RU2425161C1 - Способ получения композиционного ультрадисперсного порошка - Google Patents
Способ получения композиционного ультрадисперсного порошка Download PDFInfo
- Publication number
- RU2425161C1 RU2425161C1 RU2009143724/02A RU2009143724A RU2425161C1 RU 2425161 C1 RU2425161 C1 RU 2425161C1 RU 2009143724/02 A RU2009143724/02 A RU 2009143724/02A RU 2009143724 A RU2009143724 A RU 2009143724A RU 2425161 C1 RU2425161 C1 RU 2425161C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- aluminum
- melt
- cooled
- cast iron
- room temperature
- Prior art date
Links
Abstract
Изобретение относится к металлургической промышленности, в частности к получению ультрадисперсных порошков. Может использоваться в качестве модификаторов, присадок и раскислителей. Расплав состава, мас.%: алюминий - 26,0-32,0, углерод 0,86-1,30, железо - остальное, разливают толщиной 1-2 мм по поверхности чугунного листа, охлаждают до комнатной температуры и дробят на куски. Куски помещают в паровую камеру с температурой более 100°С и влажностью 15-20% и выдерживают в течение 1-2 часов. Затем охлаждают до комнатной температуры с получением порошка в виде ультрадисперсных частиц размером 102-103 нм. Способ позволяет упростить технологию получения композиционного наноразмерного порошка и получить порошок, обладающий большой адгезионной способностью к газам в металлических расплавах, вследствие чего имеет модифицирующие свойства для чугунов и силуминов с повышением механической прочности. 2 з.п. ф-лы, 1 табл.
Description
Изобретение относится к металлургической промышленности и другим отраслям, где используются алюминиевый чугун, карбид и оксид алюминия в качестве присадок и раскислителей.
Известен способ получения композиционного материала алюминий-карбид кремния (Патент РФ №2348719, МПК С22С 1/10, С22С 21/00, опубл. 10.03.2009), который относится к области литейного производства и может быть использован для получения отливок и заготовок для обработки давлением из композиционного материала с алюминиевой матрицей, упрочненной карбидокремниевыми включениями. Проводят плавку алюминиево-кремниевого сплава и его обработку углекислым газом. Получают литейные отливки композиционного материала.
Известен способ получения алюминия из его оксида (Патент РФ №2163268, МПК С22И 5/10, опубл. 20.02.2001), который включает формирование реакционного объема расплава на основе фторидов металлов, наложение на расплав электрического тока, загрузку шихты, содержащей оксид алюминия, и его выделение из реакционного объема. На расплав накладывают переменный электрический ток, алюминий восстанавливают при температуре 1000-1100°С, а восстановителем служит углерод графитовых электродов, при этом в качестве фторидов металлов используют криолит. При осуществлении способа исключается образование карбида и оксикарбидов алюминия и использование постоянного тока.
Известен интегрированный процесс непрерывного теплового синтеза нанопорошков (Патент США №5851507, МПК B22F 9/02, опубл. 22.12.1998) из различных материалов, включающий предварительный прогрев материала паром и охлаждение паровой фазы. Прогретый материал, находящийся во взвеси несущего газа, постоянно выпаривается в тепловой реакционной камере в условиях, способствующих ядрообразованию. После стадии ядрообразования паровой поток равномерно охлаждается со скоростью около 1000 К/с, блокируя последующий рост ядровых частиц и создавая взвесь нанопорошка в узком диапазоне разброса наночастиц. Нанопорошок затем собирают путем фильтрации из паровой фазы, и несущая среда очищается, сжимается и рециклирует для смешивания с новой порцией прогретого материала. Такой процесс хотя и рассчитан на получение нанопорошков из многих материалов, но технологически сложен, требует использования специального оборудования.
