RU2417136C1 - Способ получения агломерированных дисперсных частиц системы "металл-неметалл" износостойкого класса - Google Patents
Способ получения агломерированных дисперсных частиц системы "металл-неметалл" износостойкого класса Download PDFInfo
- Publication number
- RU2417136C1 RU2417136C1 RU2009137896/02A RU2009137896A RU2417136C1 RU 2417136 C1 RU2417136 C1 RU 2417136C1 RU 2009137896/02 A RU2009137896/02 A RU 2009137896/02A RU 2009137896 A RU2009137896 A RU 2009137896A RU 2417136 C1 RU2417136 C1 RU 2417136C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- powder
- metal
- particles
- matrix
- wear
- Prior art date
Links
Landscapes
- Powder Metallurgy (AREA)
Abstract
Изобретение относится к порошковой металлургии, в частности к получению наноструктурированных композиционных материалов с металлической матрицей, армированной наноразмерным оксидным наполнителем. Может применяться в качестве порошка для нанесения функционально-градиентных покрытий. Смесь порошка матричного металла дисперсностью 20-60 мкм и дисперсного оксидного порошка с размером частиц 3-100 нм подвергают сверхскоростному механосинтезу при ускорении частиц 450g±20g для получения агломерированных дисперсных частиц. Получены частицы со степенью армирования более 80% и высокими механическими характеристиками.
Description
Изобретение относится к порошковой металлургии, в частности к способам получения наноматериалов с металлической матрицей, армированной оксидными наполнителями, применяемых для создания беспористых функционально-градиентных покрытий.
Получение эффективных функциональных покрытий с использованием только наноразмерного материала невозможно из-за образования агломератов. Для получения покрытий с высокими эксплуатационными свойствами перспективным вариантом является создание композиционных порошков, содержащих металлическую матрицу микронных размеров (20-60 мкм) и наноразмерный упрочнитель (3-100 нм), который поверхностно армирует матричный материал. Предложен способ получения таких композиционных порошков с использованием сверхскоростного механосинтеза, реализуемого в высокоскоростных дезинтеграторных установках, позволяющих обеспечивать ускорение частиц до 450g. Только при таких условиях реализуется сложный механизм получения композиционного дисперсного материала, который, в свою очередь, обеспечивает создание беспористой структуры и тем самым высокой износостойкости покрытий, полученных методом холодного газодинамического или микроплазменного напыления.
Известен способ получения композиционных порошковых материалов, содержащих частицы хрома в матрице из железа, включающий механическое смешивание порошков железа и хрома и создание на основе полученной смеси износостойкого газотермического покрытия (патент РФ №2262554).
Недостатком такого способа является то, что при прямом смешивании исходных компонентов частицы имеют склонность к расслаиваню агломератов в процессе последующих операций. Это приводит к неоднородности структуры, а следовательно, низкой когезионной и адгезионной стойкости покрытия. Кроме того, износостойкость такого покрытия не превышает 4 мг/ч, что недостаточно для конкретных конкурентноспособных изделий.
За прототип выбран способ получения композиционного материала с металлической матрицей из алюминиевого сплава, армированного корундом в качестве керамического упрочнителя. Способ включает механическое легирование порошков корунда и алюминиевого сплава в планетарных мельницах в течение 30 часов (патент РФ №2246379).
Недостатком такого способа является то, что принципиально невозможно использовать наноразмерные порошки размером 3-100 нм, которые в конечном счете обеспечивают существенное повышение износостойкости покрытия. Степень армирования не превышает 20%. В указанных материалах невозможно получать покрытия с пористостью менее 5%. Это существенно снижает износостойкость получаемых покрытий. Кроме того, процесс измельчения составляет 30 часов в планетарной, шаровой мельнице, при этом существенно удорожает процесс получения дисперсного материала и не удается получить композиционный порошок с наноразмерным упрочнителем.
Техническим результатом изобретения является разработка способа получения наноструктурированного композиционного материала с металлической матрицей, армированной оксидным наноразмерным упрочнителем методом сверхскоростного механосинтеза, что обеспечивает получение агломерированных дисперсных частиц системы «металл-неметалл» со степенью армирования более 80%, улучшенными механическим характеристиками и предназначенных для создания функционально-градиентного покрытия с пористостью менее 5% и повышенными эксплуатационными свойствами.
Сущностью изобретения является то, что упрочнитель берется в виде наноразмерного порошка дисперсностью 3-100 нм и подвергается сверхскоростному механосинтезу путем совместной обработки в универсальных дезинтеграторно-активаторных установках при ускорении частиц до 450g±20g с матричным металлом в виде порошка дисперсностью 20-60 мкм.
