Спосіб одержання пористого металевого тіла

1. Спосіб отримання пористого металевого тіла, що включає: поступову плавку частини вихідного металевого матеріалу при його просуванні із застосуванням плавки методом плаваючої зони в газовій атмосфері для розчинення газу в отримуваній зоні розплавленого металу; і поступове затвердіння зони розплавленого металу шляхом охолоджування. 2. Спосіб за п.1, в якому вихідний металевий матеріал розплавляють в атмосфері, яка містить газ, що розчиняється, який являє собою щонайменше один газ, вибраний з групи, що складається з водню, азоту, кисню, фтору і хлору. 3. Спосіб за п.2, в якому тиск газу, що розчиняється, знаходиться в інтервалі від 10-3 Па до 100 МПа. 4. Спосіб за п.1, в якому вихідний металевий матеріал розплавляють в змішаній газовій атмосфері з газу, що розчиняється, і інертного газу. 5. Спосіб за п.4, в якому тиск інертного газу знаходиться в інтервалі від 0 до 90 МПа. 6. Спосіб за п.1, в якому вихідний металевий матеріал являє собою залізо, нікель, мідь, алюміній, магній, кобальт, вольфрам, марганець, хром, берилій, титан, срібло, золото, платину, паладій, ци C2 2 (19) 1 3 76323 4 ного газу під тиском в розплавленому металевому талі, можна керувати за рахунок відповідного заматеріалі, а потім охолоджування розплавленого давання виду використовуваного газу, поєднання металу для його затвердіння в умовах контрольогазів, тиску газу і т.д., і, крім того, формою пор, ваних температури і тиску. розміром пор, пористістю і т.д. можна за бажанням У [публікації №10-88254] японської нерозглякерувати за рахунок вибору швидкості руху вихіднутої заявки на патент описаний спосіб отримання ного металевого матеріалу, способу охолоджуванпористого металу, що включає стадії плавлення ня і т.д. Більше того автори виявили, що даний металу в атмосфері з підвищеним тиском газу і спосіб може забезпечити отримання пористого затвердіння розплавленого металу, при цьому тіла з мікропорами, подовженими в одному напряметал має на фазовий діаграмі метал-газ евтектимі, навіть при використанні вихідного металевого чну точку при ізобарній атмосфері газу. У [публікаматеріалу великої довжини або розміру, що має ції №2000-104130] японської нерозглянутої заявки низьку питому теплопровідність. Даний винахід на патент описаний спосіб отримання пористого був здійснений на основі вказаних нових відметалевого тіла, що має пори, які контролюються криттів. за формою і т.д., який включає стадії розчинення Даний винахід передбачає спосіб отримання водню, кисню, азоту і т.д. в розплавленому металі пористого металевого тіла, а також пористе метав атмосфері з підвищеним тиском, а також охололеве тіло, отримане вказаним, способом, що опиджування розплавленого металу для його затверсується нижче: діння при контрольованих температурі і тиску. 1. Спосіб отримання пористого металевого тіВідповідно до описаних вище способів метал, ла, що включає: поступову плавку частини вихідрозплавлений в тиглі, виливають в ливарну форму ного металевого матеріалу при його просуванні із і затвердівають шляхом відведення тепла від вказастосуванням плавки методом плаваючої зони в заної форми. При використанні металу, що має газовій атмосфері для розчинення газу в отримувисоку питому теплопровідність, такого як мідь, ваній зоні розплавленого металу; і поступове замагній і т.п., розплавлений метал швидко затвертвердіння зони розплавленого металу шляхом діває за рахунок відведення тепла, внаслідок чого охолоджування. можуть бути отримані порівняно рівномірні пори. 2. Спосіб, описаний вище в п.1, в якому вихідОднак при використанні даних способів в тих виний металевий матеріал розплавляють в атмоспадках, коли застосовують широко використовувафері, що містить газ, що розчиняється, який являє ні на практиці матеріали, такі як сталі, нержавіючі собою щонайменше один газ, вибраний з групи, сталі і т.д., швидкості охолоджування всередині що складається з водню, азоту, кисню, фтору і металевого тіла знижуються через його низьку хлору. питому теплопровідність, що приводить до утво3. Спосіб, описаний вище в п.2, в якому тиск рення істотної кількості великих пор, таким чином газу, що розчиняється, знаходиться в інтервалі від ускладнюючи утворення рівномірних пор. Отри10-3Па до 100МПа. мання такого пористого тіла з нерівномірними ро4. Спосіб, описаний вище в п.1, в якому Вихідзмірами пор є небажаним, оскільки воно не забезний металевий матеріал розплавляють в змішаній печує високої міцності через те, що при газовій атмосфері з газу, що розчиняється, і інертприкладенні навантаження ділянки навколо велиного газу. ких пор зазнають більш високого напруження. Бі5. Спосіб, описаний вище в п.4, в якому тиск льше того таке пористе тіло не може бути викориінертного газу знаходиться в інтервалі від 0 до стане як фільтр, діаметр пор якого повинен бути 90МПа. рівномірним. 