Патент на изобретение №2311470
|
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
(54) СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ВЫСОКОПОРИСТОГО НИКЕЛЯ И ЕГО СПЛАВОВ
(57) Реферат:
Изобретение относится к порошковой металлургии, в частности к получению высокопористых проницаемых ячеистых материалов. Готовят суспензию порошка никеля или смеси порошков для получения сплава в водном растворе поливинилового спирта. Суспензию наносят на подложку из пористого полимерного материала с образованием заготовки, сушат и подвергают термической обработке при температуре не ниже 160°С. Заготовку помещают между токонепроводящими экранами, проводят электрохимическое осаждение никеля из электролита посредством реверсирования тока. Для удаления поливинилового спирта и подложки осуществляют термодеструкцию. Заготовку спекают в течение времени
1,08 – константа,
d – средний диаметр ячеек ППУ, мм; D – величина коэффициента диффузии наименее подвижного компонента порошковой смеси заготовки в гальванически осажденном металле при температуре спекания-гомогенизации, см2/с. В качестве подложки из пористого полимерного материала используют подложку из пенополиуретана. Массовое соотношение массы металлического порошка в суспензии и никеля или другого металла, наносимого на заготовку методом электрохимического осаждения составляет 1:1. В качестве непроводящих экранов используют пластиковые экраны П-образной формы. Реверсирование тока осуществляют при отношении плотности тока осаждения к плотности тока растворения как 0,5÷0,75 и при отношении длительности процесса осаждения к длительности процесса растворения как 6÷7,5. Благодаря тому, что перед электрохимическим осаждением заготовку помещают между токонепроводящими экранами, которые могут быть выполнены в виде обычных пластин или пластин П-образной формы, достигается предотвращение излишнего подвода металла на заготовку, а значит, исключается неравномерная плотность его по краям образующегося высокопористого материала. Благодаря тому, что электрохимическое осаждение производят посредством реверсирования тока, достигается увеличение однородности получаемого материала по плотности и составу. Благодаря тому, что время спекания составляет не менее величины, рассчитанной по формуле Благодаря тому, что при осуществлении предлагаемого способа на заготовку воздействуют реверсивным током в присутствии токонепроводящих экранов, обеспечивающих своеобразную защиту как торцов заготовки, так и частично верхних и нижних участков заготовки, примыкающих к торцам, обеспечивается получение гомогенного никеля или его сплавов даже при использовании высокопористой подложки (со средним диаметром ячеек более 1 мм). Благодаря тому, что реверсирование тока осуществляют при отношении плотности тока осаждения к плотности тока растворения как 0,5÷0,75 и при отношении длительности процесса осаждения к длительности процесса растворения как 6÷7,5, обеспечивается образование более однородного гальванического осадка на образующейся пластине по площади и глубине. Указанные параметры являются оптимальными, способ осуществим и при других их значениях. Благодаря тому, что в качестве подложки из пористого полимерного материала используют подложку из пенополиуретана, достигается образование пор заданного размера (диаметра). Благодаря тому, что массовое соотношение никеля и металла, наносимого на заготовку методом электрохимического осаждения, составляет 1:1, обеспечиваются оптимальные показатели образующегося материала по однородности, по площади и по глубине. При осуществлении предлагаемого способа выполняются следующие операции в указанной последовательности: – готовят суспензию из порошка никеля в водном растворе органического вещества – поливинилового спирта; – наносят заданное количество указанной суспензии на подложку из пористого полимерного материала, например из пенополиуретана; – сушат полученную заготовку; – высушенную заготовку термически обрабатывают при температуре не ниже 160°С; – проводят активацию заготовки; – затем на ней химическим осаждением создают электропроводный слой; – помещают заготовку между токонепроводящими экранами, в качестве которых используют или обычные или П-образные экраны из полимерного материала, например из оргстекла, таким образом, чтобы они соприкасались с торцами заготовки; – соотносят взвешиванием массу никеля и металла (это может быть никель или другой металл, если получают сплав), наносимого на заготовку методом электрохимического осаждения, так, чтобы это отношение составляло 1:1, – наносят на заготовку методом электрохимического осаждения другой металл посредством реверсирования тока, при отношении плотности тока осаждения к плотности тока растворения как 0,5÷0,75 и при отношении длительности процесса осаждения к длительности процесса растворения как 6÷7,5; – производят термодеструкцию, удаляя при этом подложку; – рассчитывают время спекания по формуле – и производят спекание, в результате чего получают материал заданного состава (никель и его сплавы). Предложенный способ иллюстрируется чертежами, где на фиг.1 представлена схема расположения экранов относительно заготовки; на фиг.2 – объемный график распределения электролитического никеля по ширине и высоте ВПЯМ-пластины, полученной известным по прототипу способом; на фиг.3 – объемный график распределения электролитического никеля по ширине и высоте ВПЯМ-пластины, полученной предлагаемым способом. Предлагаемый способ был опробован в экспериментальном производстве. Пример получения высокопористого сплава нихрома Х25Н75. Сначала готовят суспензию заданной относительной плотности 0,07-0,1 из смеси хромового порошка марки ПХС-1 и порошка карбонильного никеля в весовом соотношении 1:1 в 7%-ном растворе поливинилового спирта исходя из содержания в заготовке порошковой смеси по массе составляющей 1/2 готового изделия. Наносят на подложку (в качестве органической ячеистой подложки используют пенополиуретан со средними диаметрами ячеек 0,85-3,2) заданное количество суспензии, количество которой контролируют взвешиванием подложки при нанесении суспензии. Получают заготовку для последующей обработки. Далее полученную заготовку сушат в термошкафу при температуре 160°С в течение 30-60 мин. Высушенную заготовку охлаждают при комнатной температуре. Затем заготовку погружают на 15 мин при комнатной температуре в раствор активирования, содержащий: PdCl2 – 0,5 г/л HCI – 5,0 мл/л. Последующее придание электропроводности активированной заготовке, проводят путем осаждения на нее в течение 30 мин тонкого (1 мкм) слоя никеля из раствора химического никелирования следующего состава, г/л:
