Диплом, курсовая, контрольная работа
Помощь в написании студенческих работ

Разработка и получение шликерным методом высокопористого проницаемого ячеистого жаростойкого сплава

Диссертация: Разработка и получение шликерным методом высокопористого проницаемого ячеистого жаростойкого сплава
ДиссертацияПомощь в написанииУзнать стоимостьмоей работы

Определены требования к порошкам по дисперсности и морфологии для использования их в суспензионном формовании ВПЯМ и получены закономерности, определяющие максимальный средний размер применяемых порошковых частиц в зависимости от среднего размера ячеек и требуемой плотности ВПЯМ для обеспечения его связной структуры. Установлены оптимальные режимы обработки порошков, исследованы и объяснены… Читать ещё >

Содержание

  • Список сокращений

1 Структура и свойства жаростойких высокопористых проницаемых ячеистых сплавов и разработка методов их получения (литературный обзор).

1.1 Методы получения высокопористых материалов.

1.2 Макроструктура органической структурообразующей матрицы и высокопористых проницаемых ячеистых материалов.

1.3 Жаростойкие материалы.

1.4 Диспергирование порошковых систем.

1.5 Основные понятия и теоретические основы измельчения.

1.6 Влияние среды на механическое измельчение.

1.7 Оборудование для диспергирования.

1.8 Термообработка и спекание.

2 Постановка задачи, исходные материалы и методики исследований.

2.1 Постановка задачи.

2.2 Исходные материалы.

2.3 Методики проведения эксперимента.

2.3.1 Высокоэнергетическая обработка лигатуры в барабанной мельнице.

2.3.2 Высокоэнергетическая обработка лигатуры в вибрационной мельнице

ВМ-0,005.

2.4. Методики исследований.

2.4.1 Определение гранулометрического состава.

2.4.2 Определения микротвердости.

2.4.3 Определение диаметра ячейки образца.

2.4.4 Определение плотности образца.

2.4.5 Определение прочности на сжатие.

2.4.6 Приготовление шлифов и металлографический анализ.

2.4.7 Рентгенофазовый анализ.

2.4.8 Определение удельной поверхности.

2.4.9 Определение вязкости шликеров.

2.4.10 Статистическая обработка результатов.

3 Изучение процессов консолидации в поликомпонентных активированных системах при формировании структуры высокопористых проницаемых ячеистых сплавов.

3.1 Изучение консолидации порошковых систем на стадии получения заготовок ВПЯМ металлов и сплавов суспензионного формования.

3.1.1 Требования к порошкам по дисперсности.

3.1.2 Установление закономерностей влияния морфологии частиц в порошковой системе на плотность укладки в матрице заготовки ВПЯМ.

3.1.3 Оптимизация способов увеличения плотности укладки частиц металлических порошков.

3.2 Исследование процессов дробления шихтовых материалов.

3.2.1 Исследование измельчения лигатуры в барабанной мельнице.

3.2.2 Исследование измельчения лигатуры в вибрационной мельнице.

3.3 Исследование седиментационной устойчивости и реологии суспензий порошков с различными стабилизаторами.

3.3.1 Оптимизация реологических характеристик хромалевых шликеров.

4 Исследование консолидации в процессе термообработки и спекания высокопористых проницаемых ячеистых сплавов.

4.1 Исследование закономерностей уплотнения матрицы ВПЯМ на микро-и макроуровне в восстановительной атмосфере.

4.2 Анализ влияния дисперсности частиц на протекание процессов консолидации матрицы ВПЯМ.

4.3 Исследование активации процессов консолидации на ранних стадиях спекания ВПЯМ.

4.4 Исследование процессов термообработки заготовок ВПЯМ хромаль

4.5 Исследование процессов спекания ВПЯМ — хромаля в различных средах.

4.5.1 Выбор композиций при спекании ВПЯМ — хромаля. Спекание в вакууме.

4.5.2 Исследование процессов спекания в среде водорода.

5 Разработка технологии производства и исследование эксплуатационных характеристик высокопористых проницаемых ячеистых пластин сплава хромаль как носителя катализатора.