6. Спосіб, описаний вище в п.1, в якому вихідДаний винахід був розроблений з урахуванням ний металевий матеріал являє собою залізо, нівищезгаданих проблем відомих з рівня техніки кель, мідь, алюміній, магній, кобальт, вольфрам, способів. Даний винахід головним чином направмарганець, хром, берилій, титан, срібло, золото, лений на розробку нового способу отримання поплатину, паладій, цирконій, гафній, молібден, олористого металевого тіла, внаслідок здійснення во, свинець, уран або сплави, що містять один або якого рівномірні пори можуть бути отримані незадекілька вказаних металів. лежно від питомої теплопровідності використову7. Спосіб, описаний вище в п.1, в якому темваного вихідного матеріалу і, більше того може пература плавки вихідного металевого матеріалу бути отриманий ряд (множина) рівномірних пор, знаходиться в інтервалі від його точки плавлення подовжених в одному напрямі, навіть при отридо температури на 500°С вище вказаної точки манні виробів великої довжини або великих вироплавлення. бів у вигляді стрижнів, пластин і т.п. 8. Спосіб, описаний вище в п.1, в якому швидАвтори даного винаходу провели інтенсивні кість просування вихідного металевого матеріалу дослідження для досягнення вищезгаданих цілей. знаходиться в інтервалі від 10мкм/сек. до Автори виявили, що наступні видатні результати 10000мкм/сек. можуть бути отримані внаслідок здійснення спеці9. Спосіб, описаний вище в п.1, в якому вихідального способу із застосуванням плавки методом ний металевий матеріал просувають при обертанплаваючої зони, який включає стадії часткової ні з швидкістю від 1 до 100об./хв. плавки вихідного металевого матеріалу при його 10. Спосіб, описаний вище в п.1, в якому для просуванні; розчинення різних видів газів в розпзатвердіння розплавленого металу шляхом охолавленому металі; і затвердіння розплавленого лоджування застосовують природне охолоджуметалу. Тобто, відповідно до даного способу, кільвання або примусове охолоджування. кістю газу, що розчиняється в розплавленому ме11. Спосіб, описаний вище в п.10, в якому роз 5 76323 6 плавлений метал піддають примусовому охолоня пор в пористому залізному тілі, отриманому із джуванню за допомогою одного або декількох спозастосуванням азоту або водню як газу, що розчисобів, вибраних з охолоджування за допомогою няється. обдування газом, охолоджування за допомогою Фіг.10 являє собою графік, що показує взаємоконтакту з охолоджуючою сорочкою і охолоджузв'язок між пористістю і межею міцності при розтявання за допомогою контакту з водоохолоджувагненні в напрямі, паралельному напряму зростанним блоком на одному або обох кінцях вихідного ня пор в пористому залізному тілі, отриманому із металевого матеріалу. застосуванням азоту або водню як газу, що розчи12. Спосіб, описаний вище в п.1, в якому пеняється. ред плавкою вихідного металевого матеріалу меНа кресленні, приведеному на Фіг.8, позицією тодом плаваючої зони його витримують при зни1 позначений повітронепроникний (герметичний) женому тиску при температурі, що знаходиться в контейнер, позиціями 2 і 3 позначені ущільнюючі інтервалі від кімнатної температури до температуелементи, позицією 4 позначена витяжна труба, ри нижче точки плавлення металу, тим самим депозицією 5 позначена труба для подачі газу, позигазуючи вихідний металевий матеріал. цією 6 позначений вихідний металевий матеріал, 13. Пористе металеве тіло, отримане будьпозицією 7 позначена котушка високочастотного яким з способів, описаних вище в пп.1-12. нагрівання, позицією 8 позначена установка для 14. Пористе металеве тіло, описане вище в дуття, позиціями 9А і 9В позначені труби для дутп.13, в якому як вихідний металевий матеріал витя, позицією 10 позначений охолоджуючий блок, користаний метал на основі заліза, а як газ, що позиціями 11 і 12 позначені труби для циркуляції розчиняється, використаний азот. охолоджуючої води, позицією 13 позначена охоФіг.1 являє собою вигляд в поперечному розлоджуюча сорочка, а позиціями 14 і 15 позначені різі, що схематично ілюструє пористе металеве труби для циркуляції охолоджуючої води. тіло, отримане внаслідок застосування даного виУ даному винаході як вихідний металевий манаходу. теріал може бути використаний матеріал, що має Фіг.2 являє собою вигляд в подовжньому розвисоку міру розчинності газу в рідкій фазі і низьку різі, що схематично ілюструє пористе металеве міру розчинності газу в твердій фазі. Такий метал тіло, отримане внаслідок застосування даного вив розплавленому стані розчиняє велику кількість находу. газу. Однак кількість розчиненого газу різко знижуФіг.3 являє собою вигляд, що схематично поється, коли метал починає затвердівати з пониказує спосіб поступового плавлення частини вихіженням температури. Тому під час плавки вихіднодного металевого матеріалу при вертикальному го металевого матеріалу температуру і тиск русі матеріалу. навколишнього газового середовища відповідним Фіг.4 являє собою вигляди в поперечному розчином контролюють, а розплавлений метал затверізі, які схематично ілюструють пористі тіла з неррдівають, адекватним чином вибираючи швидкість жавіючої сталі, отримані в результаті застосування охолоджування, тиск навколишнього газового седаного винаходу: один вигляд ілюструє пористе редовища і т.