RU2625511C2 - Method of production of nanocrystal powder material for manufacture of wild-strip composite material - Google Patents

Method of production of nanocrystal powder material for manufacture of wild-strip composite material Download PDF

Info

Publication number
RU2625511C2
RU2625511C2 RU2015153532A RU2015153532A RU2625511C2 RU 2625511 C2 RU2625511 C2 RU 2625511C2 RU 2015153532 A RU2015153532 A RU 2015153532A RU 2015153532 A RU2015153532 A RU 2015153532A RU 2625511 C2 RU2625511 C2 RU 2625511C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
powder
grinding
disintegrator
particles
composite
Prior art date
Application number
RU2015153532A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU2015153532A (en
Inventor
Анастасия Анверовна Каширина
Ольга Вячеславовна Васильева
Владимир Николаевич Климов
Павел Алексеевич Кузнецов
Евгений Александрович Самоделкин
Борис Владимирович Фармаковский
Original Assignee
Федеральное государственное унитарное предприятие "Центральный научно-исследовательский институт конструкционных материалов "Прометей" имени И.В. Горынина Национального исследовательского центра "Курчатовский институт" (НИЦ "Курчатовский институт" - ЦНИИ КМ "Прометей")
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Федеральное государственное унитарное предприятие "Центральный научно-исследовательский институт конструкционных материалов "Прометей" имени И.В. Горынина Национального исследовательского центра "Курчатовский институт" (НИЦ "Курчатовский институт" - ЦНИИ КМ "Прометей") filed Critical Федеральное государственное унитарное предприятие "Центральный научно-исследовательский институт конструкционных материалов "Прометей" имени И.В. Горынина Национального исследовательского центра "Курчатовский институт" (НИЦ "Курчатовский институт" - ЦНИИ КМ "Прометей")
Priority to RU2015153532A priority Critical patent/RU2625511C2/en
Publication of RU2015153532A publication Critical patent/RU2015153532A/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2625511C2 publication Critical patent/RU2625511C2/en

Links

Images

Classifications

    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22FWORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F9/00Making metallic powder or suspensions thereof
    • B22F9/02Making metallic powder or suspensions thereof using physical processes
    • B22F9/04Making metallic powder or suspensions thereof using physical processes starting from solid material, e.g. by crushing, grinding or milling
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B82NANOTECHNOLOGY
    • B82YSPECIFIC USES OR APPLICATIONS OF NANOSTRUCTURES; MEASUREMENT OR ANALYSIS OF NANOSTRUCTURES; MANUFACTURE OR TREATMENT OF NANOSTRUCTURES
    • B82Y30/00Nanotechnology for materials or surface science, e.g. nanocomposites
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01QANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q17/00Devices for absorbing waves radiated from an antenna; Combinations of such devices with active antenna elements or systems

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Nanotechnology (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Composite Materials (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
  • Manufacture Of Metal Powder And Suspensions Thereof (AREA)

Abstract

FIELD: technological processes.
SUBSTANCE: method includes grinding an amorphous tape of magnetic-soft alloy in a hammer mill to particles of 3-5 mm and then grinding in a high speed disintegrator. Heat treatment of the particles obtained after grinding in the hammer mill is carried out with the provision of removing the quenching stresses. Grinding in the disintegrator is conducted to obtain a powder of 100-200 microns. From the obtained powder, 30 wt % of the powder is screened to make the first layer of the composite. The remaining powder of 100-200 mcm is heat-treated to form nanocrystal pre-precipitates, followed by grinding in a disintegrator to obtain a powder of 50-100 mcm. The 50 wt % of the obtained powder is screened to make the second layer of the composite. Heat treatment of the remaining 50-100 mm powder with the formation of a nanocrystal structure is performed, after which it is milled in a disintegrator and screened to obtain a powder of 1-50 mcm to produce the third composite layer.
EFFECT: it is possible to obtain three fractions of the powder in one process cycle and increase the efficiency of grinding.
2 cl, 1 dwg, 1 tbl, 2 ex

Description

Изобретение относится к порошковой металлургии, а именно к способам получения порошков, предназначенных для изготовления композиционных радиопоглощающих материалов, эффективно работающих в диапазоне частот от 10 МГц до 40 ГГц. Изобретение может быть использовано в различных областях электронной техники, в частности для улучшения электромагнитной совместимости приборов, для защиты биологических объектов от электромагнитного излучения, для улучшения диаграмм направленности антенн.The invention relates to powder metallurgy, and in particular to methods for producing powders intended for the manufacture of composite radar absorbing materials efficiently operating in the frequency range from 10 MHz to 40 GHz. The invention can be used in various fields of electronic technology, in particular for improving the electromagnetic compatibility of devices, for protecting biological objects from electromagnetic radiation, for improving the radiation patterns of antennas.

