RU2095193C1 - Method of preparing titanium carbide-based composite material - Google Patents
Method of preparing titanium carbide-based composite material Download PDFInfo
- Publication number
- RU2095193C1 RU2095193C1 RU96107660A RU96107660A RU2095193C1 RU 2095193 C1 RU2095193 C1 RU 2095193C1 RU 96107660 A RU96107660 A RU 96107660A RU 96107660 A RU96107660 A RU 96107660A RU 2095193 C1 RU2095193 C1 RU 2095193C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- mixture
- chromium
- titanium
- titanium carbide
- composite material
- Prior art date
Links
Landscapes
- Carbon And Carbon Compounds (AREA)
- Powder Metallurgy (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к порошковой металлургии, в частности, к способам получения порошковых композиционных материалов на основе карбида титана в режиме самораспространяющегося высокотемпературного синтеза (СВС), которые могут быть использованы в качестве абразивного шлифовального материала в станкоинструментальной промышленности, а также как материал для нанесения износостойких и коррозионностойких покрытий на разные металлические детали машин в машиностроительной, судостроительной, авиационной и других отраслях промышленности. The invention relates to powder metallurgy, in particular, to methods for producing powder composite materials based on titanium carbide in the mode of self-propagating high temperature synthesis (SHS), which can be used as an abrasive grinding material in the machine tool industry, as well as as a material for applying wear-resistant and corrosion-resistant coatings on various metal parts of machines in engineering, shipbuilding, aviation and other industries .
Известен способ получения композиционного материала на основе карбида титана, включающий приготовление смеси перемешиванием порошков исходных компонентов из карбида титана и карбида хрома и последующее горячее прессование смеси при высокой температуре [1]
Способ длителен по времени (более 5 ч), а целевой материал имеет недостаточно высокие абразивные и полирующие свойства.A known method of producing a composite material based on titanium carbide, comprising preparing a mixture by mixing the powders of the starting components of titanium carbide and chromium carbide and subsequent hot pressing of the mixture at high temperature [1]
The method is time-consuming (more than 5 hours), and the target material has insufficiently high abrasive and polishing properties.
Наиболее близким к изобретению является способ получения композиционного материала на основе карбида титана, включающий приготовление смеси 2-стадийным перемешиванием порошков исходных компонентов, содержащих титан, бор, углерод и хромникелевую бронзу (Cr-2,8%), хром, прессование смеси и размещение ее в реактор, локальное воспламенение смеси с последующим высокотемпературным реагированием компонентов в режиме горения, компактированием продукта синтеза и извлечением целевого продукта [2]
Способ позволяет получать монолитный целевой композиционный твердосплавный материал содержащий, мас. диборид титана 54; карбид титана 36 и хромникелевую бронзу 10 с содержанием 2,8% хрома, который используется для изготовления режущего инструмента.Closest to the invention is a method for producing a composite material based on titanium carbide, comprising preparing the mixture by 2-stage mixing of the powders of the starting components containing titanium, boron, carbon and chromium-nickel bronze (Cr-2.8%), chromium, pressing the mixture and placing it into the reactor, local ignition of the mixture, followed by high-temperature reaction of the components in the combustion mode, compaction of the synthesis product and extraction of the target product [2]
The method allows to obtain a monolithic target composite carbide material containing, by weight. titanium diboride 54; titanium carbide 36 and chromium-nickel bronze 10 with a content of 2.8% chromium, which is used for the manufacture of cutting tools.
Задачей изобретения является создание способа получения порошкового композиционного материала на основе карбида титана, обладающего высокими абразивными характеристиками и материала для нанесения покрытий, обладающих высокой износостойкостью и жаростойкостью в окислительных средах при температуре выше 1000oC.The objective of the invention is to provide a method for producing a powder composite material based on titanium carbide having high abrasive characteristics and a coating material having high wear resistance and heat resistance in oxidizing environments at temperatures above 1000 o C.
Задача достигается тем, что способ получения композиционного материала на основе карбида титана включает:
приготовление смеси перемешиванием порошков исходных компонентов, содержащих титан, хром и углерод, взятых в количестве, необходимом для получения целевого материала, содержащего карбид хрома и карбид титана при их молярном соотношении 1:1-10;
размещение смеси в реактор;
локальное воспламенение смеси с последующим высокотемпературным реагированием компонентов в режиме горения под давлением 0,005-0,05 МПа;
извлечение целевого продукта, его измельчение и фракционирование.The objective is achieved in that a method for producing a composite material based on titanium carbide includes:
preparing the mixture by mixing the powders of the starting components containing titanium, chromium and carbon, taken in the amount necessary to obtain the target material containing chromium carbide and titanium carbide in their molar ratio of 1: 1-10;
placing the mixture in the reactor;
local ignition of the mixture with subsequent high-temperature reaction of the components in the combustion mode under a pressure of 0.005-0.05 MPa;
extraction of the target product, its grinding and fractionation.
