Патент на изобретение №2301719

Published by on




РОССИЙСКАЯ ФЕДЕРАЦИЯ



ФЕДЕРАЛЬНАЯ СЛУЖБА
ПО ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ,
ПАТЕНТАМ И ТОВАРНЫМ ЗНАКАМ
(19) RU (11) 2301719 (13) C1
(51) МПК

B22F1/00 (2006.01)
B22F3/23 (2006.01)
C22C29/12 (2006.01)

(12) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К ПАТЕНТУ

Статус: по данным на 29.11.2010 – прекратил действие, но может быть восстановлен

(21), (22) Заявка: 2005139908/02, 20.12.2005

(24) Дата начала отсчета срока действия патента:

20.12.2005

(46) Опубликовано: 27.06.2007

(56) Список документов, цитированных в отчете о
поиске:
RU 2081731 С1, 20.06.1997. RU 2186657 С2, 10.08.2002. RU 2154550 С1, 20.08.2000. JP 11-229025 А, 24.08.1999. СА 1106177 А, 04.08.1981. JP 62-205210 А, 09.09.1987.

Адрес для переписки:

656038, Алтайский край, г.Барнаул, пр. Ленина, 46, АлтГТУ, ОИПС

(72) Автор(ы):

Лебедева Ольга Алексеевна (RU),
Торбунов Станислав Семенович (RU)

(73) Патентообладатель(и):

Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования “Алтайский государственный технический университет им. И.И. Ползунова” (АлтГТУ) (RU)

(54) ШИХТА ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ ПОРИСТОГО ПРОНИЦАЕМОГО МАТЕРИАЛА САМОРАСПРОСТРАНЯЮЩИМСЯ ВЫСОКОТЕМПЕРАТУРНЫМ СИНТЕЗОМ

(57) Реферат:

Изобретение относится к порошковой металлургии, в частности к составам шихты для получения пористых проницаемых материалов с заданным средним размером пор. Может применяться для изготовления фильтрующих элементов. Шихта содержит, мас.%: железная окалина 38-42; оксид алюминия 38-42; карбид титана 8-10; алюминий – остальное. Изделия из полученного пористого материала имеют высокую эксплуатационную стойкость и увеличенный срок службы. 1 табл.

Изобретение относится к порошковой металлургии, в частности к составам шихты для получения пористого проницаемого материала с заданным средним размером пор самораспространяющимся высокотемпературным синтезом (СВС), применяемого для изготовления фильтрующих элементов и других изделий с жесткими требованиями к прочности и среднему размеру пор.

Известна шихта для получения пористого проницаемого материала, содержащая железную окалину, алюминий, окись хрома (IV), хром и никель при следующем соотношении компонентов, мас.%: железная окалина 45-50; алюминий 12,5-27,5; окись хрома 17,5-18,5; хром 5-9; никель 5-2. Пористый проницаемый материал получают СВС. Материал имеет упорядоченную структуру перового пространства, коррозионную стойкость 9-16%, прочность на сжатие 8,4-12,2 МПа (авторское свидетельство SU 1779681, МПК5 С04В 38/02, 35/65).

Недостатками описанной шихты являются ограничение сферы применения получаемого из нее пористого проницаемого материала, обусловленное использованием дефицитных и токсичных компонентов, – окиси хрома, хрома и никеля, а также высокая стоимость этого материала.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к предлагаемому изобретению (прототипом) является состав шихты для получения пористого проницаемого материала, содержащий железную окалину, оксид алюминия и алюминий в следующем соотношении компонентов: железная окалина 39-44 мас.%; оксид алюминия 35-43 мас.%; алюминий – остальное. Пористый проницаемый материал получают СВС. Материал имеет упорядоченную структуру порового пространства, твердость до 10 HRC и прочность на сжатие до 28 МПа (см. таблицу) (патент RU 2081731, МПК6 В22F 1/00, 3/23).

Основными недостатками этой шихты являются невысокая эксплуатационная стойкость и пониженный срок службы изделий, изготовленных на основе полученного пористого проницаемого материала, вследствие их пониженных твердости (до 10 HRC) и прочности (до 28 МПа), что приводит к быстрому разрушению изделий, особенно при работе в условиях с токсичными средами.

Предлагаемым изобретением решается задача повышения эксплуатационной стойкости и увеличения срока службы изделий, изготовленных на основе получаемого пористого проницаемого материала.

Для достижения этого технического результата шихта для получения пористого проницаемого материала СВС, содержащая железную окалину, оксид алюминия и алюминий, дополнительно содержит карбид титана при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Железная окалина 38-42
Оксид алюминия 38-42
Карбид титана 8-10
Алюминий Остальное

Повышение эксплуатационной стойкости и увеличения срока службы изделий, изготовленных на основе получаемого пористого проницаемого материала, обеспечиваются вследствие повышения его твердости до 30-55 HRC и прочности на сжатие до 130-200 МПа (см. таблицу).

Введение в шихту карбида титана, количество которого составляет 8-10 мас.%, в качестве упрочнителя материала, является оптимальным, так как обеспечивает необходимые твердость и прочность на сжатие пористого проницаемого материала, получаемого из этой шихты. Содержание карбида титана в шихте менее 8 мас.% не приводит к достаточно большому повышению твердости названного материала, а при содержании карбида титана в шихте более 10 мас.% СВС не инициируется.

Введение в шихту железной окалины в количестве 38-42 мас.% является оптимальным, так как обеспечивает максимальную температуру горения и количество теплоты, достаточное для возникновения СВС и плавления карбида титана. При введении в шихту железной окалины в количестве, превышающем 42 мас.%, материал получается недостаточно пористым, а при введении в шихту железной окалины в количестве менее 38 мас.% процесс СВС полностью не проходит, материал получается хрупким и с большой пористостью.

