Способ металлизации пористых керамических изделий

Способ металлизации пористых керамических изделий

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

СПОСОБ МЕТАЛЛИЗАЦИИ ПОРИСТЫХ КЕРАМИЧЕСКИХ ИЗДЕЛИЙ путем погружения и вьц ержки их, в расплаве хлоридов щелочных металлов и титана, отличающийся тем, что, с целью обеспечения высокой и равномерной электропроводности по всему объему изделий, в качестве расплава используют смесь KCl-MgClj в соот-: ношении 3:2 с добавкой 2-2,9 мас.% .хлорида титана, нагретую до 600700 С , а процесс металлизации ведут в присутствии расположенного по периферии солевого расплава титана, который замкнут с изделием через внешнюю цепь.

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ .

РЕСПУБЛИК

4(н) С 04 В 41/88

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИ, -

Н ABT0PCH0MV СВИДЕТЕЛЬСТВМ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЬ1ТЖ (21) 3583564/29-33 (22) 22.04.83 (46) 23.02.85. Бюл. Ф 7 (72) В.С.Балихин, С.Б.Макаров, Ю.Г.Емельянов, Н.А.Кокуева, Б.Н.Беляев и Г.Н..Звиададзе (71) Институт металлургии им.А.А.Байкова (53) 666.3.066.5(088.8) (56) 1.Авторское свидетельство СССР

9 823359, кл.С 04 В 4!/14, 1979. (54)(57) СПОСОБ МЕТАЛЛИЗАЦИИ ПОРИСТЫХ КЕРАМИЧЕСКИХ ИЗДЕЛИЙ путем по„„SU< 11410 1 А гружения и выдержки их,в расплаве хлоридов щелочных металлов и титана, о т л и ч а ю щ -и и с я тем, что, с целью обеспечения высокой и равномерной электропроводности по всему объему изделий, в качестве расплава используют смесь KC1-MgCl в соот-. ношении 3:2 с добавкой 2-2,9 мас.Х хлорида титана, нагретую до 600700 С а процесс металлиэации ведут в присутствии расположенного по периферии соленого расплава титана, который замкнут с иэделием через внешнюю цепь.

1141091

Изобретение относится к осаждению металла на поверхности в порах керамических изделий, например абразивных кругов, с целью придания им высокой и равномерной по всему объему электропроводности.

Использование металлизованных кругов позволит сочетать абразивную обработку с электрохимической или электроэроэионной, что существенно 10 расширит возможности и повысит эффективность металлообработки. Процесс основан на склонности двухлористого титана к разложению на треххлористый и металлический. Последний )5 осаждается на керамической поверхности и образует промежуточные, оксидные соединения с материалом керамики.

Наиболее близким к изобретению 20 является способ металлизации керамической поверхности за счет диспропорционирования низших хлоридов титана, обеспечивающий прочное сцепление металлического слоя с керами- 25 кой и включающий погружение металлизуемых изделий в расплав NaC1-КС1TiC1 в электропроводном сетчатом контейнере и подачу на последний постоянного тока низкой плотности, контролируемого величиной потенциала катода P1 ).

Недостатком известного способа является невозможность равномерной сквозной металлизации иэделий по всему объему. Обладая высоким поверхностным натяжением и сравнительно высокой температурой плавления (650 С), расплав НаС1 — КС1 -Т С1 плохо проникает в мелкие поры, засты-4р вает в них, не пропитывая изделие насквозь. К тому же при высокой (3-5 ) концентрации титана в солевом расплаве и пропускании постоянного тока поры в поверхностном слое быст- 45 ро закупориваются выделяющимся титаном. Это также затрудняет пропитку изделия солевым расплавом и приводит к недостаточной металлизации внутренних участков. Необходимость проводить процесс при температуре выше

700 С ведет к возникновению термоуо дара при погружении иэделий в расплав,что способствует образованию в нем трещин. 55

Целью изобретения является обеспечение высокой и равномерной электропроводности по всему объему изделий, Поставленная цель достигается тем, что согласно способу металлизации пористых керамических изделий путем погружения и выдержки их в расплаве хлоридов щелочных металлов и титана, в качестве расплава используют смесь КС1 — NgC1 в соотношении 3:2 с добавкой 2-2,9 мас. . хлорида титана, нагретую до 600-700 0, а процесс металлизации ведут в присутствии расположенного по периферии солевого расплава титана, который замкнут с изделием через внешнюю цепь.

Использование расплава КС1 — ИяС1,, обладающего температурой плавления около 440 С и проникающего в мельчайшие поры, обеспечивает равномерную металлизацию всех участков изделия, Кроме того, способ проводится при низкой (2-2,9 мас. ) концентрации титана в расплаве, а также без наложения тока извне. Поэтому не происходит наружного закрытия пор выделяющимся титаном. Дополнительным преимуществом используемого расплава является высокая растворимость солей в воде, что позволяет легко вымывать их из мелких пор.

При температуре ниже 600 С не происходит пропитки изделия расплавом по всему объему. Ведение процесса при 600 С и выше обеспечивает высокую текучесть и диффузионный массоперенос, а перегрев более чем на )50 С, по сравнению с температурой плавления, исключает замерзание расплава в порах при погружении в него недостаточно прогретых изделий.

