RU2782591C1 - Композиционный нанопорошок на основе карбонитрида титана и способ его получения - Google Patents
Композиционный нанопорошок на основе карбонитрида титана и способ его получения Download PDFInfo
- Publication number
- RU2782591C1 RU2782591C1 RU2022105367A RU2022105367A RU2782591C1 RU 2782591 C1 RU2782591 C1 RU 2782591C1 RU 2022105367 A RU2022105367 A RU 2022105367A RU 2022105367 A RU2022105367 A RU 2022105367A RU 2782591 C1 RU2782591 C1 RU 2782591C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- molybdenum
- nickel
- titanium carbonitride
- plasma
- core
- Prior art date
Links
- 239000010936 titanium Substances 0.000 title claims abstract description 53
- RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N titanium Chemical compound [Ti] RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 35
- 229910052719 titanium Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 35
- 239000002131 composite material Substances 0.000 title claims abstract description 15
- 239000011858 nanopowder Substances 0.000 title claims abstract description 9
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 title claims description 6
- PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N nickel Chemical compound [Ni] PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 65
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 50
- 229910052750 molybdenum Inorganic materials 0.000 claims abstract description 40
- ZOKXTWBITQBERF-UHFFFAOYSA-N molybdenum Chemical compound [Mo] ZOKXTWBITQBERF-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 37
- 239000011733 molybdenum Substances 0.000 claims abstract description 37
- 239000000843 powder Substances 0.000 claims abstract description 36
- 210000002381 Plasma Anatomy 0.000 claims abstract description 29
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims abstract description 28
- 229910052759 nickel Inorganic materials 0.000 claims abstract description 25
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 claims abstract description 25
- 239000002245 particle Substances 0.000 claims abstract description 17
- 238000001816 cooling Methods 0.000 claims abstract description 7
- 238000001704 evaporation Methods 0.000 claims abstract description 7
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 claims description 2
- 239000000956 alloy Substances 0.000 abstract description 8
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 abstract description 8
- 238000005245 sintering Methods 0.000 abstract description 6
- GNRSAWUEBMWBQH-UHFFFAOYSA-N oxonickel Chemical class [Ni]=O GNRSAWUEBMWBQH-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract description 5
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract description 5
- REDXJYDRNCIFBQ-UHFFFAOYSA-N aluminium(3+) Chemical class [Al+3] REDXJYDRNCIFBQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract description 4
- 238000004663 powder metallurgy Methods 0.000 abstract 2
- 229910000480 nickel oxide Inorganic materials 0.000 abstract 1
- 229910001929 titanium oxide Inorganic materials 0.000 abstract 1
- 238000000034 method Methods 0.000 description 12
- 239000012071 phase Substances 0.000 description 11
- 239000000047 product Substances 0.000 description 10
- 229910034327 TiC Inorganic materials 0.000 description 9
- 235000010599 Verbascum thapsus Nutrition 0.000 description 8
- 239000011258 core-shell material Substances 0.000 description 7
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 7
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 7
- 238000010791 quenching Methods 0.000 description 7
- 230000000171 quenching Effects 0.000 description 7
- 238000002425 crystallisation Methods 0.000 description 6
- 230000005712 crystallization Effects 0.000 description 6
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 5
- 239000004744 fabric Substances 0.000 description 5
- 238000005755 formation reaction Methods 0.000 description 5
- 229910003301 NiO Inorganic materials 0.000 description 4
- 229910010413 TiO 2 Inorganic materials 0.000 description 4
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 description 4
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 4
- 239000000320 mechanical mixture Substances 0.000 description 4
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 3
- 229910052803 cobalt Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000000463 material Substances 0.000 description 3
- TXKRDMUDKYVBLB-UHFFFAOYSA-N methane;titanium Chemical compound C.[Ti] TXKRDMUDKYVBLB-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- OZAIFHULBGXAKX-UHFFFAOYSA-N precursor Substances N#CC(C)(C)N=NC(C)(C)C#N OZAIFHULBGXAKX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 239000012495 reaction gas Substances 0.000 description 3
- -1 titanium-molybdenum Chemical compound 0.000 description 3
- 210000004544 DC2 Anatomy 0.000 description 2