д., при цьому в твердій фазі поблизу тіло з нержавіючої сталі, отримане в змішаній гавід межі між твердою і рідкою фазами можуть зовій атмосфері з водню і аргону, а інший вигляд утворюватися пухирці внаслідок виділення газу, ілюструє пористе тіло з нержавіючої сталі, отрирозчиненого в рідкій фазі. Такі газові пухирці винимане в атмосфері водню. кають і ростуть (збільшуються) в процесі затверФіг.5 являє собою графік, що показує взаємоздження металу, при цьому в твердій фазі утворюв'язок між пористістю і парціальним тиском водються численні пори. ню/парціальним тиском аргону при отриманні поЗгідно з способом відповідно до даного винаристого тіла з нержавіючої сталі в змішаній газовій ходу, що детально описується нижче, вихідний атмосфері з водню і аргону. металевий матеріал поступово частково плавлять Фіг.6 являє собою вигляди, що схематично із застосуванням плавки методом плаваючої зони, ілюструють два способи здійснення примусового і в розплавленому металі розчиняють газ. Потім охолоджування розплавленого металу при плавці розплавлений метал затвердівають, контролюючи методом плаваючої зони. при цьому умови охолоджування, внаслідок чого Фіг.7 схематично показує вигляди в поперечможна відповідним чином керувати формою пор, ному розрізі, які частково ілюструють пористі медіаметром пор, пористістю і т.п.в отриманому проталеві тіла, отримані при різних швидкостях руху дукті. Отже, може бути отримане пористе металевихідного металевого матеріалу: кожний з двох ве тіло, що має ряд (множину) мікропор, подовжевиглядів ілюструє пористе металеве тіло, піддане них в одному напрямі. при охолоджуванні обдуванню газом для затверФіг.1 являє собою вигляд в поперечному роздіння розплавленого металу; а кожний з двох інрізі, що схематично ілюструє пористе металеве ших виглядів ілюструє пористе металеве тіло, не тіло, отримане способом згідно з даним винахопіддане обдуванню газом. дом. Фіг.2 являє собою вигляд в подовжньому роФіг.8 являє собою вигляд в поперечному роззрізі, що схематично ілюструє таке пористе метарізі, який схематично показує приклад пристрою, леве тіло. Як випливає з Фіг.1 і 2, спосіб згідно з що застосовується в даному винаході для отриданим винаходом забезпечує отримання пористомання пористого металевого тіла. го металевого тіла, в якому сформований ряд Фіг.9 являє собою графік, що показує взаємоз(множина) приблизно рівномірних мікропор, довгав'язок між пористістю і межею текучості при розтястих в подовжньому напрямі. гненні в напрямі, паралельному напряму зростанЗгідно з способом відповідно до винаходу, як 7 76323 8 вихідний металевий матеріал може бути викорисшення. Потрібна температура плавки може бути таний будь-який матеріал без обмежень, але за визначена з урахуванням вищезгаданих чинників. умови, що такий матеріал має високу міру розчинЗагалом, є переважним, щоб температура плавки ності газу в рідкій фазі і низьку міру розчинності знаходилася в інтервалі від точки плавлення до газу в твердій фазі. Більш конкретно, спосіб відпотемператури приблизно на 500°С вище вказаної відно до винаходу забезпечує можливість застосуточки плавлення. вання як вихідних металевих матеріалів таких меДовжина ділянки, що розплавляється, може талевих матеріалів, які мають низьку питому бути встановлена в залежності від виду і форми теплопровідність, таких як сталі, нержавіючі сталі, використовуваного вихідного металевого матеріасуперсплави на основі нікелю і т.д., отримання лу і т.д. і може знаходитися в такому інтервалі, в рівномірних пор в яких відомими способами межах якого форма розплавленої ділянки може ускладнене. Як вихідні металеві матеріали можуть зберігатися завдяки поверхневому натягненню без бути використані залізо, нікель, мідь, алюміній, випадання (витікання) розплавленої ділянки. магній, кобальт, вольфрам, марганець, хром, беЗа необхідності, вихідний металевий матеріал рилій, титан, срібло, золото, платина, паладій, може обертатися з швидкістю приблизно від 1 до цирконій, гафній, молібден, олово, свинець, уран і 100об./хв. При русі вихідного металевого матеріат.