RU2818716C1 - Способ получения пеномеди - Google Patents

Способ получения пеномеди Download PDF

Info

Publication number
RU2818716C1
RU2818716C1 RU2023127177A RU2023127177A RU2818716C1 RU 2818716 C1 RU2818716 C1 RU 2818716C1 RU 2023127177 A RU2023127177 A RU 2023127177A RU 2023127177 A RU2023127177 A RU 2023127177A RU 2818716 C1 RU2818716 C1 RU 2818716C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
copper
temperature
powder
workpiece
pressing
Prior art date
Application number
RU2023127177A
Other languages
English (en)
Inventor
Илья Владимирович Лапин
Рушания Наилевна Аскарова
Original Assignee
федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Казанский национальный исследовательский технологический университет" (ФГБОУ ВО "КНИТУ")
Filing date
Publication date
Application filed by федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Казанский национальный исследовательский технологический университет" (ФГБОУ ВО "КНИТУ") filed Critical федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Казанский национальный исследовательский технологический университет" (ФГБОУ ВО "КНИТУ")
Application granted granted Critical
Publication of RU2818716C1 publication Critical patent/RU2818716C1/ru

Links

Abstract

Изобретение относится к порошковой металлургии, в частности к способам получения пористой меди. Способ получения пористой меди включает смешивание порошка меди с порофором, прессование в пресс-форме с получением заготовки, спекание заготовки при температуре 850-900°С, охлаждение спеченного материала. В качестве порофора используют порошок яичной скорлупы в количестве 8-12 мас.%, прессование осуществляют с усилием 400 МПа с получением заготовки, которую нагревают в печи до температуры 850-900°С и выдерживают при этой температуре в течение 15-20 мин. Способ обеспечивает получение пеномеди с однородной пористостью во всем объеме материала 60-80%, размерами пор 10-50 мкм и прочностью на сжатие 180-320 кгс/см2. 4 з.п. ф-лы, 3 ил., 1 табл., 3 пр.