Сверхскоростной механосинтез предварительно полученной смеси проводят в универсальных дезинтеграторно-активаторных установках при энергонапряженности 0,01 кВт/л в течение 5 мин. Особенностью процесса является использование двух автономно работающих дозаторов, в одном из которых находится матричный металл в виде порошка указанной фракции, а во втором - наноразмерный упрочнитель. Характеристикой энергонапряженности процесса сверхскоростного механосинтеза служит затрачиваемая мощность, отнесенная к единице объема используемого устройства. В процессе сверхскоростного механосинтеза происходит армирование наноразмерными частицами упрочнителя металлической матрицы, исчезает неравномерный характер структуры, происходит образование плотных, хорошо сформированных частиц композиционного материала. В ходе исследований было установлено, что с увеличением числа обработок до 3 крат наблюдается повышение прочностных и пластических характеристик покрытия, полученного из образовавшихся порошковых гранул. Процесс сверхскоростного механосинтеза является мгновенным (0,1-1 с) процессом.
Проведенные эксперименты показывают, что происходит поверхностное армирование матричного металла. Гранулометрический состав полученных наноструктурированных композиционных порошковых материалов составляет 20-60 мкм, доля армирования составляет 70-90%. При использовании порошков, в которых содержатся частицы размером выше или ниже указанного предела, происходит ряд негативных явлений в функциональных покрытиях, полученных на их основе. Крупные частицы (более 60 мкм) засоряют сопло напыляющих установок, что приводит к нарушению процесса напыления и вынужденному ремонту установки. Мелкие частицы (менее 20 мкм) склонны в гетерофазном потоке к образованию конгломератов, что создает в покрытиях капельную фазу, которая является центром образования трещин. Экспериментально установлено, что армирование наноразмерным порошком (дисперсностью 3-100 нм) металлической матрицы (дисперсностью 20-60 мкм) обеспечивает получение покрытий с минимальной пористостью менее 0,5%. Использование оксидных порошков более 100 нм увеличивает пористость до 5%, а порошки более 1 мкм, как указано выше, повышают пористость более 5%. Следует особо отметить, что известные ранее модификации дезинтеграторных установок (Дези-15, Дези-1А34) со скоростями вращения роторов до 12000 об/мин и ускорением частиц 250g±20g не давали возможность провести эффективное армирование композиционного порошка. Только новая конструкция дезинтегратора (Дези-18), обеспечивающая ускорение частиц до 450g±20g, позволила реализовать механизм армирования наночастицами металлической матрицы.
Сопоставительный анализ предлагаемого решения с прототипом показал, что предлагаемый способ получения наноструктурированного композиционного порошкового материала отличается от прототипа тем, что:
- в качестве упрочнителя используется наноразмерный порошок (нанокорунд) размером 3-100 нм;
- получение поверхностноармированного композиционного порошка достигается при соударении частиц с ускорениями 450g;
- в качестве матричного материала используется металлический порошок размером 20-60 мкм.
Пример 1
Взяли 1000 г порошковой смеси, содержащей 900 г нанокорунда и 100 г порошка алюминия фракцией 20 мкм, подвергли ее сверхскоростному механосинтезу при двухкратном режиме обработки в течение 10 мин в воздушной среде. Полученный в результате обработки наноструктурированный композиционный порошок размером 20 мкм содержал в себе 80% корунда. Покрытие, полученное методом холодного газодинамического напыления, имело твердость 400 HV и износостойкость 2,5 мг/ч.
Пример 2
Взяли 1000 г порошковой смеси, содержащей 900 г нанокорунда и 100 г порошка алюминия фракцией 40 мкм, подвергли ее сверхскоростному механосинтезу при трехкратном режиме обработки в течение 15 мин в воздушной среде, в результате обработки наноструктурированный композиционный порошок размером 40 мкм содержал в себе 87% корунда. Покрытие, полученное методом холодного газодинамического напыления, имело твердость 500 HV и износостойкость 1,5 мг/ч.
Пример 3
Взяли 1000 г порошковой смеси, содержащей 900 г нанокорунда и 100 г порошка алюминия фракцией 60 мкм, подвергли ее сверхскоростному механосинтезу при трехкратном режиме обработки в течение 15 мин в воздушной среде, в результате обработки наноструктурированный композиционный порошок размером 40 мкм содержал в себе 95% корунда. Покрытие, полученное методом холодного газодинамического напыления, имело твердость 550 HV и износостойкость 1,1 мг/ч.
Технико-экономические преимущества предлагаемого способа получения агломерированных частиц системы «металл-неметалл» износостойкого класса по сравнению с прототипом выражаются в том, что механические свойства получаемого материала превосходят прототип в 3 и более раз, пористость покрытий менее 5%, процесс получения является более энергетически выгодным.
