Способ получения пористого материала

Комитет Российской Федераци по патентам н товарным знака 19) ИС (11) 2 О 02580 С 1 51) 5 В 22 Г 3 10 С 22 С 1 08(54) СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ПОРИСТОГО МАТЕРИАЛА(5) Изобретение относится к металлургии, в частности к способам получения пористых металлов, используемых для изготовления теплообменников,носителей катализаторов, конструкционных деталей.Способ получения высокопористого материала,включающий приготовление суспензии металлического порошка в водном растворе поливинипового спирта, нанесение суспензии на подложку пористого полимерного материала, сушку заготовки, удаление органического вещества подложки термодеструкцией и последующее спекание, отличается от известных тем, что после сушки заготовку подвергают термической обработке в течение не менее 30 мин при 160 - 180 С, а затем методом химического или электрохимического осаждения наносят другой металл, образующий при спекании с металлическим порошком сплав заданного состава, Чередование неплотного порошкового покрытия и практически беспористого химического или электрохимического позволяет в 4 - 20 раз уменьшить объемную усадку образцов при спекании. Способ позволяет получать крупногабаритные образцы. 2 табл.10 20 та, нанесение суспензии на подложку пористого полимерного материала, например, 45 50 Иэгбретение относится к металлургии,з частности к способам получения пористыхметаллов, используемых для изготовлениятеплообменников, носителей катализаторов, конструкционных деталей,Известен способ получения пористого ячеистого материала, включающий прида;-,.; эле,.реп роводност и пористой оргэни.еской подложке путем последовательной о: работки ее в растворах сенсибилизированн.;. э:.тивРрования и химического осэкдени я металлов, нз несение на нее энск, рохимическим методом металличес о л ппкрыгия путем циклического чередоч и ",роцсссов осаждения и растворения.летэллического покрытия зз счет реверсироя:. ния тока и удаления подложки 1.Основным недостатком, ограничиваюир",м область применения данного способа,является то, что он существенно ограничивает класс получаемых материалов, Это связзно с возможностями методов химического и электрохимического осакдения, металлов, э также особенностями электроосаждения металлов на пористье подлокки, Так, в частности способ не позволяет получать высокопористые материалы на основь 1 нихромовых сплавов. Причина этого заключается в том, что методом химического восстановления хром из растворов :- о солей не осаждается, а при электрохимическом осаждении хрома или его сплавов процесс металлизации наблюдается только на поверхности пористой подложки, без проникновения вглубь ее,Наиболее близким по совокупности признаков к заявляемому способу является способ получения пористого металла, включающий приготовление суспензии метэллического порошка или смеси порошков в водном растворе клеящего органического вещества, например, поливинилового спирпенополиуретана, сушку заготовки, удаление органического веществ подложки термодеструкцией в восстановительной среде и последующее спекание 21.Указанный способ практически не имеет ограничений по классу получаемых материалов, в том числе он позволяет получать нихромовые сплавы. Однако область применения данного способа также ограничена. Он не позволяет получать заготовки пористого металла выше определенных размеров, так как при получении крупногабаритных образцов резко повышается вероятность появления трещин на пористом металле из-за усздки при спекании, Предельные габариты получаемых 30 35 40 заготовок зависят от многих факторов, но в первую очередь от плотности укладки металлического порошка на поверхности пенополиуретановой подложки. Чем выше плотнось укладки, тем меньше усадка материала при спекэнии, Однако максимальная плотность укладки, достигаемая данным способом, не превышает 50%,В предлагаемом способе получения высокопористого материала, включающем приготовление суспензии металлического порошка в водном растворе поливинилового спирта, нанесение суспензии на подложку пористого полимерного материала, сушку заготовки, удаление органического вещества подлокки термодеструкцией и последующее спекание, после сушки заготовку подвергают термической обработке при 160-180 С, а затем методом химического или электрохимического осакдения наносят другой металл, образующий с металлическим порошком сплав заданного состава,Данный способ позволяет уменьшить усадку образцов при спекании и обеспечивает получение крупногабаритных образцов.Сопоставительный анализ предлагаемого решения с прототипом показал, что заявляемый способ отличается от известного тем, что после сушки заготовки полимерного материала с нанесенной суспензией металлического порошка одного из компонентов сплава, ее подвергают термообработке при 160-180 С в течение не менее 30 мин с целью перевода образовавшейся на поверхности заготовки пленки поливинилового спирта из водорастворимой формы в нерастворимую; второй компонент получаемого металлического сплава наносят методом химического или электрохимического осаждения металлов на поверхность порошкового покрытия, содержащего первый компонент сплава.