- RKISUIUJZGSLEV-UHFFFAOYSA-N N-[2-(octadecanoylamino)ethyl]octadecanamide Chemical compound CCCCCCCCCCCCCCCCCC(=O)NCCNC(=O)CCCCCCCCCCCCCCCCC RKISUIUJZGSLEV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- QIQXTHQIDYTFRH-UHFFFAOYSA-N Stearic acid Chemical compound CCCCCCCCCCCCCCCCCC(O)=O QIQXTHQIDYTFRH-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000000654 additive Substances 0.000 description 2
- 230000000996 additive Effects 0.000 description 2
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000012467 final product Substances 0.000 description 2
- 238000009434 installation Methods 0.000 description 2
- 230000002530 ischemic preconditioning Effects 0.000 description 2
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 2
- 239000007791 liquid phase Substances 0.000 description 2
- 238000002844 melting Methods 0.000 description 2
- 238000003860 storage Methods 0.000 description 2
- NRTOMJZYCJJWKI-UHFFFAOYSA-N titanium nitride Chemical compound [Ti]#N NRTOMJZYCJJWKI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000004627 transmission electron microscopy Methods 0.000 description 2
- 241000273930 Brevoortia tyrannus Species 0.000 description 1
- VBJZVLUMGGDVMO-UHFFFAOYSA-N Hafnium Chemical compound [Hf] VBJZVLUMGGDVMO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910039444 MoC Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910017263 Mo—C Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000002202 Polyethylene glycol Substances 0.000 description 1
- 239000004372 Polyvinyl alcohol Substances 0.000 description 1
- 235000021355 Stearic acid Nutrition 0.000 description 1
- 229910010380 TiNi Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000002411 adverse Effects 0.000 description 1
- 238000005275 alloying Methods 0.000 description 1
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 1
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminum Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- UIMGJWSPQNXYNK-UHFFFAOYSA-N azane;titanium Chemical compound N.[Ti] UIMGJWSPQNXYNK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 1
- 210000004027 cells Anatomy 0.000 description 1
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 1
- 239000007795 chemical reaction product Substances 0.000 description 1
- 229910052804 chromium Inorganic materials 0.000 description 1
- VYZAMTAEIAYCRO-UHFFFAOYSA-N chromium Chemical compound [Cr] VYZAMTAEIAYCRO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000011651 chromium Substances 0.000 description 1
- 238000004140 cleaning Methods 0.000 description 1
- GUTLYIVDDKVIGB-UHFFFAOYSA-N cobalt Chemical compound [Co] GUTLYIVDDKVIGB-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000010941 cobalt Substances 0.000 description 1
- 230000005495 cold plasma Effects 0.000 description 1
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010949 copper Substances 0.000 description 1
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000007771 core particle Substances 0.000 description 1
- 238000002447 crystallographic data Methods 0.000 description 1
- 230000002950 deficient Effects 0.000 description 1
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 description 1
- 238000005538 encapsulation Methods 0.000 description 1
- 239000008187 granular material Substances 0.000 description 1
- 229910052735 hafnium Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000001307 helium Substances 0.000 description 1
- 229910052734 helium Inorganic materials 0.000 description 1
- SWQJXJOGLNCZEY-UHFFFAOYSA-N helium(0) Chemical compound [He] SWQJXJOGLNCZEY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000012535 impurity Substances 0.000 description 1
- FYYHWMGAXLPEAU-UHFFFAOYSA-N magnesium Chemical compound [Mg] FYYHWMGAXLPEAU-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052749 magnesium Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011777 magnesium Substances 0.000 description 1
- 238000005272 metallurgy Methods 0.000 description 1
- 150000002739 metals Chemical class 0.000 description 1
- 238000000386 microscopy Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 238000006011 modification reaction Methods 0.000 description 1
- 238000000465 moulding Methods 0.000 description 1
- 239000002105 nanoparticle Substances 0.000 description 1
- GUCVJGMIXFAOAE-UHFFFAOYSA-N niobium Chemical compound [Nb] GUCVJGMIXFAOAE-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052758 niobium Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010955 niobium Substances 0.000 description 1
- TWXTWZIUMCFMSG-UHFFFAOYSA-N nitride(3-) Chemical compound [N-3] TWXTWZIUMCFMSG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000012188 paraffin wax Substances 0.000 description 1
- 229920001223 polyethylene glycol Polymers 0.000 description 1
- 229920002451 polyvinyl alcohol Polymers 0.000 description 1
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 description 1
- 238000001953 recrystallisation Methods 0.000 description 1