5.1 Подготовка щелочного раствора и щелочная обработка пенополиуретана.

5.2 Приготовление смеси порошков железа, кобальта и лигатуры.

5.3 Приготовление суспензии смеси металлических порошков железа, кобальта и лигатуры.

5.4 Удаление структурообразующей пенополиуретановой подложки.

5.5 Спекание заготовок хромалевых ВПЯМ.

5.6 Деформация ВПЯМ.

5.7 Исследование микроструктуры и прочности.

5.8 Исследование проницаемости.

5.9 Исследование окалиностойкости.

5.10 Исследования магнитных и каталитических свойств тепловыделяющих элементов на основе ВПЯМ-хромаля.

Разработка и получение шликерным методом высокопористого проницаемого ячеистого жаростойкого сплава (реферат, курсовая, диплом, контрольная)

Актуальность проблемы.

Создание материалов с высокой удельной поверхностью и контролируемой проницаемостью — актуальная задача порошкового материаловедения. Одним из наиболее эффективных методов получения подобных материалов является суспензионный метод дублирования полимерной матрицы. На основе этого метода получены различные металлические материалы. Использование жаростойких сплавов таких как нихром и хромаль позволило улучшить эксплуатационные характеристики металлических высокопористых проницаемых ячеистых материалов (ВПЯМ).

Создание материалов на основе сплава хромаль с различными добавками, повышающими прочность, стойкость к окислению при сохранении его уникальных свойств, позволит расширить область применения высокопористых проницаемых ячеистых сплавов и создать уникальные устройства, в частности, в области энергетики.

В связи с выше перечисленным можно сделать вывод что усовершенствование суспензионного метода дублирования полимерной матрицы и получение проницаемого ячеистого жаростойкого сплава типа хромаль является актуальной проблемой.

Цель работы: — исследование физико-химических процессов формирования жаростойкого ВПЯМ — хромаля из дисперсных порошковых смесей и разработка технологии изготовления ВПЯМ пластин с заданными технологическими параметрами.

Задачи:

1. Исследование процессов размола лигатуры до необходимой фракции и влияния размера частиц на седиментационную устойчивость, реологию суспензий порошков с различными стабилизаторами и гомогенность конечного материала;

2. Изучение процессов получения заготовок ВПЯМ сплавов из порошковых систем на стадии суспензионного формования;

3. Исследование закономерностей уплотнения матрицы ВПЯМ, влияние дисперсности частиц и активации процессов консолидации;

4. Разработка технологии производства и исследование физико-механических, эксплуатационных, жаростойких, каталитических характеристик ВПЯМ пластин с выбором порошковой композиции.

Научная новизна:

Установлены закономерности влияния морфологии частиц в порошковой системе на плотность укладки в матрице заготовки ВПЯМ. Проведена оптимизация способов увеличения плотности укладки частиц. Установлены закономерности размола лигатуры Х52А20 в барабанной и вибрационной мельнице, выявлены оптимальные параметры и кинетика измельчения. Получены не расслаивающиеся седиментационно-устойчивые суспензии металлических порошков. Показано, что толщина слоев и их стабилизирующее действие зависит от вида и концентрации высокомолекулярных соединений (ВМС) в водном растворе. Произведена оптимизация реологических характеристик хромалевых шликеров. Установлены закономерности уплотнения матрицы ВПЯМ на микрои макроуровне в восстановительной атмосфере. Произведен анализ влияния дисперсности частиц на протекание процессов консолидации матрицы ВПЯМ. Установлены методы активации процессов консолидации на ранних стадиях спекания сплавов ВПЯМ полученных суспензионным методом. Впервые произведено исследование процессов термообработкии спекания заготовок ВПЯМ хромаль в различных средах с выбором порошковой композиции.

Практическая значимость: Разработана технология производства суспензионным методом жаростойких ВПЯМ пластин сплава хромаль. Произведены успешные испытания ВПЯМ пластин сплава хромаль как носителя высокотемпературного катализатора.

