Способ получения порошкового материала на основе карбида титана

 

Использование: получение шлифовальных порошков и защитных покрытий. Сущность изобретения: готовят смесь порошков исходных компонентов, содержащих титан (например, ТiС), сажу и 4,3^oC26 мас.% хрома. Исходные компоненты берут в количестве, необходимом для получения целевого материала, содержащего до 90 мас.% TiC. В смесь можно добавить 10-40 мас.% порошка никеля. Смесь можно засыпать порошком титана, хрома, их смесью, отходами или браком. Смесь воспламеняют на воздухе или в инертной среде. Получают однородные порошковые материалы на основе TiС, с равномерно распределенными Ni и/или Cr₃C₂, выдерживающие температуру до 1000^oС в окислительной среде. Абразивные пасты с их использованием дают шероховатость поверхности 0,04 мкм, 2 з.п. ф-лы.

Изобретение относится к неорганической химии, в частности, к получению порошкового материала на основе карбида титана, который может быть использован при получении шлифовальных порошков и защитных износостойких жаростойких покрытий.

Известен способ получения порошков неорганических материалов, в частности, карбидов металлов IV группы, включающий приготовление смеси исходных компонентов, содержащих элемент IV группы и углерод, размещение спрессованной смеси в замкнутый объем реактора, воспламенение смеси поджигающим составом и последующее реагирование компонентов смеси в режиме горения под давлением инертного газа при 0,5-1000 атм /1/. Способ позволяет получать большое число неорганических порошкообразных материалов, однако способ получения материалов довольно сложен.

Наиболее близким к изобретению является способ получения порошка карбида титана, включающий приготовление реакционной смеси исходных компонентов из порошков титана и углерода, размещение смеси в оболочку из графита или нитрида бора, воспламенение смеси в замкнутом объеме с последующим реагированием компонентов в режиме горения, охлаждение продукта синтеза, сброс давления образующихся при горении газообразных продуктов и вакуумирование /2/. Известный способ позволяет получать порошок карбида титана с выходом 97,5-98,5% и достаточно хорошими эксплуатационными характеристиками, однако организация способа достаточно сложная, что ограничивает получение порошковых материалов на основе карбида титана.

Изобретение решает задачу упрощения способа получения порошкового материала, имеющего высокие эксплуатационные характеристики.

Это достигается тем, что способ получения порошкового материала на основе карбида титана включает приготовление смеси исходных компонентов порошков титана, углерода, хрома и до 40 мас. никеля, при этом компоненты берут в количестве, необходимом для образования целевого материала, содержащего до 90 мас. карбида титана, локальное воспламенение смеси с последующим высокотемпературным реагированием компонентов в режиме горения, при этом процесс проводят на воздухе или в инертной среде. Перед воспламенением смесь исходных компонентов может быть засыпана слоем из порошка карбида титана и/или карбида хрома.

Материалом засыпки служат, как правило, отходы или брак при получении целевого материала, карбида титана, хрома или их смеси в любых соотношениях компонентов.

В качестве инертной среды используют аргон, смесь аргона с воздухом, кроме того, могут быть использованы углекислый газ, отхода ТЭЦ или отходы химической промышленности, содержащие СО, СО₂ и т.д.

Порошки титана, углерода и хрома используют любых марок, поставляемых отечественной промышленностью.

Пример 1.