д., а також сплави, що містять один або декілька лу з одночасним обертанням під час плавки він вказаних металів. рівномірно нагрівається. Зокрема, вихідний метаЗгідно з способом відповідно до даного виналевий матеріал в формі стрижня великого діаметходу, вихідний металевий матеріал піддають посра приводять в обертання навколо подовжньої осі, туповій частковій плавці із застосуванням плавки щоб таким чином досягнути більш рівномірного методом плаваючої зони, одночасно просуваючи нагрівання матеріалу, що забезпечує швидку і рівйого. Напрям руху вихідного металевого матеріалу номірну плавку. конкретно не обмежений і може бути будь-яким, Згідно з способом відповідно до даного винанаприклад, перпендикулярним силі тяжіння, параходу, розплавлена ділянка повинна бути вміщена лельним силі тяжіння і т.д. Фіг.3 схематично ілюств атмосферу, що містить розчинний газ (тобто газ, рує спосіб отримання з вертикально рухомим вихіщо розчиняється). У ході плавки вихідного метадним металевим матеріалом в формі стрижня при левого матеріалу в атмосфері газу, що розчинябезперервній плавці частини матеріалу. ється, в розплавленій ділянці вихідного металевоВихідні металеві матеріали конкретно не обго матеріалу може розчинятися велика кількість межені за формою, і вона може бути будь-якою за газу. умови, що вихідний металевий матеріал може буЩо стосується газу, що розчиняється, то, в зати поступово частково розплавлений і затверджележності від типу використовуваного вихідного ний охолоджуванням із застосуванням плавки меметалевого матеріалу може бути використаний тодом плаваючої зони. Наприклад, може бути газ, що має високу міру розчинності в рідкофазновикористаний вихідний металевий матеріал велиму металі і низьку міру розчинності в твердофазкої довжини у вигляді стрижня, пластини, циліндному металі. Прикладами таких газів є водень, ричної труби і т.п.В тому випадку, якщо матеріал азот, кисень, фтор, хлор і т.д. Вказані гази можуть має форму стрижня, він переважно є циліндричбути використані окремо або у вигляді суміші двох ним і має діаметр від 0,3 до 200мм для забезпеі більше газів. З точки зору безпеки переважними чення швидкого охолоджування матеріалу до його серед вказаних газів є водень, азот, кисень і т.п.В серцевини при охолоджуванні. При використанні деяких випадках утворювані пори містять тільки вихідного металевого матеріалу, що має форму газ, що розчиняється. В інших випадках отримувапластини, металева пластина великої довжини ні пори можуть містити гази, що утворюються внапереважно має товщину приблизно від 0,1 до слідок реакції компонента розплавленого металу з 100мм, а ширину - приблизно від 0,1 до 500мм. розчиненим газом. Наприклад, в тому випадку, Умови плавки методом плаваючої зони конкколи як газ, що розчиняється, застосовують киретно не обмежені і можуть бути відповідним чисень, а в розплавленому металевому матеріалі ном вибрані згідно з відомими способами. міститься вуглець, пори, що утворюються, можуть Для часткового нагрівання металевого матерімістити монооксид вуглецю, діоксид вуглецю і т.д. алу може бути відповідним чином модифікований Якщо вихідним металевим матеріалом є заліспосіб нагрівання, що застосовується в галузі плазо, нікель або сплави, що містять вказані метали, є вки методом плаваючої зони. Звичайно застосопереважним застосування як газу, що розчиняєтьвують нагрівання за допомогою високочастотної ся, щонайменше одного газу, вибраного з групи, індукції. Однак можуть бути також використані інші що складається з водню і азоту. Якщо вихідний способи нагрівання, такі як лазерне нагрівання, металевий матеріал являє собою мідь, алюміній, електронагрівання за допомогою джоулева тепла, магній, кобальт, вольфрам, марганець, хром, бенагрівання за допомогою електропечі опору, інфрилій, титан, паладій, цирконій, гафній, молібден, рачервоне нагрівання, електродугове нагрівання і олово, свинець, уран або сплави, що містять вкат.д. зані метали, то переважним як газ, що розчиняКількість розчиненого газу збільшується з підється, є водень. Якщо вихідний металевий матерійомом температури розплавленої ділянки, в той ал являє собою срібло, золото або сплави, що час як висока температура розплавленої ділянки містять вказані метали, то переважним як газ, що вимагає більш тривалого періоду охолоджування розчиняється, є кисень. для затвердіння розплавленого металу, і, таким Газ, що розчиняється, має тенденцію до все чином, діаметр пор виявляє тенденцію до збільбільшого розчинення в розплавленому металі при 9 76323 10 підвищенні тиску газу, що приводить до більш виФіг.5 являє собою графік, що показує взаємозсокої пористості отримуваного пористого металев'язок між парціальним тиском водню/аргону і пового тіла. Відповідно, тиск розчинювального газу ристістю в пористому тілі, отриманому із застосуможе бути відповідним чином встановлений (задаванням як вихідного металевого матеріалу ний) з урахуванням виду вихідного металевого нержавіючої сталі (SUS304L) в змішаній газовій матеріалу, бажаної форми пор, діаметру пор, поатмосфері з водню і аргону. Даний графік показує, ристості отримуваного пористого тіла і т.