет 0,12-0,16 средних размеров частиц крупного порошка, подслой толщиной 3-9 средних размеров частиц наносимого порошка и формуют подслой через эластичную среду при давлении 60-80 МПа. 3. Способ по п. 2, отличающийся тем, что в порошок для формирования подслоя дополнительно вводят 5-10 об.мелкого порошка. Изобретение относится к способам получения пористых проницаемых материалов из порошка губчатого титана и может быть использовано при производстве элементов теплообменных устройств, фильтров, глушителей шума, катализаторов, медицинских имплантатов и других изделий с двухслойной поровой структурой. Известен способ получения двухслойных пористых материалов пластическим деформированием тонкого поверхностного слоя спеченной пористой заготовки, например, путем ее струйно-абразивной обработки 1. Недостатками способа являются уменьшение пористости селективного слоя и снижение тем самым эксплуатационных характеристик изделия, в первую очередь проницаемости. Известен способ получения двухслойных пористых материалов вибрационным формованием бидисперсной смеси порошков 2. Недостаток способа - требование модификации химического состава порошков для обеспечения одновременного спекания частиц разного размера. Кроме того, способ применим в основном для гладких сферических частиц. В качестве прототипа выбран способ получения двухслойных пористых проницаемых материалов, включающий формование прессовки из крупного порошка титана, спекание,нанесение на прессовку селективного слоя из мелкого порошка, его напрессовку и спекание, отличающийся тем, что используют крупный порошок, размер частиц которого составляет 8-10 размеров частиц мелкого порошка, формуют при высоте засыпки крупного порошка, составляющей 4-6 средних размеров его частиц, и давлении 60-80 МПа, при этом одну сторону прессовки формуют металлическим инструментом, а другую сторону прессовки формуют через эластичную среду, селективный слой высотой 10-20 средних размеров частиц мелкого порошка наносят на сторону прессовки, которая сформована через эластичную среду, напрессовку слоя осуществляют при давлении 80-100 МПа через эластичную среду и спекают его при температуре, составляющей 0,90-0,96 температуры спекания прессовки из крупных частиц порошка 3. Недостатки способа - двойное спекание предварительное - основы из крупного порошка и окончательное - основы с напрессованным селективным слоем, что повышает сложность технологии изготовления пористых материалов по данному способу, и высокие энергозатраты при реализации способа. Еще один недостаток прототипа - низкая тонкость очистки, связанная с относительно большим размером частиц селективного строя. Задачей изобретения является упрощение технологии изготовления, снижение энергозатрат и повышение тонкости очистки селективного слоя. Поставленная задача решается тем, что в способе получения пористого проницаемого материала из порошка губчатого титана, при котором смешивают крупный порошок с мелким, средний размер частиц которого составляет 0,02-0,10 средних размеров частиц крупного порошка, при объемном содержании мелкого порошка 10-15 , формуют из этой смеси прессовку при давлении 60-80 МПа и высоте засыпки, составляющей 4-6 средних размеров частиц крупного порошка, при этом одну сторону прессовки формуют металлическим инструментом, а другую - через эластичную среду на сформованной через эластичную среду стороне прессовки формуют из мелкого порошка через эластичную среду селективный слой из мелкого порошка высотой 10-20 средних размеров частиц при 2 18632 1 2014.10.30 давлении 80-100 МПа, после чего осуществляют спекание при температуре, составляющей 0,92-0,98 температуры спекания прессовки из крупных частиц порошка губчатого титана. Перед нанесением селективного слоя на сформованную через эластичную среду сторону прессовки дополнительно наносят из порошка, размер частиц которого составляет 0,12-0,16 средних размеров частиц крупного порошка, подслой толщиной 3-9 средних размеров частиц наносимого порошка и формуют его через эластичную среду при давлении 60-80 МПа. Предварительно в порошок для формирования подслоя дополнительно вводят 5-10 об.мелкого порошка. Способ поясняется фиг. 1, 2. На фиг. 1 изображена модель поперечного шлифа двухслойного пористого материала из порошка титана по основному пункту формулы изобретения, а на фиг. 2 - по его дополнительному пункту. Обозначения на фиг. 1, 2 следующие 1 - крупный порошок 2 - мелкий порошок 3 - основа 4 - селективный слой 5 - подслой 6 - порошок подслоя. Смешивание крупного порошка 1 с мелким 2, из которого на следующей операции будет наноситься селективный слой 4, позволяет несколько снизить температуру спекания,приблизить ее к температуре спекания к спеканию селективного слоя и дает возможность проводить однократное спекание пористого проницаемого материала из порошка титана при температуре спекания селективного слоя. Дополнительным положительным эффектом введения мелкого порошка в смесь является повышение прочности по сравнению с пористым материалом только из крупного порошка. Объемное содержание мелкого порошка в пределах 10-15 обеспечивает в необходимых пределах снижение температуры спекания при одновременном повышении прочности. При содержании мелкого порошка в смеси меньше 10 снижение температуры спекания недостаточно для одновременного спекания селективного слоя из этого порошка и основы 3 из смеси. При содержании мелкого порошка в смеси больше 15 резко уменьшается пористость, что снижает проницаемость, и размеры пор, что в целом ограничивает область применения такого пористого материала. Диапазон соотношения размеров частиц мелкого и крупного порошка больше,чем