Description

Изобретение относится к области порошковой металлургии, а именно к способам изменения физической структуры цветных металлов, в частности к получению пористой меди.
Пористые материалы на основе меди имеют небольшую плотность, большую площадь поверхности и гораздо большую площадь рассеивания тепла, чем твердые медные материалы того же качества, благодаря их хорошей электропроводности и пластичности, а также обладают свойствами, такими как звукоизоляция и снижение шума, электромагнитное экранирование, рассеивание тепла, проникновение и циркуляция, и хорошие демпфирующие характеристики, благодаря двойной роли конструкционных материалов и функциональных материалов, широко используются в аэрокосмической, транспортной, строительной, металлургической, новой энергетике, защите окружающей среды и электрохимической промышленности, особенно благодаря отличной теплопроводности, в области теплопередачи, отвода тепла и теплообмена аэрокосмических аппаратов.
Из уровня техники известен способ получения медного спеченного пористого материала (CN10667630, B22F3/11, С22С1/08, опубл. 2017). Способ включает смешивание медного порошка 99,9% с размером частиц 42-58 мкм с метилцеллюлозой и бикарбонатом аммония с размерами частиц 42-58 мкм, измельчение в шаровой мельнице в течение 8-12 часов, сушку при 30-45°С; прессование при давлении 50-120 МПа при температуре 60°С, спекание прессованной заготовки в печи 2 этапа. Сначала в защитной атмосфере (в атмосфере водорода, азота и аргона) заготовку нагревают со скоростью 5-8°С/мин до 280-300°С и выдерживают при этой температуре течение 0,8-1,5 часа, а затем нагревают со скоростью 8-10°С/мин до 780-860°С и выдерживают в при этой температуре течение 1-2 часа. Спеченный пористый материал охлаждают в печи. Полученный материал имеет пористость 80-90%.
Недостатком аналога является низкая производительность, использование потенциально опасных веществ: взвешанная в воздухе мелкая пыль метиллцеллюлозы взрывоопасна, а осевшая пожароопасна, бикарбонат аммония (гидрокарбонат аммония) при разложении выделяет аммиак.
Также у бикарбоната аммония низкая температура разложения 40-70°С. Если порообразователь начнет разлагаться с выделением газа при температуре ниже температуры плавления матрицы пенометалла, то металл, расширяясь в твердом состоянии, будет образовывать трещины, приводящие к значительному изменению однородности пенометалла.
Из литературы известно, что для получения пенометаллов порофор должен иметь температуру разложения близкую к температуре ликвидуса матричного металла. Вспенивание пенометаллов происходит в результате совмещения процесса перехода металла при нагревании в твердожидкую область и процесса термического разложения порофора - вещества, содержащего большое количество газовой составляющей. (Металлические порошки алюминия, магния, титана и кремния. Потребительские свойства и области применения / В.Г. Гопиенко [и др.]; под ред. чл.-кор. РАН, проф. А.И. Рудского. - СПб.: Изд-во Политехн. ун-та, 2012. - 356 с). Для получения пеномеди температура разложения порофора должна быть в пределах 800-1000°С. Такому требованию удовлетворяют, например, карбонаты металлов, которые имеют довольно высокие температуры разложения.
В качестве прототипа выбран способ получения пористой меди порошковым способом, где в качестве порофора используют карбонат натрия (CN109773174, B22F1/00, B22F3/11, B22F9/04, опубл. 2019). Способ включает сушку и просеивание порошка карбоната натрия, измельчение и просеивание меди, полученной вакуумной плавкой, смешение порошков карбоната натрия и меди, прессование смеси в пресс-форме для получения заготовки, спекание заготовки в печи при температуре 800-1000°С в инертной атмосфере (аргон или азот), измельчение спеченной меди с получением порошка пористой меди. Размер частиц карбоната натрия и меди составляет 75-400 мкм, массовое соотношение карбоната натрия и порошка меди составляет 1:2-1:5, давление инертного газа составляет 20-60% от атмосферного давления.
Недостаток прототипа - высокая температура разложения карбоната натрия. Температура плавления карбоната натрия составляет 854°С, а расплав разлагается до оксида натрия и углекислого газа при нагревании выше 1000°С (https://old.bigenc.ru/chemistry/text/2251309, Большая российская энциклопедия 2004-2017). В описании изобретения не приведены экспериментальные данные, подтверждающие получение пористого медного материала. Авторы заявляемого изобретения считают, что пеноматериал, полученный способом-прототипом, будет иметь низкую пористость.
Техническая проблема заключается в получении пористой меди с однородной структурой и высокой пористостью.
Техническая проблема решается способом получения пористой меди, в котором порошок меди смешивают с 8-12 мас. % порошка яичной скорлупы, прессуют в пресс-форме с усилием 400 МПа с получением заготовки, заготовку нагревают в печи до температуры 850-900°С и выдерживают при этой температуре в течение 15-20 мин, спеченный материал охлаждают.