При современном развитии и эксплуатации радиотехнических СВЧ систем возникают проблемы электромагнитной безопасности. Длительное и регулярное воздействие СВЧ излучения на организм человека отрицательно влияет на мозг, сосуды, кровь, зрение, провоцирует образование опухолей [III Международная конференция «Человек и электромагнитные поля» (г. Саров, 24-27 мая 2010 г.): сборник докладов / Российский федеральный ядерный центр - Всероссийский науч.-исслед. ин-т экспериментальной физики; [редкол.: Лобкаева Е.П. и др.]. - Саров: РФЯЦ-ВНИИЭФ, 2010. - 470 с.]. Вот почему так важно соблюдать установленные требования санитарно-гигиенических норм безопасности, чтобы такая техника не вредила здоровью людей [ГН 2.1.8./2.2.4.019-94, СанПиН 2.2.4./2.1.8.055-96, ГОСТ 12.1.006-84]. Не менее важной для эффективного функционирования технических устройств СВЧ является проблема устранения помех, в т.ч. для безаварийной работы электронных систем. Во многих случаях поля, создаваемые излучателями СВЧ энергии, необходимо локализовать в некотором объеме, чтобы исключить или ослабить их воздействие на соседние чувствительные элементы радиоаппаратуры [Directive 2004/108/ЕС]. Паразитные переотражения и интерференция ЭМВ также могут быть серьезными источниками ложных сигналов и помех. [Электронная совместимость радиоэлектронных средств: учеб. пособие / Н.А. Малков, А.П. Пудовкин. - Тамбов: Изд-во Тамб. гос. техн. ун-та, 2007. - 88 с.]With the modern development and operation of microwave radio systems, electromagnetic safety problems arise. Long-term and regular exposure to microwave radiation to the human body negatively affects the brain, blood vessels, eyesight, and provokes the formation of tumors [III International Conference "Man and Electromagnetic Fields" (Sarov, May 24-27, 2010): collection of reports / Russian Federal Nuclear Center - All-Russian Scientific Research. Institute of Experimental Physics; [editorial: Lobkaeva EP and etc.]. - Sarov: RFNC-VNIIEF, 2010. - 470 p.]. That is why it is so important to comply with the established requirements of sanitary-hygienic safety standards so that such equipment does not harm human health [GN 2.1.8./2.2.4.019-94, SanPiN 2.2.4./2.1.8.055-96, GOST 12.1.006- 84]. No less important for the effective functioning of microwave technical devices is the problem of eliminating interference, including for trouble-free operation of electronic systems. In many cases, the fields created by microwave energy emitters need to be localized to some extent in order to eliminate or weaken their effect on neighboring sensitive elements of the radio equipment [Directive 2004/108 / EC]. Spurious reflections and EMF interference can also be serious sources of spurious signals and interference. [Electronic compatibility of electronic equipment: textbook. allowance / N.A. Malkov, A.P. Pudovkin. - Tambov: Publishing house of Tamb. state tech. University, 2007. - 88 p.]

Эффективный способ, который позволяет обеспечить требования электромагнитной экологии, снизить до приемлемого уровня естественные и искусственные помехи при работе радиоэлектронных систем, основан на применении экранирующих и радиопоглощающих материалов [Электромагнитные излучения. Методы и средства защиты / В.Л. Богуш, Т.В. Борботько, А.В, Гусинский и др.; Под ред. Л.М. Лынькова. - Мн.: Бестпринт, 2003. - 406 с. ил.: 173].An effective method that allows you to meet the requirements of electromagnetic ecology, to reduce to an acceptable level natural and artificial noise during the operation of electronic systems, is based on the use of shielding and radio-absorbing materials [Electromagnetic radiation. Methods and means of protection / V.L. Bogush, T.V. Borbotko, A.V., Gusinsky and others; Ed. L.M. Lynkova. - Mn .: Bestprint, 2003 .-- 406 p. ill .: 173].

Традиционно в качестве радиопоглощающих материалов используются композиты на основе альсиферов, пермаллоев, ферритов, а также аморфных сплавов системы Fe-Ni-Co. Однако они не удовлетворяют современным требованиям по диапазону рабочих частот и эффективности работы. Практика показывает, что наиболее перспективными для создания эффективных широкополосных систем электромагнитной защиты являются радиопоглощающие материалы на основе нанокристаллических магнитомягких порошков железных сплавов [Глезер A.M., Шурыгина Н.А. Аморфно-кристаллические сплавы. - М.: ФИЗМАТЛИТ, 2013. - 452 с.]. Металлическая композиция вводится в диэлектрическую матрицу и обеспечивает тем самым эффект поглощения падающей электромагнитной волны. Диапазон рабочих частот таких радиопоглощающих материалов наряду с магнитными свойствами решающим образом определяется фракционным составом магнитного порошка. Поэтому оптимальным техническим решением этой проблемы является создание многослойных радиопоглощающих композитов, в которых каждый слой армирован частицами одного фракционного состава и обеспечивает эффективное поглощение в относительно узком диапазоне частот, а многослойная композиция обеспечивает интегральный широкополосный эффект. Согласно [K.M. Limetal. / Journal of Non-Crystalline Solids 351 (2005) 75-83] для создания многослойных композитов для работы в наиболее реализуемом диапазоне мега- и гигагерцовых частот следует применять порошки фракции от 1 до 200 мкм. Расчеты показывают, что для этих диапазонов частот оптимальным является использование трех групп фракционного состава порошка (1-50 мкм, 50-100 мкм, 100-200 мкм), послойно вводимого в диэлектрическую матрицу.Traditionally, composites based on alsifer, permalloy, ferrite, and also amorphous alloys of the Fe-Ni-Co system are used as radar absorbing materials. However, they do not meet modern requirements for the range of operating frequencies and operational efficiency. Practice shows that the most promising for creating effective broadband systems of electromagnetic protection are radar absorbing materials based on nanocrystalline soft magnetic powders of iron alloys [Glezer A.M., Shurygina N.A. Amorphous-crystalline alloys. - M .: FIZMATLIT, 2013. - 452 p.]. The metal composition is introduced into the dielectric matrix and thereby provides the absorption effect of the incident electromagnetic wave. The range of operating frequencies of such radar absorbing materials along with magnetic properties is decisively determined by the fractional composition of the magnetic powder. Therefore, the optimal technical solution to this problem is the creation of multilayer radar absorbing composites in which each layer is reinforced with particles of the same fractional composition and provides effective absorption in a relatively narrow frequency range, and the multilayer composition provides an integrated broadband effect. According to [K.M. Limetal. / Journal of Non-Crystalline Solids 351 (2005) 75-83] to create multilayer composites for work in the most feasible range of mega- and gigahertz frequencies, fractions from 1 to 200 microns should be used. Calculations show that for these frequency ranges, it is optimal to use three groups of the fractional composition of the powder (1-50 microns, 50-100 microns, 100-200 microns), layer-by-layer introduced into the dielectric matrix.

