RU2002580C1 - Способ получени пористого материала - Google Patents

Abstract

Изобретение относитс  к металлургии, в частности к способам получени  пористых металлов, используемых дл  изготовлени  теплообменников, носителей катализаторов, конструкционных деталей. Способ получени  высокопористого материала, включающий приготовление суспензии металлического порошка в водном растворе поливинилового спирта, нанесение суспензии на подложку пористого полимерного материала, сушку заготовки, удаление органического вещества подложки термодеструкцией и последующее спекание, отличаетс  от известных тем, что после сушки заготовку подвергают термической обработке в течение не менее 30 мин при 160 - 180°С, а затем методом химического или электрохимического осаждени  нанос т другой металл, образующий при спекании с металлическим порошком сплав заданного состава. Чередование неплотного порошкового покрыти  и практически беспористого химического или электрохимического позвол ет в 4 - 20 раз уменьшить объемную усадку образцов при спекании Способ позвол ет получать крупногабаритные образцы. 2 таба

Description

Изобретение относитс  к металлургии, ч част мосж к способам получени  пористых металлов, используемых дл  изготовлени  теплообменников, носителей катализаторов , конструкционных деталей.

Известен способ получени  пористого i;iuicToro материала, включающий прида: (-.-., mat --рспроводности пористой органи- ее1/ой подложке путем последовательной о1 pj xn чп f e в растворах сенсибилизирова- ыл-,. 1 тиви роеани  и химического осаждени  металлов, нанесение на нее л-.л . f ллгг тческим методом металличе- с ) п г.п фыги  путем циклического чередо- . in1 ;:,оцессов осаждени  и растворени  уеталлимеского покрыти  за счет реверси- pj4 жм гокп и удалени  подложки 1.

Основным недостатком, ограничивающим область применени  данного способа,  вл етс  то, что он существенно ограничивав г класс получаемых материалов. Это св - зано с возможност ми методов химического и электрохимического осэжде- н .гч, моталлов, а также особенност ми элек- гроосаждсни  металлов на пористые подложки. Так, в частности способ не позвол ет получать высокопористые материалы на основы нихромовых сплавов. Причина этого заключаетс  в том, что методом хими- ческог J восстановлени  хром из растворов io солей не осаждаетс , а при электрохимическом осаждении хрома или его сплавов процесс металлизации наблюдаетс  только на поверхности пористой подложки, без проникновени  вглубь ее.

Наиболее близким по совокупности признаков к за вл емому способу  вл етс  способ получени  пористого металла, включающий приготовление суспензии металлического порошка или смеси порошков в водном растворе кле щего органического вещества, например, поливинилового спирта , нанесение суспензии на подложку пористого полимерного материала, например, пенополиуретана, сушку заготовки, удаление органического веществ подложки термодеструкцией в восстановительной среде и последующее спекание 2.

Указанный способ практически не имеет ограничений по классу получаемых материалов , в том числе он позвол ет получать нихромовые сплавы.

Однако область применени  данного способа также ограничена Он не позвол ет получать заготовки пористого металла выше определенных размеров, так как при получении крупногабаритных образцов резко повышаетс  веро тное гь по влени  трещин на пористом металле из-за усадки при спекании . Предельные габариты получаемых

заготовок завис т от многих факторов, но в первую очередь от плотности укладки металлического порошка на поверхности пе- нополиуретановой подложки. Чем выше

плотнось укладки, тем меньше усадка материала при спекании, Однако максимальна  плотность укладки, достигаема  данным способом, не превышает 50%.

в предлагаемом способе получени  высокопористого материала, включающем приготовление суспензии металлического порошка в водном растворе поливинилового спирта, нанесение суспензии на подлож5 ку пористого полимерного материала, сушку заготовки, удаление органического вещества подложки термодеструкцией и последующее спекание, после сушки заготовку подвергают термической обработке при

0 160-180°С, а затем методом химического или электрохимического осаждени  нанос т другой металл, образующий с металлическим порошком сплав заданного состава Данный способ позвол ет уменьшить

5 усадку образцов при спекании и обеспечивает получение крупногабаритных образцов .

Сопоставительный анализ предлагаемого решени  с прототипом показал, что

0 за вл емый способ отличаетс  от известного тем, что после сушки заготовки полимерного материала с нанесенной суспензией металлического порошка одного из компонентов сплава, ее подвергают термообра5 ботке при 160-180°С в течение не менее 30 мин с целью перевода образовавшейс  на поверхности заготовки пленки поливинилового спирта из водорастворимой формы в нерастворимую; второй компонент получаео мого металлического сплава нанос т методом химического или электрохимического осаждени  металлов на поверхность порошкового покрыти , содержащего первый компонент сплава.

