RU2631782C1 - Устройство для осуществления динамического химического протравливания спеченных металлических пеноматериалов и определения их проницаемости жидкостями - Google Patents
Устройство для осуществления динамического химического протравливания спеченных металлических пеноматериалов и определения их проницаемости жидкостями Download PDFInfo
- Publication number
- RU2631782C1 RU2631782C1 RU2016150739A RU2016150739A RU2631782C1 RU 2631782 C1 RU2631782 C1 RU 2631782C1 RU 2016150739 A RU2016150739 A RU 2016150739A RU 2016150739 A RU2016150739 A RU 2016150739A RU 2631782 C1 RU2631782 C1 RU 2631782C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- permeability
- sample
- channel
- pressure sensor
- tubular
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
- C23F—NON-MECHANICAL REMOVAL OF METALLIC MATERIAL FROM SURFACE; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL; MULTI-STEP PROCESSES FOR SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL INVOLVING AT LEAST ONE PROCESS PROVIDED FOR IN CLASS C23 AND AT LEAST ONE PROCESS COVERED BY SUBCLASS C21D OR C22F OR CLASS C25
- C23F1/00—Etching metallic material by chemical means
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- General Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Metallurgy (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- ing And Chemical Polishing (AREA)
Abstract
Изобретение относится к устройству, позволяющему осуществлять контролируемое изменение пористой структуры металлических пеноматериалов путем динамического химического протравливания (ДХП) с одновременным измерением проницаемости. Материалы после обработки с использованием предлагаемого устройства могут быть использованы в медицине в качестве костных имплантатов и в других отраслях техники в качестве фильтровальных элементов. Устройство состоит из емкостей для воды и травителя, параллельно подключенных к переключающему крану первым и вторым трубчатыми каналами, последовательно соединенными третьим трубчатым каналом с насосом, датчиком измерения скорости потока, камерой для закрепления образца, состоящей из последовательно герметично закрепленных и формирующих продолжение третьего трубчатого канала входной крышки с отверстием, в котором установлен входной датчик давления, корпуса, в котором установлены два держателя и прижимная гайка для закрепления образца, выходной крышки с отверстием, в котором установлен выходной датчик давления, и выходного канала. Изобретение позволяет контролировать увеличение размеров пор, пористости и проницаемости спеченных металлических пеноматериалов с использованием ДХП и измерять проницаемость жидкостями. 3 ил.
Description
Изобретение относится к порошковой металлургии, а именно к созданию устройства, позволяющего осуществлять контролируемое изменение пористой структуры металлических пеноматериалов путем динамического химического протравливания (ДХП) с одновременным измерением проницаемости. Материалы после обработки с использованием предлагаемого устройства могут быть использованы в медицине в качестве костных имплантатов и в других отраслях техники в качестве фильтровальных элементов.
Известно устройство для травления изделий со сложными поверхностями (RU 28122 U1, опублик. 10.03.2003), которое содержит реакционную камеру, соединенную с емкостями для обрабатывающих растворов, и низкочастотную систему пульсации. Основными отличиями в сравнении с предлагаемым изобретением являются отсутствие измерительных приборов (датчики давления и скорости потока) и закрепление образца в реакционной камере, а не перпендикулярно потоку.
Недостатками этого устройства являются отсутствие возможности осуществлять контролируемое сквозное пропускание травителя под давлением через образец, расположенный перпендикулярно потоку, и измерять его проницаемость жидкостями.
Известно устройство для травления мало- и крупногабаритных изделий со сложными поверхностями (RU 148141 U1, опублик. 27.11.2014), которое содержит реакционную камеру, соединенную трубами с емкостями для обрабатывающих растворов, систему низкочастотной пульсации, предназначенную для попеременного соединения упомянутых емкостей со сжатым воздухом и атмосферой, и корзину для размещения и закрепления изделий. Основными отличиями в сравнении с предлагаемым изобретением являются отсутствие измерительных приборов (датчики давления и скорости потока) и закрепление образца в реакционной камере, а не перпендикулярно потоку.
Недостатками этого устройства являются отсутствие возможности осуществлять контролируемое сквозное пропускание травителя под давлением через образец, расположенный перпендикулярно потоку, и измерять его проницаемость жидкостями.
В качестве наиболее близкого аналога выбрано устройство травления поверхности для металлографического анализа (RU 2537488 С2, опублик. 10.01.2015), в котором описано устройство травления поверхности для металлографического анализа, которое включает ячейку для протравливания и средства, изолирующие протравливаемую зону от окружающих областей поверхности. В ячейку включены средства для крепления к протравливаемому объекту, указанные изолирующие средства выполнены в виде эластичной прокладки, а также к ячейке присоединен резервуар с протравливающим раствором, резервуар с промывочным раствором и выпускной шланг для сбора отработанных растворов.