Известен способ получения мелкозернистых порошков (Анашкин Н.С., Павленко С.И. Кн. Мартеновские шлаки и их использование в металлургии и других отраслях народного хозяйства. - Новосибирск, Со РАН, 2006. - 136 с.). Разработана технология извлечения железа и его оксидов из шлаков мартеновского производства, в которой использован плазмохимический синтез и измельчение шихты на мельницах-активаторах. Полученные порошки имеют крупные частицы и предназначены для утилизации отходов мартеновского производства в качестве заполнителей мелкозернистых бетонов и закладочных смесей для заполнения выработанных пространств шахт и рудников. Недостатками также являются большие энергетические затраты и расходы при производстве порошков и использование уникального оборудования.
Наиболее близким по составу компонентов является способ получения алюминиевого чугуна, карбида и оксида алюминия (Селянин И.Ф. Термоэлектрические и термомагнитные свойства синтетических чугунов в зависимости от концентрации графитизирующего и отбеливающего элемента // Дис. на соиск. уч. ст.канд. техн. наук. - Новокузнецк, 1968. - С.61-74; Бобро Ю.Г. Алюминиевые чугуны. - Харьков. ХТУ, 1964), в котором сплав Fe-Al-C из исходных компонентов выплавляют в печи Таммана в составе, % мас.: Аl (26-32); С (0,8-1,3); Fe (остальное), а при кристаллизации сплава образуется сложная карбидоподобная фаза FeAlCn и карбид алюминия Аl4С3, сплавы которых называют алюминиевыми чугунами, где углерод находится в связанном состоянии.
Недостатком способа для целей изобретения является отсутствие стадий получения ультрадисперсного порошка.
Задачей изобретения является получение композиционного ультрадисперсного порошка из алюминиевого чугуна, частицы которого имеют большую удельную поверхность и лучшие модифицирующие свойства при выплавке алюминиевых чугунов и силуминов, а также упрощение технологии изготовления такого порошка по сравнению с аналогами.
Решение поставленной задачи достигается тем, что при получении композиционного ультрадисперсного порошка путем разливки расплава, содержащего 26-38 мас.% алюминия, 0,86-1,2 мас.% углерода, железо - остальное, предлагается расплав разливать по поверхности чугунного листа тонким слоем, охлаждать до комнатной температуры, дробить на мелкие фрагменты, помещать в паровую камеру с температурой более 100°С и влажностью 15-20%, выдерживать в течение 1-2 часов, охлаждать на воздухе и в результате получать композиционный ультрадисперсный порошок с размером частиц 102-103 нм, содержащих FeAlCn, карбид алюминия и оксид алюминия. При этом разливку расплава по поверхности чугунного листа выполняют толщиной 1-2 мм. И дробление охлажденного слоя выполняют на фрагменты 3-10 мм.
Способ осуществляется следующим образом.
Стальная обрезь состава, % мас.: 0,8-14% С; 0,05% Si, остальное железо, загружается в тигель из аллунда, помещается в печь Таммана, расплавляется и легируется путем добавки алюминиевой проволоки до состава 26-32% Аl. Расплав в процессе легирования перемешивают аллундовой трубкой, а затем разливают на чугунном листе тонким слоем толщиной 1-2 мм, охлаждают на воздухе до комнатной температуры и дробят на фрагменты размером 3-10 мм.
Раздробленную фракцию помещают в закрытую металлическую емкость - паровую камеру - размером 0,01-0,02 м3, через которую пропускают горячий воздух с температурой 110-120°С, увлажненный до 15-20% по объему, и выдерживают в паровой ванне 1-2 часа. За это время в указанных условиях фракция превращается в композиционный ультрадисперсный порошок с размером частиц 102-103 нм, содержащих FeAlCn, Аl(ОН)3, Аl2О3.
Металлографический и рентгенофазный анализ показывает, что карбид алюминия Аl2О3 легко взаимодействует с влагой воздуха при комнатной температуре по реакции:
Аl4С3+12Н2O→4Аl(ОН)3+CH4↑
В результате продукты реакции имеют объем, в 103 раз больший объема исходных веществ, при этом массивные образцы сплавов рассыпаются в тонкодисперсный порошок с размером частиц 102-103 нм, состоящих из смеси FeAlCn, Аl(ОН)3, Аl2О3.
