ОТРИМАННЯ ПОРИСТИХ ПРОНИКЛИВИХ МАТЕРІАЛІВ НА ОСНОВІ АЛЮМІНІЙ-САПОНІТ

Рудь В. Д., д.т.н., проф.; Самчук Л. М., к.т.н.; Гулієва Н. М.
ЛНТУ, м Луцьк


ОТРИМАННЯ ПОРИСТИХ ПРОНИКЛИВИХ МАТЕРІАЛІВ НА ОСНОВІ АЛЮМІНІЙ-САПОНІТ

Матеріали з алюмінієвих порошків по ряду властивостей перевершують матеріали із залізних порошків. Алюмінієві порошкові деталі мають більшу питому міцність, ніж деталі з сталевого порошку, завдяки більш низькій щільності. Сучасні галузі промисловості, такі як авіабудування, космічна техніка, приладобудування потребують створення матеріалів, що володіють високими експлуатаційними характеристиками, в тому числі зносостійкістю, розмірною стабільністю в поєднанні з низькою щільністю і коефіцієнтом термічного розширення, близьким до сталі. Найбільш перспективними в цьому напрямку є порошкові алюмінієві композиційні матеріали, отримані методами порошкової металургії. За механічними характеристиками спечений алюміній відповідає рівню спеченого заліза (до 350 МПа), а по ряду інших властивостей навіть перевершує його. Завдяки легкості деталі з алюмінію володіють малою інерційністю, і при заміні ними деталей із заліза зменшується вібрація, шум, зношення і споживана потужність, особливо в механізмах з зворотньо- поступальним рухом. Вироби із спеченого алюмінію мають високу корозійну стійкість і на відміну від заліза не вимагають захисних покриттів. У ряді випадків алюмінієві порошки можуть заміняти порошки дефіцитних металів, наприклад, у виробництві пористих підшипників, електро- теплопровідників, електроконтактних матеріалів. Методом порошкової металургії на основі алюмінію можна отримувати матеріали з особливими властивостями , наприклад немагнітні, для захисту від нейтронного потоку , високопористі для виготовлення носіїв каталізаторів, анодів електролітичних конденсаторів, фільтрів тонкого очищення газів і рідин і т. д. Так як спечений алюміній чудово обробляється, механічна обробка заготовок, якщо в ній виникає необхідність, виявляється більш продуктивною, а зношення інструменту менше, ніж при обробці прокату [1].
Сучасний рівень технологічного та промислового розвитку машинобудування, що характеризується якісним підвищенням інтенсивності експлуатаційних режимів машин і устаткування, передбачає прискорення темпів розширення виробництва композиційних матеріалів і виробів, в яких забезпечено досягнення оптимальних вимог до експлуатації як окремих елементів, так і виробів у цілому. У зв’язку з підвищеними вимогами до технологічних процесів зростають вимоги до чистоти матеріалів та компонентів, що забезпечують реалізацію процесу. Дана задача розв’язується використанням фільтрації вихідних та робочих середовищ. Різноманіття конструкційних рішень і умов експлуатації пористих проникних матеріалів припускає наявність різних типів матеріалів цього класу, орієнтованих на оптимальне з технічної та економічної точок зору використання їх для вирішення конкретних завдань. На сьогодні одним із перспективних методів отримання проникливих пористих матеріалів є метод порошкової металургії. Кінцевою технологічною операцією, в даному випадку, є спікання попередньо спресованого фільтра. Застосовують різні методи спікання: пічне, індукційне, високотемпературний синтез і т. п. Високотемпературний синтез – як метод отримання пористих матеріалів поєднує в собі малу енергоємність, безвідходність і можливість динамічного варіювання структурних і інших властивостей продуктів. Ці передумови дозволяють використовувати економічну і просту технологію отримання пористих виробів [2].
Для дослідження технологічних параметрів виготовлення фільтрів використовували порошки алюмінію марки ПА-4 ГОСТ 6058-73з розміром частинок 0,1+0,063 мм., порошки природнього сорбенту-сапоніту з розміром частинок 0,1+0,063 мм. та карбонат кальцію (СаСО3). Сапоніт – природний сорбент, володіє високими адсорбційними, іонообмінними, каталітичними і фільтраційними властивостями. Використані матеріали наведені на рис. 1.


а) б) в)
Рисунок 1 – Використані матеріали: а) – алюмінієвий порошок марки АПВ-90 (ТУ 48-5-152-78), б) – сапоніт (Ca, Na) 0.3(Mg,Fe2 +3(Si, Al)4O 10(OH)2 * 4H2O, в) – карбонат кальцію (СаСО3)

Композиції на основі порошків алюмінію, сапоніту готували з врахуванням стехіометричних коефіцієнтів. Після проведення теоретичних розрахунків і знаходження пропорцій компонентів вихідної суміші, порошки зважували на лабораторних терезах із точністю до 0,1г. Гранулометричний склад порошків визначали ситовим аналізом. Для приготування шихти з міркувань отримання деталей необхідної пористості використовували порошки з розміром частинок 50 – 70 мкм. Сушіння порошку сапоніту здійснювалось у сушильній шафі марки ШС-80-01 типу СНОЛ при температурі 200°С протягом 3-х годин. Змішування порошків вихідних реагентів проводився в кульовому млині, який представляє собою горизонтально розміщений обертаючий циліндр з набором стальних кульок діаметром 20 мм в середині. Змішування триває протягом восьми годин до утворення однорідної маси. Ущільнення вихідної шихти відбувається за допомогою сухого радіально ізостатичного пресування заготовки. Пресування заготовки здійснювалось при співвідношенні 60 % сапоніту та 40 % алюмінію. При процентному співвідношенні шихти 70:30 зразок не пресується. Засипання отриманої шихти здійснювалось в прес-форму діаметром D = 40 висотою, h = 220. Після засипки суміші порошку проводився процес сухого радіально ізостатичного пресування [3]. На рис. 2 наведена пориста структура отриманого матеріалу.


Рисунок 2 – Пориста структура на основі алюміній-сапоніт

Список використаних джерел: 1. Повстяной О.Ю., Рудь В.Д., Заболотний О.В., Сичук В.А. Технологія отримання багатошарових порошкових фільтруючих матеріалів з відходів промислового виробництва. // Технологічні комплекси, № 2 (4), – 2011 – С. 385-392. 2. Рудь В.Д., Самчук Л.М., Гулиева Н.М. Использование СВС-процесса для получения композиционных материалов. // Порошковая металургия: Инженерия поверхности, нове порошкове композиционные материалы. Сварка. – Сборник докладов 8-го Международного симпозиума. – Минск, 2013 – С. 496-500. 3 Співак В.В., Бабчук М.М. Сапонінові глини – новий мінеральний сорбент для водопідготовки та водоочищення // Збірка тез доповідей ХІІ Міжнародної конференції студентів, аспірантів та молодих вчених «Екологія. Людина. Суспільство». – Київ, 2009. – С. 74-75.