Таким образом, заявляемый способ соответствует условию патентоспособности изобретения "новизна", так как он характеризуется наличием новых операций,Существенным отличием предлагаемого технического решения от известных является то, что в нем реализуется возможность послойного осаждения компонентов получаемого сплава, причем один из компонентов наносится в . виде суспензии металлического поршня на поверхность пористой полимерной подложки, а другой осаждается на поверхность порошкового покрытия методом химического или электрохимического осаждения металлов. Такое чередование неплотного порошкового покрытия и практически беспористого химиче 2002580ского или электрохимического позволило существенно, От 4 до 20 раз, уменьшить обьемную усадку образцов при спекании,Осуществление послойного осаждения компонентов сплава стало возможным благодаря еще одному существенному отличию предлагаемого способа от известных решений, а именно введению дополнительной стадии - термообработке высушенной заготовки с нанесенным порошковым покрытием. Необходимость термообработки вызвана тем, что поливинилспиртовая пленка, образующаяся при сушке и закрепляющая металлический порошок на поверхности пористой полимерной подложки, хорошо растворяется в воде, а тем более в растворах электролитов, что приводит к отделению порошка от заготовки. Экспериментально установлено, чта пленка поливинилового спирта теряет способность к аастворению в растворах металлизации, работающих при комнатной температуре, после термообработки на воздухе при 160-180 С в течение не менее 30 мин. Увеличение указанных параметров выше приведенных значений нецелесообразно из экономических соображений и возможности протекания процессов термодеструкции в полимерной подложке.Все вышеприведенное позволяет сделать вывод о том, чта предлагаемое решение обладает изобретательским уровнем.Предлагаемый способ получения высокопористых металлических сплавов осуществляется следующим образом,Готовят суспензию металлического порошка одного из компонентов, входящих в состав получаемого сплава. В качестве такого компонента предпочтительно берут металлы, не осаждаемые методом химического восстановления из растворов их солей или крайне неравномерно распределяющиеся при электроосаждении па глубине пористой подложки, например хром, ванадий и др. Приготовление суспензии осуществляют путем тщательного перемешивания выбранного металлического порошка в водном растворе поливинилового спирта. Для получения устойчивой суспензии используют 70-ный раствор паливиниловога спирта. Оптимальный размер частиц металлического порошка 1-5 мкм. Соотношение массы порошка и жидкости в суспензии подбирают таким образом, чтобы пропитанная суспензией заготовка пенополиуретана после отжатия в валках имела заданную плотность,Нанесение порошкового покрытия производят погружением заготовки в подготовленную сус пензию с последующим 5 10 15 20 25 30 35 40 50 55 многократным сжатием ее для полного удаления воздуха. После пропитки заготовку отжимают в валках, При отжатии происходит удаление избытка суспензии и равномерное ее распределение по обьему заготовки.Отжатые заготовки, восстановившие свою исходную форму, сушат на воздухе, После сушки заготовки приобретают жесткость. Для исключения возможности удаления порошкового покрытия с поверхности пористой полимерной подложки в растворах химической и электрохимической металлизации проводят процесс термической обработки заготовки, заключающийся в ее нагреве до 160 - 180 С в течение не менее 30 мин. При этом пленка поливинилавогоспирта, закрепляющая металлический порошок на поверхности пенополиуретана, теряет способность растворения в водных растворах электролитов, имеащих комнатную температуру, Нагрев до температуры менее 160 С в течение менее 30 мин не обеспечивает гарантию непопадания порошка в раствор, Термаабрабатка при температуре более 180 С в течение более 30 мин нецелесообразна из экономических соображений и возможности протекания процессов термодеструкции в пенапалиуретанавай подложке.Второй компонент получаемых высоко- пористых металлических сплавов наносят меодом химического или электрохимического осаждения металлов.Перед химической металлизацией, в случае осаждения металла на поверхность порошкового покрытия, не являащегася катализаторам процесса, необходима активацич заготовки, осуществляемая, например, в растворе хлористого палладия.Если второй компанентсплава наносится электрахимическим способом, та возникает необходимость химического осаждения тонкого электропроводнога подслая, Причина этога заключается в том, что термообработанная заготовка с порошковь 1 м покрытием не обладает электропроваднастью достаточной для осуществления на ее поверхности процесса электроосаждения. Нанесение электропровадного под- СЛОЯ ТОЛЩИНОЙ ОКОЛО 1 МКМ ОСУЩЕСТВЛЯЮТ из растворов химической металлизации,Расчет количества химически или электрохимически осаждаемого покрытия осуществляют исходя из необходимости получения сплава заданного состава.