RU2750784C1 - Method for obtaining powder composite material - Google Patents
Method for obtaining powder composite material Download PDFInfo
- Publication number
- RU2750784C1 RU2750784C1 RU2020139984A RU2020139984A RU2750784C1 RU 2750784 C1 RU2750784 C1 RU 2750784C1 RU 2020139984 A RU2020139984 A RU 2020139984A RU 2020139984 A RU2020139984 A RU 2020139984A RU 2750784 C1 RU2750784 C1 RU 2750784C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- powder
- ferrotitanium
- synthesis
- carried out
- microns
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B22—CASTING; POWDER METALLURGY
- B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
- B22F3/00—Manufacture of workpieces or articles from metallic powder characterised by the manner of compacting or sintering; Apparatus specially adapted therefor ; Presses and furnaces
- B22F3/23—Manufacture 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
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
- C22C—ALLOYS
- C22C1/00—Making non-ferrous alloys
- C22C1/04—Making non-ferrous alloys by powder metallurgy
- C22C1/05—Mixtures of metal powder with non-metallic powder
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
- C22C—ALLOYS
- C22C1/00—Making non-ferrous alloys
- C22C1/04—Making non-ferrous alloys by powder metallurgy
- C22C1/05—Mixtures of metal powder with non-metallic powder
- C22C1/051—Making hard metals based on borides, carbides, nitrides, oxides or silicides; Preparation of the powder mixture used as the starting material therefor
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
- C22C—ALLOYS
- C22C1/00—Making non-ferrous alloys
- C22C1/04—Making non-ferrous alloys by powder metallurgy
- C22C1/05—Mixtures of metal powder with non-metallic powder
- C22C1/058—Mixtures of metal powder with non-metallic powder by reaction sintering (i.e. gasless reaction starting from a mixture of solid metal compounds)
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
- C22C—ALLOYS
- C22C29/00—Alloys based on carbides, oxides, nitrides, borides, or silicides, e.g. cermets, or other metal compounds, e.g. oxynitrides, sulfides
- C22C29/02—Alloys based on carbides, oxides, nitrides, borides, or silicides, e.g. cermets, or other metal compounds, e.g. oxynitrides, sulfides based on carbides or carbonitrides
- C22C29/06—Alloys based on carbides, oxides, nitrides, borides, or silicides, e.g. cermets, or other metal compounds, e.g. oxynitrides, sulfides based on carbides or carbonitrides based on carbides, but not containing other metal compounds
- C22C29/10—Alloys based on carbides, oxides, nitrides, borides, or silicides, e.g. cermets, or other metal compounds, e.g. oxynitrides, sulfides based on carbides or carbonitrides based on carbides, but not containing other metal compounds based on titanium carbide
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Metallurgy (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Powder Metallurgy (AREA)
- Carbon And Carbon Compounds (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к порошковой металлургии, в частности к получению порошковых композиционных материалов со связкой на основе железа и упрочнителя из тугоплавких соединений, в частности, карбида титана. Изобретение позволяет получать порошки со структурой металломатричного композита заданного фазового состава (карбид титана - связка на основе железа), которые можно использовать для нанесения износостойких покрытий и для аддитивных технологий.The invention relates to powder metallurgy, in particular to the production of powder composite materials with a binder based on iron and a hardener from refractory compounds, in particular, titanium carbide. The invention makes it possible to obtain powders with the structure of a metal-matrix composite of a given phase composition (titanium carbide - an iron-based binder), which can be used for applying wear-resistant coatings and for additive technologies.
Известен способ получения композиционного материала на основе карбида титана из патента РФ 2095193, опубл. 10.11.1997 [1].A known method of producing a composite material based on titanium carbide from RF patent 2095193, publ. 10.11.1997 [1].
Изобретение относится к порошковой металлургии и позволяет получать композиционный материал на основе карбида титана, обладающий высокими абразивными характеристиками, и может быть использован для нанесения защитного покрытия на металлические поверхности. Сущность изобретения: готовят смесь порошков исходных компонентов, содержащих титан, хром, углерод, взятых в количестве, необходимом для получения целевого материала, содержащего карбид хрома и карбид титана при их молярном соотношении 1:1-10, размещают смесь в реактор, проводят синтез в режиме горения путем локального воспламенения смеси под давлением 0,005-0,05 МПа, после извлечения целевой материал подвергают измельчению и фракционированию, при этом в смесь может быть введено дополнительно 15-35 мас. % порошка никеля, а после перемешивания смесь может быть брикетирована в виде гранул или таблеток.The invention relates to powder metallurgy and makes it possible to obtain a composite material based on titanium carbide with high abrasive characteristics and can be used for applying a protective coating to metal surfaces. The essence of the invention: a mixture of powders of initial components containing titanium, chromium, carbon is prepared, taken in the amount necessary to obtain the target material containing chromium carbide and titanium carbide at their molar ratio of 1: 1-10, the mixture is placed in a reactor, synthesis is carried out in combustion mode by local ignition of the mixture under a pressure of 0.005-0.05 MPa, after extraction, the target material is subjected to grinding and fractionation, while an additional 15-35 wt. % of nickel powder, and after mixing, the mixture can be briquetted in the form of granules or tablets.