- 230000001105 regulatory Effects 0.000 description 1
- 238000000926 separation method Methods 0.000 description 1
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010703 silicon Substances 0.000 description 1
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 1
- 239000006104 solid solution Substances 0.000 description 1
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 1
- 239000008117 stearic acid Substances 0.000 description 1
- 238000003786 synthesis reaction Methods 0.000 description 1
- GUVRBAGPIYLISA-UHFFFAOYSA-N tantalum Chemical compound [Ta] GUVRBAGPIYLISA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052715 tantalum Inorganic materials 0.000 description 1
- ATJFFYVFTNAWJD-UHFFFAOYSA-N tin hydride Chemical compound [Sn] ATJFFYVFTNAWJD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- WFKWXMTUELFFGS-UHFFFAOYSA-N tungsten Chemical compound [W] WFKWXMTUELFFGS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052721 tungsten Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010937 tungsten Substances 0.000 description 1
- 229910052720 vanadium Inorganic materials 0.000 description 1
- LEONUFNNVUYDNQ-UHFFFAOYSA-N vanadium(0) Chemical compound [V] LEONUFNNVUYDNQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- QCWXUUIWCKQGHC-UHFFFAOYSA-N zirconium Chemical compound [Zr] QCWXUUIWCKQGHC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052726 zirconium Inorganic materials 0.000 description 1
Abstract
Изобретение относится к порошковой металлургии, в частности к плазмохимическим способам получения нанодисперсных порошков, которые могут использоваться для приготовления шихты для получения твердых сплавов. Композиционный нанопорошок включает частицы, каждая из которых содержит, мас.%: 64,49 легированного молибденом карбонитрида титана Ti0,8Mo0,2C0,5N0,5, 1,3 молибдена, 14,16 никеля и суммарно 20,05 оксидов титана и никеля. Частица состоит из ядра Ti0,8Mo0,2C0,5N0,5 и оболочки, содержащей слой никеля и слой молибдена, расположенный между слоем никеля и ядром. Исходную смесь, содержащую, мас.%: карбонитрид титана 74,0, молибден 6,5, никель 19,5, вводят в камеру испарителя со скоростью 150-180 г/ч и обрабатывают в потоке азотной плазмы при 3000-4000°С и скорости потока плазмы 45-50 м/с, с последующим охлаждением в потоке азота и улавливанием продукта испарения на поверхности фильтра. Обеспечивается получение гомогенного нанодисперсного композиционного порошка, а также снижение температуры спекания и сокращение времени получения сплава из него. 2 н.п. ф-лы, 2 пр.
Description
Изобретение относится к металлургии, в частности к плазмохимичеким способам получения нанодисперсных порошков, которые могут быть использованы в качестве шихты для получения твердых сплавов.
Известен композиционный порошок со структурой ядро-оболочка, в котором материал частиц ядра имеет формулу MAXB, где M выбирается из группы, состоящей из титана, циркония, гафния, ванадия, ниобия, тантала, хрома, молибдена, вольфрама, алюминия, магния, меди и кремния, в частности карбонитрид титана Ti(C,N). Частицы имеют промежуточный слой, который может содержать материал, например, состоящей из WC, W2C, а также наружный слой, содержащий, например, кобальт или никель. Известный материал может быть получен обработкой, в частности в низкотемпературной плазме в токе азота. Причем в процессе формования гранул необходима по меньшей мере одна добавка, выбранная из парафина, стеариновой кислоты, бис-стеарамида этилена (EBS), поливинилового спирта и полиэтиленгликоля, которую смешивают с частицами до или одновременно с формованием (Appl. JP2014122425; МПК B22F1/02, B22F3/00, C04B35/628, C22C29/08, C22C29/16; 2014 год).
Однако недостатками известного порошка являются значительный размер частиц (более 1 мкм), а также необходимость использования при его получении специальной добавки.
Известен композиционный нанопорошок, включающий частицы, состоящие из ядра, состоящего из слоев карбонитрида титана и нитрида титана, и оболочки, состоящей из слоя никеля, при следующем соотношении слоев ядра и оболочки, мас.%: TiCxNy, где 0,28≤x≤0,70; 0,27≤y≤0,63; - 24-66; TiN0,6 - 30-67; Ni - 4-9. Известен также способ получения известного порошка, включающий подачу прекурсора, содержащего никелид титана и карбид титана, в камеру испарителя-реактора, обработку в потоке азотной плазмы при скорости потока плазмы 60-100 м/сек и при скорости подачи прекурсора 100-140 г/час, последующее охлаждение в потоке азота и улавливание продукта испарения на поверхности фильтра. Прекурсор содержит указанные компоненты при следующем соотношении TiNi:TiC=25-50:50-75(патент RU 2493938; МПК B22F 9/16, C23C 16/44, B82Y 30/00; 2013 год)(прототип).
Однако при использовании известного композиционного порошка в качестве шихты для получения твердых безвольфрамовых сплавов необходима высокая температура спекания (~ 1800оС) при значительной длительности процесса (6-8 часов).
