СОЗДАНИЕ ВЫСОКОЭФФЕКТИВНЫХ ППМ С АНИЗОТРОПНОЙ ПОРОВОЙ СТРУКТУРОЙ МЕТОДОМ ПОСЛОЙНОЙ ЗАСЫПКИ МЕТАЛЛИЧЕСКОГО ПОРОШКА В ПРЕСС-ФОРМУ

АННОТАЦИЯ

В работе разработан новый технологический процесс получения пористый проницаемый материалов с высокими эксплуатационными свойствами методом послойного формования при наложении вибрации. Метод послойного формования при наложении вибрации позволяет повысить механическую прочность пористый проницаемый материалов более, чем в 3 раза и даёт возможность глубокой очистки жидкости и газов. Тонкость очистки пористый проницаемый материалов, полученных предлагаемой технологией, составляет 2-4 мкм, по сравнению традиционным методом 11-15 мкм.

ABSTRACT

The work developed a new technological process for obtaining porous permeable materials with high performance properties by layer-by-layer molding with the application of vibration. The method of layer-by-layer molding with the application of vibration allows to increase the mechanical strength of porous permeable materials more than 3 times and provides the possibility of deep cleaning of liquids and gases. The fineness of cleaning porous permeable materials obtained by the proposed technology is 2-4 microns, compared to the traditional method of 11-15 microns.

Ключевые слова: порошковая металлургия, пористых проницаемых материалов, спекание, послойного формования, крупных и мелких порошков бронзы марки БрОФ-10-1.

Keywords: powder metallurgy, porous permeable materials, sintering, layer-by-layer molding, large and small powders of bronze grade BrOF-10-1.

Проведенный анализ способов получения пористых проницаемых материалов (ППМ) с анизотропной поровой структурой, обладающих повышенным комплексом эксплуатационных характеристик показали, что наиболее эффективными ППМ, применяемы­ми в качестве фильтрующих элементов, являются ППМ с анизотропной поровой структурой [1]. Грязеемкость, срок службы и производительность таких материалов на­много выше, чем у однослойных. Одними из наиболее эффективных, и в то же время простых в технической реализации, легко поддающихся автоматизации, являются спо­соб послойной засыпки металлического порошка с определенным количеством порошка в пресс-форму с последующем спекание [2]. Основным преимуществом этого метода является возможность достижения высоких значений пористости, а, следовательно, высокой проницаемости ППМ, которые невозможно достичь традиционными методами.

ГУП «Фан ва тараққиет» ТГТУ им. Ислама Каримова разработан технологический процесс получения ППМ с высокими эксплуатационными свойствами методом послойного формования. Технологический процесс состоит из следующих основных операцией: выбор материала, рассев порошка, выбор крупного и мелкого порошка, поэтапно засыпки выбранного порошка в пресс-форму, наложение вибрации, спекание и контроль эксплуатационных свойств ППМ.

Для исследований брали сферический порошок бронзы марки БрОФ-10-1. Выбор порошка  БрОФ-10-1 связан, во первых, с широким его применением на практике для изготовления ППМ; во-вторых, сферические порошки по сравнению с несферическими, как показал анализ литературных данных, обеспечивают получение изделий с наиболее стабильными и высокими эксплуатационными свойствами, в третьих  порошок бронзы выпускается  на базе АО «АГМК» является местным сырьем. Порошок получается методом распыления струи расплава бронзы потоком воздуха в воду.

Важной характеристикой порошка является гранулометрический состав, который существенно влияет на характеристики ППМ. Для ситового способа разделения порошка на фракции характерно то, что выделенная фракция всегда содержит частицы в определенном интервале размеров. Наиболее полно охарактеризовать состав фракции порошка позволяет статистическое исследование распределения частиц по размерам. Например: по размерам четырёх фракций порошка 1) (+50...-63) мкм, 2) (+100...-160) мкм, 3) (+200...-250) мкм и 4) (+800...-1000) мкм, которые наиболее часто используются ППМ с анизотропной структурой в этих фракциях дифференциальный коэффициент распределения частиц составляет 1) 35%, 47 мкм, 2) 27%, 90 мкм 3)28%, 180 мкм и 4) 6%, 900 мкм соответственно.

В процессе спекания между частицами порошка БрОФ-10-1 возникают контакты, с размерами которых непосредственно связаны механические и другие эксплуатационные характеристики ППМ. Так, например, для ППМ, применяемых в качестве фильтрующих материалов, оптимальный диаметр меж частичного контакта сферических порошков, как правило, составляет 0,15...0,20 диаметра частиц порошка.