Недостатком данного изобретения является сложность и многостадийность процедуры для получения металломатричного композита, пригодного для нанесения износостойкого покрытия и для аддитивных технологий.The disadvantage of this invention is the complexity and multistage procedure for obtaining a metal matrix composite suitable for applying a wear-resistant coating and for additive technologies.
Известен способ изготовления заготовок из композиционных материалов из патента РФ 2285583, опубл. 20.10.2006 [2].A known method of manufacturing blanks from composite materials from RF patent 2285583, publ. 20.10.2006 [2].
Способ изготовления заготовок из композиционных материалов включает смешивание порошков стали фракции не более 93 мкм и тугоплавкого соединения фракции не более 40 мкм в соотношении 9:1-7:3 по весу и измельчение до фракции не более 40 мкм. Шихту помещают в газопроницаемые оболочки, герметизируют и проводят гидростатическое прессование при 300-1000 МПа. Полученные заготовки спекают в вакууме при остаточном давлении со ступенчатым режимом нагрева и контролируемой скоростью между отдельными ступенями и отжигают по ступенчатому режиму с температуры спекания. Техническим результатом является повышение плотности, равноплотности и прочности.A method of manufacturing blanks from composite materials includes mixing steel powders fractions of no more than 93 microns and a refractory compound of a fraction of not more than 40 microns in a ratio of 9: 1-7: 3 by weight and grinding to a fraction of not more than 40 microns. The charge is placed in gas-permeable shells, sealed, and hydrostatic pressing is carried out at 300-1000 MPa. The resulting blanks are sintered in vacuum at a residual pressure with a stepwise heating mode and a controlled speed between individual steps and annealed in a stepwise mode from the sintering temperature. The technical result is an increase in density, uniformity and strength.
Недостатком известного изобретения является то, что для получения конечного продукта используют смесь с готовым промышленным порошком карбида титана при добавлении порошка стали, что не дает возможность получения однородной внутризеренной металломатричной структуры композита. Также для получения функционального конечного продукта необходимо использовать несколько стадий энергозатратных/трудоемких операций.The disadvantage of the known invention is that to obtain the final product, a mixture with a ready-made industrial powder of titanium carbide is used with the addition of steel powder, which does not make it possible to obtain a homogeneous intragranular metal-matrix structure of the composite. Also, to obtain a functional end product, it is necessary to use several stages of energy-intensive / labor-intensive operations.
Известен способ получения порошковой композиции на основе карбосилицида титана из патента РФ 2460706, опубл. 10.09.2012 [3].A known method of producing a powder composition based on titanium carbosilicide from RF patent 2460706, publ. 09/10/2012 [3].
Способ получения порошковой композиции на основе карбосилицида титана включает получение порошковой смеси, состоящей из титана, карбида кремния и графита, взятых в мольном соотношении 3:1,25:0,75, механосинтез в планетарной вакуумированной мельнице при частоте вращения барабана 320 об/мин, в прерывистом режиме, холодное прессование, термообработку в вакуумной печи при температуре 1350°C в течение 3 часов и последующий размол полученного образца в планетарной мельнице с применением титановой оснастки до получения порошка нужного размера. Технический результат изобретения - получение порошковой композиции с высоким содержанием карбосилицида титана без нежелательных примесей.A method for producing a powder composition based on titanium carbosilicide includes obtaining a powder mixture consisting of titanium, silicon carbide and graphite taken in a molar ratio of 3: 1.25: 0.75, mechanosynthesis in a planetary evacuated mill at a drum rotation frequency of 320 rpm, in intermittent mode, cold pressing, heat treatment in a vacuum furnace at a temperature of 1350 ° C for 3 hours and subsequent grinding of the obtained sample in a planetary mill using titanium tooling to obtain a powder of the required size. The technical result of the invention is to obtain a powder composition with a high content of titanium carbosilicide without undesirable impurities.
Недостатком известного изобретения является то, что для получения конечного продукта в качестве исходного компонента используют в большом объеме дорогой титановый порошок. Также процесс синтеза композиционного порошкового материала осуществляют в затратном по времени и энергии режиме вакуумного спекания.The disadvantage of the known invention is that expensive titanium powder is used as a starting component in a large volume to obtain the final product. Also, the process of synthesis of a composite powder material is carried out in a time-consuming and energy-consuming vacuum sintering mode.
Известен способ получения высокотемпературного порошкового композиционного материала на основе карбидов кремния и титана из патента РФ 2638866, опубл. 18.12.2017 [4].A known method of producing a high-temperature powder composite material based on silicon carbides and titanium from RF patent 2638866, publ. 12/18/2017 [4].