Обеспечение требуемых высоких магнитных свойств радиопоглощающего композита может быть достигнуто за счет использования порошка, полученного с помощью измельчения быстрозакаленной (до миллиона градусов в секунду) аморфной ленты [Кузнецов П.А. Создание эффективных систем электромагнитной защиты на основе магнитомягких аморфных и нанокристаллических сплавов Со и Ре: Дис. … канд. техн. наук: 05.02.01 / ФГУП ЦНИИ КМ «Прометей». - СПб, 2005]. При этом традиционные методы обработки (мельницы, аттриторы и т.д.) аморфной ленты, имеющей, как правило, высокую твердость, не позволяют управляемо получать требуемую фракцию порошка и не исключают загрязнение порошка из-за намола трущихся рабочих элементов оборудования.Ensuring the required high magnetic properties of the radar absorbing composite can be achieved through the use of powder obtained by grinding rapidly quenched (up to a million degrees per second) amorphous tape [Kuznetsov P.A. Creation of effective electromagnetic protection systems based on soft magnetic amorphous and nanocrystalline Co and Fe alloys: Dis. ... cand. tech. Sciences: 05.02.01 / FGUP TSNII KM "Prometey". - St. Petersburg, 2005]. At the same time, traditional processing methods (mills, attritors, etc.) of an amorphous tape, which, as a rule, have high hardness, do not allow one to controllably obtain the required powder fraction and do not exclude powder contamination due to grinding of rubbing working elements of the equipment.

Наиболее эффективным методом обработки аморфной ленты является ударно-дезинтеграторная обработка (УДА), измельчающая исходную аморфную ленту при скоростях соударения встречных потоков обрабатываемого материала, превышающих десять скоростей звука. Однако даже при столь интенсивном воздействии не удается получить мелкую фракцию (менее 100 мкм) с экономически выгодным процентом выхода (не менее 80 мас.%) из «сырой» особо твердой ленты.The most effective method of processing an amorphous tape is shock disintegration processing (UDD), grinding the original amorphous tape at collision speeds of oncoming flows of the processed material in excess of ten sound speeds. However, even with such an intense exposure, it is not possible to obtain a fine fraction (less than 100 microns) with a cost-effective yield (at least 80 wt.%) From a “raw” especially hard tape.

Известны несколько способов обработки аморфной ленты с целью получения из нее дисперсного порошка мелкой фракции. Наиболее эффективным инструментом воздействия, как показала практика, является термическая обработка аморфной ленты, приводящая к ее охрупчиванию за счет нанокристаллических выделений. Известно несколько аналогов такого технического решения, объединяющей особенностью которых является выбор узкого температурного интервала для получения заданного узкого диапазона фракционного состава порошка, не перекрывающего весь диапазон современных требований.Several methods are known for processing an amorphous ribbon in order to obtain a fine powder of a fine fraction from it. The most effective tool of influence, as practice has shown, is the thermal treatment of an amorphous tape, leading to its embrittlement due to nanocrystalline precipitates. Several analogues of such a technical solution are known, the unifying feature of which is the choice of a narrow temperature range to obtain a given narrow range of powder fractional composition, which does not cover the entire range of modern requirements.

Так, в соответствии с патентом РФ №2530076 для получения порошка размером 15-35 мкм необходима термообработка исходной аморфной ленты при температурах (0,35-0,37)Тликвидуса используемого сплава. После термообработки производится измельчение в высокоскоростном дезинтеграторе. Указанная получаемая фракция (15-35 мкм) работает в резонансном режиме и не обеспечивает возможность создания широкополосных систем электромагнитной защиты во всем рабочем диапазоне частот (от 10 МГц до 40 ГГц).So, in accordance with RF patent No. 2530076, to obtain a powder with a size of 15-35 microns, heat treatment of the initial amorphous tape at temperatures (0.35-0.37) T of the liquidus of the alloy used is necessary. After heat treatment, grinding is carried out in a high-speed disintegrator. The specified obtained fraction (15-35 microns) operates in the resonant mode and does not provide the possibility of creating wideband electromagnetic protection systems in the entire operating frequency range (from 10 MHz to 40 GHz).

Известен другой способ измельчения аморфного материала (патент РФ №2397024), при котором в качестве исходного материала используется порошок фракции 80 мкм и после термообработки при температурах (0,4-0,6)Тликвидуса производится интенсивная обработка в дезитеграторе при скоростях вращения роторов 410 м/с и частоте соударения частиц, равной 5000-8000 уд./с. При этом получается наноразмерная фракция порошка от 3 до 100 нм в зависимости от химического состава. Такой порошок эффективно используется в качестве катализаторов, сорбентов и активаторов, но для создания систем электромагнитной защиты он непригоден.There is another method for grinding amorphous material (RF patent No. 2397024), in which a starting powder of a fraction of 80 μm is used and after heat treatment at temperatures (0.4-0.6) T of liquidus , intensive processing is carried out in a desizer at rotor speeds of 410 m / s and a particle collision frequency of 5000-8000 bpm. This results in a nanoscale powder fraction from 3 to 100 nm, depending on the chemical composition. Such a powder is effectively used as catalysts, sorbents and activators, but it is unsuitable for creating electromagnetic protection systems.

Наиболее близким по достигаемому эффекту к предлагаемому способу является способ получения нанокристаллического порошка по патенту РФ №2427451 (прототип). Особенностью этого способа является двуступенчатая термообработка аморфной ленты. Вначале исходную ленту термообрабатывают при температуре (0,25-0,29)Тликвидуса сплава, после чего измельчают ее до фракции 3-5 мм. Затем полученные частицы термообрабатывают при температуре (0,3-0,4)Тликвидуса до образования нанокристаллических выделений и обрабатывают в высокоскоростном дезитеграторе до фракции 20-60 мкм.The closest to the achieved effect to the proposed method is a method for producing nanocrystalline powder according to the patent of the Russian Federation No. 2427451 (prototype). A feature of this method is a two-stage heat treatment of an amorphous tape. Initially, the initial tape is heat treated at a temperature (0.25-0.29) T of the liquidus of the alloy, after which it is crushed to a fraction of 3-5 mm. Then, the obtained particles are heat treated at a temperature (0.3-0.4) T of liquidus to form nanocrystalline precipitates and processed in a high-speed desiterator to a fraction of 20-60 microns.