5 Таким образом, за вл емый способ соответствует условию патентоспособности изобретени  новизна, так как он характеризуетс  наличием новых операций.

Существенным отличием предлагаемо0 го технического решени  от известных  вл етс  то. что в нем реализуетс  возможность послойного осаждени  компонентов получаемого сплава, причем один из компонентов наноситс  в виде суспензии

5 металлического поршн  на поверхность пористой полимерной подложки, а другой осаждаетс  на поверхность порошкового покрыти  методом химического или электрохимического осаждени  металлов. Такое чередование неплотного порошкового покрыти  и практически беспористого химического или электрохимического позволило существенно, от 4 до 20 раз, уменьшить объемную усадку образцов при спекании.

Осуществление послойного осаждени  компонентов сплава стало возможным благодар  еще одному существенному отличию предлагаемого способа от известных решений , а именно введению дополнительной гтадии - термообработке высушенной заготовки с нанесенным-порошковым покрытием . Необходимость термообработки вызвана тем,что поливинилспиртова  пленка , образующа с  при сушке и закрепл юща  металлический порошок на поверхности пористой полимерной подложки , хорошо раствор етс  в воде, а тем более в растворах электролитов, что приводит к отделению порошка от заготовки. Экспериментально установлено, что пленка поливинилового спирта тер ет способность к растворению в растворах металлизации, работающих при комнатной температуре, после термообработки на воздухе при 160-180°С в течение не менее 30 мин. Увеличение указанных параметров выше приведенных значений нецелесообразно из экономических соображений и возможности протекани  процессов термодеструкции в полимерной подложке.

Все вышеприведенное позвол ет сделать вывод о том, что предлагаемое решение обладает изобретательским уровнем.

Предлагаемый способ получени  высокопористых металлических сплавов осуществл етс  следующим образом.

Готов т суспензию металлического порошка одного из компонентов, вход щих в состав получаемого сплава. В качестве такого компонента предпочтительно берут металлы , не осаждаемые методом химического восстановлени  из растворов их солей или крайне неравномерно распредел ющиес  при электроосаждении по глубине пористой подложки, например хром, ванадий и др. Приготовление суспензии осуществл ют путем тщательного перемешивани  выбранного металлического порошка в водном растворе поливинилового спирта. Дл  получени  устойчивой суспензии используют 7%-ный раствор поливинилового спирта. Оптимальный размер частиц металлического порошка 1-5 мкм. Соотношение массы порошка и жидкости в суспензии подбирают таким образом, чтобы пропитанна  суспензией заготовка пенополиуретана после отжати  в валках имела1 заданную плотность,

Нанесение порошкового покрыти  производ т погружением заготовки в подготовленную суспензию с последующим

многократным сжатием ее дл  потного удалени  воздуха. После пропитки заготовку отжимают в валках. При отжатии происходит удаление избытка суспензии и равно- 5 мерное ее распределение по объему заготовки.

Отжатые заготовки, восстановившие свою исходную форму, сушат на воздухе. После суш-ки заготовки приобретают жест0 кость. Дл  исключени  возможности удалени  порошкового покрыти  с поверхности пористой полимерной подложки в растворах химической и электрохимической металлизации провод т процесс термической

5 обработки заготовки, заключающийс  в ее нагреве до 160-180°С в течение не менее 30 мин. При этом пленка поливинилового спирта , закрепл юща  металлический порошок на поверхности пенополиуретана, тер ет

0 способность растворени  в водных растворах электролитов, имеющих комнатную температуру . Нагрев до температуры менее 160°С в течение менее 30 мин не обеспечивает гарантию непопадани  порошка в рас5 твор. Термообработка при температуре более 180°С в течение более 30 мин нецелесообразна из экономических соображений и возможности протекани  процессов термодеструкции в пенополмуретановой под0 ложке.

Второй компонент получаемых высоко- пористых -металлических сплавов нанос т методом химического или электрохимического осаждени  металлов.

5 Перед химической металлизацией, в случае осаждени  металла на поверхность порошкового покрыти , не  вл ющегос  катализатором процесса, необходима активаци  заготовки, осуществл ема , например,

0 в растворе хлористого паллади .

Если второй компонент сплава наноситс  электрохимическим способом, то возникает необходимость химического осаждени  тонкого электропроводного под5 сло . Причина этого заключаетс  в том, что термообработанна  заготовка с порошковым покрытием не обладает электропроводностью достаточной дл  осуществлени  на ее поверхности процесса электроосажде0 ии . Нанесение электропроводного подсло  толщиной около 1 мкм осуществл ют из растворов химической металлизации.

Расчет количества химически или электрохимически осаждаемого покрыти  осуще5 ствл ют -исход  из необходимости получени  сплава заданного состава.