Готовят смесь из порошков исходных компонентов, содержащих титан, сажу и хром, при этом соотношение компонентов берут в количестве, необходимом на получение целевого материала, содержащего в мас. 90 Ti C и 10 - Cr₃C₂. Смесь засыпают в бумажный стакан, помещают в стакан из стали, подводят вольфрамовую спираль в контакт с поверхностью смеси, сверху стальной стакан прикрывают стальной крышкой и осуществляют воспламенение смеси на воздухе или в инертной среде подачей через спираль кратковременного импульса тока. После высокотемпературного реагирования компонентов в режиме горения и охлаждения продукт синтеза выгружают. Продукт синтеза представляет собой пористую, легко разрушаемую массу, которую подвергают дроблению и классификации порошков от 0/1 до 60/40 мкм. Поверхность целевого материала покрыта тонким слоем недореагировавших компонентов и остатков бумаги - "отходы" или брак, которые удаляют вручную. Количество таких отходов составляет не более 3% от исходной массы компонентов. В дальнейшем эти отходы используют либо для засыпки исходной смеси, либо для разбавления смеси при подготовке исходных компонентов. По данным рентгеноструктурного, металлографического и химического анализов целевой материал представляет собой твердый раствор карбида хрома в карбиде титана и карбид титана при общем содержании TiC 90 и Cr₃C₂ 10 мас. Классифицированные порошки целевого материала используются в качестве шлифпорошков при финишной обработке и для приготовления абразивных паст. Так, при использовании шлифпорошков фракции 5/3 обработке (полировке) деталей из молибдена шероховатость поверхности составляет 0,04 мкм.

Пример 2.

Готовят смесь из порошков титана, хрома и никеля, взятых в соотношении на получение целевого материала, содержащего в мас. TiC 60, Cr₃C₂ 30 и Ni 10. Смесь засыпают в горизонтально расположенную кварцевую или стальную трубу и инициируют реакцию горения в атмосфере углекислого газа или аргона, при этом перед воспламенением смесь исходных компонентов засыпают сверху порошком отходов из примера 1 (смесь карбида титана, сажи, карбида хрома). Продукт синтеза представляет собой пористую легко разрушаемую массу, которую подвергают дроблению и классификации. Перед дроблением полученный материал очищают вручную от слоя непрореагировавших компонентов. По данным рентгеноструктурного, металлографического и химического анализов целевой материал представляет собой систему равномерно распределенных твердого раствора карбида хрома в карбиде титана, карбида хрома и карбида титана, и покрытых оболочкой из никеля, при этом содержание карбидов в пересчете на индивидуальные карбиды составляет в мас. TiC 60, Cr₃C₂ 30, Ni 10.

Классифицированные порошки 40/28 и 60/40 мкм были использованы для нанесения плазменных жаростойких покрытий на поверхность титановых сплавов. Покрытия из полученного материала выдерживают рабочую температуру до 1000^oС при работе в окислительной среде.

Пример 3.

Готовят смесь 1000 г из порошков титана, сажи, хрома и никеля, при этом содержание компонентов берут в соотношении на получение целевого материала, содержащего в мас. TiC 55, Cr₃C₂ 5, Ni 40. Смесь засыпают в бумажный стакан, помещают стакан со смесью в карьер из песка и осуществляют воспламенение смеси на воздухе с засыпкой из карбидов, снятых с поверхности материала, полученного по примеру 2. Целевой материал подвергали дроблению и классификации. Полученный продукт представляет равномерно распределенные твердый раствор карбида хрома в карбиде титана и карбид титана, покрытые оболочкой из никеля, при этом содержание карбидов металлов и никеля соответствует рассчитанному. Порошки фракции 40/20 были использованы для нанесения плазменного жаростойкого покрытия на поверхность стали. Покрытие выдерживают рабочую температуру до 1000^oС.

К достоинствам изобретения процесса синтеза на воздухе из-за возможности осуществления процесса синтеза на воздухе и без специального оборудования, при этом полученный продукт может быть использован как материал для газотермического покрытия и как абразивный материал в различных отраслях промышленности.

Формула изобретения

1. Способ получения порошкового материала на основе карбида титана, включающий приготовление смеси порошков исходных компонентов, содержащих титан и сажу, локальное воспламенение смеси с последующим высокотемпературным реагированием компонентов в режиме горения, отличающийся тем, что в смесь дополнительно вводят 4,3-26 мас. порошка хрома, при этом компоненты берут в количестве, необходимом для образования целевого материала, содержащего до 90 мас. карбида титана, а процесс проводят на воздухе или в инертной среде.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что в смесь дополнительно вводят 10-40 мас. порошка никеля.

3. Способ по п.2, отличающийся тем, что перед воспламенением смесь порошков исходных компонентов засыпают смесью порошков карбидов титана и хрома.