Таким образом, известные технические решения позволяют получать нанокристаллические порошки из магнитомягких сплавов в диапазоне от 15 до 60 мкм, что позволяет получать радиопоглощающие композиты в рабочем диапазоне частот от 4 до 14 ГГц, но не перекрывают весь спектр требуемых в настоящее время рабочих частот (от 10 МГц до 40 ГГц) для обеспечения эффективной защиты от электромагнитного излучения технических средств и биологических объектов. Следует особо отметить, что известные способы не позволяют получать за один цикл преимущественную фракцию с выходом годных более 40 мас.%, что существенно удорожает стоимость используемого для радиокомпозитов порошка и делает его нерентабильным при массовом производстве.Thus, the known technical solutions make it possible to obtain nanocrystalline powders from soft magnetic alloys in the range from 15 to 60 μm, which makes it possible to obtain radar absorbing composites in the operating frequency range from 4 to 14 GHz, but do not cover the entire spectrum of the currently required operating frequencies (from 10 MHz to 40 GHz) to provide effective protection against electromagnetic radiation of technical means and biological objects. It should be emphasized that the known methods do not allow to obtain the predominant fraction with a yield of more than 40 wt.% In one cycle, which significantly increases the cost of the powder used for radio composites and makes it unprofitable in mass production.

Техническим результатом изобретения является способ изготовления порошка, позволяющий поэтапно получать порошковый материал заданных поддиапазонов фракционного состава - от 1 до 50 мкм, от 50 до 100 мкм, от 100 до 200 мкм - путем варьирования режимов термической обработки. При предлагаемом способе изготовления выход годной фракции составляет не менее 80 мас.%.The technical result of the invention is a method for manufacturing a powder, which allows to gradually obtain a powder material of predetermined sub-ranges of fractional composition - from 1 to 50 μm, from 50 to 100 μm, from 100 to 200 μm - by varying the heat treatment modes. With the proposed manufacturing method, the yield of the fraction is at least 80 wt.%.

Для создания управляемого способа термообработки были детально изучены механизмы разупрочнения аморфной ленты, что позволило обоснованно связать получающуюся при термообработке структуру с фракционным составом порошка после высокоскоростной дезинтеграторной обработки и реализовать этот эффект на практике.To create a controlled method of heat treatment, the softening mechanisms of an amorphous tape were studied in detail, which allowed us to reasonably relate the structure obtained during heat treatment with the fractional composition of the powder after high-speed disintegration processing and to realize this effect in practice.

Особенностью предлагаемого способа является выполнение последовательных взаимосвязанных технологических операций термообработки, при которых каждая операция обеспечивает получение заданного поддиапазона фракции порошка, а реализация полного технологического цикла приводит к получению всего требуемого диапазона фракционного состава за счет создания определенной нанокристаллической структуры в аморфной матрице.A feature of the proposed method is the implementation of sequential interconnected technological operations of heat treatment, in which each operation provides a given sub-range of the powder fraction, and the implementation of the full technological cycle leads to the receipt of the entire required range of fractional composition by creating a specific nanocrystalline structure in an amorphous matrix.

На первом этапе исходная аморфная лента в состоянии поставки («сырая», стандартная толщина 20-30 мкм и ширина 20 мм) проходит предварительное измельчение на молотковой дробилке до размера частиц 3-5 мм. Этот получаемый размер частиц лимитируется диаметром приемного конуса стандартных дезинтеграторных установок, на которых реализуются последующие стадии обработки.At the first stage, the initial amorphous tape in the delivery state (“raw”, standard thickness 20-30 microns and width 20 mm) undergoes preliminary grinding on a hammer mill to a particle size of 3-5 mm. This obtained particle size is limited by the diameter of the receiving cone of standard disintegrator plants, which are used for the subsequent processing stages.

На втором этапе получение наиболее крупного требуемого фракционного поддиапазона 100-200 мкм достигается за счет низкотемпературного отжига измельченных до 3-5 мм частиц при температурах (0,1-0,15)Тликвидус сплава. Экспериментально установлено, что при этих температурах и изотермической выдержке 0,5-1,0 ч происходит снятие остаточных закалочных напряжений, возникающих в аморфной ленте в процессе ее получения при сверхскоростной закалке расплава (скорость охлаждения до нескольких миллионов градусов в секунду). Снятие закалочных напряжений охрупчивает ленту, но не приводит к образованию нанокристаллических выделений в аморфной матрице. Охрупченная лента легко измельчается в стандартных дезинтеграторах до размера частиц 100-200 мкм с выходом годных 80-90 мас.%. Доля других фракций незначительна и их практическое использование нецелесообразно. Из обработанной таким образом партии порошка отбирается требуемый объем для создания одного слоя радиокомпозита (как правило, отбирается 1/3).At the second stage, obtaining the largest required fractional subrange of 100-200 μm is achieved by low-temperature annealing of particles crushed to 3-5 mm at temperatures (0.1-0.15) T of liquidus alloy. It was experimentally established that at these temperatures and an isothermal exposure of 0.5-1.0 h, the residual quenching stresses occurring in the amorphous tape during its production during ultra-high-speed melt quenching (cooling rate up to several million degrees per second) are removed. The removal of quenching stresses embrittle the tape, but does not lead to the formation of nanocrystalline precipitates in the amorphous matrix. The embrittled tape is easily crushed in standard disintegrators to a particle size of 100-200 microns with a yield of 80-90 wt.%. The share of other fractions is insignificant and their practical use is inappropriate. From the batch of powder thus treated, the required volume is selected to create one layer of the radio composite (as a rule, 1/3 is selected).

