RU2432227C2 - Method of producing powder articles or materials - Google Patents
Method of producing powder articles or materials Download PDFInfo
- Publication number
- RU2432227C2 RU2432227C2 RU2008152269/02A RU2008152269A RU2432227C2 RU 2432227 C2 RU2432227 C2 RU 2432227C2 RU 2008152269/02 A RU2008152269/02 A RU 2008152269/02A RU 2008152269 A RU2008152269 A RU 2008152269A RU 2432227 C2 RU2432227 C2 RU 2432227C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- sintering
- powder
- plasticizer
- materials
- nonequilibrium
- Prior art date
Links
Landscapes
- Powder Metallurgy (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к области порошковой металлургии, в частности к консолидированию порошкообразных материалов методом активированного спекания.The invention relates to the field of powder metallurgy, in particular to the consolidation of powder materials by activated sintering.
Известен способ активированного спекания порошковых формовок за счет воздействия химических и физических процессов (Либенсон Г.А., Лопатин В.Ю., Комарницкий Г.В. Процессы порошковой металлургии. В 2-х томах. Т.2 Формирование и спекание. М.: МИСиС, 2002.- С.211-214). Химические методы сводятся к воздействию атмосферы спекания или введению в спекаемый порошок микродобавок более легкоплавкого металла. В обоих случаях активированное спекание проявляется при воздействии добавок на пограничные контакты зерен спекаемого материала (восстановление оксидных пленок или образование более легкоплавких фаз на их поверхности).A known method of activated sintering of powder moldings due to exposure to chemical and physical processes (Libenson G.A., Lopatin V.Yu., Komarnitsky G.V. Processes of powder metallurgy. In 2 volumes. T.2 Formation and sintering. M. : MISiS, 2002.- S. 211-214). Chemical methods come down to the effect of a sintering atmosphere or the introduction of microadditives of a more fusible metal into the sintered powder. In both cases, activated sintering is manifested by the action of additives on the boundary contacts of grains of sintered material (reduction of oxide films or the formation of more fusible phases on their surface).
Недостатками данных процессов является необходимость создания специальной атмосферы или введения дополнительной операции подготовки порошкообразного материала для введения в него более легкоплавкой добавки. Последний процесс осложняется неизбежным изменением элементного состава конечного продукта.The disadvantages of these processes is the need to create a special atmosphere or the introduction of an additional operation for the preparation of powdered material for the introduction of a more fusible additive. The latter process is complicated by the inevitable change in the elemental composition of the final product.
Физический метод активированного спекания связан с увеличением дисперсности спекаемых порошков, а следовательно, и их энергосодержания, но требует дополнительной операции по измельчению исходных порошков.The physical method of activated sintering is associated with an increase in the dispersion of sintered powders and, consequently, their energy content, but requires an additional operation to grind the initial powders.
Известен также способ физической активации спекания путем введения в шихту наноразмерных частиц (Попов В.А., Кобелев А.Г., Чернышев В.Н. Нанопорошки в производстве композитов. - М.: Интермет Инжиниринг, 2007. - С.105-119).There is also known a method of physical activation of sintering by introducing nanosized particles into the charge (Popov V.A., Kobelev A.G., Chernyshev V.N. Nanopowders in the production of composites. - M .: Intermet Engineering, 2007. - P.105-119 )
Данный способ требует специальных методов введения наночастиц, препятствующих их окислению. Кроме того, практически невозможно добиться равномерного распределения наночастиц по объему прессовки, а следовательно, равномерного воздействия данного фактора на процессы спекания и усадки изделия.This method requires special methods of introducing nanoparticles that prevent their oxidation. In addition, it is practically impossible to achieve a uniform distribution of nanoparticles over the volume of pressing, and therefore, the uniform effect of this factor on the sintering and shrinkage of the product.