При этом в смесь дополнительно может быть введено 15-30 мас. порошка никеля, а после перемешивания смесь может быть брикетирована в виде гранул или таблеток. At the same time, 15-30 wt. nickel powder, and after mixing, the mixture can be briquetted in the form of granules or tablets.
Для осуществления способа могут быть использованы порошки исходных компонентов, поставляемых отечественной и зарубежной промышленностью. Например, порошки титана ПТМ, ТУ 14-1-958-74, ТУ 14-3086-80, дисперсностью менее 100 мкм; углерода (сажа) марки ПМ-15ТС, ТУ 38-1158-71, П804 и др. хрома марки ПХ-IC, ТУ 14-1-1474-75, ПХП. To implement the method, powders of the starting components supplied by domestic and foreign industry can be used. For example, titanium powders PTM, TU 14-1-958-74, TU 14-3086-80, dispersion less than 100 microns; carbon (soot) grade PM-15TS, TU 38-1158-71, P804 and other chromium grades PH-IC, TU 14-1-1474-75, PHP.
Брикетирование осуществляют прессованием исходной смеси до относительной плотности 0,4-0,6. Другой вариант брикетирования заключается в приготовлении из исходной смеси гранул на шнек-прессе через фильеры или методом экструзии. При этом форма гранул может быть различная: шаровидные диаметром до 10 мм, вытянутые по длине длиной 8-12 мм и диаметром 4-6 мм. Briquetting is carried out by pressing the initial mixture to a relative density of 0.4-0.6. Another briquetting option is to prepare pellets from the feed mixture in a screw press through die or by extrusion. The shape of the granules can be different: spherical with a diameter of up to 10 mm, elongated along the length of 8-12 mm and a diameter of 4-6 mm.
Пример 1. Для получения композиционного материала, содержащего в своем составе карбид титана и карбид хрома при их молярном соотношении 1:1, готовят смесь порошков из 20 мас. титана, 15 мас. сажи и 65 мас. хрома, после тщательного перемешивания смеси в шаровой мельнице в течение 20 ч засыпают в реактор, слегка подпрессовывают смесь, подводят вольфрамовую спираль в контакт с поверхностью смеси, реактор герметизируют и создают давление 0,005 МПа, локально воспламеняют смесь подачей на спираль напряжение 40-60 В при токе 60-80 А. После локального воспламенения в смеси происходит высокотемпературное реагирование компонентов в режиме горения в течение 10-30 с. После прохождения фронта горения по реакционной смеси, содержимое реактора охлаждают, извлекают целевой продукт, который представляет собой пористую, легко разрушаемую массу, которую затем подвергают измельчению в шаровой мельнице и фракционированию. Example 1. To obtain a composite material containing titanium carbide and chromium carbide in their composition at a molar ratio of 1: 1, a mixture of powders of 20 wt. titanium, 15 wt. soot and 65 wt. chromium, after thoroughly mixing the mixture in a ball mill for 20 hours, pour it into the reactor, slightly pressurize the mixture, bring the tungsten spiral into contact with the surface of the mixture, seal the reactor and create a pressure of 0.005 MPa, locally ignite the mixture by applying a voltage of 40-60 V at the spiral a current of 60-80 A. After local ignition in the mixture, a high-temperature reaction of the components occurs in the combustion mode for 10-30 s. After passing the combustion front through the reaction mixture, the contents of the reactor are cooled, the target product is recovered, which is a porous, easily destructible mass, which is then subjected to grinding in a ball mill and fractionation.