Изобретение относится к получению композиционного материала на основе карбидов кремния и титана, включающий приготовление порошковой смеси, состоящей из титана, карбида кремния и графита, и механоактивацию порошковой смеси. Порошковая смесь содержит 66 мас. % Ti, 17 мас. % SiC и 17 мас. % С. Механоактивацию порошковой смеси ведут в планетарной мельнице при частоте вращения барабана 240-320 об/мин в прерывистом режиме в течение 180 мин, а затем проводят плазменно-искровое спекание механоактивированной порошковой смеси в вакууме при 1350-1450°C, давлении 15-30 МПа, выдержке 5-8 мин с последующим постепенным охлаждением в течение 1 ч. Обеспечивается регулирование содержания фаз в композиционном материале.The invention relates to the production of a composite material based on silicon carbides and titanium, including the preparation of a powder mixture consisting of titanium, silicon carbide and graphite, and mechanical activation of the powder mixture. The powder mixture contains 66 wt. % Ti, 17 wt. % SiC and 17 wt. % C. Mechanical activation of the powder mixture is carried out in a planetary mill at a drum rotation frequency of 240-320 rpm in intermittent mode for 180 min, and then plasma-spark sintering of the mechanically activated powder mixture is carried out in vacuum at 1350-1450 ° C, pressure 15- 30 MPa, holding for 5-8 minutes, followed by gradual cooling for 1 hour. Control of the content of phases in the composite material is provided.
Недостатки те же, что и у патента РФ 2460706, т.е в способе используют в большом объеме дорогой титановый порошок и процесс синтеза осуществляют в затратном по времени и энергии режиме вакуумного спекания.The disadvantages are the same as in the RF patent 2460706, that is, the method uses a large amount of expensive titanium powder and the synthesis process is carried out in a time-consuming and energy-consuming vacuum sintering mode.
Технической задачей предлагаемого изобретения является разработка способа получения порошкового композиционного материала со структурой металломатричного композита заданного фазового состава: карбид титана – связка на основе железа. Полученный по предлагаемому способу порошковый композиционный материал может быть использован для нанесения износостойких покрытий и использования в аддитивных технологиях.The technical objective of the present invention is to develop a method for producing a powder composite material with the structure of a metal-matrix composite of a given phase composition: titanium carbide - an iron-based binder. Received by the proposed method, the powder composite material can be used for the application of wear-resistant coatings and use in additive technologies.
Также дополнительным техническим результатом изобретения является то, что использование способа позволяет на порядок снизить материальные затраты за счет использования в качестве исходного компонента дешевого литого ферротитана – продукта крупнотоннажной ферросплавной металлургии вместо дорогого титанового порошка.Also, an additional technical result of the invention is that the use of the method makes it possible to reduce material costs by an order of magnitude due to the use as an initial component of cheap cast ferrotitanium - a product of large-scale ferroalloy metallurgy instead of expensive titanium powder.
Указанный технический результат достигается тем, что применяется способ получения порошкового композиционного материала, включающий приготовление реакционной порошковой смеси путем измельчения ферротитана и смешивания исходных компонентов с последующей ее механоактивацией, прессование заготовки, проведение синтеза, при этом готовят реакционную порошковую смесь из предварительно измельченного до дисперсности не более 56 мкм ферротитана и технического углерода – сажи с дисперсностью не более 0,2 мкм, взятых в весовом соотношении 92,5/7,5, при этом последующую ее механоактивацию проводят в планетарной мельнице при скорости вращения барабанов 755-960 об/мин, что соответствует центробежному ускорению 40-65 g в течение 10-15 мин, а синтез осуществляют в режиме теплового взрыва.The specified technical result is achieved by the fact that a method for producing a powder composite material is applied, including the preparation of a reaction powder mixture by grinding ferrotitanium and mixing the initial components with its subsequent mechanical activation, pressing a workpiece, carrying out synthesis, while preparing a reaction powder mixture from pre-ground to a fineness of no more 56 microns of ferrotitanium and carbon black - soot with a fineness of not more than 0.2 microns, taken in a weight ratio of 92.5 / 7.5, while its subsequent mechanical activation is carried out in a planetary mill at a drum rotation speed of 755-960 rpm, which corresponds to a centrifugal acceleration of 40-65 g for 10-15 minutes, and the synthesis is carried out in a thermal explosion mode.
Предварительно измельченный порошок ферротитана для приготовления реакционной смеси с сажей получают следующим образом: сначала проводят дробление литого ферротитана до фракции < 315 мкм; затем осуществляют помол полученного крупного порошка ферротитана в планетарной мельнице в воздушной среде в течение 5 минут со скоростью вращения барабана 480 об/мин, что соответствует 16 g.Pre-ground ferrotitanium powder for preparing a reaction mixture with carbon black is obtained as follows: first, cast ferrotitanium is crushed to a fraction of <315 μm; then, the obtained coarse ferrotitanium powder is milled in a planetary mill in air for 5 minutes at a drum rotation speed of 480 rpm, which corresponds to 16 g.
Прессуют заготовку из активированной реакционной порошковой смеси до остаточной пористости 40-45%, размещают ее в герметичном реакторе, заполнененном аргоном при атмосферном давлении, затем реактор помещают в предварительно разогретую до 800°C печь. После нагрева порошковой прессовки до температуры самовоспламенения проходит экзотермическая реакция синтеза карбида титана в режиме теплового взрыва с образованием продукта синтеза в виде металломатричного композита.The workpiece is pressed from the activated reaction powder mixture to a residual porosity of 40-45%, it is placed in a sealed reactor filled with argon at atmospheric pressure, then the reactor is placed in a furnace preheated to 800 ° C. After heating the powder compact to the autoignition temperature, an exothermic reaction of titanium carbide synthesis takes place in the thermal explosion mode with the formation of a synthesis product in the form of a metal matrix composite.