Таким образом, перед авторами стояла задача разработать состав композиционного нанокристаллического порошка, обеспечивающий при его использовании в качестве шихты для производства твердых безвольфрамовых сплавов значительное понижении температуры спекания и сокращение время проведения процесса.
Поставленная задача решена в предлагаемом составе композиционного нанопорошка, включающего частицы, состоящие из ядра, содержащего соединение на основе карбонитрида титана, и оболочки, содержащей никель, в котором ядро состоит из карбонитрида титана, легированного молибденом, состава Ti0,8Mo0,2C0,5N0,5, а оболочка имеет дополнительный слой молибдена, расположенный между ядром и слоем никеля, при следующих соотношении слоев ядра и оболочки, масс.%: Ti0,8Mo0,2C0,5N0,5 – 64.49; Mo – 1,3; Ni – 14,16.
Поставленная задача также решена в предлагаемом способе получения композиционного нанопорошка, включающего подачу исходной смеси компонентов в камеру испарителя-реактора, обработку в потоке азотной плазмы с последующим охлаждением в потоке азота и улавливанием продукта испарения на поверхности фильтра, в котором в качестве исходной смеси компонентов используют смесь карбонитрида титана, металлического молибдена и металлического никеля, взятых в следующем соотношении, масс.%: карбонитрид титана –74,0; молибден - 6, 5; никель - 19, 5, при этом температура плазмы в камере испарителя равна 3000÷4000оС, скорость потока плазмы 45 ÷ 50 м/с, а исходные компоненты вводят со скоростью 150÷180 г/ч.
В настоящее время из патентной и научно-технической литературы не известен композиционный порошок с частицами со структурой ядро-оболочка, в котором ядро состоит карбонитрида титана, легированного молибденом, состава Ti0,8Mo0,2C0,5N0,5; а оболочка имеет дополнительный слой молибдена, расположенный между ядром и слоем никеля, а также способ получения порошка указанного состава.
В предлагаемом способе получения композитного нанокристаллического порошка, который может быть использован в качестве шихты для получения твердого безвольфрамового сплава с использованием плазмохимического синтеза по схеме плазменной переконденсации в низкотемпературной азотной плазме обеспечивается формирование нанокристаллических зерен карбида титана, легированного молибденом, и покрытых слоями металлического молибдена и никеля. Характерной особенностью способа получения является испарение исходных составляющих механической смеси в виде карбонитрида титана, молибдена и никеля.
Исследования, проведенные авторами на основе полученных рентгенографических данных, позволили сформировать картину фазобразования, в соответствии с которой, испаренные до атомарного состояния исходные фазовые составляющие интенсивно перекристаллизуются в условиях избыточного содержания азота. Так, в первую очередь необходимо отметить особенности формирования титан-молибденового карбонитрида Ti0,8Mo0,2C0,5N0,5. Ввиду того, что неметаллическая подрешетка в первоначально используемом твердом растворе TiC0,5N0,5 является комплектной, а для прочистки использовался металлический молибден, в процессе испарения карбонитрид титана остается в виде капель жидкой фазы. Существенное высокое сродство металлического Mo к C способствует жидкофазной реакции (1), так как нижний предел значения температурного интервала существования холодной плазмы находится в пределах температур плавления как карбонитрида титана, так и металлического молибдена, в процессе охлаждения во вращающемся цилиндре газообразного азота происходит формирование титан-молибденового карбонитрида Ti0,8Mo0,2C0,5N0,5.
TiC0.5N0.5 + Mo → Ti0,8Mo0,2C0,5N0,5 (1)
Ввиду того, что процесс частичного заселения позиций титана молибденом ограничен ввиду высокой скорости охлаждения в условиях закалочной камеры, оставшийся молибден кристаллизуется в виде индивидуальной кубической фазы. Металлическое состояние Мо также может быть и обосновано тем, что содержание углерода на стадии кристаллизации (26170С) фаз в системе Mo-C фактически нет, ввиду его перераспределения в Ti0,8Mo0,2C0,5N0,5, а организация нитрида Mo2N термодинамически невозможна по причине малого сродства Mo к N, а также ввиду низкотемпературной области существования Mo2N (до 11270С). Присутствие индивидуального металлического никеля кубической модификации в переконденсированных из механической смеси TiC0,5N0,5 – Mo – Ni нанодисперсных порошковых композициях регламентируется как высокой скоростью кристаллизации (105 0С/c) при которой диффузионные процессы практически отсутствуют, так и некоторой разницей температуры кристаллизацией металлического Ni (14550C) и его интерметаллида Ni3Mo (14000С). Электронно-микроскопические исследования в условиях высокоразрешающей просвечивающей микроскопии нанокристаллического образца переконденсированной механической смеси TiC0,5N0,5 – Mo – Ni подтверждают данные рентгенографических исследований, а также подтверждают наличие «ядро-оболочка»-структуры на основе тугоплавких ядер титан-молибденового карбонитрида Ti1-nMonCxNy, покрытого металлическими слоями кубического молибдена и никеля.