На базе жаростойких ВПЯМ пластин сплава хромаль разработан и изготовлен ООО «Энергооборудование» каталитический теплогенератор (КТГ-0,5), применяемый как водогрейный котел.

Достоверность результатов и выводов подтверждается применением апробированных методик и современного оборудования в ходе экспериментальных исследований, воспроизводимостью получаемых результатов и проверкой их независимыми методами исследований, а также их соответствием литературным источникам.

Личный вклад автора: Заключается в постановке задач исследований, организации и проведении экспериментальных, исследовательских и производственных работ, интерпретации и обобщении полученных результатов.

Положения, выносимые на защиту:

1. Закономерности, определяющие требования к порошкам по дисперсности и морфологии для использования их в суспензионном формовании и предложены механизмы увеличения плотности укладки частиц.

2. Результаты экспериментальных исследований условий образования седиментационно устойчивых суспензий поликомпонентных порошков.

3. Способы активации процессов спекания с формированием заданной структуры ВПЯМ.

4. Результаты исследований физико-механических, эксплуатационных, жаростойких, каталитических характеристик ВПЯМ — хромаль.

5. Технология получения крупногабаритных пластин ВПЯМ — хромаль.

Апробация работы:

Основные результаты работы докладывались и обсуждались на следующих научно-технических конференциях:

V Международная конференция по механохимии и механическому легированию ШСОМЕ-2006; Молодежная наука Прикамья — 2007, г. Пермь, 12−30 марта 2007; «V Курчатовская молодёжная научная школа», г. Москва, 19−21 ноября 2007; Третья Всероссийская конференция по наноматериалам (НАН2 009), г. Екатеринбург, 20−24 апреля 2009.

Образцы пластин ВПЯМ — хромаль были представлены на Втором Международном форуме по нанотехнологиям «Ки8папо1есЬ'09» г. Москва 6−8 октября 2009.

Публикации:

По теме диссертации опубликовано 6 печатных работ, в том числе 1 статья в журнале, рекомендованном ВАК. Получен патент РФ на изобретение.

Объём работы:

Диссертационная работа состоит из введения, пяти глав, заключения, списка литературы, который содержит 81 наименование работ отечественных и зарубежных авторов.

Основные выводы.

1. Определены требования к порошкам по дисперсности и морфологии для использования их в суспензионном формовании ВПЯМ и получены закономерности, определяющие максимальный средний размер применяемых порошковых частиц в зависимости от среднего размера ячеек и требуемой плотности ВПЯМ для обеспечения его связной структуры. Установлены оптимальные режимы обработки порошков, исследованы и объяснены механизмы увеличения плотности укладки частиц.

2. Исследованы процессы измельчения в барабанной и вибрационной мельницах порошковых лигатур для применения их при получении ВПЯМ. Получены закономерности и оптимизированы режимы диспергирования.

3. В результате экспериментального исследования кинетики осаждения водных суспензий дисперсных металлических порошков, стабилизированных различными ВМС установлено, что лучшим стабилизатором является ПВС и что возможно получение седиментационно устойчивых суспензий. Экспериментально определена толщина стабилизирующих слоев ПВС и ее зависимость от его концентрации в водном растворе. Полученные результаты позволяют определить по известному среднему размеру частиц необходимую для стабилизации концентрацию ПВС в водном растворе и допустимые концентрационные интервалы объемного содержания металлического порошка в суспензии с гарантированной седиментационной устойчивостью.

4. Получены закономерности образования микроструктуры и гомогенизации ВПЯМ сплавов, которые учитывают зависимость времени гомогенизации от средних размеров частиц, разработаны способы активации процессов спекания порошковых структур на ранних стадиях.

5. Определены физико-механические, каталитические и эксплуатационные характеристики ВПЯМ сплава хромаль.

6. Разработана технология и изготовлены опытные образцы ВПЯМ сплава хромаль размерами 250×250 мм с деформацией по толщине от 12 мм до 8 — 5 мм.