По данным рентгеноструктурного, металлографического и химического анализов, целевой материал представляет собой твердый раствор карбида хрома в карбиде титана и карбид титана при молярном соотношении карбида титана к карбиду хрома, равном 1:1. Из фракционированных порошков выделяют порошок зернистостью 28/20 мкм, в котором 80% частиц изометричной формы. Микротвердость таких частиц 3800 кг/мм2. Испытания этой фракции на абразивную способность и шероховатость поверхности доводочных образцов из стали ШX-15, проведенное по методике ТУ 2-037-273-80 показали, что съем поверхностного слоя при обработке составляет 35 мг, а шероховатость 0,114 мкм.According to x-ray diffraction, metallographic and chemical analyzes, the target material is a solid solution of chromium carbide in titanium carbide and titanium carbide with a molar ratio of titanium carbide to chromium carbide equal to 1: 1. From fractionated powders, a powder with a grain size of 28/20 μm is isolated, in which 80% of the particles are isometric in shape. The microhardness of such particles is 3800 kg / mm 2 . Tests of this fraction for the abrasive ability and surface roughness of finishing samples from ШX-15 steel, carried out according to the TU 2-037-273-80 method, showed that the removal of the surface layer during processing is 35 mg, and the roughness is 0.114 μm.
Пример 2. Для получения композиционного материала, содержащего в своем составе карбид хрома и карбид титана при их молярном соотношении 1:10, готовят смесь порошков титана (61,5 мас.), графита (18,5 мас.), хрома (20 мас.), дополнительно вводят в смесь 35% порошка никеля от массы указанных компонентов, перемешивают в шаровой мельнице до получения однородной массы. Из полученной смеси методом экструзии получают гранулы диаметром 4,0, длиной 10 мм, помещают их в раствор, создают давление 0,05 МПа и далее как в примере 1. Example 2. To obtain a composite material containing chromium carbide and titanium carbide in their molar ratio of 1:10, a mixture of powders of titanium (61.5 wt.), Graphite (18.5 wt.), Chromium (20 wt. .), additionally introduced into the mixture of 35% nickel powder by weight of these components, mixed in a ball mill until a homogeneous mass. From the obtained mixture by extrusion, granules with a diameter of 4.0 and a length of 10 mm are obtained, they are placed in a solution, a pressure of 0.05 MPa is created, and then as in Example 1.
Выделенный композиционный материал представляет собой однородный твердый раствор Cr3C2-10TiC при молярном соотношении карбида хрома к карбиду титана, равном 1:10, при этом частицы твердого раствора равномерно покрыты оболочкой из никеля.The isolated composite material is a homogeneous solid solution of Cr 3 C 2 -10TiC with a molar ratio of chromium carbide to titanium carbide equal to 1:10, while the particles of the solid solution are uniformly coated with a nickel shell.
Полученный композиционный материал измельчают в шаровой мельнице и подвергают фракционированию с целью выделения порошков зернистостью 40/28 и 60/40 мкм. Указанные классифицированные порошки были использованы для нанесения плазменных жаростойких покрытий на поверхность из стали X12M. Плазменное напыление порошков осуществлялось на установке УПУ-3 с использованием аргонно-водородной смеси до толщины покрытия 0,3-0,4 мм. Проведены испытания покрытия на износостойкость с контртелом из стали X12M и определена прочность сцепления. Испытания на износ осуществлены на машине МИ-IM. За величину износа принят объем изношенного покрытия. Прочность сцепления покрытий с подложкой из стали X12M определены по методике нормального отрыва конусного штифта и шайбы. The resulting composite material is ground in a ball mill and subjected to fractionation in order to extract powders with a grain size of 40/28 and 60/40 microns. These classified powders were used to apply plasma heat-resistant coatings to X12M steel surfaces. Plasma spraying of the powders was carried out at the UPU-3 unit using an argon-hydrogen mixture to a coating thickness of 0.3-0.4 mm. The wear test of the coating was carried out with a counterbody of X12M steel and the adhesion strength was determined. Wear tests were carried out on a MI-IM machine. The amount of wear is taken as the amount of wear. The adhesion strength of the coatings to the X12M steel substrate was determined by the normal tear-off method of the cone pin and washer.
Для полученного композиционного материала износ покрытия при нагрузке 400 МПа составил 0,005 мм3, при 800 МПа составил 0,011 мм3, при 2000 МПа 0,025 мм3, прочность сцепления 20,5 МПа.For the obtained composite material, coating wear at a load of 400 MPa was 0.005 mm 3 , at 800 MPa it was 0.011 mm 3 , at 2000 MPa it was 0.025 mm 3 , and the adhesion strength was 20.5 MPa.
