Способ изостатического прессования порошка в окончательную или близкую к окончательной форму

СПОСОБ ИЗОСТАТИЧЕСКОГО ПРЕССОВАНИЯ ПОРОШКА В ОКОНЧАТЕЛЬНУЮ ИЛИ БЛИЗКУЮ К ОКОНЧАТЕЛЬНОЙ ФОРМУ В изобретении описан способ изготовления из металлического порошка деталей окончательной или близкой к окончательной формы, при осуществлении которого изготавливают вкладыш точных размеров, соответствующих размерам отверстия, растачиваемого в готовом статоре, при этом отверстие имеет длину по меньшей мере 750 мм, устанавливают вкладыш в полости литейной формы, заполняют полость литейной формы металлическим порошком, подвергают порошок изостатическому прессованию и затем извлекают материал вкладыша. Форма может представлять собой отдельную форму, которую удаляют после начальной стадии с целью связывания порошка и получения заготовки, которую затем заключают в соответствующую оболочку, такую как контейнер или наносимое методом распыления покрытие. Вкладышем может являться металлический вкладыш из материала, такого как медь, который впоследствии может быть удален путем химического травления. Вкладыш может быть покрыт материалом, поддающимся удалению путем травления для облегчения извлечения вкладыша. Металлический вкладыш может быть покрыт материалом, который обеспечивает диффузионный барьер, препятствующий атомарной диффузии материала вкладыша в порошок, уплотняемый в процессе ГИП. Арчер Джэффри Фредерик (GB) Пыльнев Ю.А. (RU)(71)(73) Заявитель и патентовладелец: АДВАНСД ИНТЕРЭКТИВ МАТЕРИАЛЗ САЙНС ЛИМИТЕД Изобретение относится к процессам изостатического прессования порошка по окончательной или близкой к окончательной форме, такого как металлический и/или металлокерамический порошок/порошок из композита с металлической матрицей. В частности, но не исключительно, изобретение относится к растачиванию отверстий достаточной длины, обычно более 750 мм в детали из твердого износостойкого материала. Такие детали могут изготавливаться путем горячего изостатического прессования (ГИП), однако в готовых деталях крайне сложно расточить отверстия. Могут с трудом растачиваться прямые отверстия небольшой длины, такой как 10 мм. Авторы полагают, что в некоторых случаях было бы выгодно растачивать отверстие точных размеров, проходящее в продольном направлении через деталь длиной приблизительно 2 м, при этом деталь желательно изготовлена из порошка путем горячего изостатического прессования для придания ей износостойкости. Согласно одной из особенностей изобретения предложен способ изготовления из металлического порошка детали окончательной или близкой к окончательной формы, при осуществлении которого изготавливают вкладыш точных размеров, соответствующих размерам отверстия, растачиваемого в готовой детали, при этом отверстие имеет длину по меньшей мере 750 мм, устанавливают вкладыш в полости литейной формы, заполняют литейную форму металлическим порошком, подвергают порошок изостатическому прессованию и затем извлекают материал вкладыша. Как хорошо известно, форма может представлять собой отдельную форму, которую удаляют после начальной стадии с целью связывания порошка и получения заготовки, которую затем заключают в соответствующую оболочку, которой может являться контейнер или наносимое методом распыления покрытие, или в качестве формы может использоваться контейнер соответствующей внутренней формы,который удаляют до ГИП. Вкладыш предпочтительно устанавливают в полости литейной формы с помощью множества шаблонов из материала, совместимого с окончательно уплотненным порошком. Вкладышем может являться металлический вкладыш из материала, который впоследствии может быть удален путем химического травления, предпочтительно из меди. Химическое травление может усиливаться электролитической реакцией. В соответствующих случаях вкладыш требуется лишь покрыть материалом, который может быть впоследствии удален путем травления, чтобы высвободить вкладыш, который затем может быть извлечен. Металлический вкладыш предпочтительно покрывают соответствующим материалом, который обеспечивает диффузионный барьер, препятствующий атомарной диффузии материала вкладыша в порошок, уплотняемый в процессе ГИП. Изобретение позволяет выполнять в детали спиральную расточку. Такая спиральная расточка может использоваться в различных целях, таких как, например, транспортировка флюида и/или размещение волоконно-оптического кабеля для обеспечения связи с датчиками или системой управления. В одном из предпочтительных вариантов осуществления сначала сгибают в спираль требуемых размеров медный стержень диаметром, например, 6-10 мм и длиной более 2 м и затем помещают в оболочку до ее заполнения порошком. После этого оболочку, в которой находится порошок, стержень и шаблон, уплотняют путем диффузии в твердой фазе методом ГИП. Диффузионным барьером может являться Al2O3, который наносят путем осаждения из паровой фазы или высокопроизводительного распыления. В качестве альтернативы диффузионный барьер может быть создан путем нанесения нитрида бора, который