п.Тиск що при підвищенні парціального тиску аргону і газу, що розчиняється, переважним чином складає підтримці тиску водню на рівні, наприклад 0,6МПа, приблизно від 10-3 Па до 100МПа, більш переважоб'єм пухирців, тобто пористість, меншає. Більше но - від 10Па до 10МПа. того при підтримці постійного загального тиску Під час плавки методом плаваючої зони відпогазу, пористість підвищується з підвищенням парвідно до даного винаходу розплавлена ділянка і ціального тиску водню. охолоджена/затверджена ділянка звичайно підтВнаслідок плавки вихідного металевого материмуються в тій же самій газовій атмосфері. Діаріалу, а потім охолоджування розплавленого меметром пор і пористістю пористого металевого талу з метою його затвердження відповідно до тіла можна більш точно керувати при змішуванні вищенаведеного опису, в твердій фазі поблизу від газу, що розчиняється, з інертним газом. межі розділу тверда фаза/рідкий фаза завдяки Більш конкретно, при використанні суміші розвиділенню газу, який був розчинений в рідкому чинювального газу і інертного газу і підтримці посметалі, утворюється ряд (множина) пор. Згідно з тійного тиску інертного газу, пористість пористого способом відповідно до даного винаходу із застотіла підвищується з підвищенням тиску газу, що суванням плавки методом плаваючої зони, метарозчиняється. І навпаки, при підтримці постійного левий матеріал безперервно охолоджують в протиску газу, що розчиняється, пористість пористого цесі його руху. Таким чином, швидкість тіла знижується з підвищенням тиску інертного охолоджування є приблизно постійною в подовжгазу. Причина даних явищ може бути наступною. ньому напрямі металу. Тому формою пор, діаметІнертний газ погано розчиняється в розплавленором пор, пористістю і т.п.можна керувати в пому металі. Таким чином, при використанні високодовжньому напрямі, при цьому може бути го тиску інертного газу при охолоджуванні розплаотримане пористе тіло з рівномірними часами, вленого металу з метою його затвердіння, пористе довгастими в подовжньому напрямі. тіло зазнає впливу високого тиску інертного газу У цьому випадку діаметром пор пористого тіла через його погану розчинність в розплавленому можна керувати шляхом варіювання швидкості металі. Отже, об'єм пор пористого тіла знижується. руху вихідного металевого матеріалу. КонкретніОдночасно пористість пористого тіла виявляє ше, більш висока швидкість охолоджування, що тенденцію до підвищення з підвищенням загальнозабезпечується більш високою швидкістю руху го тиску газової суміші. вихідного металевого матеріалу, запобігає активМожуть бути використані такі інертні гази, як ному поєднанню пухирців і їх укрупненню. Таким гелій, аргон, неон, криптон, ксенон і т.д. Вказані чином, може бути отримане пористе тіло з порами гази можуть бути використані окремо, або може невеликого діаметра. бути використано поєднання двох і більш газів. Швидкість руху вихідного металевого матеріаТиск інертного газу не обмежений, однак він лу конкретно не обмежена і може бути встановлеможе бути відповідним чином встановлений для на (задана) з урахуванням розміру вихідного меотримання бажаного пористого тіла. Він переважталевого матеріалу, що застосовується, бажаного но складає близько 90МПа або менше. Пропорція діаметра пор і т.п. таким чином, щоб забезпечити змішування газу, що розчиняється, і інертного газу відповідну швидкість охолоджування. Загалом, конкретно не обмежена, однак звичайно, тиск інешвидкість знаходиться в інтервалі руху приблизно ртного газу складає близько 95% або менше від від 10мкм/сек. до 10000мкм/сек. загального тиску газу, що розчиняється, і інертного Більше того при примусовому охолоджуванні газу. Для отримання потрібного ефекту внаслідок розплавленої ділянки металу з метою його затвевикористання суміші з доданням інертного газу, рдіння, весь метал може бути швидше охолоджетиск інертного газу може загалом складати близьний в порівнянні з природним охолоджуванням. ко 5% або більше від загального тиску. Таким чином, придушується укрупнення пор всеФіг.4 схематично представляє поперечні розредині металевого тіла і забезпечується утворення різи пористих тіл з нержавіючої сталі (SUS304L): пор меншого діаметра. Зокрема, навіть при викоодне з тіл було отримане в змішаній газовій атмористанні металу, що має низьку питому теплопросфері, що містить 1,0МПа водню і 1,0МПа