RU2678858C1 - Способ получения порошка на основе тугоплавких соединений - Google Patents

Способ получения порошка на основе тугоплавких соединений Download PDF

Info

Publication number
RU2678858C1
RU2678858C1 RU2017143336A RU2017143336A RU2678858C1 RU 2678858 C1 RU2678858 C1 RU 2678858C1 RU 2017143336 A RU2017143336 A RU 2017143336A RU 2017143336 A RU2017143336 A RU 2017143336A RU 2678858 C1 RU2678858 C1 RU 2678858C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
powder
refractory compounds
combustion
shear deformation
synthesis
Prior art date
Application number
RU2017143336A
Other languages
English (en)
Inventor
Павел Михайлович Бажин
Александр Моисеевич Столин
Александр Сергеевич Константинов
Максим Валерьевич Михеев
Original Assignee
Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт структурной макрокинетики и проблем материаловедения им. А.Г. Мержанова Российской академии наук (ИСМАН)
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 бюджетное учреждение науки Институт структурной макрокинетики и проблем материаловедения им. А.Г. Мержанова Российской академии наук (ИСМАН) filed Critical Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт структурной макрокинетики и проблем материаловедения им. А.Г. Мержанова Российской академии наук (ИСМАН)
Priority to RU2017143336A priority Critical patent/RU2678858C1/ru
Application granted granted Critical
Publication of RU2678858C1 publication Critical patent/RU2678858C1/ru

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
    • B22F9/16Making metallic powder or suspensions thereof using chemical processes
    • 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
    • B22F3/00Manufacture of workpieces or articles from metallic powder characterised by the manner of compacting or sintering; Apparatus specially adapted therefor ; Presses and furnaces
    • B22F3/12Both compacting and sintering
    • B22F3/16Both compacting and sintering in successive or repeated steps
    • 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
    • B22F3/00Manufacture of workpieces or articles from metallic powder characterised by the manner of compacting or sintering; Apparatus specially adapted therefor ; Presses and furnaces
    • B22F3/23Manufacture of workpieces or articles from metallic powder characterised by the manner of compacting or sintering; Apparatus specially adapted therefor ; Presses and furnaces involving a self-propagating high-temperature synthesis or reaction sintering step
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C22METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22CALLOYS
    • C22C29/00Alloys based on carbides, oxides, nitrides, borides, or silicides, e.g. cermets, or other metal compounds, e.g. oxynitrides, sulfides
    • C22C29/005Alloys based on carbides, oxides, nitrides, borides, or silicides, e.g. cermets, or other metal compounds, e.g. oxynitrides, sulfides comprising a particular metallic binder

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Manufacture Of Metal Powder And Suspensions Thereof (AREA)

Abstract

Изобретение относится к получению порошка на основе тугоплавких соединений. Способ включает приготовление экзотермической смеси переходного металла и неметалла, размещение приготовленной смеси в цилиндрическом реакторе, инициирование реакции горения в приготовленной смеси в режиме самораспространяющегося высокотемпературного синтеза (СВС) тугоплавких соединений, сдвиговое деформирование продуктов горения с получением порошка. Сдвиговое деформирование продуктов горения ведут сразу после прохождения волны реакции горения посредством вращающегося с частотой 600-3000 об/мин ротора, который опускают в цилиндрический реактор до основания. Обеспечивается увеличение производительности. 1 ил., 1 табл., 4 пр.