Раскрытие изобретения.Disclosure of the invention.
Разработан способ получения порошкового композиционного материала системы - карбид титана со связкой на основе железа с использованием реакции синтеза в порошковой смеси ферротитана и углерода (сажи).A method has been developed for producing a powder composite material of the system - titanium carbide with a binder based on iron using a synthesis reaction in a powder mixture of ferrotitanium and carbon (soot).
Химический состав используемого в изобретении ферротитана ФТи35С5 (согласно сертификату поставщика) представлен в таблице 1. Согласно результатам рентгеноструктурного анализа (фиг. 1) исходный ферротитан содержит две фазы: Ti(Fe0.875Al0.125)2 - твердый раствор алюминия в интерметаллиде TiF2 и Ti5.21Fe0.02Si2.7 - твердый раствор железа в силициде титана Ti5Si3. Фаза на основе интерметаллида является основной (84 масс. %), а содержание фазы на основе силицида равно 16%. Микроструктура и морфология дробленного под прессом ферротитана представлены на фиг. 2.The chemical composition of ferrotitanium FTi35C5 used in the invention (according to the supplier's certificate) is presented in Table 1. According to the results of X-ray diffraction analysis (Fig. 1), the initial ferrotitanium contains two phases: Ti (Fe 0.875 Al 0.125 ) 2 - a solid solution of aluminum in the intermetallic TiF 2 and Ti 5.21 Fe 0.02 Si 2.7 - solid solution of iron in titanium silicide Ti 5 Si 3 . The phase based on the intermetallic compound is the main one (84 wt%), and the content of the phase based on the silicide is 16%. The microstructure and morphology of press crushed ferrotitanium are shown in FIG. 2.
Способ позволяет получать порошки со структурой металломатричного композита заданного фазового состава (карбид титана - связка на основе железа), которые можно будет использовать для нанесения износостойких покрытий и в аддитивных технологиях. При этом предлагаемый способ обеспечивает синтез целевых фаз в оптимальном соотношении, при котором содержание твердой карбидной фазы, дисперсность, морфология и однородность распределения карбидных частиц по объему металлической связки дает многократное увеличение износостойкости. Высокая абразивная износостойкость обеспечивается тем, что твердые карбидные включения препятствуют изнашиванию абразивным зерном межкарбидных прослоек металлической связки.The method makes it possible to obtain powders with the structure of a metal-matrix composite of a given phase composition (titanium carbide - an iron-based binder), which can be used for applying wear-resistant coatings and in additive technologies. At the same time, the proposed method provides the synthesis of target phases in an optimal ratio, at which the content of the solid carbide phase, dispersion, morphology and uniformity of the distribution of carbide particles over the volume of the metal bond gives a manifold increase in wear resistance. High abrasive wear resistance is ensured by the fact that hard carbide inclusions prevent the abrasive grain from wearing out the intercarbide layers of the metal bond.
Способ получения порошкового композиционного материала основан на синтезе в режиме теплового взрыва предварительно механоактивированных реакционных порошковых смесей.The method of obtaining a powder composite material is based on the synthesis of pre-mechanically activated reaction powder mixtures in a thermal explosion mode.
При этом готовят шихту из смеси предварительно измельченного литого ферротитана с дисперсностью не более 56 мкм и технического углерода – сажи с дисперсностью не более 0,2 мкм. Выбранная дисперсность измельченного помолом порошка ферротитана (меньше 56 мкм) определена исходя из эффективности технологических процессов помола ферротитана и механоактивации реакционной смеси. Для получения более мелкого чем 56 мкм порошка ферротитана требуется более длительный процесс помола, а использование более крупных фракций (более 56 мкм) может затруднить процесс синтеза в механоактивированной смеси и привести к неполноте превращений и загрязнению продуктов синтеза реагентами. Осуществляют механоактивацию измельченного ферротитана в планетарной мельнице в воздушной среде в течение 5 мин со скоростью вращения барабана 480 об/мин, что соответствует 16 g. Такого времени помола достаточно для 98-процентного выхода фракции менее 56 мкм. Помол разовой загрузки порошка ферротитана длительностью более 5 минут приводит к дополнительному износу оборудования, к дополнительным трудо- и энергозатратам. Морфология частиц крупного порошка, полученного дроблением под прессом и подвергнутого последующему помолу, представлена на фиг. 2б.At the same time, a charge is prepared from a mixture of pre-crushed cast ferrotitanium with a fineness of not more than 56 microns and carbon black - soot with a fineness of not more than 0.2 microns. The selected dispersion of the milled ferrotitanium powder (less than 56 microns) was determined based on the efficiency of technological processes for milling ferrotitanium and mechanoactivation of the reaction mixture. To obtain a powder of ferrotitanium finer than 56 μm, a longer grinding process is required, and the use of larger fractions (more than 56 μm) can complicate the synthesis process in a mechanically activated mixture and lead to incomplete transformations and contamination of the synthesis products with reagents. Mechanical activation of crushed ferrotitanium is carried out in a planetary mill in air for 5 minutes at a drum rotation speed of 480 rpm, which corresponds to 16 g. This grinding time is sufficient for a 98% yield of the fraction less than 56 microns. Grinding of a single charge of ferrotitanium powder lasting more than 5 minutes leads to additional wear of the equipment, to additional labor and energy costs. The morphology of the coarse powder particles obtained by crushing under pressure and subjected to subsequent grinding is shown in FIG. 2b.