распыляют в виде водного раствора. Во втором варианте осуществления предварительно обработанную давлением металлическую трубку диаметром, например, 6-10 мм заполняют керамическими частицами, сгибают в спираль и помещают в оболочку до ее заполнения порошком. Трубку устанавливают с помощью шаблонов, совместимых с окончательно уплотненным порошком. Затем всю оболочку, охватывающую металлический и/или металлокерамический порошок/порошок из композита с металлической матрицей, уплотняют путем диффузии в твердой фазе методом ГИП. В процессе уплотнения может произойти полное диффузное связывание металлической трубки с уплотняемой деталью, но керамические частицы будут сохранять форму перед обработкой, благодаря чему их можно удалить механически путем вибрации, чтобы получить чистое сквозное отверстие в детали. Пример. Изобретение применимо для выполнения одного или нескольких отверстий в одном или нескольких спиральных выступах, расположенных внутри корпуса статора, длина которого может достигать 2 и более метров. Такие корпуса могут служить радиальной внешней частью линейного двигателя и/или бурового насоса, используемого при бурении скважин. Отверстие или отверстия могут быть выполнены таким образом, чтобы повторять расточку спиральной канавки с шагом около 1 м радиусом 50 мм вокруг оси корпуса. Спиральные выступы образуются спиральными канавками в оправке, которую помещают в форму во время прессования корпуса статора. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ 1. Способ изготовления детали в окончательной или близкой к окончательной форме, содержащей сквозное отверстие в форме спирали, из металлического порошка, при осуществлении которого изготавливают вкладыш точных размеров, соответствующих размерам отверстия в форме спирали, при этом отверстие имеет длину по меньшей мере 750 мм, устанавливают вкладыш в полости пресс-формы, заполняют полость пресс-формы металлическим порошком, подвергают порошок изостатическому прессованию и затем извлекают материал вкладыша, в котором указанный вкладыш, изготовленный из меди,удаляется впоследствии путем химического травления, при этом указанный вкладыш покрыт материалом, который создает диффузионный барьер, препятствующий атомарной диффузии меди из указанного вкладыша в порошок, образующий в процессе горячего изостатического прессования цельную деталь. 2. Способ по п.1, в котором форма представляет собой отдельную форму, которую удаляют после начальной стадии с целью связывания порошка и получения заготовки и затем заключают заготовку в соответствующую оболочку. 3. Способ по п.2, в котором оболочкой является контейнер. 4. Способ по п.2, в котором оболочкой является наносимое методом распыления покрытие. 5. Способ по п.1 или 2, в котором вкладыш устанавливают в полости пресс-формы с помощью множества шаблонов из материала, совместимого с порошком, образующим в конечном итоге цельную деталь. 6. Способ по п.1, в котором химическое травление осуществляют с помощью электролитической реакции. 7. Способ по любому из предшествующих пунктов, в котором вкладыш покрывают материалом, который может быть впоследствии удален путем травления, при этом способ включает стадию, на которой высвобождают вкладыш путем травления покрытия и затем извлекают вкладыш. 8. Способ по п.1, в котором диффузионный барьер содержит Al2O3, который наносят путем высокоскоростного распыления. 9. Способ по п.1, в котором диффузионный барьер создают путем нанесения нитрид бора, который распыляют в виде водного раствора. 10. Способ по п.1, в котором при изготовлении вкладыша используют медный стержень диаметром 6-10 мм и длиной более 2 м, сгибают его в спираль требуемых размеров, затем помещают спиральный стержень в оболочку до ее заполнения порошком, при этом оболочка содержит порошок, стержень и шаблон, и уплотняют порошок до образования цельной детали путем диффузии в твердой фазе методом горячего изостатического прессования. 11. Способ по п.1, в котором при изготовлении вкладыша используют предварительно обработанную давлением металлическую трубку диаметром 6-10 мм, заполняют трубку керамическими частицами,сгибают заполненную трубку в спираль и помещают заполненную спиральную трубку в оболочку до ее заполнения порошком, устанавливают трубку с помощью шаблонов, совместимых с порошком, образующим в конечном игоге цельную деталь, используют оболочку, охватывающую металлический и/или металлокерамический порошок/порошок из композита с металлической матрицей, уплотняют содержащийся в ней материал до образования цельной детали путем диффузии в твердой фазе методом горячего изостатического прессования и затем удаляют керамические частицы путем вибрации, чтобы получить чистое сквозное отверстие в готовой детали. 12. Комплектующее изделие, выполненное из уплотненного металлического порошка, в окончательной или близкой к окончательной форме, содержащее сквозное отверстие в форме спирали длиной по меньшей мере 750 мм и изготовленное способом по любому из предшествующих пунктов.