На третьем этапе оставшиеся 2/3 объема подвергаются термообработке. Получение более мелких фракций с экономически выгодным процентом выхода годных достигается за счет управляемого выделения в аморфной матрице нанокристаллических фаз. Достижение этого результата базируется на проведенном нами исследовании о влиянии термообработки на структуру полученных в результате низкотемпературного отжига аморфных частиц фракции 100-200 мкм. Согласно нашим исследованиям при температурах (0,25-0,29)Тликвидус наблюдается эффект нанокристаллических предвыделений по гомогенному механизму с образованием зон Гинье-Престона [Hono K., Ping D.H. Atom probe studies of nanocrystallization of amorphous alloys / Materials Characterization 44:203-217 (2000)], которые образуют своеобразную «сетку», по периметру которой (в среднем, размер ячейки «слабых мест» сетки составляет 50-100 мкм) в процессе дальнейшей УДА обработки происходит измельчение ленты. Изотермическая выдержка при указанных температурах в течение 100-120 мин обеспечивает после обработки в дезинтеграторе выход годных порошка фракции 50-100 мкм не менее 80 мас.%. Доля более мелкой фракции требуемого поддиапазона (1-50 мкм) весьма несущественна и практического интереса не представляет.In the third stage, the remaining 2/3 of the volume is subjected to heat treatment. Obtaining finer fractions with a cost-effective yield is achieved by controlled release of nanocrystalline phases in an amorphous matrix. The achievement of this result is based on our study on the effect of heat treatment on the structure of amorphous particles of a fraction of 100-200 μm obtained as a result of low-temperature annealing. According to our studies at temperatures (0.25–0.29) T liquidus , the effect of nanocrystalline precipitates according to a homogeneous mechanism with the formation of Guinier-Preston zones is observed [Hono K., Ping DH Atom probe studies of nanocrystallization of amorphous alloys / Materials Characterization 44: 203 -217 (2000)], which form a kind of “grid”, along the perimeter of which (on average, the mesh size of the “weak points” of the grid is 50-100 microns) during further UDD processing, the tape is crushed. Isothermal exposure at the indicated temperatures for 100-120 min ensures after processing in the disintegrator the yield of suitable powder of a fraction of 50-100 microns is not less than 80 wt.%. The fraction of the smaller fraction of the required sub-range (1-50 μm) is very insignificant and is not of practical interest.

Из всего объема отбирается половина, из которой изготавливается второй слой радиокомпозита. После этого производится четвертый, финишный этап термообработки оставшегося объема порошка. Термообработка производится при температурах (0,42-0,45)Тликвидуса при длительной изотермической выдержке (150-180 мин) до полного завершения процесса образования в каждой частице так называемой «субсетки» в виде замкнутых цепочек нанокристаллов размером не менее 40 нм, по границам которых происходит дробление до самой мелкой требуемой фракции от 1 до 50 мкм.Of the total volume, half is selected from which the second layer of the radio composite is made. After this, the fourth, final stage of heat treatment of the remaining volume of powder is performed. Heat treatment is performed at temperatures (0.42-0.45) T of liquidus with prolonged isothermal exposure (150-180 min) until the formation of the so-called “subnetwork” in each particle in the form of closed chains of nanocrystals of at least 40 nm in size is completed the boundaries of which are crushed to the smallest required fraction from 1 to 50 microns.

Следует особо отметить, что используемое в приведенных выше аналогах время изотермической выдержки не превышает 90 мин, что, как показали испытания, не приводит к полной реализации структурных процессов. Только увеличение времени изотермической выдержки до 150-180 минут позволяет эффективно завершить те структурные изменения, которые характерны для выбранной температуры термообработки.It should be specially noted that the isothermal exposure time used in the above analogues does not exceed 90 minutes, which, as tests have shown, does not lead to the full implementation of structural processes. Only an increase in the time of isothermal exposure to 150-180 minutes allows you to effectively complete the structural changes that are characteristic of the selected heat treatment temperature.

Например, проведенные нами комплексные исследования порошковых материалов из сплавов на основе Fe (для сплавов системы Fe-Cu-Nb-Si-B типа Finemet) после соответствующей термообработки и дробления до фракции 50-100 мкм показали, что последующий нагрев порошка до температур (0,42-0,45)Тликвидус и изотермическая выдержка в течение 150-180 минут приводит к образованию нанокристаллов типа Fe3Si и α-(Fe,Si) по гетерогенному механизму (зародыши данных нанокристаллитов образуются на предвыделениях меди, которые образовались при отжиге при температурах (0,25-0,29)Тликвидуса; при этом нанокристаллиты также образуют «субсетку» со средним размером областей когерентного рассеяния на несколько порядков мельче сетки, образованной предвыделениями меди, например, для магнитомягких сплавов на основе железа со средним размером областей когерентного рассеяния 11-20 нм. При этом выделяющиеся нанокристаллы образуют «сетку» (аналогичную границам зерен в сталях) размером, как правило, 1-50 мкм. При последующем дезинтеграторном размоле разрушение обрабатываемых частиц происходит по размеру «сетки».For example, our comprehensive studies of powder materials from Fe-based alloys (for Finemet type Fe-Cu-Nb-Si-B alloys) after appropriate heat treatment and crushing to a fraction of 50-100 μm showed that subsequent heating of the powder to temperatures (0 , 42-0.45) Т liquidus and isothermal exposure for 150-180 minutes leads to the formation of nanocrystals of the type Fe 3 Si and α- (Fe, Si) by a heterogeneous mechanism (the nuclei of these nanocrystallites are formed on the pre-precipitations of copper, which were formed during annealing at temperatures (0.25-0.29) T to liquid ca ; in this case, nanocrystallites also form a “subnet” with an average size of coherent scattering regions several orders of magnitude smaller than the grid formed by copper pre-precipitates, for example, for magnetically soft iron-based alloys with an average size of coherent scattering regions of 11–20 nm. A “mesh” (similar to grain boundaries in steels) is usually 1-50 microns in size. With subsequent disintegrator grinding, the particles to be treated are destroyed by the size of the “mesh”.