Description

Изобретение относится к области порошковой металлургии, в частности для получения порошковых материалов тугоплавких соединений способами, сочетающими горение в режиме самораспространяющегося высокотемпературного синтеза (СВС) и высокотемпературное сдвиговое деформирование продуктов синтеза. Полученные предлагаемым способом материалы могут быть использованы в металлургии, химической и инструментальной промышленности, авиадвигателестроении и других областях.
Известен традиционный способ синтеза тугоплавких неорганических соединений методом СВС (SU 255221 A1, C01G 1/00, 00.00.1969 г.), способ синтеза тугоплавких неорганических соединений / Мержанов А. Г., Шкиро В.М., Боровинская И.П. // БИ. 1971. N 10; патент Франции N 2088668, 1972; патент США N 3726643, 1973; патент Великобритании N 1321084, 1973; патент Японии N 1098839, 1981.), который заключается в экзотермической реакции исходных компонент в реакторах горения, с последующим остыванием продуктов синтеза и их размолом в шаровых мельницах и аттриторах. При этом, недостатком указанного способа, ввиду высокой твердости и прочности синтезированных материалов, является операция измельчения, которая требует больших усилий и времени, при этом порошок загрязняется металлом.
Известен способ (SU 1815934 A1, С01В 31/30, С01В 21/06, 20.09.2003 г.) получения порошков неорганических соединений в режиме самораспространяющегося высокотемпературного синтеза из реакционной смеси, включающей составляющие соединение элементы, в замкнутом объеме с последующим измельчением полученного продукта и его химической обработкой, с целью увеличения удельной поверхности порошка
соединения и повышения его чистоты, химическую обработку ведут при 40-100°С и непрерывном перемешивании в растворах кислот с концентрацией 5-30 мас. % либо в растворах щелочей с концентрацией 2-40 мас. %, либо в растворах солей с концентрацией 10-30 мас. %. Недостатком данного способа является сложность и длительность химической обработке синтезированного материала.
Известен способ (RU 2163180 C1, B22F 9/16, B22F 9/04, 20.02.2001 г. ) получения тугоплавких порошковых продуктов, который включает приготовление шихты реакционноспособного состава, самораспространяющийся высокотемпературный синтез и измельчение продуктов синтеза до порошкообразного состояния, при этом измельчение осуществляют путем пропускания продукта между валками прокатного стана в режиме пробуксовывания одного валка относительно другого в паре со ступенчатым изменением диаметров по длине, причем диаметры пары валков каждой ступени связаны между собой. Недостатком указанного способа является сложность и повышенные требования к используемому оборудованию, многостадийность при диспергировании.
Известен способ получения порошков тугоплавких соединений (RU 2161548 С2, B22F 9/16, B22F 3/23, 10.01.2001 г. ), который включает приготовление экзотермической смеси порошков переходного металла и неметалла, сжигание экзотермической смеси в режиме самораспространяющегося высокотемпературного синтеза при направленной фильтрации примесных газов. При этом экзотермическую смесь предварительно гранулируют, синтез ведут в полузакрытом реакторе, в качестве неметалла используют углерод, бор, кремний и др. Недостатком указанного способа является наличие дополнительных технологических операций предварительного гранулирования исходных реагентов и химического обогащения, что снижает производительность процесса получения порошков.
Известны способы получения порошков тугоплавких соединений (RU 2161548, B22F 9/16, B22F 3/23, 10.01.2001 г.; RU 98100315А, B22F 9/16, 27.10.1999 г. ). Способы получения порошков тугоплавких соединений, включающие сжигание экзотермической смеси переходного металла и неметалла (углерода, бора, кремния и др.) в режиме самораспространяющегося высокотемпературного синтеза при направленной фильтрации примесных газов, что исключает разбавление исходной шихты конечным продуктом, и при этом продукт получается в виде легкоразрушающейся пористой массы, что снижает загрязнение целевых порошков материалом мелющих тел на стадиях окончательного передела. Недостатком данного способа является сложность аппаратного оформления, необходимость предварительного гранулирования исходных реагентов, а также необходимость последующей очистки конечных продуктов синтеза от непрореагировавших компонент.
Наиболее близким по технической сущности к заявляемому изобретению является способ синтеза порошковых материалов в условиях СВС и сдвигового деформирования (П.М. Бажин, A.M. Столин, М.В. Михеев, чл.-корр. РАН М.И. Алымов. Самораспространяющийся высокотемпературный синтез в условиях совместного действия давления со сдвигом).
Доклады академии наук, Химическая технология. 2017. Т. 473. №5. С. 568-571. DOI: 10.7868/S0869565217110135), который включает приготовление экзотермической смеси переходного металла и неметалла (углерода, бора, кремния, алюминия и др.), инициирование реакции, самораспространяющийся высокотемпературный синтез и последующее сдвиговое деформирование продуктов горения. Недостатком прототипа является низкий выход продукта дисперсностью менее 400 мкм, что говорит о низкой производительности процесса.
Техническим результатом предлагаемого способа является усовершенствование способа и увеличение производительности процесса получения порошковых материалов.