Claims (1)
- Способ получения агломерированных частиц системы «металл-неметалл» износостойкого класса, содержащих металлическую матрицу и оксидный упрочнитель, включающий приготовление смеси порошка матричного металла с оксидным упрочнителем и сверхскоростной механосинтез, отличающийся тем, что оксидный упрочнитель берут в виде наноразмерного дисперсного порошка с дисперсностью 3-100 нм, а матричный металл в виде порошка дисперсностью 20-60 мкм и подвергают совместной обработке с помощью сверхскоростного механосинтеза при ускорении обрабатываемых частиц до 450g±20g.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2009137896/02A RU2417136C1 (ru) | 2009-10-13 | 2009-10-13 | Способ получения агломерированных дисперсных частиц системы "металл-неметалл" износостойкого класса |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2009137896/02A RU2417136C1 (ru) | 2009-10-13 | 2009-10-13 | Способ получения агломерированных дисперсных частиц системы "металл-неметалл" износостойкого класса |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2417136C1 true RU2417136C1 (ru) | 2011-04-27 |
Family
ID=44731527
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2009137896/02A RU2417136C1 (ru) | 2009-10-13 | 2009-10-13 | Способ получения агломерированных дисперсных частиц системы "металл-неметалл" износостойкого класса |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2417136C1 (ru) |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2553763C2 (ru) * | 2013-09-10 | 2015-06-20 | Российская Федерация, от имени которой выступает Министерство промышленности и торговли Российской Федерации (Минпромторг России) | Композиционный наноструктурированный порошок для нанесения покрытий |
RU2561615C1 (ru) * | 2014-07-08 | 2015-08-27 | Российская Федерация, от имени которой выступает Министерство промышленности и торговли Российской Федерации (Минпромторг России) | Способ получения композиционного плакированного порошка для нанесения покрытий |
RU2574930C2 (ru) * | 2014-05-12 | 2016-02-10 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Воронежский государственный архитектурно-строительный университет" | Способ получения гранулированного присадочного материала для дуговой сварки |
-
2009
- 2009-10-13 RU RU2009137896/02A patent/RU2417136C1/ru active
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2553763C2 (ru) * | 2013-09-10 | 2015-06-20 | Российская Федерация, от имени которой выступает Министерство промышленности и торговли Российской Федерации (Минпромторг России) | Композиционный наноструктурированный порошок для нанесения покрытий |
RU2574930C2 (ru) * | 2014-05-12 | 2016-02-10 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Воронежский государственный архитектурно-строительный университет" | Способ получения гранулированного присадочного материала для дуговой сварки |
RU2561615C1 (ru) * | 2014-07-08 | 2015-08-27 | Российская Федерация, от имени которой выступает Министерство промышленности и торговли Российской Федерации (Минпромторг России) | Способ получения композиционного плакированного порошка для нанесения покрытий |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Duarte et al. | An effective approach to reinforced closed-cell Al-alloy foams with multiwalled carbon nanotubes | |
Varol et al. | Microstructure, electrical conductivity and hardness of multilayer graphene/copper nanocomposites synthesized by flake powder metallurgy | |
Ozdemir et al. | Nanocrystalline Al–Al2O3p and SiCp composites produced by high-energy ball milling | |
Khorshid et al. | Mechanical properties of tri-modal Al matrix composites reinforced by nano-and submicron-sized Al2O3 particulates developed by wet attrition milling and hot extrusion | |
US8906498B1 (en) | Sandwich of impact resistant material | |
Bor et al. | Cu/CNT nanocomposite fabrication with different raw material properties using a planetary ball milling process | |
Rikhtegar et al. | The homogenizing of carbon nanotube dispersion in aluminium matrix nanocomposite using flake powder metallurgy and ball milling methods | |
Ostovan et al. | Effects of CNTs content and milling time on mechanical behavior of MWCNT-reinforced aluminum nanocomposites | |
CN102618774B (zh) | 一种高强韧金属基纳米复合材料的制备方法 | |
CN101817084B (zh) | 微纳米叠层金属基复合材料的制备方法 | |
CN106363185B (zh) | 纳米相/金属复合粉末及其块体材料的粉末冶金制备方法 | |
CN108356274A (zh) | 一种热喷涂用TiB2-Ni基金属陶瓷复合结构喂料及其制备方法 | |
CN105886829A (zh) | 一种石墨烯增强铜基复合材料及其制备方法 | |
Gai et al. | Particle shape modification and related property improvements | |
RU2417136C1 (ru) | Способ получения агломерированных дисперсных частиц системы "металл-неметалл" износостойкого класса | |
Sadeghi et al. | Smart mechanical powder processing for producing carbon nanotube reinforced aluminum matrix composites | |
CN104294075A (zh) | 一种两级网状结构钛基复合材料及其制备方法 | |
RU2460815C2 (ru) | Способ получения композиционного порошкового материала системы металл - керамика износостойкого класса | |
Abbass et al. | Study of wear behavior of aluminum alloy matrix nanocomposites fabricated by powder technology | |
Yuan et al. | Synthesis of nanocrystalline Ti (C, N) powders by mechanical alloying and influence of alloying elements on the reaction | |
CN107058830A (zh) | 一种石墨烯/铝合金复合装甲材料 | |
Rikhtegar et al. | Synthesis of carbon nanotube-reinforced Al2024 matrix nanocomposite using flake powder metallurgy method | |
CN106756200A (zh) | 一种装甲材料的制备方法 | |
Salem et al. | Bulk behavior of ball milled AA2124 nanostructured powders reinforced with TiC | |
RU2434713C2 (ru) | СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ КОМПОЗИТНОГО ПОРОШКА СИСТЕМЫ Al-Zn-Sn-Al2O3 |