аргону, відність, примусове охолоджування при відповіда інше тіло було отримане у водневій газовій атним чином встановленій швидкості охолоджування мосфері, що містить 2,0МПа водню. Пористі тіла, забезпечує швидке охолоджування до внутрішньої показані на Фіг.4, отримані при швидкості руху вичастини металевого тіла, при цьому забезпечуючи хідного металевого матеріалу 160мкм/сек. і темпеутворення рівномірних пір. ратурі плавлення від 1430 до 1450°С. Поперечний Спосіб примусового охолоджування, що зарозріз пористого тіла, отриманого при тиску водню стосовується, конкретно не обмежений, тому мо2МПа, проілюстрований лише частково. жуть бути використані різні способи, включаючи Фіг.4 показує, що при використанні змішаного охолоджування за допомогою обдування газом; газу, що містить водень (1,0МПа) і аргон (1,0МПа), охолоджування за допомогою контакту з охолопористість є дуже низькою, а діаметр пор також джуючою сорочкою, внаслідок якого утворюється невеликий. внутрішня поверхня, відповідна зовнішній формі 11 76323 12 вихідного металевого матеріалу; і охолоджування строю, а отже, є небажаним. за допомогою контакту з водоохолоджуваним блоТемпература вихідного металевого матеріалу ком на одному або обох кінцях вихідного металепід час дегазації підтримується на рівні від кімнатвого матеріалу. На Фіг.6 лівий вигляд схематично ної температури до температури нижче точки плапоказує спосіб охолоджування за допомогою обвлення вихідного металевого матеріалу, а передування газом, а правий вигляд схематично покаважно - приблизно на 50-200°С нижче вказаної зує спосіб охолоджування із застосуванням водооточки плавлення. холоджуваної сорочки. Спосіб обдування газом Час витримування металу під час стадії дегавключає, наприклад спосіб дуття газу під тиском зації може бути відповідним чином встановлений в на затверджувану ділянку з одночасною циркулязалежності від виду і кількості домішок, що місцією навколишнього газу, що має низьку температяться в металі, потрібній мірі дегазації і т.п. туру, яка підтримується в нижній частині пристрою. Фіг.8 являє собою вигляд в поперечному розПри використання такого способу для здійсрізі, який схематично показує приклад пристрою нення примусового охолоджування підтримується для отримання пористого металевого тіла згідно з високий температурний градієнт незалежно від способом відповідно до даного винаходу. швидкості руху металевого тіла. Таким чином, Пористе металеве тіло отримують, застосовушвидкість охолоджування підвищується з підвиючи пристрій, показаний на Фіг.8, відповідно до щенням швидкості руху, при цьому може бути нижченаведеного опису. Спочатку включають ваотримане пористе тіло з порами меншого діакуумний насос (не показаний) для вакуумування метра. повітронепроникного контейнера 1 через витяжну Фіг.7 являє собою вигляд в поперечному розтрубу 4. Потім в нього подають газ, що розчинярізі, що частково ілюструє пористі металеві тіла, ється, і інертний газ по трубі 5 для подачі газу доотримані при швидкості руху вихідного металевого ти, поки тиск у повітронепроникному контейнері 1 матеріалу, яка складає 160мкм/сек. і 330мкм/сек. не досягне заданої величини. Повітронепроникний відповідно: одне тіло піддавали примусовому охоконтейнер 1 герметично закритий за допомогою лоджуванню за допомогою обдування газом, а ущільнювачів 2 і 3 або т.п. інше не піддавали такому охолоджуванню. Дані Вид і тиск газу, що подається у повітронепропористі матеріали отримували із застосуванням никний контейнер 1, можуть бути відповідним чинержавіючої сталі (SUS304L) як вихідного металеном встановлені відповідно до потрібної пористосвого матеріалу в атмосфері з тиском водню ті і т.п., яка може бути, наприклад визначена, 2,0МПа і при температурі плавлення від 1430 до виходячи з раніше встановленого взаємозв'язку 1450°С. між пористістю і тиском газу, як показано на Фіг.5. Як виявляється з Фіг.7, підвищення швидкості Вихідний металевий матеріал 6 подають у поруху вихідного металевого матеріалу створює тевітронепроникний контейнер 1 із заданою швидкіснденцію, яка полягає в тому, що діаметр пор ментю, застосовуючи рушійний механізм (не показашає і знижується рівень пористості. Зокрема, споний), пов'язаний з виробничим пристроєм, а потім сіб обдування газом сильно зміцнює дану нагрівають за допомогою нагрівального засобу, тенденцію. такого як котушка 7 високочастотного нагрівання, з Більше того згідно з способом відповідно до метою часткової безперервної плавки. Газ, що даного винаходу, вихідний металевий матеріал, за розчиняється в навколишній атмосфері, розчинянеобхідності, може бути підданий дегазації перед ється в розплавленій ділянці металу. його плавкою методом плаваючої зони. Процес Вихідний металевий матеріал 6, рухаючись дегазації може бути здійснений шляхом вміщення вниз із заданою швидкістю і пройшовши через дівихідного металевого матеріалу для отримання лянку нагрівання, де розташована котушка 7 висопористого тіла у повітронепроникний контейнер і кочастотного нагрівання або т.