Указанные компоненты взяты в весовой пропорции соответственно 92,5/7,5 (т.е. на 92,5 весовых частей измельченного активированного порошка ферротитана необходимо 7,5 весовых частей сажи). Такое соотношение указанных компонентов выбрано из расчета полного израсходования титана из ферротитанового порошка на реакцию с сажей для образовании карбида титана.These components are taken in a weight ratio of 92.5 / 7.5, respectively (i.e., for 92.5 weight parts of crushed activated ferrotitanium powder, 7.5 weight parts of carbon black are needed). This ratio of these components is selected based on the complete consumption of titanium from ferrotitanium powder for the reaction with soot to form titanium carbide.
Смешивание порошков предварительно осуществляют в стандартном смесителе со смещенной осью вращения (типа “пьяная бочка”) в течение 4 часов. Затем шихту перед синтезом в режиме теплового взрыва подвергают механической активации в высокоэнергетической планетарной мельнице. Использование предлагаемого способа позволяет на порядок снизить материальные затраты за счет использования ферротитана вместо дорогого титанового порошка. Применение дополнительной механоактивации реакционных смесей гарантирует полное завершение низкотемпературной твердофазной реакции синтеза карбида титана в реакционной смеси ферротитана с сажей с образованием металломатричного композита, упрочненного субмикронной карбидной фазой. Такая структура композиционного порошка улучшает механические свойства покрытий и объемных материалов, полученных с использованием синтезированного порошка.The mixing of the powders is preliminarily carried out in a standard mixer with an offset axis of rotation (of the "drunken barrel" type) for 4 hours. Then the charge before synthesis in the thermal explosion mode is subjected to mechanical activation in a high-energy planetary mill. The use of the proposed method allows one to reduce material costs by an order of magnitude due to the use of ferrotitanium instead of expensive titanium powder. The use of additional mechanical activation of the reaction mixtures guarantees the complete completion of the low-temperature solid-phase reaction of titanium carbide synthesis in the reaction mixture of ferrotitanium with soot with the formation of a metal-matrix composite strengthened by a submicron carbide phase. This structure of the composite powder improves the mechanical properties of coatings and bulk materials obtained using the synthesized powder.
Проводят дополнительную механическую активацию реакционной порошковой смеси в течение заявленного времени в планетарной мельнице при скоростях вращения барабанов, соответствующих центробежному ускорению 40-65 g. Заявленные параметры технологических режимов способа подобраны экспериментальным путем.Additional mechanical activation of the reaction powder mixture is carried out during the stated time in a planetary mill at drum rotation speeds corresponding to a centrifugal acceleration of 40-65 g. The declared parameters of the technological modes of the method are selected experimentally.
Режимы дополнительной механоактивации (МА) реакционной порошковой смеси и фазовый состав конечных продуктов синтеза представлены в таблице 2. Для практического применения рекомендованы режимы, обеспечивающие минимальное остаточное содержание реагента (ферротитана) при средней интенсивности, которая не вызывает перегрев порошковой загрузки. Перегрев может привести к налипанию порошка на шары и стенки барабанов или механосинтезу с «отравлением» реакционной поверхности тонким слоем карбида, препятствующего последующему синтезу в режиме теплового взрыва.Modes of additional mechanical activation (MA) of the reaction powder mixture and the phase composition of the final synthesis products are presented in Table 2. For practical use, modes are recommended that ensure the minimum residual content of the reagent (ferrotitanium) at an average intensity that does not cause overheating of the powder charge. Overheating can lead to powder sticking to balls and drum walls or mechanosynthesis with "poisoning" of the reaction surface with a thin layer of carbide, which prevents subsequent synthesis in the thermal explosion mode.
Остаточная пористость заготовки равная 40-45 % необходима для успешного проведения синтеза в режиме теплового взрыва, которую осуществляют в герметичном реакторе, заполненном аргоном при атмосферном давлении. При этом реактор помещают в предварительно разогретую до 800°C печь. При выдержке реактора при этой температуре в печи происходил нагрев стенок реактора и помещенная внутрь реактора прессовка из реакционной смеси нагревается до температуры инициации экзотермической реакции синтеза.The residual porosity of the workpiece equal to 40-45% is necessary for the successful synthesis in the thermal explosion mode, which is carried out in a sealed reactor filled with argon at atmospheric pressure. In this case, the reactor is placed in an oven preheated to 800 ° C. When the reactor was kept at this temperature in the furnace, the walls of the reactor were heated and the compact from the reaction mixture placed inside the reactor was heated to the temperature of initiation of the exothermic synthesis reaction.
