RU2017849C1

RU2017849C1 - Charge for making porous permeable material

Info

Publication number: RU2017849C1
Authority: RU
Inventors: В.В. Евстигнеев; Б.М. Вольпе; Н.Г. Воронков; В.М. Гусельников
Original assignee: Алтайский государственный технический университет им.И.И.Ползунова
Priority date: 1990-08-08
Filing date: 1990-08-08
Publication date: 1994-08-15

Abstract

FIELD: powder metallurgy. SUBSTANCE: proposed charge for making porous permeable material has the following composition, wt.-%: silicon 0.5-15; nickel 1.25-3.5; aluminium 18-40, and titanium - the rest. EFFECT: enhanced quality of charge. 1 tbl

Description

Изобретение относится к порошковой металлургии, в частности к шихтам для получения пористых проницаемых материалов методом самораспространяющегося высокотемпературного синтеза (СВС), и может быть использовано для получения фильтрующих элементов, аэраторов и других изделий различных форм и размеров. The invention relates to powder metallurgy, in particular to a mixture for producing porous permeable materials by the method of self-propagating high temperature synthesis (SHS), and can be used to obtain filter elements, aerators and other products of various shapes and sizes.

Известна шихта для изготовления пористого проницаемого материала - алюминида титана, выбранная в качестве прототипа. Шихта состоит из порошков титана и алюминия в соотношении 64 мас.% титана и 36 мас.% алюминия и приготовляется из походных порошков путем механического смешения всухую в атмосфере воздуха. Пористый проницаемый материал изготовляется из шихты путем ее формования, кратковременного нагрева до 300-350^оС и возбуждения самораспространяющегося высокотемпературного синтеза.A known mixture for the manufacture of porous permeable material - titanium aluminide, selected as a prototype. The mixture consists of titanium and aluminum powders in a ratio of 64 wt.% Titanium and 36 wt.% Aluminum and is prepared from camp powders by mechanical dry mixing in air. Porous permeable material is made from a charge by means of its molding, short time heating to 300-350 ^C, and the excitation of self-propagating high-temperature synthesis.

Недостатком известной шихты является то, что по причине превышения температуры плавления конечного продукта - алюминида титана, составляющей 1665^оС, над температурой, развиваемой при горении шихты (1370^оС), не происходит образования пористого материала с литым каркасом, в результате чего получаемый материал обладает низкой механической прочностью.A disadvantage of the known charge is that due to exceeding the melting point of the final product - titanium aluminide component 1665 ^{° C} over the temperature developed during the combustion of the charge (1370 ° ^C), there is no formation of the porous material with the molded frame, so that the resulting fabric possesses low mechanical strength.

Цель - повышение механической прочности материала. The goal is to increase the mechanical strength of the material.

Поставленная цель достигается тем, что известная шихта, содержащая титан и алюминий, дополнительно содержит кремний и никель при следующем соотношении компонентов, мас.%: Кремний 6,5-15 Никель 1,25-3,5 Алюминий 16-40 Титан Остальное
Кремний, никель и алюминий сводятся в шихту в виде композиционного алюминиевого порошка САС - 1 (САС-2) ТУ 48-21-447-75, состава, мас.%: Кремний 25-30 Никель 5-7 Алюминий Остальное
Использование в шихте порошка САС-1 (САС-2) ТУ 48-21-447-75 приводит к тому, что при инициировании в шихте предлагаемого состава реакции СВС наряду с реакцией образования алюминида титана протекают более экзотермические реакции образования никелида титана, никелида алюминия и силицида титана, тепловыделения которых достаточно для расплавления продуктов всех протекающих реакций. В результате образуется пористый проницаемый материал с литым каркасом и прочностью на сжатие 3-12 МПа в зависимости от состава шихты. Использование в шихте композиционного порошка САС-1 (САС-2) экономически выгоднее, чем использование порошков его компонентов в отдельности.This goal is achieved in that the known charge containing titanium and aluminum additionally contains silicon and nickel in the following ratio of components, wt.%: Silicon 6.5-15 Nickel 1.25-3.5 Aluminum 16-40 Titanium The rest
Silicon, nickel and aluminum are reduced to a charge in the form of composite aluminum powder САС - 1 (САС-2) TU 48-21-447-75, composition, wt.%: Silicon 25-30 Nickel 5-7 Aluminum The rest
The use of powder SAS-1 (SAS-2) TU 48-21-447-75 in the charge leads to the fact that when the SHS reaction is initiated in the charge of the proposed composition, along with the reaction of titanium aluminide formation, more exothermic reactions of formation of titanium nickelide, aluminum nickelide and titanium silicide, the heat release of which is sufficient to melt the products of all ongoing reactions. The result is a porous permeable material with a cast frame and a compressive strength of 3-12 MPa, depending on the composition of the charge. The use of a composite powder САС-1 (САС-2) in a charge is more economical than using powders of its components separately.