Предлагаемое устройство отличается от прототипа тем, что состоит из емкостей с водой и травителем параллельно подключенных к переключающему крану первым и вторым трубчатыми каналами, последовательно соединенными третьим трубчатым каналом с насосом, датчиком измерения скорости потока, камерой для закрепления образца, состоящей из последовательно герметично закрепленных и формирующих продолжение третьего трубчатого канала входной крышки с отверстием, в котором установлен входной датчик давления, корпуса, в котором установлены два держателя и прижимная гайка для закрепления образца, выходной крышки с отверстием, в котором установлен выходной датчик давления, и выходного канала.
Основным недостатком аналога является то, что он предназначен для осуществления статического травления плотных материалов, а его конструкция не предполагает обеспечения контролируемого сквозного пропускания травителя через образец с пористой структурой.
Техническим результатом является создание устройства для осуществления двух процессов: контролируемого увеличения размеров пор, пористости и проницаемости спеченных металлических пеноматериалов с использованием ДХП; и измерения проницаемости жидкостями. Путем пропускания активных растворов на основе кислот можно управлять параметрами пористой структуры (размеров пор, пористость и проницаемость) пеноматериалов. Контролируемое применение метода ДХП позволит получать спеченные металлические пеноматериалы с долей сквозной проницаемости до 98%, высокой пористостью (40-90%) и низкими значениями модуля Юнга (1-15 ГПа), близкими к таковым у трабекулярной костной ткани человека.
Технический результат достигается следующим образом. Устройство для динамического химического протравливания и определения проницаемости металлических пеноматериалов, которое состоит из емкостей с водой и травителем, параллельно подключенных к переключающему крану трубчатыми каналами, последовательно соединенных трубчатым каналом с насосом, датчиком измерения скорости потока, камерой для закрепления образца, состоящей из последовательно герметично закрепленных и формирующих продолжение трубчатого канала входной крышки с отверстием, в котором установлен входной датчик давления; корпуса, в котором установлены два держателя и прижимная гайка для закрепления образца, выходной крышки с отверстием, в котором установлен выходной датчик давления и выходного канала. Оно обеспечивает протекание процесса динамического химического протравливания путем сквозного контролируемого попеременного пропускания растворов на основе кислот и воды через цилиндрические образцы пористых структур и процесса измерения проницаемости.
На фиг. 1 представлена принципиальная схема устройства для ДХП и определения проницаемости. На фиг. 2 представлено объемное изображение камеры для крепления образца с разрезом. На фиг. 3 представлены продольные разрезы камеры для крепления образца по болтовым соединениям крышек камеры и по каналу течения жидкостей. Устройство состоит из емкостей 1, 2 с водой и травителем соответственно, параллельно подключенных первым и вторым трубчатыми каналами 3 и 4 соответственно к переключающему крану 5, последовательно соединенного при помощи третьего трубчатого канала 6 с перистальтическим насосом 7, обеспечивающим подачу жидкости, датчиком 8 измерения скорости потока, входным датчиком 9 измерения давления, камерой 10 для закрепления образца 11, выходным датчиком 12 измерения давления и канала 13 течения жидкости на выходе. Камера 10 для закрепления образца, образующая сплошной цилиндрический канал, состоит из герметично закрепленных: входной крышки 14 с отверстием, в котором фиксируется датчик 9 давления; корпуса 15; выходной крышки 16 с отверстием, в котором фиксируется датчик давления 12 и боковой крышки 17 без отверстий. В корпусе 15 камеры 10 образец 11 герметично закреплен между держателем 18 образца на входе и держателем 19 образца на выходе, которые прижимается фиксирующей гайкой 20. Герметичность системы обеспечена наличием резиновых прокладок 21 и болтов 22, которыми крышки 14, 16 и 17 крепятся к корпусу 15. Все элементы устройства изготовлены из химически стойких материалов.
В установке с плотно закрепленным перпендикулярно потоку образцом спеченного металлического пеноматериала из сверхупругого сплава Ti-Nb-Zr при помощи перистальтического насоса устанавливается стабильное течение дистиллированной воды со скоростью 150 мл/мин. Затем на определенное режимом время (20, 30 и 40 сек) в поток путем переключения крана добавляют травитель. В качестве травителя используют раствор кислот HF:3HNO3:15H2O2. В результате химической реакции между внутренней поверхностью пеноматериала и травителя происходит растворение элементов сплава. Таким образом достигается увеличение размеров пор и их соединений в объеме пеноматериала. После истечения установленного времени травитель в потоке заменяют на воду путем переключения крана. Это способствует удалению продуктов реакции из пористого образца. Для исследований и испытаний можно выбирать образцы, пористость которых составляет ≥45%.