Таблица 1Table 1
Таблица 2table 2
Изобретение иллюстрируется фигурами 1-5.The invention is illustrated in figures 1-5.
На фиг. 1 представлена рентгенограмма используемого порошка ферротитана ФТи35С5.FIG. 1 shows an X-ray diffraction pattern of the used FTi35S5 ferrotitanium powder.
На фиг. 2 представлена микроструктура (а) и морфология частиц литого ферротитана ФТи35С5 после дробления под прессом (б).FIG. 2 shows the microstructure (a) and the morphology of particles of cast ferrotitanium FTi35S5 after crushing under a press (b).
На фиг. 3 представлена зависимость фракционного состава порошка ферротитана от времени помола в планетарной мельнице при «мягком» режиме (480 об/мин, Мш /Мп = 10). Время помола (минуты): а-0 (исходный); б-1 мин; в-2 мин; г-3 мин.FIG. 3 shows the fractional composition of ferrotitanium powder grinding time in a planetary mill at a "soft" mode (480 rev / min, M w / M n = 10). Grinding time (minutes): a-0 (initial); b-1 min; c-2 min; g-3 min.
На фиг. 4 представлена морфология (a) и микроструктура (b) синтезированного порошка композита TiC-Fe, полученного тепловым взрывом механоактивированной (64,2 g, 10 мин) реакционной порошковой смеси «ферротитан - сажа».FIG. 4 shows the morphology (a) and microstructure (b) of the synthesized powder of the TiC-Fe composite obtained by thermal explosion of a mechanically activated (64.2 g, 10 min) reaction powder mixture "ferrotitanium - soot".
На фиг. 5 представлена рентгенограмма синтезированного порошка композита TiC-Fe, полученного тепловым взрывом механоактивированной (40 g, 10 мин) реакционной порошковой смеси «ферротитан - сажа».FIG. 5 shows the X-ray diffraction pattern of the synthesized powder of the TiC-Fe composite obtained by the thermal explosion of a mechanically activated (40 g, 10 min) reaction powder mixture "ferrotitanium - soot".
Примеры конкретного выполнения.Examples of specific implementation.
Пример 1.Example 1.
Слитки ферротитана ФТи35С5 в состоянии заводской поставки подвергаются предварительному механическому дроблению на прессе при давлении около 4,9 МПа. Продукты дробления просеивали через сита с размером ячеек 315 и 56 мкм. Затем фракция с дисперсностью 56-315 мкм дополнительно подвергается помолу в планетарной мельнице со скоростью вращения барабана 480 об/мин. при соотношении шаров и порошка ферротитана 5:1 в течение 5 минут. Помол осуществляют в воздушной среде без заполнения размольных барабанов инертным газом. Молотый порошок ферротитана просеивают через сито 56 мкм. При этом процентный выход целевой фракции не более 56 мкм составляет 98 масс. % от первоначальной загрузки.Ingots of ferrotitanium FTi35S5 as delivered at the factory are subjected to preliminary mechanical crushing on a press at a pressure of about 4.9 MPa. The crushing products were sieved through sieves with a mesh size of 315 and 56 μm. Then the fraction with a fineness of 56-315 microns is additionally subjected to grinding in a planetary mill with a drum rotation speed of 480 rpm. with a ratio of balls and ferrotitanium powder of 5: 1 for 5 minutes. Grinding is carried out in air without filling the grinding drums with inert gas. Ground ferrotitanium powder is sieved through a 56 µm sieve. In this case, the percentage yield of the target fraction not exceeding 56 μm is 98 mass. % of the initial download.
Для получения реакционной смеси полученный молотый порошок ферротитана с дисперсностью менее 56 мкм смешивается с порошком технического углерода (сажи) марки П-803 (дисперсность <0.2 мкм), который предварительно был просушен в вакууме при 600°C в течение 1 ч, при этом использовали указанные компоненты в весовой пропорции 92,5/7,5 (т. е. на 92,5 г измельченного активированного порошка ферротитана необходимо 7,5 г сажи). Смешивание порошка ферротитана и сажи осуществляют в смесителе со смещенной осью вращения типа “пьяная бочка” в течение 4 часов.To obtain the reaction mixture, the obtained ground ferrotitanium powder with a fineness of less than 56 μm is mixed with a powder of technical carbon (soot) grade P-803 (fineness <0.2 μm), which was previously dried in a vacuum at 600 ° C for 1 h; the specified components in a weight ratio of 92.5 / 7.5 (i.e., for 92.5 g of crushed activated ferrotitanium powder, 7.5 g of soot is needed). The mixing of ferrotitanium powder and carbon black is carried out in a mixer with an offset axis of rotation of the “drunken barrel” type for 4 hours.