При содержании в шихте кремния, никеля и алюминия в количестве менее указанного происходит снижение прочности получаемого материала за счет избыточного непрореагировавшего титана; при содержании кремния, никеля и алюминия в количестве выше 45 мас.% тепловыделения реакции образования никелида титана, никелида алюминия и силицида титана недостаточно для образования литого каркаса пористого материала. When the content in the charge of silicon, Nickel and aluminum in an amount less than the specified, there is a decrease in the strength of the resulting material due to excess unreacted titanium; when the content of silicon, nickel and aluminum in an amount of more than 45 wt.% heat release reaction of the formation of titanium nickelide, aluminum nickelide and titanium silicide is not enough for the formation of a cast frame of a porous material.

Сопоставительный анализ с прототипом позволяет сделать вывод, что заявляемая шихта отличается от известной тем, что она дополнительно содержит кремний и никель. Таким образом, заявляемое техническое решение соответствует критерию изобретения "Новизна". Comparative analysis with the prototype allows us to conclude that the inventive charge differs from the known in that it additionally contains silicon and nickel. Thus, the claimed technical solution meets the criteria of the invention of "Novelty."

Анализ известных составов шихты показал, что ни один состав не включает кремний, никель, алюминий и титан в заявляемом соотношении. Именно предлагаемый состав шихты придает получаемому материалу новую структуру и свойства, что позволяет сделать вывод о соответствии заявляемого решения критерию "Существенные отличия". Analysis of the known compositions of the mixture showed that no composition includes silicon, nickel, aluminum and titanium in the claimed ratio. It is the proposed composition of the charge gives the resulting material a new structure and properties, which allows us to conclude that the proposed solution meets the criterion of "Significant differences".

Для экспериментальной проверки заявляемого технического решения были подготовлены образцы шихты с различным соотношением компонентов (см. таблицу). Из каждого образца шихты были синтезированы образцы пористого проницаемого материала с последующим изучением структуры каркаса и испытанием на механическую прочность. Для экспериментов использовался порошок титана марки ПТХ и композиционный порошок САС-1 (САС-2). Дозировка компонентов осуществлялась на аналитических весах с точностью до 10^-4 г. Смешение компонентов производилось в лабораторном смесителе типа "пьяная бочка" на воздухе в течение 3 ч. Шихту помещали в вакуумируемый реактор и нагревали в печи электросопротивления до 300-350^оС, после чего инициировали реакцию СВС путем касания торца засыпки раскаленной вольфрамовой спиралью. Полученные образцы имели вид цилиндрического штабика диаметром 32 мм и высотой 50 мм и использовались для приготовления металлографических шлифов, применяемых при изучении каркаса, а также для испытаний на механическую прочность. Изучение каркаса осуществлялось с помощью оптического микроскопа "Неофот-30". Испытания на механическую прочность производились путем сжатия цилиндрических образцов с плоскопараллельными торцами со скоростью нагружения, равной 0,002 м/c.For experimental verification of the proposed technical solution, samples of the mixture with a different ratio of components were prepared (see table). Samples of porous permeable material were synthesized from each charge sample, followed by studying the structure of the skeleton and testing for mechanical strength. For the experiments, a PTX grade titanium powder and a composite powder САС-1 (САС-2) were used. The dosage of the components was carried out on an analytical balance with an accuracy of 10 ^-4, the mixing of components was done in a laboratory mixer type "drunken barrel" in air for 3 hours. The batch was placed in the reactor evacuated and heated in an oven resistivity to 300-350 ^C, after which initiated the SHS reaction by touching the end face of the backfill with a hot tungsten spiral. The obtained samples had the form of a cylindrical small staff with a diameter of 32 mm and a height of 50 mm and were used for the preparation of metallographic sections used in the study of the framework, as well as for mechanical strength tests. The study of the frame was carried out using an optical microscope "Neofot-30". The mechanical strength tests were performed by compressing cylindrical samples with plane-parallel ends with a loading speed of 0.002 m / s.

В таблице приведены полученные характеристики каркаса, а также значения прочности на сжатие образцов при различном соотношении компонентов в шихте. The table shows the obtained characteristics of the frame, as well as the values of compressive strength of the samples at different ratios of components in the charge.

Применение предлагаемой шихты позволит получать пористые проницаемые материалы, способные эксплуатироваться в условиях повышенных рабочих давлений. The application of the proposed mixture will allow to obtain porous permeable materials that can be operated under conditions of high working pressures.

Claims

MIXTURE FOR PRODUCING A POROUS PERMEABLE MATERIAL, containing titanium and aluminum, characterized in that, in order to increase the mechanical strength of the material, it additionally contains silicon and nickel in the following ratio of components, wt.%:
Silicon 6.5 - 1.5
Nickel 1.25 - 3.5
Aluminum 18 - 40
Titanium rest