Технический результат достигается тем, что способ получения порошка на основе тугоплавких соединений включает приготовление экзотермической смеси переходного металла и неметалла, размещение приготовленной смеси в цилиндрическом реакторе, инициирование реакции горения в приготовленной смеси в режиме самораспространяющегося высокотемпературного синтеза (СВС) тугоплавких соединений, сдвиговое деформирование продуктов горения с получением порошка, отличающийся тем что, сдвиговое деформирование продуктов горения ведут сразу после прохождения волны реакции горения посредством вращающегося с частотой 600-3000 об/мин. ротора, который опускают в цилиндрический реактор до основания.
Сущность предложенного способа заключается в проведении синтеза исходных компонент металла и неметалла в режиме самораспространяющегося высокотемпературного синтеза в сочетании с высокотемпературным сдвиговым деформированием. Способ осуществляют следующим образом. В графитовый или металлический цилиндрический реактор 1 помещают предварительно перемешанную шихту 2 из исходных компонент металла (титан, алюминий, железо и др.) и неметалла (углерод, бор, кремний и др.) в насыпном виде или в виде компактной цилиндрической заготовки (фиг.). Инициируют вольфрамовой спиралью 3 реакцию, и после заданного времени производят опускание вращающегося ротора 4 до основания реактора. Измельчение предложенным способом продуктов горения происходит сразу после синтеза, когда в материале не успевают пройти процессы консолидации и агломерирования. Реализация предложенного способа базируется на способности горячей массы синтезированного продукта к макроскопической деформации, которая приводит к перемешиванию зарождающейся мелкодисперсной структуры
при горении и подавляет развитие процессов кристаллизации и рекристаллизации. Управление процессом высокотемпературного сдвигового деформирования (величина, время, скорость, интенсивность) позволяет получить в одну технологическую стадию порошок заданной дисперсности, оказывать влияние на процессы горения и структурообразования синтезированных материалов, повысить физико-механические характеристики получаемого порошка, управлять его морфологией. После синтеза порошков традиционным способом СВС без приложения сдвигового деформирования, синтезированный материал состоит из спека и для его последующего размола требуются дополнительные технологические операции диспергирования и большие усилия. Так, например, при синтезе порошка карбида титана с увеличением частоты вращения ротора от 120 до 3000 об/мин доля частиц с размерами менее 400 мкм увеличивается с 52 до 97 масс. % (табл.).
Сущность предлагаемого изобретения подтверждается следующими примерами.
Пример 1. Приготавливают экзотермическую смесь порошков исходных компонент в соотношении масс. %: (80) Ti - (20) С, помещают ее в реактор для СВС-измельчения, проводят СВС, после прохождения волны горения опускают вращающий ротор с частотой вращения 600 об/мин. После охлаждения просеивают порошок через сита и строят кривые распределения частиц по размерам (табл.). Полученный порошок состоит из 78 масс. % частиц дисперсностью менее 400 мкм, что в 1,2-1,5 раза больше, чем для прототипа и 78 раз больше, чем для традиционного способа получения.
Пример 2. В условиях примера 1, отличающийся тем, что после прохождения волны горения опускают вращающий ротор с частотой вращения 1200 об/мин. После охлаждения просеивают синтезированный порошок через сита и строят кривые распределения частиц по размерам. Полученный порошок состоит из 89 масс. % частиц дисперсностью менее 400
мкм, что в 1,3-1,7 раза больше, чем для прототипа и 89 раз больше, чем для традиционного способа получения.
Пример 3. В условиях примера 1, отличающийся тем, что после прохождения волны горения опускают вращающий ротор с частотой вращения 2400 об/мин. После охлаждения просеивают синтезированный порошок через сита и строят кривые распределения частиц по размерам. Полученный порошок состоит из 92 масс. % частиц дисперсностью менее 400 мкм, что в 1,4-1,8 раза больше, чем для прототипа и 92 раза больше, чем для традиционного способа получения.
Пример 4. В условиях примера 1, отличающийся тем, что после прохождения волны горения опускают вращающий ротор с частотой вращения 3000 об/мин. После охлаждения просеивают синтезированный порошок через сита и строят кривые распределения частиц по размерам. Полученный порошок состоит из 97 масс. % частиц дисперсностью менее 400 мкм, что в 1,4-1,9 раза больше, чем для прототипа и 97 раз больше, чем для традиционного способа получения.
Распределения частиц по размерам в сравнении с порошком, полученным традиционным методом СВС и по прототипу представлены в таблице.
Figure 00000001
Таким образом, предлагаемая совокупность признаков изобретения позволяет получать порошки на основе тугоплавких соединений в одну технологическую стадию с размерами частиц менее 400 мкм с массовой долей более 97%., при этом производительность процесса получения порошка возрастает в 2-4 раза по сравнению с традиционным способом получения и в 1,5-2 раза по сравнению с прототипом. Полученные порошки могут быть использованы в металлургии, химической и инструментальной промышленности, авиадвигателестроении и других областях при изготовлении изделий различного функционального назначения, работающих при абразивном износе, повышенных температурах и в агрессивных средах.