Показать весь текст

Список литературы

  1. A.M. О применении высокопористых ячеистых металлов в плазмокаталитической технологии // Успехи современного естествознания. 2006. № 8. С. 91−93.
  2. В.Н. От египетских пирамид до космоса // Соросовский образовательный журнал. 1996. № 5. С. 109−114.
  3. Н.М. Катализаторы очистки выхлопных газов автотранспорта. Алма-Ата: Наука Каз. ССР, 1987. 224 с.
  4. О.И., Лупачев П. Д. Снижение токсичности автомобильных двигателей. М.: Транспорт, 1985. 120 с.
  5. Фильтрация серого чугуна через пенокерамические фильтры / В. Н. Анциферов, А. А. Артемов, С. Е. Порозова и др. // Литейное производство. 2001. № 1. С.11−12.
  6. Высокопористые ячеистые металлы с повышенной жаростойкостью / В. К. Шелег, А. Н. Леонов, А. Н. Ромашко и др. // Порошковая металлургия. 2003. № 26. С. 60−62.
  7. В.Д. Особенности окисления высокопористого нихрома // Известия вузов. Цветная металлургия. 2000. № 1. С. 50−54.
  8. В. Н. Очистка промышленных газов электрофильтрами. М.: Госхимиздат, 1987. 258 с. 9. http://www.msm.cam.ac.ru. University of Cambridge: Department of Materials Science and Metallurgy.
  9. Metal Foams: A Design Guide / M. F. Ashby, A.G. Evans, N.A. Fleck, et al. // Wadley: Butterworth-Heinemann, 2000. 251 p.
  10. A.c. СССР № 577 095. Способ получения пористого металла / В. Н. Анциферов, В. Д. Храмцов. Опубл. 18.11.77. Б.И. № 39.
  11. Заявка Великобритании № 1 367 444. Production of porous nickel bodies / W. Kunda. 1974.
  12. Патент США № 3 880 969. Open-celled ceramic foam / Edwin J. Latos. 1973.
  13. B.H., Горячковский Ю. Г., Шалагинов Ю. А. Высокопористые проницаемые керамические и огнеупорные материалы // Применение спеченныхи композиционных материалов в машиностроении: Тезисы докл. науч. — техн. семинара. Пермь, 1977. С. 27−28.
  14. В.Н., Храмцов В. Д. Способы получения и свойства высокопористых проницаемых ячеистых металлов и сплавов // Перспективные материалы. 2000. № 5. С. 56−60.
  15. В. Д., Кощеев О. П. Технология, структура и свойства высокопористых ячеистых жаростойких материалов // Известия вузов. Цветная металлургия. 1999. № 2. С. 50−56.
  16. A.c. СССР № 139 567. Способ получения пористых металлов / В. Н. Анциферов, О. П. Кощеев, Н. С. Феоктистова. Опубл. 1980. БИ № 21.
  17. A.c. СССР № 219 652. Способ получения пористого металла / В. Н. Анциферов, О. П. Кощеев, C.B. Билибин. Опубл. 07.11.85. Бюл. № 41.
  18. Патент РФ № 2 002 580. Способ получения высокопористых металлических сплавов / В. Н. Анциферов, О. П. Кощеев. Опубл. 07.05.93. Бюл. № 17.
  19. Свойства высокопористых металлов / В. Н. Анциферов, В. Д. Храмцов, О. М. Питиримов, А.Г. Щурик// Порошковая металлургия. 1980. № 12. С. 20−24.
  20. В.Н., Кундо H.H., Овчинникова В. И. Блочный катализатор конверсии метана, полученный методом порошковой металлургии //ЖПХ. 1990. № 5. С. 1999−2003.
  21. Пористые проницаемые материалы: Спр. изд. // Под ред. C.B. Белова. М.: Металлургия, 1987. 336 с.
  22. Ю.С., Керча Ю. Ю., Сергеева JI.M. Структура и свойства пенополиуретанов. Киев: Наукова думка, 1970. 278с.
