Спосіб виготовлення комбінованої випаровувально-конденсаційної системи

Реферат: Спосіб виготовлення комбінованої випаровувально-конденсаційної системи з титану та його сплавів включає дифузійне зварювання капілярної структури з корпусом системи у вакуумі. Як матеріал капілярної структури використовують нержавіючу сталь. Дифузійне зварювання виконують в інтервалі температур (tрп – tпп), де tрп - температура розчинення плівок на поверхні корпусу системи у вакуумі, tпп - температура поліморфного перетворення матеріалу корпусу системи, і ізотермічній витримці протягом (20-120) хвилин. UA 87074 U (12) UA 87074 U UA 87074 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Корисна модель належить до теплотехніки і може бути використана при розробці систем теплопередачі на основі випаровувально-конденсаційних систем. Відомий спосіб виготовлення випаровувально-конденсаційної системи з міді (Тепловые трубы с металловолокнистыми капиллярными структурами / М.Г. Семена, А.Н. Гершуни, В.К. Зарипов. - К.: Вища шк. Головное изд-во, 1984, с. 150), що включає дифузійне зварювання капілярної структури з міді з корпусом системи у вакуумі. Використання одного і того ж матеріалу корпусу випаровувально-конденсаційної системи і капілярної структури дещо спрощує технологію її виготовлення, але обмежує перелік теплоносіїв, що можуть використовуватись в цій системі та, відповідно, температурний діапазон застосування. У ряді випадків застосування бажаним є зниження маси випаровувально-конденсаційної системи та підвищення міцності і корозійної стійкості корпусу системи в агресивних середовищах, чого не дозволяє досягти спосіб-аналог. Як найбільш близький аналог вибрано спосіб виготовлення теплової труби з титану та його сплавів (авторське свідоцтво СРСР № 1449286, МПК В23К20/14, опубл. 1989), що включає дифузійне зварювання капілярної структури з корпусом системи у вакуумі. Як матеріал капілярної структури в способі - найбільш близькому аналогові використовують мідь, а дифузійне зварювання капілярної структури з корпусом виконують при температурі (0,9-0,97) Те, де Те - температура плавлення евтектики титан-мідь, протягом (20-30) хвилин. Температура плавлення евтектики титан-мідь складає 875 °С. Використання в даному технічному рішенні як корпусу - титану, а капілярної структури - міді, дозволяє віднести отримувану при реалізації способу теплову трубу до комбінованої випаровувально-конденсаційної системи. Використання титану як корпусного матеріалу системи дозволяє використати його позитивні якості, а саме 3 низьку густину (4,5 г/см ), високу механічну міцність, надзвичайно високу корозійну стійкість, обумовлену наявністю на його поверхні тонкої (5-15 мкм) плівки окислу ТiO2, високу питому міцність (відношення міцності до густини), які є важливими при застосуванні цього металу в авіабудуванні, ракетній техніці, морському суднобудуванні. В той же час застосування міді як матеріалу для виготовлення капілярної структури обмежує перелік теплоносіїв, що можуть застосовуватися в комбінованій системі титан-мідь, що виготовляється за способом найближчим аналогом, і, відповідно, температурний інтервал застосування цієї системи. В основу корисної моделі поставлено задачу створення способу виготовлення комбінованої випаровувально-конденсаційної системи з титану та його сплавів, який за рахунок використання нового матеріалу капілярної структури та нових режимних параметрів операції дифузійного зварювання забезпечив би збільшення переліку використовуваних теплоносіїв та, відповідно, розширення температурного діапазону використання системи при одночасному збереженні механічних та хімічних характеристик корпусу системи. Поставлена задача вирішується тим, що в способі виготовлення комбінованої випаровувально-конденсаційної системи з титану та його сплавів, що включає дифузійне зварювання капілярної структури з корпусом системи у вакуумі, згідно з корисною моделлю, як матеріал капілярної структури використовують нержавіючу сталь, а дифузійне зварювання виконують в інтервалі температур (tрп – tпп), де tрп - температура розчинення плівок на поверхні корпусу системи у вакуумі, tпп - температура поліморфного перетворення матеріалу корпусу системи, і ізотермічній витримці протягом (20-120) хвилин. Використання нових режимних параметрів операції дифузійного зварювання та нового матеріалу капілярної структури забезпечує збільшення переліку теплоносіїв низькотемпературного діапазону, які можуть застосовуватися в комбінованих випаровувальноконденсаційних системах, що виготовляються за пропонованим способом, внаслідок їх сумісності з матеріалами системи (нержавіючою сталлю та титаном), а саме: метанол, аміак, вода (при спеціальній її обробці) (Тепловые трубы с металловолокнистыми капиллярными структурами / М.Г. Семена, А.Н. Гершуни, В.