Полученную реакционную порошковую смесь дополнительно подвергают механической активации в течение 10 мин в планетарной мельнице при скорости вращения барабанов 754,7 об/мин, что соответствует центробежному ускорению 40 g. Предварительно барабаны продували аргоном в течение 5 минут при скорости тока аргона 4л/мин и оставляли при избыточном давлении 1 атм. Соотношение массы шаров к массе порошковой смеси в барабанах составляет 20/1. После механоактивации внешняя поверхность барабанов охлаждалась в проточной холодной воде в течение 5 минут для предотвращения воспламенения обработанных смесей при вскрытии барабанов.The resulting reaction powder mixture is additionally subjected to mechanical activation for 10 minutes in a planetary mill at a drum rotation speed of 754.7 rpm, which corresponds to a centrifugal acceleration of 40 g. The drums were preliminarily purged with argon for 5 minutes at an argon flow rate of 4 l / min and left at an excess pressure of 1 atm. The ratio of the mass of the balls to the mass of the powder mixture in the drums is 20/1. After mechanical activation, the outer surface of the drums was cooled in running cold water for 5 minutes to prevent ignition of the treated mixtures when the drums were opened.
Механоактивированную реакционную смесь формовали в виде цилиндрических заготовок диаметром 20 мм с остаточной пористостью 40-45%, затем помещали в цилиндрическую оболочку из титановой фольги толщиной 100 мкм и диаметром 21 мм. для проведения синтеза.The mechanically activated reaction mixture was molded in the form of cylindrical blanks with a diameter of 20 mm with a residual porosity of 40-45%, then placed in a cylindrical shell of
Синтез с использованием спрессованной заготовки из реакционной порошковой смеси проводили в режиме теплового взрыва. С этой целью заготовка помещалась в герметичный реактор, заполненный аргоном при атмосферном давлении. Реактор помещался в предварительно разогретую до 800°C печь. При выдержке реактора в печи происходил нагрев помещенной внутрь реактора заготовки из реакционной смеси излучением от стенок реактора до температуры инициации реакции синтеза со скачкообразным повышением температуры заготовки. После завершения экзотермической реакции температура заготовки плавно понижалась до температуры печи, после чего реактор извлекался из печи и охлаждался на воздухе. В течение всего времени от помещения реактора в печь до его полного охлаждения на воздухе для предотвращение окисления реактор продувался потоком аргона со скоростью 2 л/мин.Synthesis using a compacted workpiece from a reaction powder mixture was carried out in the thermal explosion mode. For this purpose, the workpiece was placed in a sealed reactor filled with argon at atmospheric pressure. The reactor was placed in an oven preheated to 800 ° C. When the reactor was kept in the furnace, the preform placed inside the reactor was heated from the reaction mixture by radiation from the walls of the reactor to the temperature of initiation of the synthesis reaction with an abrupt increase in the preform temperature. After the completion of the exothermic reaction, the preform temperature was gradually decreased to the furnace temperature, after which the reactor was removed from the furnace and cooled in air. During the entire time from placing the reactor in the furnace until it is completely cooled in air to prevent oxidation, the reactor was blown through with an argon flow at a rate of 2 L / min.
Фазовый состав продукта синтеза по примеру 1 соответствует номеру 2 таблицы 2.The phase composition of the synthesis product according to example 1 corresponds to
Пример 2.Example 2.
Осуществляют аналогично примеру 1 до механической активации реакционной смеси. Отличием от примера 1 является то, что указанную реакционную порошковую смесь дополнительно подвергают механической активации в течение 15 мин в планетарной мельнице. Далее следует последовательность технологических операций аналогично примеру 1.Carried out analogously to example 1 to mechanical activation of the reaction mixture. The difference from example 1 is that the specified reaction powder mixture is additionally subjected to mechanical activation for 15 minutes in a planetary mill. This is followed by a sequence of technological operations similar to example 1.
Фазовый состав продукта синтеза по примеру 2 соответствует номеру 3 таблицы 2.The phase composition of the synthesis product according to example 2 corresponds to number 3 of table 2.
Пример 3.Example 3.
Осуществляют аналогично примеру 1 до механической активации реакционной смеси. Отличием от примера 1 является то, что указанную реакционную порошковую смесь дополнительно подвергают механической активации в планетарной мельнице при скорости вращения барабанов 960 об/мин, что соответствует центробежному ускорению 64,2 g в течение 10 мин. Далее следует последовательность технологических операций аналогично примеру 1.Carried out analogously to example 1 to mechanical activation of the reaction mixture. The difference from example 1 is that the specified reaction powder mixture is additionally subjected to mechanical activation in a planetary mill at a drum rotation speed of 960 rpm, which corresponds to a centrifugal acceleration of 64.2 g for 10 minutes. This is followed by a sequence of technological operations similar to example 1.
Фазовый состав продукта синтеза по примеру 3 соответствует номеру 4 таблицы 2.The phase composition of the synthesis product according to example 3 corresponds to number 4 of table 2.