Далее заготовку 1 (согласно фиг.1) помещают между токонепроводящими экранами 2, например П-образными, таким образом, чтобы указанные экраны, выполненные, например, из оргстекла, касались торцов 3 заготовки 1. Но при этом П-образные края экранов как бы перекрывают («охватывают») края заготовки с отступом от нее полочками 4 ориентировочно на 1,5-3,0 см. Требуемое количество никеля, рассчитанное из необходимости получения нихромового сплава, содержащего 25 мас.% хрома, осаждают на заготовку, окруженную токонепроводящими экранами из электролита, содержащего, г/л:
Электрохимическое осаждение производят при габаритной плотности тока осаждения, равной 1,5 А/дм2, с циклическим чередованием процессов осаждения и растворения металлического покрытия путем реверсирования тока при отношении плотности тока осаждения к плотности тока растворения 0,5÷0,75 и при отношении длительности процесса осаждения к длительности процесса растворения 6÷7,5. Удаление органического вещества и подложки проводят путем постепенного, в течение 3 ч, нагрева указанной заготовки в печи с водородной атмосферой до 650°С, с выдержкой при этой температуре в течение 30 минут. Спекание сплава проводят путем постепенного, в течение 3 ч, нагрева заготовки в вакуумной печи до температуры 1250°С, с выдержкой при этой температуре в течение времени спекания, соответствующего рассчитанному по формуле
1,08 – константа,
d – средний диаметр ячеек ППУ, мм; D – величина коэффициента диффузии наименее подвижного компонента порошковой смеси заготовки в гальванически осажденном металле при температуре спекания-гомогенизации, см2/с (значение величин коэффициентов диффузии легирующих элементов из порошкового слоя в гальванически осажденный слой матричного металла рассчитывают по справочным данным). Данные о гомогенности высокопористого нихрома, полученного по предлагаемому и известному способам, приведены в таблице. Результаты, приведенные в таблице, показывают, что – предложенный способ (примеры 1, 3, 4) позволяет получать гомогенный никелевый сплав, который характеризуется высокой однородностью по площади и глубине; и одновременно с этим обеспечивается высокая пористость получаемого сплава (средний диаметр ячеек до 3,2 мм); – анализ микроструктуры и ферромагнитности показали, что полученный сплав нихром, как по предложенному, так и по известному по прототипу способам, соответствует по удельной электропроводности и окалиностойкости нихрому и нет участков с содержанием хрома менее 6-7% (при которых сплав становится неферромагнитным); – ВПЯМ из примеров 2 (без использования экранов) и 5 (время спекания не соответствует расчетному, а является более низким) не имеют свойства нихрома и у них отсутствует гомогенность. Таким образом, проанализировав результаты изготовления заявляемым способом высокопористого нихрома, приведенные в таблице, можно сделать вывод, что положительный результат, т.е. гомогенность сплава никеля, достигается тогда, когда фактическое время спекания соответствует расчетному, как в примерах 1, 3 и 4 таблицы, и при осуществлении всех операций в заявленной последовательности. Сравнение гомогенности структуры высокопористого никеля, полученного различными способами, приведены на фиг.2 и фиг.3. На фиг.2 приведен объемный график распределения электролитического никеля по ширине и высоте ВПЯМ-пластины, полученной известным по прототипу способом; на фиг.3 – объемный график распределения электролитического никеля по ширине и высоте ВПЯМ-пластины, полученной предлагаемым способом. При этом очевидно, что никель, полученный предлагаемым способом характеризуется однородностью структуры, в том числе по краям и по объему. Таким образом, высокопористый никель и его сплавы, полученные предлагаемым способом, отвечают всем требованиям, предъявляемым к ВПЯМ.
Формула изобретения
1. Способ получения высокопористого никеля или его сплава, включающий приготовление суспензии металлического порошка в водном растворе поливинилового спирта, нанесение суспензии на подложку из пористого полимерного материала с образованием заготовки, сушку, термическую обработку при температуре не ниже 160°С, электрохимическое осаждение никеля из электролита, термодеструкцию для удаления поливинилового спирта и подложки и спекание, отличающийся тем, что при приготовлении суспензии в качестве металлического порошка используют порошок никеля или смесь порошков для получения сплава, перед электрохимическим осаждением заготовку помещают между токонепроводящими экранами, электрохимическое осаждение проводят посредством реверсирования тока, а спекание проводят в течение времени, определяемого по формуле
где 1,08 – константа;
d – средний диаметр ячеек пористого полимерного материала, мм; D – величина коэффициента диффузии наименее подвижного компонента порошковой смеси в гальванически осажденном металле при температуре спекания, см2/с. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве пористого полимерного материала используют пенополиуретан. 3. Способ по п.1, отличающийся тем, что на заготовку осаждают такое количество никеля, чтобы массовое соотношение между ним и количеством металлического порошка в суспензии составляло 1:1. 4. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве токонепроводящих экранов используют пластиковые пластины П-образной формы. 5. Способ по п.1, отличающийся тем, что реверсирование тока осуществляют при отношении плотности тока осаждения к плотности тока растворения 0,5-0,75 и при отношении длительности процесса осаждения к длительности процесса растворения 6-7,5.
РИСУНКИ
|
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
с
1,08(
d2)/D, где