Способ изготовления пористых порошковых материалов

О 25 пор ляе соб ндй Изобретение относится к порошковой металлургии, в частности к способу получения пористых порошковых Материалов.Целью изобретения является повы 1 пение проницаемости пористых изде 4 ий трубчатой формы, возможность ре улирования пористости,Сущность изобретения заключаетсятом, что при формовании порошка зличного гранулометрического состав поле центробежных сил под дейвием этих сил порошок распределяся по поверхности вращения и удервается в этом положении, При этом астицы большего размера и, следоваельно, с большей массой стремятся асположиться как можно ближе к поерхности вращения, так как на них ействует большая центробежная сила.дальнейшем это способствует интенификации процесса перераспределения астиц порошка по размерам при приедении последнего в псевдоожиженное остояние. При псевдоожижении потоом газа, проходящим сквозь проницаеповерхность вращения и располоенный на ней слой порошка, силы соротивления потоку перестраивают укадку частиц таким образом, чтобы лой частиц оказывал наименьшее соротивление прохождению газа, В то е время частицы располагаются по олщине слоя пропорционально квадату диаметра частиц. По направлению центру вращения выносятся частицы наименьшим диаметром, а у поверхости остаются частицы с наибольшим диаметром. После окончания псевдос 1 жнжения благодаря наличию центро-.: бежных сил частицы сохраняют укладку, которая оказывает наименьшее сопротивление прохождению газа, а, следовательно, обеспечивает максимально возможную проницаемость при заданном гранулометрическом составе, и в то же время наличие слоя мелких частиц обеспечивает высокую степень очистки,Кроме того, равномерный слой одинаковых по размеру частиц обеспечивает равномерное распределение размеровпо площади фильтрации, что позвот испольэовать предлагаемый споформования для создания равномер проницаемости материала трубчатой формы, изготовленного из порошка различного гранулометрического сосгава,Способ осуществляют следующим образом.Внутри полой проницаемой цилинД- рической оболочки, имеющей горизонтальную ось вращения, размещают металлический порошок с соотношением максимального и минимального размеров частиц 5-16 Затем оболочку приводят во вращение, и порошок под действием центробежной силы распределяется по ее внутренней поверхности. При этом происходит частичное распределение частиц порошка по размерам по толщине образующегося слоя, Затем через проницаемую оболочку подают газ, который приводит порошок в псевдоожиженное состояние, заставляя его частицы располагаться в соответствии с их размерами таким образом, чтобы они создавали наименьшее сопротивление прохождению потока газа, После этого подача газа прекращается и частицы порошка под действием центробежной силы укладываются на поверхности оболочки, образуя регулярную структуру с переменным порораспределением по толщине слоя. Одновременно внутрь оболочки вводят связующее, которое под действием центробежной силы пропитывает сформованное иэделие, Скорость потока газа, скорость ожиженияпри которой начинается процесс псендоожнжения, зависит от грануло,метрического состава порошка, формы и материала ожнжаемых частиц, плотности ожижающей среды, интенсивности поля центробежных сил и других факторов, От этих же параметров зависит и предельная скорость потока газа, скорость витания частиц Увыше которой начинается транспорт мелких частиц за пределы зоны формования, При скорости потока газа, близкой к начальной скорое.и, происходит наиболее равномерное распределение частиц в слое. Прн скорости потока газа, близкой к предельной, процесс распределения значительно ускоряется, но в этом случае может начаться "кипение" слоя частиц, что приводит к нарушению равномерности распределения частиц при укладке после прекращения подачи газа. Однако наличие поля центробежных сил сдерживает начало этого процесса. Изменяя интен" сивность поля центробежных снл после окончания процесса псевдоожижения можно регулировать плотность укладкиЭ 142328 порошка, не изменяя при этом сам ха, рактер укладки, т.е, не изменяя структуру сформованного слоя, Если центробежные силы намного превьппают силы5 трения между частицами порошка, мы можем получить плотную формовку. А если центробежные силы соизмеримы с силой тяжести - получается формовка, близкая к свободно насыпанному порош ку. Изменение плотности формовки приводит к изменению величины и характера контактов между частицами, что влияет на прочность изделия, а такжек изменению пористости. Таким образом.15 регулируя скорость газового потока и интенсивность поля центробежных сил, можно управлять процессом формованияГранулометрический состав порошка выбирают с соотношением максимального 20 и минимального размеров частиц в пределах 5-16. При соотношении размеров частиц максимального и минимального размеров меньше 5 сформованное изделие по своим фильтрующим характери стикам (коэффициенту проницаемости и др,) не превосходит иэделия, полученные из порошка с одинаковым размером частиц, При соотно 1 пении размеров частиц максимального и мимимального размеров больше 16 фильтрующие характеристики также практически не улучшаются.