Способ получения интерметаллического соединения меди и цинка

 

Сущностью изобретения является способ получения интерметаллического соединения меди и цинка, в котором полученные методом испарения - конденсации порошки меди и цинка помещают в герметичную рабочую камеру. В камере размещена движущаяся часть возбудителя импульсов, представляющая собой механический, гидравлический или электромагнитный генератор. Дальнейшую звуковую обработку порошковой смеси ведут в течение 5 мин при отношении амплитуды к частоте импульсов 0,0781 - 0,0880, плотности звуковой энергии 3,6 · 10⁶ Дж/м³ и ускорении движущейся части ускорителя импульсов 300 м/с². После окончания звукового воздействия порошковую смесь выгружают из рабочей камеры и осуществляют ее термообработку при 220^oС до полного окристаллизования полученного интерметаллического соединения. Полученное соединение обладает высокой коррозионной стойкостью, что позволяет использовать его как идеальное плакирующее покрытие.

Изобретение относится к порошковой металлургии, в частности к получению интерметаллических соединений на основе высокодисперсных (ВДП) и ультрадисперсных (УДП) металлических порошков.

Известно получение интерметаллического соединения меди и цинка, химический состав которого соответствует соединению CuZn₅ в условиях интенсивной экзоэмиссии при наложении тонкой пленки меди на пленку цинка [1] Недостатком данного способа является то, что он осуществляется в условиях интенсивного локального выделения тепла на межфазной границе, что значительно усложняет и удорожает данный технологический процесс, так как для его осуществления требуется наличие специального оборудования, создание особых условий и значительные энергозатраты. Кроме того данный способ позволяет получить интерметаллическое соединение меди и цинка только в виде тонкой пленки, что усложняет дальнейшую технологическую переработку этого соединения.

Цель изобретения создание способа, позволяющего надежно и эффективно получать в объеме интерметаллическое соединение меди и цинка с высокой коррозионной стойкостью.

Цель достигается тем, что в способе получения интерметаллического соединения меди и цинка на их порошковую смесь, помещенную в рабочую камеру, воздействуют звуковыми колебаниями низкой частоты при соотношении амплитуды и частоты импульсов 0,0781-0,0880, плотности звуковой энергии (2,65-3,6) ˙ 10⁶ Дж/м³ и ускорении движущейся части возбудителя импульсов 205-300 м/с², затем осуществляют термообработку порошковой смеси при 220^оС до полного окристаллизования соединения.

Рентгенофазовый анализ смеси порошков меди и цинка после низкочастотной звуковой обработки показал, что в ней без нагревания протекает твердофазное взаимодействие. О появлении интерметаллической фазы судят по дифрактограмме смеси. Химический состав полученного соединения соответствует соединению CuZn₅. Микроскопический анализ показал, что после звуковой обработки порошки становятся сильно агломерированными. При этом из-за разной диспресности частиц в смеси порошков множество мелких частиц меди адсорбируется на более крупных частицах цинка.

Очевидно, звуковое воздействие на металлические порошки действует как знакопеременное волновое сжатие и растяжение и генерирует в частицах порошка объемные искажения решетки, выходящие затем на их поверхность. Такое активирование поверхности вызывает сращивание частиц в твердом состоянии. Образование CuZn₅ связано с тем, что при звуковом воздействии уменьшается работа выхода электрона в атоме меди, и на его внешних орбиталях могут появляться дополнительные валентные электроны. Поэтому один атом меди становится способным к взаимодействию с 5 атомами цинка.

Порошковая смесь меди и цинка, подвергающаяся звуковой обработке, обладает определенными физико-химическими свойствами, а именно: насыпная плотность, сыпучесть, поверхностное натяжение, дискретность смешиваемых порошков и т. д. Поэтому для обеспечения эффективности и надежности получения интерметаллического соединения из порошковой смеси меди и цинка необходимо обеспечить максимальное влияние на данные свойства порошковой смеси.