п., потім охолоджуйого витримування при зниженому тиску і темпеється, переходячи з розплавленого стану в ратурі, що знаходиться в інтервалі від кімнатної твердий стан. температури до температури нижче точки плавПристрій, представлений на Фіг.8, забезпечелення металу. Внаслідок здійснення даного проний наступними трьома видами охолоджуючих цесу знижується кількість домішок, що містяться в механізмів для охолоджування вихідного металеметалі, таким чином забезпечуючи отримання пового матеріалу 6, що пройшов ділянку нагрівання: ристого металевого тіла більш високої якості. механізм, в якому газ в контейнері піддають цирЗнижений тиск на стадії дегазації варіюється в куляції за допомогою установки для дуття 8, встазалежності від виду вихідного металевого матеріновленій всередині повітронепроникного контейалу, що використовується, домішкових компоненнера 1, і видувають на вихідний металевий тів (таких як кисень, азот і водень), що видаляютьматеріал з труб для дуття 9А і 9В; інший механізм ся з вихідного металевого матеріалу, і т.п.Тиск для охолоджування кінцевої ділянки вихідного звичайно складає близько 7Па або нижче, а переметалевого матеріалу шляхом циркуляції охоловажно - приблизно від 7Па до 7x100-4Па. У разі джуючої води по відповідних трубах 11 і 12 для недостатнього зниження тиску домішки, що залициркуляції охолоджуючої води за допомогою охошилися, можуть погіршити корозійну стійкість, мелоджуючого блока 10, встановленого в нижній чаханічну міцність, ударну в'язкість і т.д. пористого стині повітронепроникного контейнера 1; і ще один металевого тіла. І навпаки, зайве зниження тиску механізм для контактного охолоджування водою, поліпшує до певного рівня властивості отримувациркулюючою по трубах 14 і 15 для циркуляції ного пористого металевого тіла, але істотно підохолоджуючої води із застосуванням охолоджуювищує вартість виробництва і експлуатації причої сорочки 13 в формі кільця, розташованої на 13 76323 14 вколо вихідного металевого матеріалу. У залежнориду в пористому матеріалі. сті від бажаної форми пор, діаметра пор, пористоПромислова застосовність сті і т.п., в установці, представленій на Фіг.8, може Згідно з способом отримання пористого метабути використаний щонайменше один з вказаних левого тіла відповідно до даного винаходу, можна охолоджуючих механізмів, або, навпаки, може булегко керувати формою пор, діаметром пор, порити використане природне охолоджування. стістю і т.п. Більше того навіть при використанні У затверділому металі внаслідок виділення вихідного металевого матеріалу з низькою питорозчиненого газу з розплавленого металу утворюмою теплопровідністю може бути отримане порисються пухирці. Такі газові пухирці у міру затвердінте металеве тіло з рівномірними і мікроскопічними ня металу тягнуться (розташовуються) в подовжпорами, довгастими в подовжньому напрямі. ньому напрямі, тим самим забезпечуючи Отримане пористе металеве тіло має полеготримання пористого металевого тіла, що має ряд шену вагу і високу питому міцність (міцність/маса), пор. високу механічну оброблюваність, зварюваність і Отримане пористе металеве тіло видаляють з т.д. Завдяки такій унікальній структурі і чудовим пристрою через ущільнювач 3, завершуючи вирохарактеристикам пористі металеві тіла відповідно бничий процес. до даного винаходу можуть бути використані в Як указано вище, спосіб відповідно до даного самих різних сферах. винаходу забезпечує отримання пористого метаЗокрема, пористе тіло з сплаву на основі залілевого тіла, в якому рівномірні і мікроскопічні пори за, отримане в атмосфері азоту, може бути викотягнуться (проходять) в подовжньому напрямі. ристане як легкий і високоміцний залізний маЗгідно з способом відповідно до даного винаходу, теріал. формами пор, пористості і т.п. можна бажаним Приклади застосування пористих тіл, отримачином керувати навіть при використанні матеріалів них відповідно до даного винаходу, включають в з низькою питомою теплопровідністю, таких як себе матеріали для зберігання водню, вібраційносталі, нержавіючі сталі, суперсплави на основі стійкі матеріали, амортизуючі матеріали, електронікелю і т.д. Тому спосіб відповідно до даного вимагнітні екрануючі матеріали, деталі і конструктинаходу знайде широке застосування. вні елементи різних конструкцій (основні конструкФормою пор, діаметром пор, пористістю і т.п.в ційні матеріали, деталі двигунів і інші деталі для отримуваному пористому металевому матеріалі транспортних засобів, таких як автомобілі, кораблі, можна бажаним чином керувати шляхом відповідлітаки і т.