В других аспектах изобретения раскрыто, что размер частиц порошка меди составляет 50 мкм, размер частиц порошка яичной скорлупы составляет 80-90 мкм, спекание ведут в печи сопротивления, скорость нагрева заготовки в печи составляет 30-40°С/мин.
Технический результат заключается в получении пеномеди с однородной пористой структурой, характеризующийся пористостью 60-80%, размерами пор 10-50 мкм и прочностью на сжатие 180-320 кгс/см2.
Сущность изобретения заключается в следующем.
В качестве порофора для производства пористой меди предложено использовать порошок яичной скорлупы, на 90% состоящей из карбоната кальция, который при нагревании разлагается на оксид кальция и углекислых газ. Показатели биологического карбоната кальция, полученного из скорлупы, отличаются от показателей карбоната кальция, добытого из минералов.
Полученные на синхронном термоанализаторе STA 6000 (PerkinElmer) термоаналитические кривые ТГ-ДТГ (термогравиметрия-деривативная термогравиметрия), ДСК (дифференциальная сканирующая калориметрия) представленного порофора показали температуру максимального эндотермического разложения порофора в виде порошка яичной скорлупы 784°С. Анализ показал температуру начала разложения порофора из яичной скорлупы 529°С и конец разложения 813°С. Общая потеря массы для порошка яичной скорлупы составила 47,97%. Эти показатели являются ключевыми для получения пористой структуры получаемого материала (пористой меди).
Количество порофора 8-12 мас. % является оптимальным для получения однородной пористой структуры и стабильности размеров полученного материала.
При содержании порофора в количестве меньше 8% значительно падают показатели пористости образцов, соответственно уменьшаются размеры пор, что делает материал идентичным литому. При увеличении количества вводимого порофора происходит потеря формы материала («взрыв образца»).
Усилие прессования 400 МПа способствует образованию закрытых пор и получению однородного по пористости материала.
Известно, что недостаточный уровень нагрузки при прессовании и, связанная с нею, остаточная пористость приведет к появлению пор в виде трещин в результате слияния пор и свободного выхода газа на поверхность (Youn S.W., Kang C.G. Fabrication of foamable precursors by powder compression and induction heating process. // J. of Material Science. 2003. V. 18. P. 769-776).
Понижение усилия прессования ниже 400 МПа приведет к получению неоднородного по пористости вспененного материала, который будет иметь разную плотность во всем объеме, что скажется на его свойствах. Повышение усилия прессования выше 400 МПа является нецелесообразным, т.к. значительного увеличения плотности заготовки не происходит.
Примеры конкретного осуществления способа
В качестве сырья для получения пористой меди использовали порошок меди ГОСТ 4960-2017 с размерностью 50 мкм. В качестве порофора - порошок яичной скорлупы с размерностью 80-90 мкм. Для получения порошка скорлупу промывали, высушивали, а затем измельчали любым подходящим измельчителем, известным из уровня техники.
Пример 1
20 граммов порошка меди смешивали с 0,16 граммами порошка яичной скорлупы (содержание порофора 8 мас. %). Полученную смесь засыпали в цилиндрические прессформы с диаметром образцов 10 и 15 мм и прессовали с усилием 400 МПа до получения заготовок высотой 7-10 мм. Заготовки помещали в печь сопротивления и постепенно со скоростью нагрева 30-40°С/мин нагревали до 850-900°С, выдерживали при этой температуре в течение 15-20 минут. Спеченные образцы охлаждали на воздухе до комнатной температуры.
Примеры 2-3 аналогичны примеру 1, варьировали количество порофора.
У полученных образцов определяли пористость, прочность на сжатие, размер пор. Пористость образцов рассчитывали исходя из измеренной плотности полученных образцов пористой меди по формуле:
где П - пористость в %, ρo - плотность готового (спеченного) материала, ρ - плотность литого материала.
Плотность пеномеди (г/см3) определяли стандартным способом по формуле:
где m - масса образца, V - объем образца.
Прочность на сжатие определяли на универсальной испытательной машине Zwick Z250.
Размер пор фиксировали посредством металлографического анализа (металлографический микроскоп Биомед с увеличение до 1000 крат).
На фигурах 1-3 показаны фотографии образцов пористой меди, полученных заявляемым способом, при 400-кратном увеличении, где на фиг. 1 фотография образца с размерами пор 10-30 мкм, на фиг. 2 - фотография образца с размерами пор 20-40 мкм, на фиг. 3 - фотография образца с размерами пор 20-50 мкм.
Как видно из фиг. 1-3 и данных таблицы предлагаемый способ позволяет получать пористую медь с однородной пористостью во всем объеме материала 60-80% и размерами пор 10-50 мкм. Прочность на сжатие составляет 180-320 кгс/см2, что является хорошим показателем для производства различных изделий из пористой меди.