Температура выше 700 С нецелесообразна с точки зрения энергозатрат и коррозии аппаратуры, не дает никаких преимуществ и создает угрозу рестрескивания изделий при их быстром погружении в расплав.

Чем крупнее металлизуемые изделия и выше их тепловая энергия, тем ближе к верхнему пределу (700 С) следует держать температуру расплава для того, чтобы обеспечить его проникновение во внутренние участки изделий и равномерную по всему объему металлизацию. Соответственно изделия с меньшей теплоемкостью достаточно быстро прогреваются и хорошо смачиваются расплавом при 600-650 С.

Концентрацию титана в электролите необходимо поддерживать на уровне

1141091

45

Пример 1. Круг из электрокорунда на керамической связке

9 100 мм, толщиною 20 мм закрепляют на стальной подвеске и погружают в расплав хлорида калия и магния с 50 соотношением компонентов 3:2. В расплав вводят 2,5 мас.Х титана в виде его низших хлоридов. Контейнером для расплава служит реторта из нержавеющей стали с крышкой. Для соз 55 дания инертной атмосферы в реторту подают аргон. Температуру расплава поддерживают на уровне 650 С.

2-2,9Х. Ниже указанной величины металлизация замедляется и идет неравномерно, выше — возможна закупорка пор выделяющимся металлическим титаном. В обоих случаях следствием яв- 5 ляется недостаточная металлизация . внутренних участков изделий, их низкая и неравномерная электропроводность.

Для поддержания постоянства концентрации двухлористого титана в расплаве в реторту загружают металлический титан, который, взаимодействуя с треххлористым титаном, образует дихлорид. Размещение титана на дне реторты малоэффективно, так как вследствие высокой плотности хлоридов титана возникает градиент концентрации по высоте расплава, что приводит к неравномерной металлизации.

Наиболее рациональной является загрузка титана в форме губки по периферии реторты в вертикальный зазор между ее стенками и перфорированной диаграммой, изготовленной из сталь ной жести.

Ускорения процесса и обеспечения большей равномерности металлизации можно достичь, если соединить токо- M проводящей перемычкой подвеску круга и корпус реторты, а вместе с тем и контактирующий с ней металлический титан. В этом случае реакция приобретает электрохимический механизм и 35 идет до полного закрытия титаном всей керамической поверхности, смоченной солевым расплавом, обеспечивая высокую и равномерную проводимость по всему объему изделия. 40

Длительность процесса металлизации зависит от пористости и габаритов изделия. В среднем она составляет 20-50 мин.

В реторту была установлена перфорированная стальная диафрагма в виде цилиндра.

В зазор между стенкой реторты и диафрагмой была загружена титановая губка. После прогрева круга в расплаве в течение 10 мин подвеску замыкают медным проводом с корпусом реторты, создавая таким образом электрохимическую цепь между кругом и металлическим титаном. После 20-минутной выдержки круг поднимают под крышку, охлаждают в атмосфере аргона до 300 С и извлекают из реторты.

Отмывку от солей проводят в воде, подкисленной соляной кислотой.

После металлизации электросопротивление круга между любыми двумя точками не превышает 1,5 Ом.

Шлифование металлиэованным кругом с наложенным электрического тока по сравнению с обработкой обычным корундовым кругом показывает, что производительность шлифовки конструкционных сталей повысилась в 1,3 раза, безприжоговое шлифование твердых сплавов и возможность замены алмазного абразивного инструмента.

Пример 2. Проводят металлизацию абразивных кругов при тех же условиях по температурам 600 и 550 С.

В первом случае внутренние области круга обладают более высоким электросопротивлением 6,5-8,0 Ом, по сравнению с наружными (1,5 Ом ). Во втором случае середина круга оказалась вообще неметаллизованной и не проводила электрический ток.

Приведенный пример прказывает, что о

600 С является температурой минимально допустимой, при которой наблюдается доступ хлоридов титана к внутренним участкам керамики и происходит ее объемная металлизация.

Пример 3. Проводят металлизацию абразивных кругов при температурах 700 и 750 С при концентрациях титана в расплаве, вес.Х: 1,8; 2,0;

2,2; 2,4; 2,6; 2,9; 3,0; 3,2.

Таким образом, различий электропроводности кругов, металлизованных при 700 и 750 С, не наблюдается.

При содержании титана в расплаве

2,0 и тем более, 1,8Х внутренние участки керамики обладают сопротивлением 8-12 Ом, а при содержании титана 3,0 и особенно 3,2Х отмечено избыточное выделение металла в порах

091

Составитель Н.Соболева

Редактор Г.Волкова Техред,М. Кузьма Корректор И, Зрдейи

Заказ 4! 1/20 Тираж 605 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений,и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП "Патент", r.Óìãoðîä, ул.Проектная, 4

3 1141 наружных участков иэделий и недоста» точная, металлизация внутренних участков.

Электросопротивление. первых состав" ляет 1,0-1,5 Ом, вторых - более 12 Ом.

При концентрации титана в расплаве 2,2-2,97 происходит равномерная металлизация, обеспечивающая величину сопротивления между любыми двумя точками на изломе круга 1,5-2,5 Ом. Указанную концентрацию следует считать оптимальной ..