Известен также способ жидкофазной активации спекания порошковой стали с введением смазки (стеарат свинца), способной при термообработке образовывать высокодисперсные включения легкоплавкого металла - свинца, способствующие активации спекания частиц порошка и снижающие трение при высокотемпературном нагружении (а.с. СССР №1678882 "Способ получения высокоплотной конструкционной порошковой стали" Ю.Г.Дорофеев, А.В.Скориков, В.И.Малеванный и др.). Особенностью способа является введение свинца в виде соединения, стеарата свинца, снижающего трение между металлическими частицами при формовании прессовки. В процессе последующего нагрева в восстановительной атмосфере органическая составляющая смазки удаляется из пористой прессовки, а свинец восстанавливается до высокодисперсных металлических включений, равномерно распределенных по объему прессовки. Таким образом, высоко дисперсные включения металлического свинца образуются значительно ниже температуры спекания образцов. В процессе последующего диффузионного отжига под нагрузкой включения свинца могут способствовать жидкофазной активации спекания и служить высокотемпературной смазкой при спекании под давлением.There is also known a method of liquid-phase activation of sintering of powder steel with the introduction of a lubricant (lead stearate), capable of forming finely dispersed fusible metal - lead during heat treatment, which contribute to the activation of sintering of powder particles and reduce friction under high temperature loading (AS USSR No. 1678882 "Method for producing high-density structural powder steel "Yu.G. Dorofeev, A.V. Skorikov, V.I. Malevanny, etc.). A feature of the method is the introduction of lead in the form of a compound, lead stearate, which reduces friction between metal particles during compression molding. In the process of subsequent heating in a reducing atmosphere, the organic component of the lubricant is removed from the porous compact, and lead is reduced to highly dispersed metallic inclusions uniformly distributed throughout the compact. Thus, highly dispersed inclusions of metallic lead are formed significantly below the sintering temperature of the samples. In the process of subsequent diffusion annealing under a load, lead inclusion can contribute to the liquid-phase activation of sintering and serve as a high-temperature lubricant during sintering under pressure.
Данный способ по совокупности сходных признаков: введение в шихту металлоорганических соединений, шихтование порошков, формование шихт и спекание формовок, принят за прототип.This method according to a combination of similar features: the introduction of organometallic compounds into the mixture, the blending of powders, the formation of the mixture and the sintering of the moldings, adopted as a prototype.
Недостатками данного способа являются: изменение элементного состава конечного изделия; необходимость применения горячего прессования; необходимость проведения спекания в восстановительной атмосфере. Кроме того, вводимый элемент (свинец) не является легирующим, а напротив увеличивает красноломкость получаемого материала, вследствие низкой температуры плавления и распределения содержащих его фаз, по границам зерен основной матрицы.The disadvantages of this method are: a change in the elemental composition of the final product; the need for hot pressing; the need for sintering in a reducing atmosphere. In addition, the introduced element (lead) is not alloying, but rather increases the redness of the resulting material, due to the low melting point and the distribution of its phases, along the grain boundaries of the main matrix.
Изобретение решает задачу управления процессом спекания порошковых материалов посредством интенсификации спекания за счет введения в реакционное пространство высокодисперсных (наноразмерных или нанокристаллических) частиц, состоящих из элементов основы изделия или легирующих основную матрицу.The invention solves the problem of controlling the process of sintering of powder materials by intensifying sintering by introducing into the reaction space highly dispersed (nanoscale or nanocrystalline) particles consisting of elements of the product’s base or alloying the main matrix.
Способ формирования порошковых изделий или материалов включает шихтование порошков с металлорганическим пластификатором, формование шихты и спекание формовки. От прототипа он отличается тем, что в качестве пластификатора используют металлоорганику на основе триэтаноламина, а спекание проводят с обеспечением образования при температуре спекания высокоактивных неравновесных нанокристаллических структур, активизирующих процесс спекания.The method of forming powder products or materials includes a blending of powders with an organometallic plasticizer, molding the mixture and sintering the molding. It differs from the prototype in that a metalorganic based on triethanolamine is used as a plasticizer, and sintering is carried out to ensure the formation of highly active nonequilibrium nanocrystalline structures that activate the sintering process at the sintering temperature.
Высокоактивные неравновесные нанокристаллические структуры образуют элементы, введенные в шихту с металлоорганическим пластификатором.Highly active nonequilibrium nanocrystalline structures form elements introduced into the charge with an organometallic plasticizer.
Используемая в качестве пластификатора металлоорганика может содержать легирующие элементы.The organometal used as a plasticizer may contain alloying elements.
Поставленная задача решается тем, что способ формирования порошковых изделий или материалов включает смешивание порошков с аммиачным раствором молибден- или вольфрамсодержащего металлоорганического соединения на основе триэтаноламина, обеспечивающее равномерное распределение металлорганическото соединения по поверхности частиц основного материала, сушку смеси для удаления растворителя и формирования пленки молибден- или вольфрамсодержащего металлорганического соединения на поверхности частиц основного материала, формование пластифицированной шихты и спекание формовок, причем согласно изобретению процесс спекания совмещается с химико-металлургическими процессами, в ходе которых металлоорганическое соединение разлагается с образованием на поверхности частиц основного материала наноразмерных или нанокристаллических высокоактивных неравновесных фаз МеСх, где х=0,1-0,15, активизирующих спекание.The problem is solved in that the method of forming powder products or materials involves mixing powders with an ammonia solution of a molybdenum or tungsten-containing organometallic compound based on triethanolamine, ensuring uniform distribution of the organometallic compound on the surface of the particles of the base material, drying the mixture to remove the solvent and forming a molybdenum or tungsten-containing organometallic compounds on the surface of the particles of the base material, molding plasticized charge and sintering of moldings, moreover, according to the invention, the sintering process is combined with chemical and metallurgical processes, during which the organometallic compound decomposes with the formation on the surface of the particles of the main material of nanoscale or nanocrystalline highly active nonequilibrium phases MeC x , where x = 0.1-0.15 activating sintering.