Несмотря на то, что длительность процессов кристаллизации в условиях закалочной камеры составляет 0,04 с, моделирование процессов организации «ядро-оболочка»-структур основано на разделении пространства закалочной камеры температурными барьерами по мере удаления от плазменного потока, заходящего в закалочную камеру вдоль оси вращения охлаждающего цилиндра газообразного азота, технологически предусмотренного в процессах переконденсации нанодисперсных частиц. Показателем первого температурного барьера является температура плавления карбида титана в 33000С. При этой температуре карбидно-нитридные фазы титана формируются из паровой фазы. Металлический Mo при 33000C находится в жидком состоянии, а Ni – в газообразном. По достижении второго температурного барьера равного 26170С, происходит кристаллизация металлического молибдена. Жидкий никель в этих условиях не реагирует с азотом и углеродом по причине малого сродства, что делает невозможным формирование его карбидно-нитридных соединений, по сравнению с другими металлами, находящимися в камере плазмотрона. Неметаллическая подрешетка также является комплектной ввиду переизбытка газообразного N2. Характерной особенностью описанного этапа фазообразования является уменьшение параметра кубической элементарной ячейки Ti0,8Mo0,2C0,5N0,5 по сравнению с TiC0,5N0,5. Третий температурный барьер соответствует температуре кристаллизации Ni, которая равна 1450 0С, при которой металл кристаллизуется на наночастицах в виде индивидуального слоя.
Авторами были проведены исследования с целью определения оптимальных условий проведения плазмохимической обработки порошкообразной смеси карбонитрида титана, молибдена и никеля. Так, при температуре плазмы менее 4000оС при мощности плазмотрона менее 25 кВт, скорости потока плазмы менее 45 м/с и скорости подачи порошка менее 150 г/ч наблюдается существенное количество исходного карбонитрида титана в конечном продукте. В случае увеличения температуры плазмы более 4000оС при максимальной мощности плазмотрона более 25 кВт, скорости потока плазмы более 50 м/с и скорости подачи порошка более 180 г/ч наблюдается восстановление Mo в конечном продукте в качестве примесного элемента. При уменьшении количества карбонитрида титана в процессе плазменной переконденсации произойдет выделение сильнодефектного карбида молибдена Мо0,42С0,58,. При увеличении количества карбонитрида титана в процессе плазмохимической обработки происходит формирование нанокристаллического титан-молибденового карбонитрида с уменьшенным содержанием легирующего элемента, что отрицательно сказывается на характеристиках сплава, полученного спеканием предлагаемого нанокристаллического порошка.
Предлагаемый способ может быть осуществлен следующим образом.
Смесь порошков карбонитрида титана, металлического молибдена и металлического никеля, взятых в следующем соотношении, масс.%: карбонитрид титана –74,0; молибден - 6,5; никель - 19,5, помещают в дозатор поршневого типа и пневмотоком подают в камеру реактора-испарителя установки, оборудованной плазмотроном. При обработке смеси порошков мощность составляет 2,4-3,6 кВт/ч, расход плазмообразующего газа - 6,0÷6,6 Нм3/ч (нормальных кубических метров в час, Н/м 3 - кубический метр газа при давлении 760 мм рт.ст. и температуре 0°C). В качестве плазмообразующего и одновременно реакционного газа используют азот технический марки ГОСТ 9293-74 (N2 - 99,95%; О2 - 0,05%). Обработку осуществляют при скорости потока плазмы 45-50 м/с и скорости подачи исходной смеси 150-180 г/ч. Полученный продукт в потоке азота поступает и охлаждается в водоохлаждаемой закалочной камере, расположенной в нижней части реактора- продукта на самостоятельные фракции. В качестве накопителя крупной фракции выступает циклон вихревого типа (средний размер частиц 0,365 мкм или 365 нм) и тканевый фильтр рукавного типа (средний размер частиц 0,056 мкм или 56 нм), куда прореагировавший нанокристаллический продукт подают пневмотранспортом. Следует отметить, что после процедуры плазменной переконденсации в обязательном порядке выполнялась деактивация нанопорошков в специальном устройстве – капсуляторе (патент RU Патент 2238174), после чего все полученные порошковые фракции стали пригодными для длительного хранения в нормальных условиях. Пробы нанопорошков брали со всех стадий выгрузки, включая фракцию из бункера.