Claims (6)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2020139984A RU2750784C1 (en) | 2020-12-05 | 2020-12-05 | Method for obtaining powder composite material |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2020139984A RU2750784C1 (en) | 2020-12-05 | 2020-12-05 | Method for obtaining powder composite material |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2750784C1 true RU2750784C1 (en) | 2021-07-02 |
Family
ID=76755794
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2020139984A RU2750784C1 (en) | 2020-12-05 | 2020-12-05 | Method for obtaining powder composite material |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2750784C1 (en) |
Citations (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
SU1752522A1 (en) * | 1990-07-26 | 1992-08-07 | Институт машиноведения и металлургии Дальневосточного отделения АН СССР | Method for preparation of composition powders on the base of refractory iron compounds with iron bundle |
US5194237A (en) * | 1990-04-23 | 1993-03-16 | National Research Council Of Canada | TiC based materials and process for producing same |
WO2002053316A1 (en) * | 2000-12-20 | 2002-07-11 | Valtion Teknillinen Tutkimuskeskus | Method for the manufacture of a metal matrix composite, and a metal matrix composite |
CN102166652A (en) * | 2011-03-30 | 2011-08-31 | 北京科技大学 | Preparation method of titanium carbide-based cermet powder material for thermal spraying |
RU2460706C2 (en) * | 2010-07-15 | 2012-09-10 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Пермский государственный технический университет" | Method of producing titanium carbosilicide-based powdered composition |
RU2623942C1 (en) * | 2016-06-02 | 2017-06-29 | Общество с ограниченной ответственностью "СВС-инструмент" | Method of manufacturing disperse-hardened composite electrode material for electric alloying and electric arc surfacing |
RU2638866C1 (en) * | 2016-06-15 | 2017-12-18 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Пермский национальный исследовательский политехнический университет" | Method of producing high temperature powder composite material based on silicon carbides and titanium |
-
2020
- 2020-12-05 RU RU2020139984A patent/RU2750784C1/en active
Patent Citations (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US5194237A (en) * | 1990-04-23 | 1993-03-16 | National Research Council Of Canada | TiC based materials and process for producing same |
SU1752522A1 (en) * | 1990-07-26 | 1992-08-07 | Институт машиноведения и металлургии Дальневосточного отделения АН СССР | Method for preparation of composition powders on the base of refractory iron compounds with iron bundle |
WO2002053316A1 (en) * | 2000-12-20 | 2002-07-11 | Valtion Teknillinen Tutkimuskeskus | Method for the manufacture of a metal matrix composite, and a metal matrix composite |
RU2460706C2 (en) * | 2010-07-15 | 2012-09-10 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Пермский государственный технический университет" | Method of producing titanium carbosilicide-based powdered composition |
CN102166652A (en) * | 2011-03-30 | 2011-08-31 | 北京科技大学 | Preparation method of titanium carbide-based cermet powder material for thermal spraying |
RU2623942C1 (en) * | 2016-06-02 | 2017-06-29 | Общество с ограниченной ответственностью "СВС-инструмент" | Method of manufacturing disperse-hardened composite electrode material for electric alloying and electric arc surfacing |
RU2638866C1 (en) * | 2016-06-15 | 2017-12-18 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Пермский национальный исследовательский политехнический университет" | Method of producing high temperature powder composite material based on silicon carbides and titanium |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US5194237A (en) | TiC based materials and process for producing same | |
CN104451277B (en) | Chromium-aluminum alloy target and manufacturing method thereof | |
CN108372294A (en) | A kind of high-entropy alloy powder and preparation method thereof | |
FR2798395A1 (en) | METHOD FOR MANUFACTURING HIGH-DENSITY INTER-METAL SPRAYING TARGETS | |
CA2037413C (en) | Method for producing a fine grained powder consisting of nitrides and carbonitrides of titanium | |
CN111646799A (en) | Combustion method for preparing Tin+1ACnMethod of producing a material | |
CA1309882C (en) | Powder particles for fine-grained hard material alloys and a process for the preparation of such particles | |
MXPA03005137A (en) | Grain refining agent for cast aluminum or magnesium products. | |
CN108251670B (en) | Preparation method of high-temperature-resistant intermetallic compound alloy | |
CN106032323B (en) | It is a kind of using TiAl powder as the Ti of raw material2AlC ceramic powder preparation method | |
RU2354501C1 (en) | Method of nickel aluminide or titanium aluminide-based powder materials production | |
RU2750784C1 (en) | Method for obtaining powder composite material | |
RU2370567C2 (en) | METHOD OF PRODUCTION OF POWDER OF QUASI-CRYSTALLINE SINGLE PHASE ALLOY Al-Cu-Fe | |
Kecskes et al. | Microstructural effects in hot-explosively-consolidated W–Ti alloys | |
RU2460706C2 (en) | Method of producing titanium carbosilicide-based powdered composition | |
CA2381369C (en) | One-step synthesis and consolidation of nanophase materials | |
JPH1046269A (en) | Manufacture of titanium-molybdenum master alloy, and titanium-molybdenum master alloy | |
RU2032496C1 (en) | Method of obtaining aluminides of transition metals | |
US3531280A (en) | Heterogeneity by mixing diverse powders prior to consolidation | |
RU2768800C1 (en) | Method for producing alumina-matrix composite materials | |
RU2758421C1 (en) | Method for obtaining aluminum matrix composite | |
RU2243854C1 (en) | Crystalline niobium silicide preparation method | |
RU2244761C1 (en) | Method for production of quasi-crystal single-phase aluminum-copper-iron-based powdery alloy | |
RU2750298C2 (en) | Method for producing a round-shaped reaction composite powder for use in additive technologies | |
RU2816713C1 (en) | Method for producing refractory material |