Claims (5)

1. Способ получения пористой меди, включающий смешивание порошка меди с порофором, прессование в пресс-форме с получением заготовки, спекание заготовки при температуре 850-900°С, охлаждение спеченного материала, отличающийся тем, что в качестве порофора используют порошок яичной скорлупы в количестве 8-12 мас.%, прессование осуществляют с усилием 400 МПа с получением заготовки, которую нагревают в печи до температуры 850-900°С и выдерживают при этой температуре в течение 15-20 мин.
2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что размер частиц порошка меди составляет 50 мкм.
3. Способ по п. 2, отличающийся тем, что размер частиц порошка яичной скорлупы составляет 80-90 мкм.
4. Способ по п. 3, отличающийся тем, что спекание ведут в печи сопротивления.
5. Способ по п. 4, отличающийся тем, что нагревание заготовки до температуры 850-900°С ведут со скоростью 30-40°С/мин.
RU2023127177A 2023-10-24 Способ получения пеномеди RU2818716C1 (ru)

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2818716C1 true RU2818716C1 (ru) 2024-05-03

Family

ID=

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU1777289C (ru) * 1990-12-10 1995-01-27 Республиканский инженерно-технический центр порошковой металлургии Способ получения пористой меди
RU2469118C1 (ru) * 2011-07-06 2012-12-10 Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Уральский федеральный университет имени первого Президента России Б.Н. Ельцина" Способ получения пористой меди
US20160001258A1 (en) * 2009-08-17 2016-01-07 Johnson Matthey Plc Sorbent
CN106118606A (zh) * 2016-06-25 2016-11-16 董晓 一种甘油酯/泡沫铝相变储热材料的制备方法
CN106180745B (zh) * 2016-08-31 2018-07-27 昆山德泰新材料科技有限公司 一种泡沫铜粉及其制备方法
CN109773174A (zh) * 2017-11-13 2019-05-21 乐山创新智谷工业设计有限公司 一种多孔泡沫铜
CN109773175A (zh) * 2017-11-13 2019-05-21 乐山创新智谷工业设计有限公司 一种泡沫铜粉的制备方法

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU1777289C (ru) * 1990-12-10 1995-01-27 Республиканский инженерно-технический центр порошковой металлургии Способ получения пористой меди
US20160001258A1 (en) * 2009-08-17 2016-01-07 Johnson Matthey Plc Sorbent
RU2469118C1 (ru) * 2011-07-06 2012-12-10 Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Уральский федеральный университет имени первого Президента России Б.Н. Ельцина" Способ получения пористой меди
CN106118606A (zh) * 2016-06-25 2016-11-16 董晓 一种甘油酯/泡沫铝相变储热材料的制备方法
CN106180745B (zh) * 2016-08-31 2018-07-27 昆山德泰新材料科技有限公司 一种泡沫铜粉及其制备方法
CN109773174A (zh) * 2017-11-13 2019-05-21 乐山创新智谷工业设计有限公司 一种多孔泡沫铜
CN109773175A (zh) * 2017-11-13 2019-05-21 乐山创新智谷工业设计有限公司 一种泡沫铜粉的制备方法

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Nakajima et al. Fabrication of porous copper by unidirectional solidification under hydrogen and its properties
US8480783B2 (en) Sintered porous metal body and a method of manufacturing the same
Li et al. Preparation and characterization of aluminum foams with ZrH2 as foaming agent
EP1755809A2 (en) Porous metallic materials and method of production thereof
Yang et al. Fabrication of Mg-Al alloy foam with close-cell structure by powder metallurgy approach and its mechanical properties
CA2443826A1 (en) Production of metal foams
Huo et al. Preparation of open-celled aluminum foams by counter-gravity infiltration casting
Lu et al. Preparation of closed-cell Mg foams using SiO2-coated CaCO3 as blowing agent in atmosphere
Banhart et al. Light-metal foams: Some recent developments
Sutygina et al. Manufacturing of open-cell metal foams by the sponge replication technique
RU2444418C1 (ru) Способ изготовления спеченных пористых изделий из псевдосплава на основе вольфрама
Zhang et al. Fabrication of high melting-point porous metals by lost carbonate sintering process via decomposition route
RU2818716C1 (ru) Способ получения пеномеди
JP2010116623A (ja) 金属発泡体および金属発泡体の製造方法
WO2009116305A1 (ja) 前駆体及び発泡金属成形体、並びにそれらの製造方法
JP3858096B2 (ja) 金属又はセラミックス含有発泡焼結体の製造方法
Asavavisithchai et al. Fabrication of open-cell silver foams using disaccharide as space holders
KR100943826B1 (ko) 금속 중공구의 제조 방법
Mohammed et al. Manufacturing of aluminum foam as a light weight structural material
Gauthier et al. Effect of hardening heat treatment on the mechanical properties of a 17-4PH stainless steel foam
CN112170862A (zh) 一种银钨触头材料的制备方法
Guo et al. Fabrication, structure and property of copper foam
Gök The production of open cell Ni-foam using KBr as spacer and oxidation shield via powder metallurgy technique
Prosviryakov et al. On the Effect of the Oxidative Milling of Matrix Powder on the Structure and Properties of Aluminum Foam Based on the Al–12Si Alloy
Chen et al. Fabrication of Zn Alloy Foam via Powder Metallurgical Approach