При нагревании смеси до 100°С гидроксид алюминия разлагается
2Аl(ОН)3→Аl2O3+3Н2О
С увеличением концентрации алюминия от 27 до 32% количество карбида алюминия возрастает. Если количество карбида алюминия Аl2О3 возрастает, то ультрадисперсный порошок повышает свою дисперсность. Экспериментально установлено, что при разливе тонким слоем 1-2 мм и помещении дробленых фрагментов 3-10 мм в паровую камеру с температурой более 100°С и влажностью 15-20% при кристаллизации получается композиционный ультрадисперсный порошок с размером частиц 102-103 нм, который при последующем остывании на воздухе рассыпается.
Слой разливки толщиной более 2 мм нецелесообразен ввиду того, что он хуже поддается дроблению и требует больших энергетических затрат.
При температуре менее 100°С и давлении Р=1,01×105 Па (нормальное атмосферное давление) пар превращается в воду и скорость разложения карбида углерода резко снижается.
При температуре выше 150°С, увеличении влажности воздуха более 20% и при выдержке более двух часов резко увеличиваются энергетические затраты на образование и поддержание необходимых параметров пара.
В результате получают ультрадисперсный порошок, содержащий FeAlCn, Аl(ОН)3, Аl2О3, из расплава, содержащего алюминиевый чугун, на простом оборудовании в мягких технологических условиях, обладающий большой адгезионной способностью к газам в металлических расплавах, большими модифицирующими свойствами и применяется как модификатор для чугунов и силуминов для повышения механической прочности и пластичности.
Пример.
Для приготовления расплава композиционного материала берут стальную обрезь состава, мас.%: 10С, 0,05, остальное Fe, загружают в тигель из аллумина, помещают в печь Таммана, расплавляют и легируют добавкой алюминия в количестве 30% от состава расплава, который перемешивают аллундовой трубкой и затем разливают на чугунном листе слоем 2 мм, охлаждают на воздухе до комнатной температуры и дробят на фрагменты 3-10 мм. Раздробленные фрагменты помещают в металлическую емкость размером 0,02 м3, через которую пропускают горячий воздух с температурой 120°С, увлажненный до 20%, и выдерживают в паровой ванне 2 часа, и в результате получают порошок смеси алюминиевого чугуна, карбида и оксида алюминия с размером частиц преимущественно 102 нм.
Примеры других технологических параметров получения данных композиционных соединений приведены в таблице.
| Таблица | ||||
| Примеры технологических параметров способа | ||||
| Примеры | Температура паровой камеры, °С | Влажность паровой камеры, % | Время выдерживания, ч | Дисперсность порошка, нм |
| 1 | 100 | 15 | 1,0 | 103 |
| 2 | 120 | 18 | 1,5 | 103 |
| 3 | 150 | 20 | 2,0 | 102 |
| 4 | 180 | 30 | 2,5 | 102 |
Claims (3)
1. Способ получения композиционного ультрадисперсного порошка, включающий разливку расплава, содержащего 26,0-32,0 мас.% алюминия, 0,86-1,30 мас.% углерода, железо - остальное, по поверхности чугунного листа тонким слоем, охлаждение его до комнатной температуры и дробление на куски, которые помещают в паровую камеру с температурой более 100°С и влажностью 15-20%, выдерживают в течение 1-2 ч и охлаждают на воздухе с получением композиционного ультрадисперсного порошка с размером частиц 102-103 м, содержащих FeAlCn, карбид алюминия и оксид алюминия.
2. Способ по п.1, отличающийся тем, что разливку расплава по поверхности чугунного листа алюминиевого чугуна выполняют толщиной 1-2 мм.