Введение в шихту оксида алюминия в количестве 38-42 мас.% является оптимальным, так как при сгорании обеспечивает дополнительное количество теплоты для плавления карбида титана и повышает прочность материала. При количестве оксида алюминия в шихте менее 38 мас.% процесс горения происходит медленно, карбид титана полностью в реакцию не вступает, пористый проницаемый материал получается хрупким, неравномерным по твердости, от 8 до 55 HRC, а при содержании в шихте оксида алюминия в количестве более 42 мас.% твердость и прочность материала снижаются, а пористость увеличивается.

Введение в состав шихты алюминия обеспечивает инициирование процесса СВС и увеличивает температуру горения. При его отсутствии горение не возникает.

Предлагаемое изобретение поясняется таблицей, в которой приведены физико-механические свойства образцов пористого проницаемого материала, полученного на основе предлагаемой шихты, и образца пористого проницаемого материала, полученного на основе шихты-прототипа.

Шихта для получения пористого проницаемого материала СВС содержит железную окалину, оксид алюминия, карбид титана и алюминий при следующем соотношении компонентов, мас.%: железная окалина 38-42, оксид алюминия 38-42, карбид титана 8-10, алюминий – остальное.

Изобретение иллюстрируется следующим примером.

Для экспериментальной проверки заявляемого технического решения были подготовлены образцы шихты различного состава согласно изобретению, а также образец шихты-прототипа.

Для приготовления образцов использовались порошок железной окалины стали 18Х2Н4МА, порошок оксида алюминия МР, порошок карбида титана СВС/КТ-100 и порошок алюминия АСД-1.

Фракции порошков калибровались пропуском через сито с размером ячейки 63 мкм. Компоненты дозировались в заданных соотношениях на аналитических весах с точностью до 0,001 г и смешивались всухую в атмосфере воздуха в лабораторном смесителе типа «пьяная бочка» партиями по 200 г в течение 4 часов. Полученные образцы шихты помещались в кварцевые формы и в них возбуждался процесс СВС с помощью кратковременного теплового импульса.

Образцы материала представляют собой пористые цилиндрические штабики диаметром 50 мм и высотой 60 мм, которые использовались для определения характеристик материала.

Средний размер пор определялся металлографически по результатам 250 измерений индивидуальных пор и составил интервал значений 380-450 мкм. Распределение пор по размерам для каждого пятого образца определялось на автоматической установке “Videotest Image Analysis System Videotest”, среднее квадратическое отклонение равно 13,2%.

Общая пористость определялась методом гидростатического взвешивания образцов и составила 26-62% для опытных образцов, для прототипа – 53%.

Прочность на сжатие измерялась по нагружению штабиков до разрушения, а твердость – по методу Роквелла в HRC вдавливанием алмазного конуса. Максимальная прочность штабиков из материала по заявляемой шихте равна 200 МПа, а максимальная твердость – 55 HRC.

Как следует из таблицы, шихта с заявленным составом позволяет получить пористый проницаемый материал с более высокой твердостью в 3,8-5,5 раза выше по сравнению с прототипом, и с повышенной прочностью на сжатие в 4,6-7,1 раза выше по сравнению с прототипом.

Благодаря увеличению твердости и прочности на сжатие пористый проницаемый материал из предлагаемой шихты позволяет обеспечить высокие эксплуатационные характеристики, например, при использовании в качестве фильтрующих элементов с жесткими требованиями к среднему размеру пор, твердости и прочности.

Использование предлагаемой шихты по сравнению с использованием шихты-прототипа позволяет расширить сферу применения получаемого пористого проницаемого материала, повысить эксплуатационную стойкость и увеличить срок службы изделий, изготовленных на основе этого материала, благодаря увеличению твердости и прочности на сжатие.

Таблица
Физико-механические свойства образцов пористого проницаемого материала, полученного на основе предлагаемой шихты, и образца пористого проницаемого материала, полученного на основе шихты-прототипа
№ п/п Состав шихты, мас.% Твердость, HRC Прочность на сжатие, МПа Пористость, %
Железная окалина Оксид алюминия Карбид титана Алюминий
1. 37 43 6 Остальное 28 32 62
2. 38 42 7 Остальное 30 130 58
3. 38 42 8 Остальное 38 150 58
4. 39 41 8 Остальное 38 140 56
5. 40 40 9 Остальное 46 180 55
6. 41 39 10 Остальное 55 200 54
7. 42 38 10 Остальное 54 200 52
8. 42 38 11 Остальное – СВС не возникал –
9. 43 38 10 Остальное 54 200 26
10. 42 37 10 Остальное Неравномерная, 8-55 16, хрупкость, СВС полностью не проходит 62
Материал на основе шихты-прототипа
11. 40 40 Остальное – 10 28 53

Формула изобретения

Шихта для получения пористого проницаемого материала самораспространяющимся высокотемпературным синтезом, содержащая железную окалину, оксид алюминия и алюминий, отличающаяся тем, что она дополнительно содержит карбид титана при следующем соотношении компонентов, мас.%:

железная окалина 38-42
оксид алюминия 38-42
карбид титана 8-10
алюминий остальное


MM4A – Досрочное прекращение действия патента СССР или патента Российской Федерации на изобретение из-за неуплаты в установленный срок пошлины за поддержание патента в силе

Дата прекращения действия патента: 21.12.2007

Извещение опубликовано: 27.07.2009 БИ: 21/2009


Categories: BD_2301000-2301999