Claims (1)

  1. Способ получения порошка на основе тугоплавких соединений, включающий приготовление экзотермической смеси переходного металла и неметалла, размещение приготовленной смеси в цилиндрическом реакторе, инициирование реакции горения в приготовленной смеси в режиме самораспространяющегося высокотемпературного синтеза (СВС) тугоплавких соединений, сдвиговое деформирование продуктов горения с получением порошка, отличающийся тем, что сдвиговое деформирование продуктов горения ведут сразу после прохождения волны реакции горения посредством вращающегося с частотой 600-3000 об/мин ротора, который опускают в цилиндрический реактор до основания.
RU2017143336A 2017-12-12 2017-12-12 Способ получения порошка на основе тугоплавких соединений RU2678858C1 (ru)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2017143336A RU2678858C1 (ru) 2017-12-12 2017-12-12 Способ получения порошка на основе тугоплавких соединений

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2017143336A RU2678858C1 (ru) 2017-12-12 2017-12-12 Способ получения порошка на основе тугоплавких соединений

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2678858C1 true RU2678858C1 (ru) 2019-02-04

Family

ID=65273474

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2017143336A RU2678858C1 (ru) 2017-12-12 2017-12-12 Способ получения порошка на основе тугоплавких соединений

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2678858C1 (ru)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2779580C1 (ru) * 2021-12-13 2022-09-09 Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт структурной макрокинетики и проблем материаловедения им. А.Г. Мержанова Российской академии наук Способ получения электродов для электроискрового легирования на основе композиционного материала TiB2-Co2B

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
UA15340A (ru) * 1995-04-19 1997-06-30 Ганна Вікторівна Дрозденко Способ получения карбида титана
RU2161548C2 (ru) * 1998-01-05 2001-01-10 Самарский государственный технический университет Способ получения порошков тугоплавких соединений
US9138806B2 (en) * 2012-12-19 2015-09-22 King Saud University In-situ combustion synthesis of titanium carbide (TiC) reinforced aluminum matrix composite

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
UA15340A (ru) * 1995-04-19 1997-06-30 Ганна Вікторівна Дрозденко Способ получения карбида титана
RU2161548C2 (ru) * 1998-01-05 2001-01-10 Самарский государственный технический университет Способ получения порошков тугоплавких соединений
US9138806B2 (en) * 2012-12-19 2015-09-22 King Saud University In-situ combustion synthesis of titanium carbide (TiC) reinforced aluminum matrix composite

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
БАЖИН П.М. Самораспространяющийся высокотемпературный синтез в условиях совместного действия давления со сдвигом. Доклады академии наук, 2017, том.473, N5, с.568-571. *

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2779580C1 (ru) * 2021-12-13 2022-09-09 Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт структурной макрокинетики и проблем материаловедения им. А.Г. Мержанова Российской академии наук Способ получения электродов для электроискрового легирования на основе композиционного материала TiB2-Co2B

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR101484339B1 (ko) 미세 다이아몬드 분말을 수집하기 위한 방법
CN107805489B (zh) 一种微纳米级立方氮化硼磨料及其制备方法
US2853401A (en) Method of incorporating a metal binder or matrix phase in mixes of metals and/or metals and metal compounds
CN102248178B (zh) 机械合金化热处理法制备6Al4V钛合金粉的工艺
JP6483722B2 (ja) 酸性官能基を有するナノダイヤモンド、及びその製造方法
RU2678858C1 (ru) Способ получения порошка на основе тугоплавких соединений
JP6902015B2 (ja) ナノダイヤモンド分散液、及びその製造方法
CN103143716B (zh) 一种钨粉的制备方法
RU2681022C1 (ru) Способ получения узкофракционных сферических порошков из жаропрочных сплавов на основе алюминида никеля
RU2354501C1 (ru) Способ получения порошковых материалов на основе алюминида никеля или алюминида титана
Peddarasi et al. Mechanochemical effect on synthesis and sintering behavior of MgAl2O4 spinel
RU2697140C1 (ru) Способ получения порошка на основе тугоплавких соединений
JP2782665B2 (ja) チタンまたはチタン合金粉末の製造方法
RU2593061C1 (ru) Способ получения ультрадисперсных порошков титана
CN108640144B (zh) 一种氧化钇双级纳米球及其制备方法
RU2763814C1 (ru) Способ получения нанодисперсных порошков
US20210139334A1 (en) System and method for preparing graphene oxide and reduced graphene oxide
RU2697139C1 (ru) Способ получения магнитно-абразивного порошка
JP2018165235A (ja) 微粒炭化タングステン粉末
JPS6117403A (ja) 金属硼化物、炭化物、窒化物、珪化物、酸化物系物質およびそれらの製造方法
CN103418799B (zh) 一种Ni-Al系金属间化合物粉末的制备方法
Gaffet et al. Mechanical milling
RU2667452C1 (ru) Способ получения наноразмерного порошка карбида вольфрама
RU2072320C1 (ru) Способ получения тугоплавкого материала
RU2766956C1 (ru) Способ получения порошков карбидов титана и вольфрама