Фазовый состав определяли с помощью дифрактометра Shimadzu XRD-700 (Shimadzu, Япония) с расшифровкой по базе данных International Centre for Diffraction Data (ICDD). Элементный состав нанокристаллических продуктов исследовался с применением растрового электронного микроскопа JEOL JSM 6390 с приставкой для энергодисперсионного анализа JEM 2100. Плотность определялась на гелиевом пикнометре AccuPyc II 1340 V1.09. Удельная поверхность порошков измерялась по методу полимолекулярной адсорбции БЭТ измерялась на анализаторе Gemini VII 2390 V1.03 (V1.03 t).
Размеры частиц порошкового продукта определяли по результатам измерения плотности и удельной поверхности переконденсированного порошка в соответствии с формулой (1)
D = 
(1)
Где, ρ - плотность, г/м3, 
– площадь удельной поверхности, м2/г.
Предлагаемое техническое решение иллюстрируется следующими примерами.
Пример 1. Берут 74 грамма порошка карбонитрида титана TiC0,5N0,5, смешивают его с 6,5 граммами порошка металлического молибдена и 19,5 граммами металлического никеля, что соответствует соотношению, масс.%: карбонитрид титана –74,0; молибден - 6,5; никель - 19,5, и обрабатывают в потоке азотной плазмы, для чего помещают в дозатор поршневого типа и пневмотоком подают в камеру реактора-испарителя лабораторной установки ГНИИХТЭОС (г. Москва), оборудованной плазмотроном. Порошок со скоростью 150 г/ч вводят навстречу потоку плазмы, скорость которого составляет 50 м/с. Температура азотной плазмы в камере реактора-испарителя составляет 4000°C. При обработке смеси порошков необходимая мощность плазмотрона составляет 2,4 кВт/ч, расход плазмообразующего газа - 6 нм3/ч. В качестве плазмообразующего и одновременно реакционного газа используют азот технический марки ГОСТ 9293-74 (N2 - 99,95%; O2 - 0,05%). Полученный продукт в потоке азота поступает и охлаждается в водоохлаждаемой закалочной камере, расположенной в нижней части реактора-испарителя, после чего улавливается в циклоне вихревого типа и на поверхности тканевого фильтра, а затем капсулируется.
Рентгенофазовый анализ всех исследуемых фракций показал, что в циклоне и на тканевом фильтре собираются гомогенные по составу порошки, в состав которых по данным рентгенографии входят карбонитрид титана, легированный молибденом, состава состава Ti0,8Mo0,2C0,5N0,5, металлические Mo и Co, а также оксиды TiO2 и NiO. Структура ядро-оболочка подтверждена методами просвечивающей электронной микроскопии при соотношении слоев ядра и оболочки, масс.%: Ti0,8Mo0,2C0,5N0,5 – 64.49; Mo – 1,3; Ni – 14,16. Суммарное содержание оксидов TiO2 и NiO равно 20,05 масс.%. Средний размер частиц во фракции из фильтра равен 56 нм, площадь удельной поверхности, Sуд, м2/г, равна 20,9; пикнометрическая плотность, p, г/см3, равна 5,1339.
Пример 2.
Берут 148 грамм порошка карбонитрида титана TiC0,5N0,5, смешивают его с 13 граммами порошка металлического молибдена и 39 граммами металлического никеля, что соответствует соотношению, масс.%: карбонитрид титана –74,0; молибден - 6,5; никель - 19, 5, и обрабатывают в потоке азотной плазмы, для чего помещают в дозатор поршневого типа и пневмотоком подают в камеру реактора-испарителя лабораторной установки ГНИИХТЭОС (г. Москва), оборудованной плазмотроном. Порошок со скоростью 180 г/ч вводят навстречу потоку плазмы, скорость которого составляет 45 м/с. Температура азотной плазмы в камере реактора-испарителя составляет 3500°C. При обработке смеси порошков необходимая мощность плазмотрона составляет 2,4 кВт/ч, расход плазмообразующего газа - 6 нм3/ч. В качестве плазмообразующего и одновременно реакционного газа используют азот технический марки ГОСТ 9293-74 (N2 - 99,95%; O2 - 0,05%). Полученный продукт в потоке азота поступает и охлаждается в водоохлаждаемой закалочной камере, расположенной в нижней части реактора-испарителя, после чего улавливается в циклоне вихревого типа и на поверхности тканевого фильтра, полученный порошок капсулируется.