в прототипе, что и позволяет обеспечить одновременное спекание основы 3 из смеси порошков и селективного слоя 4. При соотношении размеров мелкого и крупного порошка менее 0,02 становится технически сложно предотвратить сегрегацию фракций порошка в процессе формования, что не обеспечивает при пониженной температуре спекания крупных частиц равномерно в объеме основы и не позволяет достичь цели изобретения в полном объеме. При соотношении размеров мелкого и крупного порошка более 0,10 размеры пор и тонкость очистки селективного слоя из такого порошка становятся слишком большими, что снижает эффективность такого пористого материала. Кроме того, при соотношении размеров частиц более 0,10 температура становится недостаточной для полноценного спекания крупных частиц основы. Спекание формовки при температуре, составляющей 0,92-0,98 температуры спекания прессовки из крупных частиц порошка, позволяет обеспечить одновременное спекание основы и селективного слоя. При температуре ниже нижнего предела основа будет недопеченной, а при температуре выше верхнего предела перепеченным будет селективный слой. Нанесение на основу из смеси крупного и мелкого порошка подслоя 5 толщиной 3-9 средних размеров частиц порошка, размер частиц 6 которого составляет 0,12-0,16 средних размеров частиц крупного порошка, позволяет дополнительно повысить качество материала и упростить технологию изготовления за счет снижения вероятности растрескивания селективного слоя и фрагментарного его отслаивания от основы при быстром нагреве и охлаждении прессовки в процессе спекания вследствие разной усадки слоев из порошков с разным размером частиц. Пределы толщины переходного подслоя, соотношение размеров его частиц с размерами частиц крупного порошка оптимальны для указанной выше цели. Формование подслоя через эластичную среду при давлении 60-80 МПа, т. е. при давлении формования основы, позволяет избежать ее перепрессовки на этой стадии изготовления, снижения пористости и проницаемости основы и подслоя. 3 18632 1 2014.10.30 Способ осуществляется следующим образом. Берут губчатый порошок титана марки ТПП с крупным размером частиц, например 0,63-0,8 мм, засыпают его в пресс-форму, один пуансон которой металлический, а другой имеет эластичную прокладку, например, из полиуретана, прессуют пористую заготовку в виде диска. Затем на поверхность, которая была сформована пуансоном через эластичную прокладку, насыпают слой мелкого порошка и также через эту прокладку формуют селективный слой. Сформованную заготовку - основу с нанесенным селективным слоем - спекают, например, в вакууме или в аргоне. На сформованную основу из смеси крупного и мелкого порошка титана можно дополнительно наносить подслой из порошка, размеры частиц которого меньше, чем порошка основы, но больше, чем порошка селективного слоя. Затем подслой формуют через эластичную среду, а на сформованную поверхность наносят селективный слой. Аналогичным образом получают трубчатые элементы из двухслойного пористого материала методом изостатического формования. Пример. Губчатый порошок титана марки ТПП с размерами частиц 0,8-1,0 мм предварительно смешивали с мелким (отсев порошка марки ТПП разных фракций) при различном объемном содержании мелкого порошка, затем из полученной шихты прессовали в пресс-форме при давлении 60-80 МПа заготовку (диск), причем снизу использовали металлический пуансон, а к поверхности, на которую затем наносили селективный слой, давлением прикладывали через эластичную прокладку. На сформованную заготовку насыпали слой мелкого порошка титана, который уплотняли также через эластичную среду. Сформованную заготовку спекали в вакууме при температуре 1150-1170 С, а также и при других температурах согласно отличительным признакам формулы изобретения. При этом оптимальная температура спекания крупного порошка составляет 1220-1240 С. Режимы изготовления и свойства образцов представлены в таблице. Из приведенных в таблице данных видно, что наиболее высокие свойства, а именно проницаемость, при заданном размере пор имеют образцы, изготовленные по режимам,указанным в формуле изобретения. Использование разработанной технологии позволило устранить операцию второго спекания селективного слоя при изготовлении двухслойного пористого материала, обеспечив тем самым экономию рабочего времени и энергозатрат. 18632 1 2014.10.30 ОтноРазмер шение частиц размеров Содержание мелкого порошка в шихте,об. Отношение Темпетемпературы ратура спекания спекаформовки к ния температуре форспекания мовки,крупного С порошка слишком низкая 0,46-0,48 5-7 2-5 проницаемость невысокое качество 0,55-0,58 90-100 20-26 спекания основы невысокое качество 0,58-0,59 75-90 19-25 спекания основы основа недопечена и разрушает 0,57-0,59 80-105 45-54 ся. Велик размер пор селективного слоя резко уменьшил 10-14 ся размер пор, проницаемость основа недопечена и разрушается 18632 1 2014.10.30 Источники информации 1. А.с. СССР 1156856, МПК 22 3/00, 1985. 2. Пилиневич Л.П. , Мазюк В.В., Рак А.Л. и др.Пористые порошковые материалы с анизотропной структурой для фильтрации жидкостей и газов / Под ред. П.А.Витязя. Минск Тонпик, 2005. - 252 с. 3. Патент Беларусь 13411, МПК 22 3/11, 2010 (прототип). Национальный центр интеллектуальной собственности. 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20. 6

МПК / Метки

МПК: B22F 3/16

Метки: титана, порошка, получения, пористого, материала, способ

Код ссылки

<a href="http://bypatents.com/6-18632-sposob-polucheniya-poristogo-materiala-iz-poroshka-titana.html" rel="bookmark" title="База патентов Беларуси">Способ получения пористого материала из порошка титана</a>

Похожие патенты