Таким образом, выбор параметров звуковой обработки (соотношение амплитуды и частоты импульсов, плотность звуковой энергии и ускорение движущейся части возбудителя импульсов) обусловлен обеспечением максимального влияния на физико-химические свойства порошковой смеси. При этом достигается максимальная активация поверхности порошковой смеси и, следовательно, обеспечивается смешивание и значительная интенсификация всего процесса получения интерметаллического соединения.

Установлено, что для эффективного образования интерметаллического соединения, химический состав которого соответствует CuZn₅, необходимыми и достаточными являются следующие параметры звукового воздействия: соотношение амплитуды и частоты импульсов 0,0781-0,0880; плотность звуковой энергии (2,65-3,6) ˙ 10⁶ Дж/м³; ускорение движущейся части возбудителя импульсов 205-300 м/с².

Выход за нижний предел любого из указанных параметров ведет к снижению эффективности процесса получения интерметаллического соединения меди и цинка или же вообще к невозможности его образования. Выход за верхний предел любого из указанных параметров, не улучшая получаемый технический результат, ведет к неоправданному повышению энергозатрат.

Образующаяся в результате твердофазного взаимодействия порошков меди и цинка интерметаллическая фаза сначала рентгеноаморфна. После термообработки при 220^оС наблюдается заметный рост интенсивности интерметаллической фазы. Термообработку ведут до полного окристаллизования соединения, в результате получают интерметаллическое соединение меди и цинка в объеме, а не в виде тонкой пленки.

Таким образом предлагаемый способ получения интерметаллического соединения меди и цинка более эффективен и надежен по сравнению с известными, так как выбор звукового воздействия обеспечивает его максимальное влияние на физико-химические свойства порошковой смеси; звуковое воздействие на порошковую смесь обеспечивает твердофазное взаимодействие ее компонентов без нагревания, при комнатной температуре, что позволяет упростить процесс получения интерметаллического соединения меди и цинка и снизить материальные и энергетические затраты на его осуществление.

Получаемое интерметаллическое соединение обладает высокой коррозионной стойкостью, что позволяет использовать его как идеальное планирующее покрытие. Возможность использования металлических порошков меди и цинка в качестве исходных продуктов для получения их интерметаллического соединения позволяет получать последний в объеме, а не в виде пленки, что делает более удобной его дальнейшую технологическую переработку.

Способ осуществляют следующим образом.

Полученные методом испарения-конденсации порошки меди и цинка соответственно марок ПМВД-2 и ПЦВД помещают в герметичную рабочую камеру (масса порошковой смеси 50 г), при этом в камере размещена движущаяся часть возбудителя импульсов, представляющая собой механический, гидравлический или электромагнитный генератор.

Дальнейшую звуковую обработку порошковой смеси в течение 5 мин ведут при соотношении амплитуды и частоты импульсов 0,0880 (А 4,0 мм; ω= 50 Гц), плотности звуковой энергии 3,6 ˙ 10⁶ Дж/м³ и ускорении движущейся части ускорителя импульсов 300 м/с².

По окончании звукового воздействия порошковую смесь выгружают из рабочей камеры и осуществляют ее термообработку при 220^оС. Термообработку ведут до полного окристаллизования полученного интерметаллического соединения (СuZn₅), состав которого подтверждается данными химического анализа. После трехмесячной воздержки на воздухе полученного соединения при комнатной температуре в нем вообще не было обнаружено оксидов меди.

Формула изобретения

СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ИНТЕРМЕТАЛЛИЧЕСКОГО СОЕДИНЕНИЯ МЕДИ И ЦИНКА, включающий совместную обработку исходных материалов из меди и цинка до образования интерметаллида, отличающийся тем, что в качестве исходных материалов берут смесь порошков меди и цинка, помещают в рабочую камеру с размещенной в ней движущейся частью возбудителя импульсов колебаний, обработку смеси осуществляют воздействием на нее звуковыми колебаниями низкой частоты при отношении амплитуды к частоте импульсов 0,0781 0,0880, плотности звуковой энергии (2,05 3,6) · 10⁶ Дж/м³ и ускорении движущейся части возбудителя импульсов 205 300 м/с², а после обработки звуковыми колебаниями осуществляют термообработку порошковой смеси при 220^oС до полного окристаллизования соединения.