Изотермическая выдержка на этом этапе обработки в течение 150-180 мин обеспечивает выход годного порошка фракции 1-50 мкм не менее 80 мас.%.Isothermal exposure at this stage of processing for 150-180 min provides a suitable powder yield of a fraction of 1-50 μm of at least 80 wt.%.

Таким образом, разработанная схема последовательной обработки аморфной ленты для управляемого получения трех поддиапазонов фракционного состава (100-200, 50-100, 1-50 мкм) с рентабельным процентом выхода годного порошка является базовой и обеспечивает создание многослойных широкополосных радиопоглощающих композитов. Причем эта схема может быть эффективно реализована только при соблюдении установленной последовательности операций. Исключение одного из этапов разработанного взаимосвязанного последовательного цикла приводит к потере управляемости процесса получения требуемого набора фракционного состава порошков с высоким экономически целесообразным выходом годных.Thus, the developed scheme of sequential processing of amorphous tape for the controlled production of three subbands of fractional composition (100-200, 50-100, 1-50 μm) with a cost-effective yield of powder is the base one and provides the creation of multilayer broadband radar absorbing composites. Moreover, this scheme can be effectively implemented only subject to the established sequence of operations. The exclusion of one of the stages of the developed interconnected sequential cycle leads to a loss of controllability of the process of obtaining the required set of fractional composition of powders with a high economically viable yield.

Выход порошка заданной фракции по предложенному способу составляет не менее 80 мас.%.The yield of powder of a given fraction by the proposed method is at least 80 wt.%.

Предлагаемый способ изготовления порошка можно проиллюстрировать следующей схемой взаимосвязанных последовательных этапов обработки материала (см. чертеж):The proposed method for the manufacture of powder can be illustrated by the following diagram of interrelated sequential stages of processing the material (see drawing):

Технический эффект от предлагаемого способа - создание трехслойного широкополосного радиопоглощающего композиционного материала на основе порошкового наполнителя различных фракций.The technical effect of the proposed method is the creation of a three-layer broadband radar absorbing composite material based on a powder filler of various fractions.

Технико-экономический эффект от предлагаемого способа получения порошка заключается в отсутствии отходов производства, возможности повторного использования порошка для размола до нужного размера фракции. Экономический эффект заключается в повышении выхода годных дорогостоящего порошка.The technical and economic effect of the proposed method for producing powder is the absence of production waste, the possibility of reusing the powder for grinding to the desired fraction size. The economic effect is to increase the yield of expensive powder.

Пример 1.Example 1

В качестве исходного материала для получения магнитомягкого порошка отбирали аморфную ленту сплава системы Fe-Cu-Nb-Si-B. Ширина аморфной ленты 20 мм, толщина 20 мкм. Опытная партия составила 5 кг.An amorphous Fe – Cu – Nb – Si – B system alloy strip was selected as a starting material for obtaining a soft magnetic powder. The width of the amorphous tape is 20 mm, the thickness is 20 microns. The experimental batch was 5 kg.

На первом этапе «сырая» лента подвергалась дроблению в молотковой дробилке МД 3×2 до частиц размером 3-5 мм, что необходимо для дальнейшего передела ленты в дезинтеграторной установке.At the first stage, the “raw” tape was crushed in an MD 3 × 2 hammer mill to particles with a size of 3-5 mm, which is necessary for further redistribution of the tape in a disintegrator.

На втором этапе частицы ленты термообрабатывались при температуре 0,1Тликвидус в течение 30 мин.At the second stage, the tape particles were heat treated at a temperature of 0.1T liquidus for 30 minutes.

Затем полученные частицы ленты измельчали в высокоскоростном дезинтеграторе ДЕЗИ-15, после размола отсеивали порошок фракции от 100 до 200 мкм, что составляло 90 мас.% от начального объема обработанного материала. 30 мас.% отсеянного порошка из этого объема (1,35 кг) шли на изготовление первого слоя радиопоглощающего композита.Then, the obtained particles of the tape were ground in a high-speed disintegrator DEZI-15, after grinding, the powder fraction from 100 to 200 μm was sieved, which amounted to 90 wt.% Of the initial volume of the processed material. 30 wt.% Of the screened powder from this volume (1.35 kg) went to the manufacture of the first layer of the radar absorbing composite.

На третьем этапе остальной порошок (3,65 кг) был термообработан при температуре 0,25Тликвидуса в течение 100 мин. Далее проводился дезинтеграторный размол. Был отсеян порошок фракции 50-100 мкм, 50 мас.%) (1,63 кг) от общего полученного количества шли на изготовление второго слоя радиопоглощающего композита.In the third stage, the rest of the powder (3.65 kg) was heat treated at a temperature of 0.25T liquidus for 100 minutes. Next, disintegration grinding was carried out. The powder fraction of 50-100 μm, 50 wt.%) (1.63 kg) of the total amount obtained was screened out and went to the manufacture of the second layer of the radar absorbing composite.

На четвертом этапе оставшийся порошок (2,02 кг) был термообработан при температуре 0,42Тликвидуса в течение 150 мин и размолот в дезинтеграторе. После размола был отсеян порошок фракции 1-50 мкм (1,62 кг) и из него изготовлен третий слой радиопоглощающего композита.In the fourth stage, the remaining powder (2.02 kg) was heat-treated at a temperature of 0.42T liquidus for 150 minutes and ground in a disintegrator. After grinding, a powder of a fraction of 1-50 μm (1.62 kg) was sifted out and a third layer of a radio-absorbing composite was made from it.

Далее проводилась консолидация всех трех слоев в многослойный композиционный радиопоглощающий материал.Then, all three layers were consolidated into a multilayer composite radar absorbing material.

Пример 2.Example 2

В качестве исходного материала для получения магнитомягкого порошка отбирали аморфную ленту сплава системы Fe-Cu-Nb-Si-B. Ширина аморфной ленты 20 мм, толщина 20 мкм. Опытная партия составила 5 кг.An amorphous Fe – Cu – Nb – Si – B system alloy strip was selected as a starting material for obtaining a soft magnetic powder. The width of the amorphous tape is 20 mm, the thickness is 20 microns. The experimental batch was 5 kg.