Далее промытую и высушенную заготовку высокопаристого материала помещают в водородную печь, где в восстановительной среде при постепенномповышении температуры происходит удаление органической пенополиуретановой подложки и последующее спекание сплава.П р и м е р ы 1-2, В качестве органической ячеистой подложки использовали пе нополиуретан со средним диаметром ячейки 0,85 мм. Нз подложку наносили заданное количество суспензии хромового порошка марки ПХСв 7-ном растворе поливинилового спирта. Количество осаж денного порошка хрома контролироваливзвешиванием заготовки после ее сушки. Сушка проводилась при комнатной температуре потоком воздуха от вентилятора,Подготовленные таким образом заго товки помещали в термошкаф, где выдерживали при 150, 160, 170, 180 и 190 С в течение 20, 30 и 60 мин. После охлаждения заготовки погружали в раствор активироаания, содержащий 0,5 г/л РбО 2 и 5,0 мл/л НО, В ре эультзте проведенных экспериментов было установлено, что отделение хромового порошка от подложки не ыаблюдается только на образцах, прошедших термообрзботку при 160 ОСи выше втечение 30,60 мин. Для 25 проведения дальнейших операций использовали заготовки, термообработанные. при 160 ОС в течение 30 мин.Активацию ээотовки проводили в растворе зктивирования указанного выше со става в течение 15 мин при комнатной температуре.Придание злектропроводности активированной заготовке проводили путем осаж-. дения тонкого 1 мкм слоя никеля из 35 раствора химического никелирования следующего состава, г/л:М 304 7820 28 .йааРа 07 10 НзО 50МН 4 ОН 20 40ИаН 2 РО 2 Н 20 25Процесс осаждения при комнатной температуре раствора продолжался 30 мин,Требуемое количество никеля, рассчитанное из необходимости получения нихро мового сплава, содержащего 25 мзс, хрома, осаждалй на заготовку из электролита, содержащего, г/л:й СЬ 6820 160ИэО 120 50йН 4 С 30НзВОз 28 при г 2 эбаритной плотности тока, равной 0,5 А/дм .Удаление органического вещества подложки и спекание сплава проводили путем постепенного, в течение 3 ч, нагрева зэготовки в печи с водородной атмосферой до 1200 ОС и выдержке при этой температуре в течение 3 ч.Обьемиая усадкз заготовок высокопористого нихрома при спекании рассчитывалзсь по формуле где Чн - обьем заготовки до спекзния; Ч - объем заготовки после спекания, Количество осажденных металлов в конкретных примерах и результаты по усадке образцов приведены в табл.1.П р и м е р ы 3-5. В качестве органической ячеистой подложки использовали пенополиуретан со средним размером ячейки 0,85 мм. Цз подложку наносили заданное количество суспензии никелевого порошка марки ПН КОТ в 7 6-ном растворе поливинилового спирта, Количество осажденного порошка контролировали взвешиванием заготовки после ее сушки.Термообрзботку заготовок с нанесенным порошковым покрытием проводила при 170 С в течение 30 мин.Требуемое количество меди, рассчитанное из необходимости получения медноникелевого сплава, содержащего 50 мас. никеля, осаждали на термообработунную заготовку из раствора химического меднения следующего состава, г/л: Се 504 5 Н 20 . 100 Глицерин 45 ЙэОН 75 40-ный формалин 60 мл/л Удаление органического вещества подложки и спекание проводили путем постепенного нагрева заготовки в водородной атмосфере до 950 С и выдержке при ней в течение 3 ч.Результаты по усадке заготовок при спвкании приведены в табл.2.Как видно из данных, приведенных в табл; 1 и 2, получение высокопористых ячеистых сплавов по описываемому способу позволяет существенно, в 6-35 рзз, уменьшить объемную усздку образцов при спекэнии, что в конечном итоге позволяет получить крупногабаритные заготовки площадью до 1 и материала за счет ликвидации трещинообразования при спекании, (56) Авторское свидетельство СССР М 1366294, кл; В 22 Р 5/00, 1988,Авторское свидетельство СССР Ь 577095, кл, В 22 Е 3/10, 1976.10 2002580 Таблица 1 Таблица 2 еи и спекани вят суспензи после сушки ческой абра м методом х ского охлажд образующий ским параш изобретен Составитель В.АнцифероТехред М,Моргентал едактор Л.Волка евс ррек Заказ 3205 а Подписнтентакая наб., 4/5 р НПО " Поиск" Ро 113035, Москва, Ж-.35, Рароизводственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород. ул.Гагарина, 10 ПОЛУЧЕНИЯ ПОРИСТОГО включающий приготовление таллического порошка в водполивинилового спирта, напензии на подложку из лимерного материала, сушку ление органического вещестСПОСОБ МАТЕРИАЛА, суспензии ме ном растворе несение сус пористого по заготовки, уда ва термодеструкци щийся тем, что гота одного металла подвергают терми 160 - 180 С, а зате или электрохимиче сят другой металл, нии с металличе заданного состава. е, отличаюю порошказаготовку ботке при имического ения нанопри спекаком сплав