  23. Г. А. Пенополиуретаны в машиностроении и строительстве. М.: Машиностроение, 1978. 184 с.
  24. В.Д. Метод определения диаметров ячеек и их неоднородности в высокопористых материалах // Заводская лаборатория. 2003. Т.69. № 4. С. 32−35.
  25. Д.В., Шамгунова Р. Д. О механизме окисления сплавов на основе никеля и хрома. М.: АН СССР, 1960. 100 с.
  26. Ю. Р. Коррозия и окисление металлов, пер. с англ. М.: Машгиз, 1962. 856 с.
  27. . А., Абраменко Ю. Е, Кудрявцев М. А. Технология металлов и конструкционные материалы. М.: Машиностроение, 1989. 496с.
  28. Современные жаростойкие материалы: Справ, изд. / С. Мровец, Т. Вербер пер. с польского под ред. С. Б. Масленкова М.: Металлургия, 1986. 359 с. 31 .Rahmel A. Werkstoffe und Korrosion. 1965. № 16. 776 с.
  29. Материалы в машиностроении. Выбор и применение Т. 3/ Под ред. И. В. Кудрявцева. М.: Машиностроение, 1968. 240 с.
  30. Популярная библиотека химических элементов / Под ред. И.В. Петрянова-Соколова. М.: Наука, 1983. 575 с.
  31. Ф.М., Зворыкин, А .Я. Кобальт и никель. М.: Наука, 1975. 216 с.
  32. Д.А., Онищин Б. И., Линев В. Д. Металлургия ферроникеля. М.: Металлургия, 1983. 334 с.
  33. Тугоплавкие материалы в машиностроении: Справочник. М.: Машиностроение, 1967. 392 с.
  34. Е. М., Бурханов Г. С., Металловедение сплавов тугоплавких и редких металлов. 2-е изд. М.: Наука, 1971. 215 с.
  35. Прецизионные сплавы: Справ, изд. / Под ред. Б. В. Молотилова. М.: Металлургия, 1983. 439 с.
  36. В.Н., Храмцов В. Д. Морфология порошков и реология стабилизированных суспензий // Известия вузов. Порошковая металлургия и функциональные покрытия. 2008. № 1. С. 3 6.
  37. Пористые проницаемые материалы / Под ред. C.B. Белова. М.: Металлургия, 1987. 470 с.
  38. Химическая технология керамики и огнеупоров / Под ред. П. П. Будникова, Д. Н. Полубояринова. М.: Стройиздат, 1972. 552 с.
  39. Порошковая металлургия. Материалы, технология, свойства, области применения: Справочник / И. М. Федорченко, И. Н. Францевич, И. Д. Андриевский и др. Киев: Наукова думка, 1985. 624 с.
  40. Wienckowski А., Strek F. Porowatosi meiszania cial sypkich. Mieszaniny dwuskladnikowe // Cemia stosowana, lb, 8, 1966.
  41. Wienckowski A., Strek F. Porowatosi cial sypkich. Mieszaniny weiloskladnikowe // Cemia stosowana, 4B.1966
  42. B.A., Мошев B.B., Шишкин B.A. Плотность упаковки сыпучих сред. // Структурная механика неоднородных сред. Свердловск: УНЦ АН СССР, 1982. 45 с. 46. www.metaspros.info Черная металлургия Украины.
  43. Г. А., Лопатин В. Ю., Комарницкий Г.В- Процессы порошковой металлургии. В 2-х т. Т.1. Производство металлических порошков: Учебник для вузов М.: МИСиС, 2001. 688 с.
  44. Г. С. Физика измельчения. М.: Наука, 1972. 240 с.
  45. С. Е., Зверевич В. В., Перов В. А. Дробление, измельчение и грохочение полезных ископаемых. 2-е изд. М.: Недра, 1966. 366 с.
  46. Пластичность и разрушение твердых тел: сборник научных трудов / Под ред. Р. В. Гольдштейн. М.: Наука, 1988. 304 с.
  47. Анциферов В: Н., Горчаков А. И., Масленников H.H. Производство металлических порошков: Конспект лекций: Ч. 1. Пермь: Изд-во Перм. гос. техн. ун-та, 1995. 352 с.