Рентгенофазовый анализ всех исследуемых фракций показал, что в циклоне и на тканевом фильтре собираются гомогенные по составу порошки, в состав которых по данным рентгенографии входят карбонитрид титана, легированный молибденом, состава состава Ti0,8Mo0,2C0,5N0,5, металлические Mo и Co, а также оксиды TiO2 и NiO. Структура ядро-оболочка подтверждена методами просвечивающей электронной микроскопии при соотношении слоев ядра и оболочки, масс.%: Ti0,8Mo0,2C0,5N0,5 – 64.49; Mo – 1,3; Ni – 14,16. Суммарное содержание оксидов TiO2 и NiO равно 20,05 масс.%. Средний размер частиц во фракции из фильтра равен 50 нм, площадь удельной поверхности, Sуд, м2/г, равна 20,9; пикнометрическая плотность, г/см2, равна 5,1339.
Таким образом, авторами предлагается состав гомогенного нанокристаллического композиционного порошка, в состав которого входят карбонитрид титана, легированный молибденом Ti0,8Mo0,2C0,5N0,5, металлический Mo и металлический Ni, частицы которого имеют структуру ядро-оболочка. Все представленные фазовые составляющие обладают кубической структурой в условиях низкотемпературной азотной плазмы, обеспечивающей практически полное испарение исходных составляющих механической смеси с последующей перекристаллизацией и разделением по фракциям. Возможность капсулирования конечных продуктов предполагает длительное хранение в том числе и нанокристаллических продуктов в нормальных условиях. Использование предлагаемого композиционного порошка в качестве шихты для получения твердого безвольфрамового сплава позволит снизить температуру спекания до 1300оС и длительность спекания до 2-3 часов.
Claims (2)
1. Композиционный нанопорошок, включающий частицы, состоящие из ядра, содержащего соединение на основе карбонитрида титана, и оболочки, содержащей никель, отличающийся тем, что частица порошка содержит 64,49 мас.% легированного молибденом карбонитрида титана Ti0,8Mo0,2C0,5N0,5, 1,3 мас.% молибдена, 14,16 мас.% никеля и суммарно 20,05 мас.% оксидов титана и никеля, при этом ядро состоит из легированного молибденом карбонитрида титана, а оболочка содержит слой никеля и расположенный между ним и ядром слой молибдена.
2. Способ получения композиционного нанопорошка по п. 1, включающий подачу исходной смеси компонентов в камеру испарителя-реактора, обработку в потоке азотной плазмы с последующим охлаждением в потоке азота и улавливанием продукта испарения на поверхности фильтра, отличающийся тем, что в качестве исходной смеси компонентов используют смесь карбонитрида титана, металлического молибдена и металлического никеля, взятых в следующем соотношении, мас.%: карбонитрид титана - 74,0; молибден - 6,5; никель - 19,5, при этом температура плазмы в камере испарителя равна 3000-4000°С, скорость потока плазмы 45-50 м/с, а исходные компоненты вводят со скоростью 150-180 г/ч.
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2782591C1 true RU2782591C1 (ru) | 2022-10-31 |
Family
ID=
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2807156C1 (ru) * | 2023-01-29 | 2023-11-09 | Михаил Андреевич Вертен | Способ изготовления композиционного материала для износостойкого покрытия |
Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2103112C1 (ru) * | 1996-05-23 | 1998-01-27 | Институт химии твердого тела Уральского Отделения РАН | Плакированный порошок и способ его получения |
| WO2011063028A1 (en) * | 2009-11-19 | 2011-05-26 | Nitto Denko Corporation | Method for producing nanoparticles |
| CN102294473A (zh) * | 2011-08-31 | 2011-12-28 | 株洲钻石切削刀具股份有限公司 | TiC/Ti(C,N)-Mo-Ni/Co复合粉末及其制备方法和应用 |
| RU2493938C2 (ru) * | 2011-12-26 | 2013-09-27 | Учреждение Российской академии наук Институт химии твердого тела Уральского отделения РАН | Композиционный нанопорошок и способ его получения |
| CN103736992A (zh) * | 2013-11-22 | 2014-04-23 | 合肥工业大学 | 一种核壳结构纳米TiC/W复合粉体的制备方法 |
| RU2725457C1 (ru) * | 2019-09-04 | 2020-07-02 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Казанский национальный исследовательский технический университет им. А.Н. Туполева-КАИ" (КНИТУ-КАИ) | Способ изготовления структурно-градиентных и дисперсно-упрочненных порошковых материалов (варианты) |
| RU2727436C1 (ru) * | 2019-08-01 | 2020-07-21 | Федеральное государственное бюджетное научное учреждение "Федеральный исследовательский центр "Красноярский научный центр Сибирского отделения Российской академии наук" | Способ синтеза порошков со структурой ядро-оболочка |