На первом этапе «сырая» лента подвергалась дроблению в молотковой дробилке МД 3×2 до частиц размером 3-5 мм, что необходимо для дальнейшего передела ленты в дезинтеграторной установке.At the first stage, the “raw” tape was crushed in an MD 3 × 2 hammer mill to particles with a size of 3-5 mm, which is necessary for further redistribution of the tape in a disintegrator.

На втором этапе частицы ленты термообрабатывались при температуре 0,15Тликвидус в течение 60 мин.At the second stage, the tape particles were heat treated at a temperature of 0.15T liquidus for 60 minutes.

Затем полученные частицы ленты измельчали в высокоскоростном дезинтеграторе ДЕЗИ-15, после размола отсеивали порошок фракции от 100 до 200 мкм, что составляло 97 мас.% от начального объема обработанного материала. 30 мас.% отсеянного порошка из этого объема (1,455 кг) шли на изготовление первого слоя радиопоглощающего композита.Then, the obtained tape particles were crushed in a high-speed desi-15 disintegrator; after grinding, the powder fraction from 100 to 200 μm was sieved, which amounted to 97 wt.% Of the initial volume of the processed material. 30 wt.% Of the screened powder from this volume (1.455 kg) went to the manufacture of the first layer of the radar absorbing composite.

На третьем этапе остальной порошок (3,545 кг) был термообработан при температуре 0,29Тликвидуса в течение 120 мин. Далее проводился дезинтеграторный размол. Был отсеян порошок фракции 50-100 мкм, 50 мас.% (1,72 кг) от общего полученного количества шли на изготовление второго слоя радиопоглощающего композита.In the third stage, the rest of the powder (3,545 kg) was heat-treated at a temperature of 0.29T liquidus for 120 minutes. Next, disintegration grinding was carried out. The powder fraction of 50-100 microns was weeded out, 50 wt.% (1.72 kg) of the total amount received went to the manufacture of the second layer of the radar absorbing composite.

На четвертом этапе оставшийся порошок (1,825 кг) был термообработан при температуре 0,45Тликвидуса в течение 180 мин и размолот в дезинтеграторе. После размола был отсеян порошок фракции 1-50 мкм (1,65 кг) и из него изготовлен третий слой радиопоглощающего композита.In the fourth stage, the remaining powder (1.825 kg) was heat-treated at a temperature of 0.45T liquidus for 180 minutes and ground in a disintegrator. After grinding, a powder of a fraction of 1-50 μm (1.65 kg) was sieved and a third layer of a radar absorbing composite was made from it.

Далее проводилась консолидация всех трех слоев в многослойный композиционный радиопоглощающий материал.Then, all three layers were consolidated into a multilayer composite radar absorbing material.

Результаты рассевов на фракции представлены в табл. 1.The results of screening for fractions are presented in table. one.

В табл. 1 показано существенное преимущество предлагаемого технического решения по сравнению с прототипом.In the table. 1 shows a significant advantage of the proposed technical solution compared with the prototype.

Figure 00000001
Figure 00000001

Claims (2)

1. Способ получения нанокристаллического магнитомягкого порошкового материала для изготовления широкополосного радиопоглощающего композита, включающий измельчение аморфной ленты из магнитомягкого сплава на молотковой дробилке до частиц 3-5 мм, измельчение полученных частиц в высокоскоростном дезинтеграторе, отличающийся тем, что проводят термическую обработку полученных после измельчения на молотковой дробилке частиц при температуре (0,1-0,15)Тликвидус в течение 30-60 мин с обеспечением снятия закалочных напряжений, измельчение в высокоскоростном дезинтеграторе ведут с получением порошка с частицами размером 100-200 мкм, при этом из полученного в дезинтеграторе порошка отсеивают 30 мас.% порошка для изготовления первого слоя композита, после чего ведут термическую обработку оставшегося порошка с частицами размером 100-200 мкм при температуре (0,25-0,29)Тликвидус в течение 100-120 мин для образования нанокристаллических предвыделений с последующим размолом в дезинтеграторе с получением порошка с частицами размером 50-100 мкм, отсеивают 50 мас.% полученного порошка для изготовления второго слоя композита, ведут термическую обработку оставшегося порошка с частицами размером 50-100 мм при температуре (0,42-0,45)Тликвидус в течение 150-180 мин с обеспечением образования нанокристаллической структуры, после чего его размалывают в дезинтеграторе и отсеивают с получением порошка с частицами размером 1-50 мкм для изготовления третьего слоя композита.1. A method of producing a nanocrystalline soft magnetic powder material for the manufacture of a broadband radar absorbing composite, comprising grinding an amorphous tape from a soft magnetic alloy on a hammer mill to particles of 3-5 mm, grinding the resulting particles in a high-speed disintegrator, characterized in that they are heat treated after grinding on a hammer crusher particles at a temperature of (0.1-0.15) T liquidus for 30-60 minutes to ensure removal of the quenching stresses grinding in high a high-speed disintegrator is carried out to obtain a powder with particles of 100-200 μm in size, while from the powder obtained in the disintegrator, 30 wt.% of the powder is sieved to produce the first layer of the composite, after which the remaining powder is heated with particles of 100-200 μm in size at a temperature ( 0,25-0,29) T liquidus for 100-120 minutes to form nanocrystalline predvydeleny followed by grinding in a disintegrator to produce a powder with a particle size of 50-100 microns, screened 50 wt.% of the obtained powder to manufacture WTO th composite layer are heat treating the remaining powder with particle size of 50-100 mm at a temperature of (0,42-0,45) T liquidus for 150-180 minutes ensuring the formation of a nanocrystalline structure, after which it was milled and screened in a disintegrator with obtaining a powder with particles of 1-50 microns in size for the manufacture of the third layer of the composite. 2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что выход порошка указанных фракций составляет не менее 80%.2. The method according to p. 1, characterized in that the powder yield of these fractions is at least 80%.
RU2015153532A 2015-12-15 2015-12-15 Method of production of nanocrystal powder material for manufacture of wild-strip composite material RU2625511C2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2015153532A RU2625511C2 (en) 2015-12-15 2015-12-15 Method of production of nanocrystal powder material for manufacture of wild-strip composite material