К. Зарипов. - К.: Вища шк. Головное изд-во, 1984, с. 14) та теплоносіїв високотемпературного діапазону, а саме: суміш натрій-калій (аустенітні хромонікелеві сталі типу 12Х18Н9Т від 100 °С до 900 °С, титан до 600 °С); ртуть (аустенітні хромонікелеві сталі типу 12Х18Н9Т до 500 °С, титан до 400 °С); свинець (аустенітні хромонікелеві сталі типу 12X18Н9Т від 300 °С до 500 °С, титан від 300 °С до 600 °С); олово (аустенітні хромонікелеві сталі типу 12Х18Н9Т при 300 °С, титан при 300 °С); галій (аустенітні хромонікелеві сталі типу 12X18Н9Т від 100 °С до 200 °С, титан від 100 °С до 350 °С); рідкі сплави важких металів (аустенітні хромонікелеві сталі типу 12X18Н9Т та титан від 150 °С до 250-300 °С) (Нечеткий А.В. Высокотемпературные теплоносители. - Μ.: Энергия, 1971, с. 33-40, табл. 1-7, 1-8, 1-9). Збереження механічних характеристик титану або сплаву титану забезпечується вибором оптимальної температури дифузійного зварювання в вакуумі. Ця температура повинна 1 UA 87074 U 5 10 15 20 25 30 35 перевищувати температуру розчинення оксидної та нітридної плівок на поверхні титану tрп, які перешкоджають утворенню якісного з'єднання титан-нержавіюча сталь. Температура розчинення плівок перевищує 700 °С і звичайно знаходиться в діапазоні температур (800-900) °С (Справочник по пайке /Под ред. И.Е. Петрунина. - М.: Машиностроение, 1984, с. 255). Ця температура повинна бути обраною як нижня температурна межа при дифузійному зварюванні. Верхньою температурною межею дифузійного зварювання є супроводжувана суттєвим змінюванням механічних характеристик температура поліморфного перетворення (перехід -Ті з гексагональною решіткою в β-Ti з об'ємно-центрованою кубічною решіткою) матеріалу корпусу системи tпп, яка становить 882 С для титану і змінюється в інтервалі температур від 882 °С до 1000 °С для промислових титанових сплавів, які є неоднорідними як по мікроструктурі, так і по хімічному складу. Відповідно, поліморфне перетворення відбувається на різних ділянках при різній температурі, а середня по об'єму сплаву температура поліморфного перетворення t пп перевищує 882 °С. Наприклад, для титанового сплаву ОТ4 стрибкоподібне якісне змінювання структури, супроводжуване різким погіршенням механічних характеристик, обумовлене розвитком поліморфного перетворення, відбувається при 975 °С. Тобто, для цього сплаву верхня межа нагрівання при дифузійному зварюванні повинна становити не більше (900-950) °С (Диффузионная сварка титана / Э.С. Каракозов, Л.М. Орлова, В.В. Пешков, В.И. Григорьевский. - М.: Металлургия, 1977, с. 40, рис. 11, с. 42, табл. 6). Час ізотермічної витримки становить від 20 хвилин до 120 хвилин в залежності від температури зварювання і який збільшується при зниженні температури зварювання. Технічна суть запропонованої корисної моделі-способу пояснюється кресленням. На кресленні зображений приклад виготовлення комбінованої випаровувально-конденсаційної системи за пропонованим способом. На кресленні зображено корпус випаровувально-конденсаційної системи 1 з приєднаною до нього шляхом дифузійного зварювання у вакуумі капілярною структурою 2. При реалізації способу беруть попередньо виготовлену методами порошкової металургії капілярну структуру 2 з нержавіючої сталі та встановлюють її у корпусі випаровувальноконденсаційної системи з титану або його сплаву. Після цього розміщують корпус з капілярною структурою у вакуумну піч, нагрівають до температури, вище температури розчинення окисної та нітридної плівок, тобто температури (700-900) °С, але нижче температури поліморфного перетворення, що складає, наприклад, для сплаву типу ОТ4 близько 975 °С. Витримують збірку корпус-капілярна структура при вибраній температурі (20-120) хвилин, причому час витримки зменшують при збільшенні температури витримки, а далі охолоджують вакуумну піч до кімнатної температури і виймають з неї випаровувально-конденсаційну систему у вигляді нерознімно з'єднаних корпусу та капілярної структури. Наприклад, при виготовленні комбінованої випаровувально-конденсаційної системи (приведена на кресленні): корпус з титанового сплаву ОТ4 та капілярної структури зі сталі 12Х18Н9 вибрано наступний режим дифузійного зварювання: температура - 840 °С, час -4 ізотермічної витримки у вакуумі 10 мм рт. ст. - 120 хвилин. 40 ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 45 Спосіб виготовлення комбінованої випаровувально-конденсаційної системи з титану та його сплавів, що включає дифузійне зварювання капілярної структури з корпусом системи у вакуумі, який відрізняється тим, що як матеріал капілярної структури використовують нержавіючу сталь, а дифузійне зварювання виконують в інтервалі температур (t рп – tпп), де tрп - температура розчинення плівок на поверхні корпусу системи у вакуумі, t пп - температура поліморфного перетворення матеріалу корпусу системи, і ізотермічній витримці протягом (20-120) хвилин. 2 UA 87074 U Комп’ютерна верстка В. Мацело Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 3