Задача решается также тем, что в раствор пластификатора дополнительно вводятся химические соединения других металлов (никеля, железа, кобальта), также образующие при нагреве высокоактивные неравновесные фазы.The problem is also solved by the fact that chemical compounds of other metals (nickel, iron, cobalt) are additionally introduced into the plasticizer solution, which also form highly active nonequilibrium phases upon heating.
Задача решается также тем, что в состав металлоорганического соединения, при разложении которого образуются высокоактивные неравновесные фазы, входят элементы, являющиеся металлами, легирующими основной материал в ходе спекания за счет поверхностной и объемной диффузии.The problem is also solved by the fact that the composition of the organometallic compound, upon decomposition of which highly active nonequilibrium phases are formed, includes elements that are metals alloying the main material during sintering due to surface and bulk diffusion.
Поставленная задача решается также тем, что для формирования порошковых керамических изделий или материалов на основе ZrO2 в качестве пластификатора используется раствор цирконийсодержащего органического соединения в триэтаноламине и этиловом спирте, который смешивается с порошком основного материала (оксида циркония). После этого смесь нагревается для удаления спирта и образования на поверхности частиц основного материала (ZrO2) пленки Zr-содержащего металлорганического соединения, а полученный пластифицированный порошок формуется и спекается с образованием в ходе термической деструкции металлорганического соединения на поверхности частиц основного материала высокоактивной нанокристаллической фазы ZrO2, активирующей спекание основного материала (оксида циркония).The problem is also solved by the fact that for the formation of powdered ceramic products or materials based on ZrO 2 as a plasticizer, a solution of zirconium-containing organic compounds in triethanolamine and ethanol is used, which is mixed with the powder of the main material (zirconium oxide). After that, the mixture is heated to remove alcohol and form a film of a Zr-containing organometallic compound on the surface of the particles of the base material (ZrO 2 ), and the obtained plasticized powder is molded and sintered to form a highly active nanocrystalline ZrO 2 phase on the surface of the particles of the base material of the main material. activating sintering of the main material (zirconium oxide).
Предложенный способ заключается в том, что совмещение химико-металлургических процессов образования высокоактивных неравновесных фаз со спеканием формовки обеспечивает равномерное распределение данных фаз по объему спекаемого изделия, а следовательно, и равномерную усадку его. Образование активирующих спекание твердых фаз при температуре спекания исключает опасность окисления данных фаз при введении их в шихту.The proposed method consists in the fact that the combination of chemical and metallurgical processes of the formation of highly active nonequilibrium phases with sintering molding ensures a uniform distribution of these phases throughout the volume of the sintered product, and therefore its uniform shrinkage. The formation of sintering activating solid phases at a sintering temperature eliminates the danger of oxidation of these phases when introduced into the charge.
Высокоактивные нанокристаллические фазы, образующиеся при температуре спекания, способны формировать диффузионные мостики между частицами основной матрицы и активизировать процесс спекания изделия или материала. Активация спекания достигается не за счет образования жидкой фазы, а вследствие высокого энергосодержания неравновесных нанокристаллических структур. Данные структуры могут состоять из элементов, имеющих температуру плавления, значительно (в полтора-два раза) превышающую температуру плавления основной матрицы.Highly active nanocrystalline phases formed at sintering temperature are able to form diffusion bridges between the particles of the main matrix and activate the sintering process of the product or material. The sintering activation is achieved not due to the formation of a liquid phase, but due to the high energy content of nonequilibrium nanocrystalline structures. These structures can consist of elements having a melting point significantly (one and a half to two times) higher than the melting temperature of the main matrix.
Использование металлоорганического соединения в качестве пластификатора, определяет его равномерное распределение по поверхности частиц исходной шихты, а следовательно, и по контактным поверхностям формовки.The use of an organometallic compound as a plasticizer determines its uniform distribution over the surface of the particles of the initial charge, and hence over the contact surfaces of the molding.
