Введение к работе
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 разработка методов получения проницаемого ячеистого жаростойкого сплава типа хромаль является актуальной проблемой.
Цель работы.
Цель данной работы – исследование физико-химических процессов формирования жаростойкого ВПЯМ - хромаля из дисперсных порошковых смесей и разработка технологии изготовления ВПЯМ пластин с заданными технологическими параметрами.
В соответствии с поставленной целью решались следующие 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 методом суспензионного формования;
3. Исследование закономерностей уплотнения матрицы ВПЯМ, в зависимости от дисперсности частиц и активации процессов консолидации;
4. Разработка технологии производства ВПЯМ сплава хромаль с выбором исходной порошковой композиции и исследование физико-механических, эксплуатационных, жаростойких, каталитических характеристик ВПЯМ пластин.
Научная новизна работы заключается в следующем.
Установлены закономерности влияния морфологии частиц в порошковой системе на плотность укладки в матрице заготовки ВПЯМ, что позволило провести оптимизацию 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 микро- и 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 произведена оптимизация процессов термообработки и спекания заготовок ВПЯМ хромаль в различных средах с выбором порошковой композиции.
Практическая значимость работы заключается в следующем.
Разработана технология производства суспензионным методом жаростойких магнитных ВПЯМ пластин сплава хромаль. Произведены успешные испытания ВПЯМ пластин сплава хромаль, как носителя высокотемпературного катализатора. По результатам исследований получен патент № 2312159 РФ «Способ получения высокопористого хромаля».
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.
На защиту выносятся следующие положения.
1. Закономерности, определяющие требования к порошкам по дисперсности и морфологии для использования их в суспензионном формовании, и 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.
Личный вклад автора заключается в постановке задач исследований, организации и проведении экспериментальных, исследовательских и производственных работ, интерпретации и обобщении полученных результатов.
Апробация работы.
Основные результаты работы докладывались и обсуждались на следующих научно-технических конференциях: V Международная конференция по механохимии и механическому легированию INCOME–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 (НАНО2009), г. Екатеринбург, 20-24 апреля 2009.
Образцы пластин ВПЯМ - хромаль были представлены на Втором Международном форуме по нанотехнологиям «Rusnanotech'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.
Структура и объем диссертации.
Диссертация состоит из введения, пяти глав, общих выводов по работе, списка использованной литературы из 81 наименования. Работа изложена на 103 страницах машинописного текста, содержит 35 рисунков и 21 таблицу.