Пример 3. Для получения композиционного материала, содержащего в своем составе карбид хрома и карбид титана при их молярном соотношении 1:3, готовят смесь из порошков титана (40 мас.), хрома (43,3 мас.) и сажи (16,7 мас.), дополнительно вводят в смесь 15% порошка никеля от массы указанных компонентов, перемешивают в шаровой мельнице, затем брикетируют в виде таблеток диаметром 30 мм и высотой 20 мм с относительной плотностью 0,5, помещают таблетки в реактор, создают давление 0,01 МПа. Далее как в примере 2. Example 3. To obtain a composite material containing chromium carbide and titanium carbide in their molar ratio of 1: 3, a mixture of powders of titanium (40 wt.), Chromium (43.3 wt.) And soot (16.7 wt.), additionally introduced into the mixture of 15% nickel powder by weight of these components, mixed in a ball mill, then briquetted in the form of tablets with a diameter of 30 mm and a height of 20 mm with a relative density of 0.5, place the tablets in the reactor, create a pressure of 0, 01 MPa. Further, as in example 2.
Фракционированные порошки 40/28 мкм были использованы для нанесения плазменных покрытий на поверхность титанового сплава. Полученные покрытия надежно защищали поверхность от интенсивного воздействия кислорода при атмосфере выше 1000oC.40/28 μm fractionated powders were used to apply plasma coatings to the surface of a titanium alloy. The resulting coatings reliably protected the surface from intense oxygen exposure at an atmosphere above 1000 o C.
Claims (3)
35 мас. порошка никеля.2. The method according to claim 1, characterized in that the mixture is additionally introduced 15
35 wt. nickel powder.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU96107660A RU2095193C1 (en) | 1996-04-17 | 1996-04-17 | Method of preparing titanium carbide-based composite material |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU96107660A RU2095193C1 (en) | 1996-04-17 | 1996-04-17 | Method of preparing titanium carbide-based composite material |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2095193C1 true RU2095193C1 (en) | 1997-11-10 |
RU96107660A RU96107660A (en) | 1998-05-20 |
Family
ID=20179538
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU96107660A RU2095193C1 (en) | 1996-04-17 | 1996-04-17 | Method of preparing titanium carbide-based composite material |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2095193C1 (en) |
-
1996
- 1996-04-17 RU RU96107660A patent/RU2095193C1/en not_active IP Right Cessation
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
Р.Киффер, Ф.Бенезовский. Твердые материалы.- М.: Металлургия, 1968, с. 156 - 157. US, патент N 4431448, кл. B 22 F 3/16, 1984. * |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US2775531A (en) | Method of coating a metal surface | |
Ayers | Wear behavior of carbide-injected titanium and aluminum alloys | |
Tsukerman | Powder metallurgy | |
JP2002220652A (en) | Powder for thermal spraying and manufacturing method therefor | |
JP4282767B2 (en) | Coating powder and method for producing the same | |
JPH0641625B2 (en) | Method for providing thermal spray composite powder and toughness and corrosion resistant coating | |
US4508788A (en) | Plasma spray powder | |
US4626477A (en) | Wear and corrosion resistant coatings and method for producing the same | |
CA1068852A (en) | Tungsten carbide-steel alloy and method of making same | |
JPH07290186A (en) | Tungsten carbide composite lining material and layer for centrifugal casting | |
US4478871A (en) | Method for hardfacing a ferrous base material | |
RU2095193C1 (en) | Method of preparing titanium carbide-based composite material | |
Techel et al. | Production of hard metal-like wear protection coatings by CO 2 laser cladding | |
CA1295442C (en) | Process for modifying the surface of metal or metal alloy substrates and surface modified products produced thereby | |
JPH0317899B2 (en) | ||
Ružbarský et al. | Plasma and thermal spraying | |
EP0143343B1 (en) | Wear and corrosion resistant coatings and method for producing the same | |
CN113737075B (en) | Hard alloy cutter material and preparation method thereof | |
JPH01255643A (en) | Composite material for supporting member for material to be heated in heating furnace | |
Hayashi et al. | High-temperature erosion rates of Fe–Cr–C alloys produced by mechanical alloying and sintering process | |
CA1044221A (en) | Hard surfaced well tool and method of making same | |
FR2580628A1 (en) | Diamond-contg. cobalt-cemented tungsten carbide prodn. | |
Surikova | Powder high-temperature materials based on nickel alloys for strengthening parts of hot zones of metallurgical units | |
EP1206585A1 (en) | High density tungsten material sintered at low temperature | |
JP2001234323A (en) | Thermal spraying powder material, and thermal spraying method and sprayed coating film using the same |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20080418 |