Использование в качестве пластификатора металлоорганики, содержащей легирующие элементы (вольфрам, молибден, никель и т.п.), позволяет получать сложные легированные материалы с равномерным распределением легирующих фаз.The use of organometallics containing alloying elements (tungsten, molybdenum, nickel, etc.) as a plasticizer allows one to obtain complex alloyed materials with a uniform distribution of alloying phases.
Технический результат - спекание порошковых изделий при пониженных температурах без нарушения элементного состава конечного материала; возможность равномерного легирования материала основной матрицы; снижение затрат по введению легирующих элементов за счет исключения дополнительной операции смешения легирующих порошков с основной шихтой.EFFECT: sintering of powder products at low temperatures without violating the elemental composition of the final material; the possibility of uniform alloying of the material of the main matrix; reducing the cost of introducing alloying elements by eliminating the additional operation of mixing alloying powders with the main charge.
Примеры конкретного выполненияCase Studies
Пример 1. Молибденовый порошок крупностью 50-100 мкм шихтовали с пластификатором - раствором каучука в бензине. Шихту формовали при давлении 50-200 МПа и спекали при температуре 1000°С в инертной атмосфере (аргон). Полученные изделия разрушались при выгрузке.Example 1. Molybdenum powder with a particle size of 50-100 microns was burnt with a plasticizer - a solution of rubber in gasoline. The mixture was molded at a pressure of 50-200 MPa and sintered at a temperature of 1000 ° C in an inert atmosphere (argon). The resulting products were destroyed during unloading.
Пример 2. То же, что и в примере 1, но в качестве пластификатора использовали молибденсодержащую металлоорганику на основе триэтаноламина. После спекания получали прочные изделия с остаточной пористостью 15-20%.Example 2. The same as in example 1, but as a plasticizer used a molybdenum-containing organometal based on triethanolamine. After sintering, durable products with a residual porosity of 15-20% were obtained.
Пример 3. То же, что и в примере 2, но в качестве пластификатора использовали молибденсодержащую металлоорганику на основе триэтаноламина с введением в нее раствора водного раствора Ni(NO3)2.Example 3. The same as in example 2, but as a plasticizer used a molybdenum-containing metal-based triethanolamine with the introduction of a solution of an aqueous solution of Ni (NO 3 ) 2 .
Пример 4. Вольфрамовый порошок крупностью 5-15 мкм шихтовали с пластификатором - раствором каучука в бензине. Шихту формовали при давлении 50-200 МПа и спекали при температуре 1000°С в инертной (аргон) атмосфере. Полученные изделия разрушались при разгрузке.Example 4. Tungsten powder with a particle size of 5-15 microns was burnt with a plasticizer - a solution of rubber in gasoline. The mixture was molded at a pressure of 50-200 MPa and sintered at a temperature of 1000 ° C in an inert (argon) atmosphere. The resulting products were destroyed during unloading.
Пример 5. То же, что и в примере 3, но в качестве пластификатора использовали вольфрамсодержащую металлоорганику на основе триэтаноламина. После спекания получали прочные изделия с остаточной пористостью 20-25%.Example 5. The same as in example 3, but as a plasticizer used a tungsten-containing metal-based triethanolamine. After sintering, durable products with a residual porosity of 20-25% were obtained.
Пример 6. То же, что и в примере 5, но в качестве пластификатора использовали молибденсодержащую металлоорганику на основе триэтаноламина с введением в нее раствора водного раствора Со(NO3)2.Example 6. The same as in example 5, but as a plasticizer used a molybdenum-containing metal-based triethanolamine with the introduction of a solution of an aqueous solution of Co (NO 3 ) 2 .
Пример 7. Железный порошок марки Р-10 шихтовали с молибденсодержащей металлоорганикой, формовали при давлении 100-300 МПа и спекали в инертной атмосфере при температуре 1000°С. В результате спекания получены материалы с пластичностью на 5-20% выше, чем при использовании в качестве пластификатора раствора каучука в бензине.Example 7. Iron powder of grade P-10 was burnt with a molybdenum-containing organometallic, molded at a pressure of 100-300 MPa and sintered in an inert atmosphere at a temperature of 1000 ° C. As a result of sintering, materials with a plasticity of 5–20% higher were obtained than when a rubber solution in gasoline was used as a plasticizer.
Пример 8. То же, что и в примере 7, но в качестве пластификатора использовали молибденсодержащую металлоорганику на основе триэтаноламина с введением в нее раствора водного раствора Fe(NO3)3.Example 8. The same as in example 7, but as a plasticizer used a molybdenum-containing metal-based triethanolamine with the introduction of a solution of an aqueous solution of Fe (NO 3 ) 3 .