П р и м е р 1, Берут порошок нержавеющей стали марки Х 18 Н 10 с размером частиц О, 040-0, 63 мм (Р ,/О =15,75), Необходимо получить из это-, го порошка фильтрующее изделие с тонкостью очистки 10 мкм, максимально возможной проницаемости и изменяю- ,40 щейся по сечению пористостью. Для этого порошок засыпают в закрытую гер. метичным кожухом полую проницаемую цилиндрическую оболочку радиусом г= =20 мм и приводят последнюю во вра 1 щение с угловой скоростью и = 25 с,. Затем через вращающуюся оболочку и слой порошка против действия центробежных сил подают гаэ (воздух), который отводится через полую горизонтальную ось вращения. Критические скорости подаваемого газа, скорость ожижения Уо и скорость витания Ппь определяют по формулам (1) и (2).При этом вязкость воздуха составляет1,410 м/с, плотность нержавею 3 щей стали этой маркир, = 7,810 кг/м,Ъ а плотность воздуха , = 1,24 кг/м Рассчитанные скорости составляют: 14У, = 27 м/с и П , = 35 м/с, Скоростьподачи газа выбирают П= 30 м/с, Далее поступление воздуха прекращаюти вводят связующее (водный растворполивинилового спирта), которое поддействием центробежных сил пропиты"вает сегрегированный порошок. Послеспекания получают цилиндрическуюфильтрующую втулку, коэффициент проницаемости которой составляет 2,75"-(10 м , размеры пор по толщине стенки - 24-115 мкм, тонкость очистки -10 мкм и изменяющаяся от внутреннейк наружной поверхности пористостьв пределах 0,41-0,48, что соответствует заданным требованиям,П р и м е р 2, Берут порошок из материала той же марки, что и в примере 1, и попредлагаемому способу изготавливаютфильтрующее изделие,В таблице приведены параметры технологического процесса и свойстваизделия, а также характеристики придругих режимах,сП р и м е р 3 (известный способ).Порошок марки Х 18 Н 10 с размером частиц 0,04-0,63 мм (также как и в примере 1) засыпают в гаэопроницаемуюформу, Высота засыпки 5 мм. Затемчерез форму подают воздух со скоростью 21 м/с. После распределениячастиц по толщине слоя заготовку спекают. Тонкость очистки изделия 10 мкм,а коэффициент проницаемости 1,210 м, что меньше значения проницаемости изделия, полученного предлагаемым способом при равной тонкостиочистки (пример 1).Как .видно из таблицы, при испольэовании порошка с отношением размерачастиц 0 ,/Р , находящимся в пределах 5-16, и скорости подачи газаП выше скорости витания частицУ получают изделие с заданнымиВИтсвойствами (таблица,У 1), Если скорость подачи газа превосходит скорость витания частиц (таблицаУ 2),то происходит "закипание" слоя порош"ка и вынос отдельных частиц. Это приводит к повьппению пористости и снижению тонкости очистки иэделия (т.е,увеличению размера задерживаемых частиц), В случае, когда скорость подачи газа ниже скорости начала псевдоожижения (таблица, У 4) пористостьизделия и коэффициент проницаемостиуменьшаются, Значительно снижаетсякоэффициент проницаемости и в техормула изобретения Способ изготовления пористых шковых материалов, включающий ку порошка с разным размером в Форму, Формование пористо овки приведением порошка в п иженное состояние в потоке га рости газа выше скорости ожнж меньше скорости витания частпоза" асзаевдо а пр ения,Случаях, когда отношение В,/О меньше 5 (таблица, У 3 и 5).По сравнению с известным способом предлагаемый способ позволяет при заданной тонкости очистки повысить про 1 ицаемость в 2-2,5 раза (примеры 13).Таким образом, предлагаемый способрмования пористых порошковых матеиалов позволяет получать цилиндриеские изделия и изделия сложной Фор"различной плотности и с переменным орораспределением по толщине стени, а также обеспечивать однородность арактеристик по всей длине изделия. роме того, полученные изделия облаают повышенным комплексом эксплуатаионных свойств, порошка, о т л и ч а ю щ и й с я тем,,что, с целью повышения проницаемостипористых изделий трубчатой Формы, воэможности регулирования пористости,Форму с порошком вращают, а скоростиожижения и витания определяют по формулам дз (р р14009- кинематическая вязкость газа;д - средний размер частиц посрошка;т г - соответственно плотность материала порошка и газа;25 Я - угловая скорость вращения;- радиус вращения,после прекращения подачи газа производят пропитку заготовки связующим,а порошок используют с соотношениемЗО наибольшего и наименьшего размерачастиц 5-16. 2 О 10 11 Ц7291 .- )Иб й р р -1)гц 77 юУО 1 + "-ф -- - в10 9 ВФ1юе ф ф д . а рр -1 х фгде