3. Способ по п.1, отличающийся тем, что дробление охлажденного слоя выполняют с получением кусков размером 3-10 мм.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2009143724/02A RU2425161C1 (ru) | 2009-11-25 | 2009-11-25 | Способ получения композиционного ультрадисперсного порошка |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2009143724/02A RU2425161C1 (ru) | 2009-11-25 | 2009-11-25 | Способ получения композиционного ультрадисперсного порошка |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2009143724A RU2009143724A (ru) | 2011-05-27 |
| RU2425161C1 true RU2425161C1 (ru) | 2011-07-27 |
Family
ID=44734671
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2009143724/02A RU2425161C1 (ru) | 2009-11-25 | 2009-11-25 | Способ получения композиционного ультрадисперсного порошка |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2425161C1 (ru) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN112045195B (zh) * | 2020-08-10 | 2023-05-26 | 广州有研粉体材料科技有限公司 | 一种3d打印用金属粉末及金属粉末表面纳米改性方法 |
-
2009
- 2009-11-25 RU RU2009143724/02A patent/RU2425161C1/ru not_active IP Right Cessation
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| RU2009143724A (ru) | 2011-05-27 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Afkham et al. | Enhanced mechanical properties of in situ aluminium matrix composites reinforced by alumina nanoparticles | |
| CN101490285B (zh) | 用于钢的晶粒细化剂的制造方法和用途 | |
| Huang et al. | Microstructure, mechanical properties and strengthening mechanisms of in-situ prepared (Ti5Si3+ TiC0. 67)/TC4 composites | |
| Ding et al. | Recovery behavior of rare earth from Bayan Obo complex iron ore | |
| JP5656172B2 (ja) | スラグからの有価金属回収方法 | |
| Kuz'min et al. | Obtaining of Al–Si foundry alloys using amorphous microsilica–Crystalline silicon production waste | |
| Kuz’min et al. | New methods of obtaining Al–Si alloys using amorphous microsilica | |
| MXPA03005137A (es) | Agente refinador de granos para productos de magnesio o aluminio fundido. | |
| Zhao et al. | Mechanism and kinetic analysis of vacuum aluminothermic reduction for preparing TiAl intermetallics powder | |
| Luts et al. | Self-propagating high-temperature synthesis of highly dispersed titanium-carbide phase from powder mixtures in the aluminum melt | |
| Kuz'min et al. | Production of Al-Si alloys by the direct silicon reduction from the amorphous microsilica | |
| RU2425161C1 (ru) | Способ получения композиционного ультрадисперсного порошка | |
| You et al. | An integrated and efficient process for borax preparation and magnetite recovery from soda-ash roasted ludwigite ore under CO–CO2–N2 atmosphere | |
| Wen et al. | Fabrication of TiC from the Cu–Ti–C system under the super-gravity field | |
| Zhang et al. | Synthesis mechanism of an Al-Ti-C grain refiner master alloy prepared by a new method | |
| Chen et al. | Thermodynamics, kinetics and mechanism analysis of aluminothermic reduction for preparing Al-Zr alloy | |
| Heo et al. | Influence of aluminum-carbon composite pellets on FeO reduction and iron recovery from electric arc furnace slag | |
| Zhang et al. | Products of carbothermic reduction of Fe–Cr–O and Fe–Cr–Ni–O systems | |
| RU2439166C2 (ru) | Способ модифицирования чугуна и силумина | |
| Ikornikov et al. | MILL SCALE WASTE REPROCESSING BY CENTRIFUGAL METALLOTHERMIC SHS FOR PRODUCTION OF CAST FERROALLOYS Fe−(Si; Si–Al; B; B–Al) | |
| Guo et al. | Research on Properties of Prefabricated Pellets of Silicothermic Process After Calcination in Flowing Argon Atmosphere | |
| Zheng et al. | Effect of reduction parameters on the size and morphology of the metallic particles in carbothermally reduced stainless steel dust | |
| Wang et al. | Study on modification of primary carbides and improvement of properties in H13 steel by CeO2 nanoparticles addition | |
| Kuz et al. | Possibilities and prospects for producing silumins with different silicon contents using amorphous microsilica | |
| Hryhoriev et al. | Research into specifics of recycling the scale of nickel-molybdenum containing precision alloys by the method of hydrogen reduction |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20121126 |
|
| NF4A | Reinstatement of patent |
Effective date: 20150710 |
|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20181126 |