Далее промытую и высушенную заготовку высокопористого материала помещают в водородную печь, где в восстановительной среде при постепенном

повышении температуры происходит удаление органической пенополиуретановой подложки и последующее спекание сплава.

Примеры 1-2. В качестве органической  чеистой подложки использовали пенополиуретан со средним диаметром  чейки 0,85 мм. На подложку наносили заданное количество суспензии хромового порошка марки ПХС-t в 7%-ном растворе поливинилового спирта. Количество осажденного порошка хрома контролировали взвешиванием заготовки после ее сушки. Сушка проводилась при комнатной температуре потоком воздуха от вентил тора.

Подготовленные таким образом заготовки помещали в термошкаф, где выдерживали при 150,160,170,180 и 190°С в течение 20,30 и 60 мин. После охлаждени  заготовки погружали в раствор активировани , содержащий 0.5 г/л PdCl2 и 5.0 мл/л HCI. В результате проведенных экспериментов были установлено, что отделение хромового порошка от подложки не наблюдаетс  только на образцах, прошедших термообработку при 160°С и выше в течение 30,60 мин. Дл  проведени  дальнейших операций использовали заготовки, термообработанные при 1бО°С в течение 30 мин.

Активацию заготовки проводили в растворе активировани  указанного выше состава в течение 15 мин при комнатной температуре.

Придание электропроводности активированной заготовке проводили путем осаждени  тонкого 1 мкм сло  никел  из раствора химического никелировани  следующего состава, г/л:

N1SQ4 -7Н20 28

N34P207 -10Н20 50

NH40H20

NaH2P02 H20 25

Процесс осаждени  при комнатной температуре раствора продолжалс  30 мин.

Требуемое количество никел , рассчитанное из необходимости получени  нихро- мового сплава, содержащего 25 мас.% хрома, осаждали на заготовку из электролита , содержащего, г/л:

NICl2 6H20 160

NaCI120

NhUCI30

НаВОз28

при габаритной плотности тока, равной 0,5 А/дм2.

Удаление органического вещества подложки и спекание сплава проводили путем постепенного, в течение 3 ч, нагрева заготовки в печи с водородной атмосферой до 1200°С и выдержке при этой температуре в течение 3 ч.

Объемна  усадка заготовок высокопо- ристого нихрома при спекании рассчитывалась по формуле

АУ-Ун-У

- Г7

VM

где VH - объем заготовки до спекани ; У - объем заготовки после спекани .

Количество осажденных металлов в конкретных примерах и результаты по усадке образцов приведены в табл.1.

Примеры 3-5. В качестве органиче- ской  чеистой подложки использовали пенополиуретан со средним размером  чейки 0,85 мм. На подложку наносили заданное количество суспензии никелевого порошка марки П Н КОТ в 7 % -ном растворе поливини- лового спирта. Количество осажденного порошка контролировали взвешиванием заготовки после ее сушки.

Термообработку заготовок с нанесенным порошковым покрытием проводила при 170°С в течение 30 мин.

Требуемое количество меди, рассчитанное из необходимости получени  меднони- ке лево го сплава, содержащего 50 мас.% никел , осаждали на термообработунную заготовку из раствора химического меднени  следующего состава, г/л: CuSOr5H20100

Глицерин45

NaOH75

40%-ный формалин 60 мл/л

Удаление органического вещества подложки и спекание проводили путем постепенного нагрева заготовки в водородной атмосфере до 950°С и выдержке при ней в течение 3 ч.

Результаты по усадке заготовок при спекании приведены в табл.2.

Как видно из данных, приведенных в табл. 1 и 2. получение высокопористых  че- истых сплавов по описываемому способу позвол ет существенно, в 6-35 раз, уменьшить объемную усадку образцов при спекании , что в конечном итоге позвол ет получить крупногабаритные заготовки п о- щадью до 1 м материала за счет ликвидации трещинообразовани  при спекании.

(56) Авторское свидетельство СССР Mr 1366294, кл. В 22 F 5/00. 1988. Авторское свидетельство СССР №577095. кл. В 22 F 3/10. 1976.

Таблица 1

Claims (1)

1. Формула изобретени 

   СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ПОРИСТОГО МАТЕРИАЛА, включающий приготовление суспензии металлического порошка в водном растворе поливинилового спирта, нанесение суспензии на подложку из пористого полимерного материала, сушку заготовки, удаление органического вещестТаблица 2

   ва термодеструкцией и спекание, отличающийс  тем, что готов т суспензию порошка одного металла, после сушки заготовку подвергают термической обработке при 760 - 180 С, а затем методом химического или электрохимического охлаждени  нанос т другой металл, образующий при спекании с металлическим порошком сплав заданного состава.