Patent Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2103112C1 (ru) * | 1996-05-23 | 1998-01-27 | Институт химии твердого тела Уральского Отделения РАН | Плакированный порошок и способ его получения |
| WO2011063028A1 (en) * | 2009-11-19 | 2011-05-26 | Nitto Denko Corporation | Method for producing nanoparticles |
| CN102294473A (zh) * | 2011-08-31 | 2011-12-28 | 株洲钻石切削刀具股份有限公司 | TiC/Ti(C,N)-Mo-Ni/Co复合粉末及其制备方法和应用 |
| RU2493938C2 (ru) * | 2011-12-26 | 2013-09-27 | Учреждение Российской академии наук Институт химии твердого тела Уральского отделения РАН | Композиционный нанопорошок и способ его получения |
| CN103736992A (zh) * | 2013-11-22 | 2014-04-23 | 合肥工业大学 | 一种核壳结构纳米TiC/W复合粉体的制备方法 |
| RU2727436C1 (ru) * | 2019-08-01 | 2020-07-21 | Федеральное государственное бюджетное научное учреждение "Федеральный исследовательский центр "Красноярский научный центр Сибирского отделения Российской академии наук" | Способ синтеза порошков со структурой ядро-оболочка |
| RU2725457C1 (ru) * | 2019-09-04 | 2020-07-02 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Казанский национальный исследовательский технический университет им. А.Н. Туполева-КАИ" (КНИТУ-КАИ) | Способ изготовления структурно-градиентных и дисперсно-упрочненных порошковых материалов (варианты) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2807156C1 (ru) * | 2023-01-29 | 2023-11-09 | Михаил Андреевич Вертен | Способ изготовления композиционного материала для износостойкого покрытия |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Enayati et al. | Production of nanostructured WC–Co powder by ball milling | |
| EP0135562A4 (en) | FORMATION OF AMORPHOUS MATERIALS. | |
| EP1450975B1 (en) | Tightly agglomerated non-oxide particles and method for producing the same | |
| Balcı et al. | Synthesis of niobium borides by powder metallurgy methods using Nb2O5, B2O3 and Mg blends | |
| Lee et al. | Hollow nanoparticles of β-iron oxide synthesized by chemical vapor condensation | |
| Pithawalla et al. | Preparation of ultrafine and nanocrystalline FeAl powders | |
| Kim et al. | Fabrication of W-Y2O3 composites by ultrasonic spray pyrolysis and spark plasma sintering | |
| RU2782591C1 (ru) | Композиционный нанопорошок на основе карбонитрида титана и способ его получения | |
| US8628599B2 (en) | Diamondoid stabilized fine-grained metals | |
| Storozhenko et al. | Nanodispersed powders: Synthesis methods and practical applications | |
| Suryanarayana et al. | Nanostructured materials | |
| Jinshan et al. | Synthesis and thermal properties of ultrafine powders of iron group metals | |
| Yan et al. | Micrometer-sized quasicrystals in the Al85Ni5Y6Co2Fe2 metallic glass: A TEM study and a brief discussion on the formability of quasicrystals in bulk and marginal glass-forming alloys | |
| Albiter et al. | Microstructure characterization of the NiAl intermetallic compound with Fe, Ga and Mo additions obtained by mechanical alloying | |
| Reddy et al. | Influence of heating rate on formation of nanostructured tungsten carbides during thermo-chemical processing | |
| Gaballa | Processing development of 4TaC-HfC and related carbides and borides for extreme environments | |
| Mitrofanov et al. | DC arc plasma titanium and vanadium compound synthesis from metal powders and gas phase non-metals | |
| Beketov et al. | Encapsulation of Ni nanoparticles with oxide shell in vapor condensation | |
| Kim et al. | Effect of Y2O3 nanoparticles on enhancing microstructure and mechanical properties of oxide dispersion strengthened W alloy | |
| Nowak et al. | Preparation Methods of Hydrogen Storage Materials and Nanomaterials | |
| Luzhkova et al. | Mechanism of formation of nanocrystalline particles with core-shell structure based on titanium oxynitrides with nickel in the process of plasma-chemical synthesis of TiNi in a low-temperature nitrogen plasma | |
| Kurlov et al. | Phases and Equilibria in the W–C and W–Co–C Systems | |
| RU2672422C1 (ru) | Способ получения нанокристаллического порошка титан-молибденового карбида | |
| Lu et al. | Nanostructured Alloys and Mechanical Alloying | |
| Kolosov et al. | Preparation of a Mixture of Tungsten and Chromium Powders via Magnesium Vapor Reduction of W and Cr Oxide Compounds |