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2015153532A RU2625511C2 (en) 2015-12-15 2015-12-15 Method of production of nanocrystal powder material for manufacture of wild-strip composite material

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2015153532A RU2015153532A (en) 2017-06-20
RU2625511C2 true RU2625511C2 (en) 2017-07-14

Family

ID=59068026

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2015153532A RU2625511C2 (en) 2015-12-15 2015-12-15 Method of production of nanocrystal powder material for manufacture of wild-strip composite material

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2625511C2 (en)

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU1560321A1 (en) * 1987-12-10 1990-04-30 Предприятие П/Я А-3700 Method of producing metallic powder
US20070193657A1 (en) * 2006-02-22 2007-08-23 Markus Brunner Method For Producing Powder Compound Cores Made From Nano-Crystalline Magnetic Material
RU2397024C1 (en) * 2009-06-01 2010-08-20 Федеральное государственное унитарное предприятие Центральный научно-исследовательский институт конструкционных материалов "Прометей" (ФГУП ЦНИИ КМ "Прометей") Method for production of nanosize metal powder
RU2427451C2 (en) * 2009-11-16 2011-08-27 Федеральное Государственное Унитарное Предприятие "Центральный Научно-Исследовательский Институт Конструкционных Материалов "Прометей" (Фгуп "Цнии Км "Прометей") Method of producing nanocrystalline magnetic powder for fabricating wideband radar absorbent materials
RU2530076C2 (en) * 2012-11-29 2014-10-10 Федеральное Государственное Унитарное Предприятие "Центральный Научно-Исследовательский Институт Конструкционных Материалов "Прометей" (Фгуп "Цнии Км "Прометей") Method of producing nanocrystalline powder

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU1560321A1 (en) * 1987-12-10 1990-04-30 Предприятие П/Я А-3700 Method of producing metallic powder
US20070193657A1 (en) * 2006-02-22 2007-08-23 Markus Brunner Method For Producing Powder Compound Cores Made From Nano-Crystalline Magnetic Material
RU2397024C1 (en) * 2009-06-01 2010-08-20 Федеральное государственное унитарное предприятие Центральный научно-исследовательский институт конструкционных материалов "Прометей" (ФГУП ЦНИИ КМ "Прометей") Method for production of nanosize metal powder
RU2427451C2 (en) * 2009-11-16 2011-08-27 Федеральное Государственное Унитарное Предприятие "Центральный Научно-Исследовательский Институт Конструкционных Материалов "Прометей" (Фгуп "Цнии Км "Прометей") Method of producing nanocrystalline magnetic powder for fabricating wideband radar absorbent materials
RU2530076C2 (en) * 2012-11-29 2014-10-10 Федеральное Государственное Унитарное Предприятие "Центральный Научно-Исследовательский Институт Конструкционных Материалов "Прометей" (Фгуп "Цнии Км "Прометей") Method of producing nanocrystalline powder

Also Published As

Publication number Publication date
RU2015153532A (en) 2017-06-20

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN107578877B (en) Iron-based nanocrystalline magnetic powder core with magnetic conductivity mu-90 and preparation method thereof
US8372218B2 (en) Magnet core and method for its production
CN109273185B (en) Method for preparing magnetic powder core by using iron-based nanocrystalline alloy powder
Charleux et al. Thermal ageing of an Fe‒Cu alloy: Microstructural evolution and precipitation hardening
JP2002280224A (en) Amorphous alloy powder core and nanocrystal alloy powder core, and their manufacturing method
CN110235212B (en) Magnetic flat powder and magnetic sheet containing the same
KR102280512B1 (en) Magnetic powder used at high frequency and magnetic resin composition containing the same
Miura et al. Microwave absorption properties of the nano-composite powders recovered from Nd–Fe–B bonded magnet scraps
Mahadevan et al. Effect of three-step calcination on structural, magnetic and microwave properties of BaFe11. 5Ti0. 5O19 hexaferrite
RU2625511C2 (en) Method of production of nanocrystal powder material for manufacture of wild-strip composite material
KR101429530B1 (en) Flake powder for electromagnetic wave absorber and method for manufacturing the same
CN113165068B (en) Alloy powder for magnetic member
WO2020196608A1 (en) Amorphous alloy thin strip, amorphous alloy powder, nanocrystalline alloy dust core, and method for producing nanocrystalline alloy dust core
RU2427451C2 (en) Method of producing nanocrystalline magnetic powder for fabricating wideband radar absorbent materials
Lee et al. Microwave absorbing properties of flaky Fe-Si-Al alloy powder-rubber composites
RU2530076C2 (en) Method of producing nanocrystalline powder
WO2000010755A1 (en) Method for producing a metallic powder with a low coercitive field strength
Kuznetsov et al. Study of radioengineering parameters of powders of an amag-200 amorphous soft magnetic alloy
WO2006018771A1 (en) Microwave treatment of iron ore
Kuznetsov et al. Influence of heat treatment on the efficiency of impact fragmentation of amorphous alloy Fe 73.5 Cu 1 Nb 3 Si 13.5 B 9 ribbons
Wang et al. Effect of microwave irradiation on the grinding and magnetic separation characteristics of vanadium titano-magnetite
Ghosh et al. Formation and magnetic properties of nanocrystalline 78.5-permalloy by mechanical alloying
Rasib et al. Effect of milling speed on properties of Fe-NbC composite prepared by mechanical alloying
Yepes et al. Preparation and characterization of Fe50Co50 nanostructured alloy
Todaka et al. Nanocrystallization in Fe-C alloys by ball milling and ball drop test

Legal Events

Date Code Title Description
QB4A Licence on use of patent

Free format text: LICENCE FORMERLY AGREED ON 20200415

Effective date: 20200415