Одним из недостатков способов получения ППМ из порошков различного гранулометрического состава является трудность спекания сформованных заготовок, вызванная существенной зависимостью температуры спекания порошка от размеров частиц. Поэтому задача состоит в поиске методов приемов, которые обеспечат качественное спекание заготовок, сформованных из порошков марки БрОФ-10-1 различного гранулометрического состава. Поэтому использовать такие приемов, который может обеспечить качественное спекание заготовок ППМ, состоящих из частиц различного размера, является варьирование его химического состава. Для порошка бронзы марки БрОФ-10-1 варьируемым компонентом может быть фосфор, который активизирует процесс спекания [3].

Для определения оптимальных режимов спекания порошков бронзы марки БрОФ-10-1 проведено математическое планирование эксперимента.

В качестве примера в таблице 1 представлены значения размеров частиц порошка и содержание в нем фосфора, обеспечивающие при температуре спекания 800-810℃ относительную величину меж частичного контакта

F = 0,15…0,20.

Таблица 1

Значения размеров частиц часто используемых порошка БрОФ-10-1 и содержания в нем фосфора, обеспечивающие при температуре спекания 800-810℃ относительную величину меж частичных контактов F=0,15…0,20.

При изготовлении ППМ методом послойного формования   использовали порошки с содержанием фосфора, соответствующего значениям, представленным в таблице 1, а спекание ППМ полученных методом послойного формования осуществляли при температуре 800-810℃. На рис.1 представлена зависимость температуры спекания от процентного содержания фосфора при определенных значениях отношения диаметра шейки контакта к диаметру частиц:

а)                                                                          б)

в)                                                                           г)

а - размер частиц  б- размер частиц

в - размер частиц  г- размер частиц

Рисунок 1. Зависимость температуры спекания от процентного содержания фосфора при определенных значениях отношения диаметра шейки контакта к диаметру частиц

Для определения структурных и гидравлических свойств были изготовлены образцы в виде диска Æ30х5 мм. Засыпка в пресс-форму крупного и мелкого порошка засыпали в последовательности 1-(+800-1000) мкм, 50 г, 2- (-250+200) мкм, 8,4 г. 3 – (+100-125) мкм, 5,8 г. и 4- (+50-63) мкм, 1,8г. (по математическому моделированию является оптимальными количеств порошков), приложения вибрации в режим сегрегации (а=9,8 м/с², F=350 Гц), спекание образцов производили при температуре 810⁰С в среде водорода в течении 1 часа, контроль эксплуатационных свойств [4].

В таблице 2 представлена сравнение эксплуатационных характеристик ППМ из бронзы марки БрОФ-10-1, полученных методом (традиционный) спекания свободно насыпанного порошка в форму и послойного формования с применением вибрации.

Таблица 2.

Сравнение эксплуатационных характеристик ППМ из бронзы марки БрОФ-10-1, полученных методом (традиционный) спекания свободно насыпанного порошка в форму и послойного формования с применением вибрации

Таким образом, в результате проведенных исследований определены оптимальные значения параметров вибрации (а=9,8 м/с², F=350 Гц) и размеров крупных и мелких порошков.  Метод послойного формования при наложении вибрации позволяет повысить   механическую прочность ППМ более, чем в 3 раза. И даёт возможность глубокой очистки жидкости и газов. Тонкость очистки ППМ, полученных предлагаемой технологией, составляет 2-4 мкм,  по сравнению традиционным методом 11-15 мкм.

Список литературы:

1. Получение пористқх порошковқх материалов методом поэтапного прессования /В.К. Шелег, А.Л. Рак, Л.П.Пилиневич, В.М.Тумилович //Порошковая металлургия. 1996.№19. С.51-53.
2. Пилиневич Л.П., и др. Пористые порошковые материалы с анизотропной структурой для фильтрации жидкости и газов.-Мн.: Тонпик, 2005.-252с.
3. М.Каршиев, А.А Саттаров, С.А. Мухторов, Н. Юнусов, К.И. Юнусалиева. Спекание фильтрующих элементов из различного гранулометрического и химического состава порошка бронзы марки БРОФ-10-1 // «Кимёнинг долзарб муаммолари» мавзусидаги республика илмий-амалий анжумани, Ташкент-2021, - С. 201-202.
4. M. Karshiyev, A.A. Sattarov, M.Yu. Rakhimov, S.A. Mukhtorov & D.N. Abdisattorov. Calculation of Changes in the Hydraulic and Mechanical Properties of PPM During Repeated Deposition of a Porous Billet from a Gas-Dust Air Flow Using Vibration // JOURNAL OF OPTOELECTRONICS LASER, Volume 41, Issue 6, 2022, ISSN:1005-0086. DOI: 10050086.2022.06.100, http://www.gdzjg.org/index.php/JOL/article/view/620.