д., керамічні опори для ракетних або реаного завдання температури плавлення, виду і тисктивних двигунів, полегшені панелі для космічного ку застосовного газу, що розчиняється, пропорції обладнання, деталі станків і т.д.), матеріали для змішування інертного газу, швидкості руху вихідномедичних цілей (такі як штучні суглоби, штучні го металевого матеріалу, умов охолоджування і зуби і т.д.), теплообмінні матеріали, теплопоглит.п. Загалом, діаметром пор можна керувати в менальні матеріали, звукоізолювальні матеріали, жах широкого інтервалу, що складає приблизно матеріали для розділення газу/рідини, легкі деталі від 10мкм до 10мм. Крім того, може бути отримане конструкцій, матеріали для самозмащувальних пористе тіло з мікропорами, що мають діаметр підшипників, гідростатичні підшипники, фільтри, близько 10мкм або менше. Більше того пористість матеріали для видування газу під час газоможе бути вибрана за бажанням в межах широкових/рідинних реакцій і т.д. Пористе металеве тіло, го інтервалу, що складає близько 80% або нижче. отримане відповідно до даного винаходу, не обЗгідно з способом відповідно до даного винамежене переліченими вище видами застосування і ходу, при використанні як вихідного металевого може також застосовуватися для різних інших ціматеріалу металів на основі заліза, таких як чисте лей. залізо промислового сорту, вуглецева сталь, нерДалі даний винахід описаний більш детально з жавіюча сталь, Fe-Cr сплав, ливарний чавун і т.д., посиланням на приклади. а як розчинювальний газ - азоту, пористе металеПриклад 1 ве тіло, що отримується, набуває надзвичайно Різні види пористих металевих тіл, що мають високої міцності при розтягненні, міцності при стирізну пористість, були отримані з використанням сненні і т.п.Таке пористе тіло являє собою вельми заліза чистотою 99,99% як вихідного металевого цінний високоміцний і полегшений металевий маматеріалу, а також пристрій, представлений на теріал. Більше того виробничий процес вкрай доФіг.8. Як вихідний металевий матеріал використацільний, оскільки при отриманні такого матеріалу ли циліндричний матеріал діаметром 10мм і довможе бути забезпечений високий рівень безпеки жиною 1000мм. завдяки використанню азоту як газу, що розчиняЯк газ, що розчиняється, в пристрій подавали ється. азот або водень, а при необхідності додатково Причина, з якої такий високоміцний пористий подавали аргон з метою керування пористістю. матеріал на основі заліза може бути отриманий Швидкість руху вихідного металевого матеріапри використанні азоту як газу, що розчиняється, лу встановлювали на рівні 160мкм/сек. Як нагріваяк вважається полягає в наступному. Згідно з спольний засіб використали котушку високочастотнособом відповідно до даного винаходу розчинений го нагрівання, а температуру ділянки, що азот утворює твердий розчин із залізовмісним мерозплавляється, підтримували на рівні 1555°С. талом. Отже, крім утворення рівномірних і мікросФіг.9 являє собою графік, що показує взаємозкопічних пор, пористий метал, що отримується, в'язок між пористістю і межею текучості при розтястає більш міцним (зміцнюється) завдяки утворенгненні отриманого пористого металевого матеріаню такого твердого розчину і диспергуванню нітлу. Фіг.10 являє собою графік, що показує 15 76323 16 взаємозв'язок між пористістю і межею міцності при 2,0 0 44,2 розтягненні. Графік на Фіг.9 показує результати 2,0 0,5 52,0 вимірювання межі текучості при розтягненні в на2,5 0 48,2 прямі, паралельному напряму росту пор. Графік на Фіг.10 показує результати вимірювання межі міцЯк випливає з фігур 9 і 10, при отриманні поності при розтягненні в напрямі, паралельному ристого металевого тіла з використанням заліза як напряму росту пор. вихідного металевого матеріалу в атмосфері азоТаблиця 1 показує взаємозв'язок між тиском ту, отримують більш високоміцне пористе тіло в розчинного/інертного газу і середньою пористістю порівнянні з пористим металевим тілом, отримадеяких матеріалів з пористих металевих матеріаним в атмосфері водню. лів, проілюстрованих на Фіг.9 і 10. Більш детально, пористе металеве тіло, отримане в атмосфері азоту, має по суті таку ж міцТаблиця 1 ність при розтягненні, як і залізний матеріал без пор, навіть в тому випадку, коли тіло з пористого Тиск (МПа) матеріалу має пористість 40%. Таким чином, заСередня пористість (%) Тиск N2 Тиск Н2 Тиск Аr стосування такого пористого металевого тіла як 1,0 1,5 35,1 полегшеного і високоміцного залізного матеріалу є 2,0 0,5 40,5 надзвичайно доцільним. 2,5 0 42,8 17 Комп’ютерна верстка Т. Чепелева 76323 Підписне 18 Тираж 26 прим. Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601