Шихта для получения литого тугоплавкого неорганического материала в режиме горения

 

Шихта для получения литого тугоплавкого неорганического материала. Изобретение относится к области порошковой металлургии, в частности, к составу шихты для получения литого тугоплавкого неорганического соединения. Изобретение позволяет получать литой титано-хромовый диборид с высокой микротвердостью (H_μ=2100-2400, 3500-3800 кг/мм²) за счет использования шихты, содержащей компоненты, мас.%: оксид хрома (+6) 26 - 35, оксид титана 1 - 10, оксид бора 25 - 27, алюминий 37 - 39. 1 табл.

Изобретение относится к порошковой металлургии и может быть использовано при изготовлении абразивного инструмента с последующим его применением для обработки металлических поверхностей, а также в качестве твердой составляющей композиционных сплавов для наплавки деталей металлургического, химического и другого оборудования, для изготовления резцов, пил, протяжек и др.

Известна шихта для способа синтеза сложных диборидов хрома и титана спеканием (с последующей гомогенизацией при 2000-2100^оС в течение 3-4 ч из исходных индивидуальных диборидов, полученных из соответствующих смесей Cr₂O₃ и TiO₂ с карбидом бора и сажей. [Жунковский И. П., Терешникова Т. М., Евтушок. Исследование кинетики спекания и некоторых свойств двойного борида титана-хрома//Порошковая Металлургия, N 8, 1979. - С. 35-37].

Недостатком этой шихты является получение спеченных образцов только небольших размеров, использование в качестве исходных компонентов готовых индивидуальных диборидов, использование сложных установок, малая их производительность и большие затраты электроэнергии.

Известна шихта из способа синтеза тугоплавких неорганических соединений путем воспламенения смеси металла и неметалла в герметичном сосуде. Синтез основан на использовании тепла химической реакции взаимодействия компонентов реакционной смеси и протекает в режиме горения. Воспламенение смеси производится разогретой вольфрамовой спиралью или другим известным способом локально в поверхностном слое [авт. св. СССР N 255221, кл. C 22 C 29/00, 1967].

Недостатком этой шихты является получение целевого продукта в порошкообразном виде, что требует дополнительных операций для создания литого продукта.

Наиболее близкой по сущности к заявляемому изобретению является шихта из способа получения тугоплавких неорганических материалов путем локального воспламенения смеси исходных компонентов под давлением газообразной среды. В качестве исходной смеси используют смесь оксидов металла IV-VI групп Периодической системы элементов с восстановителем и неметаллом. Для получения твердых сплавов в реакционную смесь дополнительно к перечисленным компонентам вводят металл-связку, например никель, кобальт. С целью улучшения качества литых материалов, например устранения пор и pаковин, а также ускорения разделения целевого продукта и шлака синтез проводят в режиме установившегося вращения при перегрузках 100-1500 д. Для устранения испарения летучих компонентов процесс проводят под давлением 1000-1500 атм.

Недостатком известной шихты является то, что при использовании бора в качестве неметалла, бор вместе с алюминием частично выполняет функцию восстановителя, образует с кислородом оксид и всплывает в шлак. При этом создается дефицит бора в целевом продукте, что не позволяет синтезировать титано-хромовые дибориды, обладающие высокой микротвердостью. Кроме того, использование чистого бора в шихте приводит к удорожанию целевого материала из-за высокой стоимости бора по сравнению с его оксидом.

Целью изобретения является получение литого титано-хромового диборида с высокой микротвердостью при одновременном снижении пожароопасности и стоимости исходной шихты.

Цель достигается тем, что шихта для получения литого тугоплавкого неорганического материала в режиме горения, содержащая оксиды металлов IV и VI групп и восстановитель, дополнительно содержит оксид бора, в качестве оксидов металлов содержит оксид хрома (+6) и оксид титана, а в качестве восстановителя - алюминий при следующем соотношении компонентов, мас.%: оксид хрома (+6) 26-35 оксид титана 1-10 оксид бора 25-27 алюминий 37-39 При указанном соотношении исходных компонентов получают литой титано-хромовый диборид хорошего качества (примеры 1-3) при содержании в нем диборида титана 5-30 мас.%, указанное содержание TiB₂ в целевом продукте является оптимальным.

Сущность изобретения поясняется следующим примером.

П р и м е р. Готовят 100 г смеси, содержащей мас.% в CrO₃ 35; B₂O₃ 25; TiO₂ 1; Al 39, перемешивают в смесителе в течение 1 ч. Смесь засыпают в тугоплавкую форму, имеющую вид цилиндрического стакана и уплотняют. Форму со смесью помещают в реактор. Воспламенение смеси проводят нагретой вольфрамовой спиралью при давлении в реакторе 40 атм. Горение протекает практически без выброса смеси. По окончании горения образец извлекают из формы.

Продукт синтеза представляет собой литой образец цилиндрической формы, разделенный на два слоя. Верхний слой представляет собой Al₂O₃, нижний - CrB₂xTiB₂. Al₂O₃ отделяют от целевого материала.

Проведенный рентгенофазный, химический, рентгеноспектральный анализ, а также исследование микроструктуры материала показали, что целевой продукт представляет собой смесь двух фаз. Одна является сложным боридом на основе TiB₂, вторая - на основе CrB₂. Соотношение CrB₂/TiB₂=95/5. Микротвердость фаз H_μ= =2000-2400, 3500-3800 кг/мм².

Результаты описанного примера, а также другие примеры представлены в таблице, из которой следует, что заявленное изобретение позволяет получать литой титано-хромовый диборид с микротвердостью H_μ =(2000-2400, 3500-3800) кг/мм².

Титано-хромовый диборид - перспективный материал для получения изделий, способных работать в условиях трения при высоких контактных нагрузках, в эррозионных, коррозионных средах, при абразивном износе.

Формула изобретения

ШИХТА ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ ЛИТОГО ТУГОПЛАВКОГО НЕОРГАНИЧЕСКОГО МАТЕРИАЛА В РЕЖИМЕ ГОРЕНИЯ, содержащая оксиды металлов IV и VI групп и восстановитель, отличающаяся тем, что она дополнительно содержит оксид бора, в качестве оксидов металлов - шестивалентный оксид хрома и оксид титана, а в качестве восстановителя - алюминий при следующем соотношении компонентов, мас.%: Шестивалентный оксид хрома 26 - 35 Оксид титана 1 - 10 Оксид бора 25 - 27 Алюминий 37 - 39

РИСУНКИ

Рисунок 1