  48. B.C., Саклинский В. В. Порошковая металлургия в машиностроении. М.: Машиностроение, 1973. 126 с.
  49. П.А., Лурье С. А. Теория идеальных адгезионных взаимодействий // Механика композиционных материалов и конструкций. 2007. Т. 13. № 4. 519 с
  50. .В., Кротова Н-А., Смилга В. П. Адгезия твердых тел. М.: Наука, 1973.286 с. 55.0левский В. А. Размольное оборудование обогатительных фабрик. М.: Госгортехиздат, 1963. 448 с.
  51. М. JI. Вибрационное измельчение материалов. М.: Промстройиздат, 1957. 182 с.
  52. Ajaal Т., Smith R.W., Yen W.T. The development and characterization of a ball mill for mechanical alloying // Can. Met. Quart. 2002. № 1. pp. 42−48.
  53. Измельчение и механическое легирование в планетарных мельницах / Черник Г. Г., Фокина E. JL, Будим Н. И., и др. // Промышленные нанотехнологии, 2007. № 5. С. 32−35.
  54. Е.И. Методы определения структурно-механических характеристик порошкообразных материалов. М.: Химия, 1982. 137 с.
  55. Особенности деструкции полимерных композиций / В. Н. Анциферов, Э. Г. Юфарева, В. А. Щуров, и др. Свердловск: Препринт, 1989. 272 с.
  56. Сканирующий фотоседиментограф СФ-2. Инструкция по эксплуатации. Екатеринбург, 2004. 19 с.
  57. .Г. Металлография. М.: Металлургия, 1996. 236 с.
  58. М., Клемм X. Способы металлографического травления: Справочник. М.: Металлургия, 1988. 199 с.
  59. ГОСТ 23 401–90. Порошки металлические. Катализаторы и носители. Определение удельной поверхности.
  60. Г. Н. Порошковые материалы. Д.: Судпромгиз, 1984. 648 с.
  61. М. Ю. Научные основы порошковой металлургии и металлургии волокна. М.: Металлургия, 1972. 536 с.
  62. Е.Г. Механические методы активации химических процессов. Новосибирск: Наука, 1986. 305 с.
  63. Порошковая металлургия и напылённые покрытия: Учебник для вузов / В. Н. Анциферов, Г. В. Бобров, Л. К. Дружинин, и др. М.: Металлургия, 1987. 792 с.
  64. Методические указания., к лабораторному практикуму по курсу «Теоретические основы химии высокомолекулярных соединений» // Сост. А. К. Кузнецов, И. М. Захарова, Т.Г. Шикова- ГОУВПО Иван. гос. хим.-технол. ун-т. Иваново, 2007. 40 с.
  65. H.A. Седиментометрический анализ. М.: АН СССР, 1948. 102 с.
  66. П.А., Михайлов Н. В. О структурно-механических свойствах дисперсных и высокомолекулярных систем // Коллоидный журнал. 1955. № 2. С. 107−119.
  67. П.А. Физико-химическая механика. М.: Наука, 1958. 823с.
  68. А.А., Басин В. Е. Основы адгезии полимеров. М.: Химия, 1974. 320 с. 74.3имон А. Д. Адгезия пыли и порошков. М.: Наука, 1976. 108с.
  69. А.И. Математическая теория диффузии в приложениях. Киев: Наукова думка, 1981. 396 с.
  70. Энциклопедия полимеров. Т. 3. М.: Химия, 1977. 599 с.
  71. Д. В., Цеолитовые молекулярные сита, пер. с англ., М.: Мир, 1976. 784 с.
  72. Инструкция по эксплуатации термомеханического анализатора Setsys Evolution 2400 / Setaram Seientific & Industrial Equipment, 2000. 143 p.
  73. Э.П., Поливода А. И., Поливода Ф. А. Экологически чистые каталитические теплоэлектростанции с турбоэкспандерами // Известия академии наук. Энергетика. 2002. № 1. С. 3−31.J1.103I
Заполнить форму текущей работой

На отлично!