Измерения проницаемости пеноматериала до и после ДХП проводятся по стандарту ISO4022, не вынимая образец из камеры, оснащенной датчиками измерения давления (на входе (p1) и на выходе (p2)) и объемной скорости течения (Q). Проницаемость характеризуется коэффициентами вязкостной (ψν) и инерционной (ψi) проницаемости, которые являются параметрами формулы (1), описывающей соотношение между падением давления (ΔР), объемной скоростью течения, динамической вязкостью (η) и плотностью (ρ) жидкости для испытания и размерами (площадь (А) и толщина (е)) пористого металлического испытуемого образца.
Это уравнение переписывали в виде у=ах+b, где
Значения х и у вычисляют для каждого уровня перепада давления и скорости течения. Полученные значения наносят на график и методом наименьших квадратов проводят среднюю линию. По пересечению этой линии с осью у определяли обратную вязкостную проницаемость (1/ψν). Тангенс угла наклона этой линии дает величину, обратную инерционной проницаемости (1/ψi).
Показания датчиков поступают на компьютер в программу на платформе LabVIEW (National Instruments), в которой проводится расчет на основе описанного в ISO4022 алгоритма.
В исходном состоянии структура пеноматериала из сплава Ti-Nb-Zr представляет собой смесь большого количества мелких пор и соединений и малого количества крупных пор ≥100 мкм. ДХП в течение 20 с приводит к заметному увеличению размера мелких пор и соединений. При повышении времени ДХП до 40 с наряду с увеличением размера мелких пор и их соединений наблюдается и значительное (примерно в 2 раза) увеличение размеров крупных пор. Эти изменения согласуются с закономерным увеличением пористости пеноматериала до 60-70%.
Образцы в исходном состоянии обладают низкой проницаемостью 88%. Динамическое химическое протравливание приводит к существенному увеличению проницаемости 98% до уровня современных пористых биоматериалов.
Таким образом, в результате применения устройства для осуществления динамического химического протравливания спеченных металлических пеноматериалов и определения их проницаемости жидкостями к пеноматериалам на основе сплава Ti-Nb-Zr определена проницаемость образцов и они подвергнуты их ДХП по разным режимам. В результате применения ДХП достигается повышение пористости с 45-50% до 60-70% и проницаемости до 98%, а также общего увеличение размеров пор и их соединений.
Claims (1)
- Устройство для динамического химического протравливания и определения проницаемости спеченных металлических пеноматериалов, содержащее емкости для воды и травителя, параллельно подключенные к переключающему крану первым и вторым трубчатыми каналами, последовательно соединенными третьим трубчатым каналом с насосом, датчиком измерения скорости потока, камерой для закрепления образца, состоящей из последовательно герметично закрепленных и формирующих продолжение третьего трубчатого канала входной крышки с отверстием, в котором установлен входной датчик давления, корпуса, в котором установлены два держателя и прижимная гайка для закрепления образца, выходной крышки с отверстием, в котором установлен выходной датчик давления, и выходного канала.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2016150739A RU2631782C1 (ru) | 2016-12-23 | 2016-12-23 | Устройство для осуществления динамического химического протравливания спеченных металлических пеноматериалов и определения их проницаемости жидкостями |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2016150739A RU2631782C1 (ru) | 2016-12-23 | 2016-12-23 | Устройство для осуществления динамического химического протравливания спеченных металлических пеноматериалов и определения их проницаемости жидкостями |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2631782C1 true RU2631782C1 (ru) | 2017-09-26 |
Family
ID=59931256
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2016150739A RU2631782C1 (ru) | 2016-12-23 | 2016-12-23 | Устройство для осуществления динамического химического протравливания спеченных металлических пеноматериалов и определения их проницаемости жидкостями |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2631782C1 (ru) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU180256U1 (ru) * | 2017-12-27 | 2018-06-07 | Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский технологический университет "МИСиС" | Камера для динамического химического протравливания спеченных металлических пеноматериалов в форме трубы и определения их проницаемости жидкостям |
Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU28122U1 (ru) * | 2002-09-10 | 2003-03-10 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Всероссийский научно-исследовательский институт неорганических материалов им. акад. А.А. Бочвара" | Устройство для травления изделий со сложными поверхностями (варианты) |
CN202133577U (zh) * | 2011-07-20 | 2012-02-01 | 辽宁忠旺集团有限公司 | 宏观金相机械化腐蚀系统 |
RU2520955C1 (ru) * | 2013-01-15 | 2014-06-27 | Открытое акционерное общество "Сатурн" | Устройство химико-динамического травления германиевых подложек |
RU148141U1 (ru) * | 2014-05-14 | 2014-11-27 | Открытое акционерное общество "Высокотехнологический научно-исследовательский институт неорганических материалов имени академика А.А. Бочвара" | Устройство для травления мало- и крупногабаритных изделий со сложными поверхностями |
RU2537488C2 (ru) * | 2012-08-22 | 2015-01-10 | Закрытое акционерное общество "Инструменты нанотехнологии" | Устройство травления поверхности для металлографического анализа |
-
2016
- 2016-12-23 RU RU2016150739A patent/RU2631782C1/ru active
Patent Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU28122U1 (ru) * | 2002-09-10 | 2003-03-10 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Всероссийский научно-исследовательский институт неорганических материалов им. акад. А.А. Бочвара" | Устройство для травления изделий со сложными поверхностями (варианты) |
CN202133577U (zh) * | 2011-07-20 | 2012-02-01 | 辽宁忠旺集团有限公司 | 宏观金相机械化腐蚀系统 |
RU2537488C2 (ru) * | 2012-08-22 | 2015-01-10 | Закрытое акционерное общество "Инструменты нанотехнологии" | Устройство травления поверхности для металлографического анализа |
RU2520955C1 (ru) * | 2013-01-15 | 2014-06-27 | Открытое акционерное общество "Сатурн" | Устройство химико-динамического травления германиевых подложек |
RU148141U1 (ru) * | 2014-05-14 | 2014-11-27 | Открытое акционерное общество "Высокотехнологический научно-исследовательский институт неорганических материалов имени академика А.А. Бочвара" | Устройство для травления мало- и крупногабаритных изделий со сложными поверхностями |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU180256U1 (ru) * | 2017-12-27 | 2018-06-07 | Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский технологический университет "МИСиС" | Камера для динамического химического протравливания спеченных металлических пеноматериалов в форме трубы и определения их проницаемости жидкостям |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
KR900001575B1 (ko) | 액중 이물류의 계측방법 | |
NO315822B1 (no) | Fremgangsmåte og anordning for måling av fysiske parametrer av poröse flytende våtpröver | |
US4112768A (en) | Device for taking a liquid sample | |
RU2446388C1 (ru) | Зонд для отбора проб воды из донных осадков | |
RU2631782C1 (ru) | Устройство для осуществления динамического химического протравливания спеченных металлических пеноматериалов и определения их проницаемости жидкостями | |
EP3088862A3 (en) | Apparatus and method for determining an amount of non-condensable gas | |
Park et al. | Unsteady forces on spherical bubbles | |
RU180256U1 (ru) | Камера для динамического химического протравливания спеченных металлических пеноматериалов в форме трубы и определения их проницаемости жидкостям | |
Ayob et al. | Detection of small gas bubble using ultrasonic transmission-mode tomography system | |
CN109297762B (zh) | 一种半透膜连续流动集成被动式采样装置及其测定方法 | |
Băran et al. | Influence of the architecture of fine bubble generators on the variation of the concentration of oxygen dissolved in water | |
CN108693328B (zh) | 一种测定砂土饱和度的方法 | |
CN207036097U (zh) | 一种水管式沉降仪的自动排气通水装置 | |
RU102112U1 (ru) | Зонд для отбора проб воды из донных осадков | |
RU2344380C1 (ru) | Способ измерения объема жидкости в закрытом резервуаре | |
RU152454U1 (ru) | Универсальная разборная жидкостная ячейка для микрогравиметрического анализа суспензий антигенов и растворов иммуноглобулинов. варианты | |
US8089263B2 (en) | Device for measuring the streaming potential of fibers and particles in suspensions | |
KR101800793B1 (ko) | 차염농도측정장치 | |
CN112051197A (zh) | 一种缝洞型碳酸盐岩孔隙度简易测试装置及方法 | |
AU2009206170A1 (en) | Sampling apparatus and method | |
Smith et al. | A system to measure minute hydraulic permeability of nanometer scale devices in a non-destructive manner | |
RU2203480C2 (ru) | Способ определения плотности твердых тел | |
JP6548185B2 (ja) | 化学センサ校正装置 | |
CN107716486B (zh) | 一种耐酸碱蒸煮超净清洗装置及其清洗液 | |
Muller et al. | Obtaining experimental characteristics and determining permeability coefficients of cells for the separation of chemical structures |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
QB4A | Licence on use of patent |
Free format text: LICENCE FORMERLY AGREED ON 20180410 Effective date: 20180410 |