Пример 9. Порошок оксида циркония крупностью 10-20 мкм шихтовали с пластификатором на основе Zr-содержащей металлоорганики (раствором ацетилацетата циркония в триэтаноламине и этиловом спирте). Шихту формовали при давлении 50-150 МПа и спекали при температуре 1000°С в инертной атмосфере (аргон). После спекания получали прочные изделия с остаточной пористостью 30-35%.Example 9. A powder of zirconium oxide with a particle size of 10-20 μm was blended with a plasticizer based on Zr-containing organometallics (a solution of zirconium acetate in triethanolamine and ethyl alcohol). The mixture was molded at a pressure of 50-150 MPa and sintered at a temperature of 1000 ° C in an inert atmosphere (argon). After sintering, durable products with a residual porosity of 30-35% were obtained.
Представленные примеры указывают, что совмещение процессов спекания порошковых материалов или изделий с химико-металлургическими процессами образования нанокристаллических неравновесных структур непосредственно в формовке позволяют не только снизить температуру спекания формовок, но и использовать данные неравновесные структуры в качестве легирующих элементов, повышающих эксплуатационные свойства порошковых материалов и изделий.The presented examples indicate that the combination of sintering processes of powder materials or products with chemical-metallurgical processes of the formation of nanocrystalline nonequilibrium structures directly in the molding allows not only to lower the sintering temperature of the moldings, but also to use these nonequilibrium structures as alloying elements that increase the operational properties of powder materials and products .
Claims (3)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2008152269/02A RU2432227C2 (en) | 2008-12-30 | 2008-12-30 | Method of producing powder articles or materials |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2008152269/02A RU2432227C2 (en) | 2008-12-30 | 2008-12-30 | Method of producing powder articles or materials |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2008152269A RU2008152269A (en) | 2010-07-10 |
| RU2432227C2 true RU2432227C2 (en) | 2011-10-27 |
Family
ID=42684211
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2008152269/02A RU2432227C2 (en) | 2008-12-30 | 2008-12-30 | Method of producing powder articles or materials |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2432227C2 (en) |
-
2008
- 2008-12-30 RU RU2008152269/02A patent/RU2432227C2/en not_active IP Right Cessation
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| RU2008152269A (en) | 2010-07-10 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US6562290B2 (en) | Process for the production of composite components by powder injection molding, and composite powders suitable for this purpose | |
| US5641920A (en) | Powder and binder systems for use in powder molding | |
| CA2502192C (en) | Method of making metallic and/or ceramic parts of near-net shape | |
| JPS5933654B2 (en) | Powder metallurgy compression molded body | |
| SG184423A1 (en) | Method for producing shaped bodies from aluminium alloys | |
| Khodaei et al. | Mechanochemically synthesized Fe3Al–Al2O3 nanocomposite | |
| WO1996022401A1 (en) | Copper-tungsten alloys and process for producing the same | |
| Károly et al. | Hybrid aluminum matrix composites prepared by Spark plasma sintering (sps) | |
| RU2432227C2 (en) | Method of producing powder articles or materials | |
| Lee et al. | Processing of net‐shaped nanocrystalline Fe‐Ni material | |
| KR101830697B1 (en) | A method for producing a component of powder injection molding | |
| KR101505251B1 (en) | Method of manufacturing partially alloyed iron powder | |
| JP2012224885A (en) | Method for producing metal porous body | |
| Talijan et al. | Processing and properties of silver-metal oxide electrical contact materials | |
| JP4877997B2 (en) | Method for producing sintered hard alloy | |
| RU2582166C1 (en) | Method of making sintered bars from heavy alloys based on tungsten | |
| JPH02107703A (en) | Composition for injection molding | |
| CN115052696A (en) | System and method for nanocrystalline metal powder injection molding | |
| RU2032496C1 (en) | Method of obtaining aluminides of transition metals | |
| RU2692002C1 (en) | Method of producing complex-alloyed powder mixture, ready for molding | |
| JP2008189980A (en) | Method for manufacturing sintered compact, and sintered compact | |
| KR101525095B1 (en) | Injection molding method using powder | |
| JP2014055344A (en) | Sintered titanium alloy and production method of the same | |
| JPH04371536A (en) | Production of tial intermetallic compound powder | |
| Kuzina et al. | FABRICATION OF Al–AlN NANOCOMPOSITE BY POWDER METALLURGY METHOD USING AlN NANOPOWDER OF SHS-AZ BRAND |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20141231 |