Плакированный порошок и способ его получения

 

Изобретение относится к порошковой металлургии, в частности к способам производства композиционных порошков и их составам. Сущность изобретения: плакированный порошок, преимущественно для напыления, включающий частицы, состоящие из ядра на основе тугоплавкого соединения и оболочки, отличающийся тем, что ядро состоит из нитрида титана, а оболочка состоит из слоев следующего состава: Ti(N_1-xO_x)_1,0, где x = 0,10-0,15; Ti(N_1-xO_x)_0,85, где x = 0,10-0,20; TiO_0,15+xN_x, где x = 0,25-0,30; TiO_1,10+xN_x, где x = 0,05-0,10. Способ получения плакированного порошка указанного состава включает обработку порошка в плазменной струе, причем обработку ведут в газо-воздушной струе при мощности струи 20-46 КВА. Состав плакированного порошка обеспечивает высокую микротвердость, а также значительно снижается материалоемкость процесса за счет самоплакирования нитрида титана и исключения необходимости дополнительно использовать в способе металл в качестве плакирующего элемента. 2 с.п. ф-лы, 1 табл.

Изобретение относится к порошковой металлургии, в частности к способам производства композиционных порошков и их составам.

Известен способ получения плакированных порошков, который осуществляют в низкотемпературной плазме, при этом механическую смесь порошков диборида хрома и металлического никеля подают под срез сопла плазмотрона в реакторную колонку. Время нахождения материала в плазме 3·10^-3 с, температура плазменной струи 5000-10000^oC, транспортирующий газ - аргон.

Недостатком способа также является высокая материалоемкость за счет использования никеля в качестве плакирующего элемента, а также низкая микротвердость получаемых порошков (2100-2200 кг/мм²).

Известен состав порошка, включающий диборид хрома (зернистостью 40-56 мкм), плакированный никелем в количестве 10-50 мас.%.

Известный плакированный порошок характеризуется низкой микротвердостью, которая равна 2100-2200 кг/мм².

Таким образом, перед авторами стояла задача разработать способ получения плакированного порошка, который бы характеризовался снижением материалоемкости, а также обеспечивал получение плакированного порошка с высокой микротвердостью.

Поставленная задача решена в способе получения плакированного порошка, преимущественно для напыления, включающем обработку порошка в плазменной струе, в котором обработку ведут в газо-воздушной струе при мощности струи 20-46 КВА.

Поставленная задача решена также в предлагаемом составе плакированного порошка, включающем частицы, состоящие из ядра на основе тугоплавкого соединения и оболочки, в котором ядро состоит из нитрида титана, а оболочка состоит из слоев следующего состава: Ti(N_1-xO_x)_1,0, где x = 0,10-0,15; Ti(N_1-xO_x)_0,85, где x = 0,10-0,20; TiO_0,75N_x, где x = 0,25-0,30; TiO_1,10+xN_x, где x = 0,05-0,10, при этом соотношение ядра и слоев оболочки равно 29-56:3 - 8:17 - 19:8 - 29:9 - 22, соответственно.

В настоящее время из патентной и научно-технической литературы не известен способ получения плакированного порошка в плазменной газо-воздушной струе предлагаемой мощности без использования плакирующего элемента с получением порошка предлагаемого состава, частицы которого состоят из ядра на основе нитрида титана и многослойной оболочки из оксинитридных фаз.

Предлагаемый способ заключается в следующем.

Частицы порошка нитрида титана дисперсностью 40-100 мкм подают в газовоздушный плазменный поток и собирают в сборнике реакторной колонны. При этом порошок подают под срез сопла плазмотрона в реакторную колонну. Температура плазменной струи 5000-10000^oC, транспортирующий и плазмообразующий газ - газо-воздушная смесь при соотношении 30 : 70, соответственно. Это соотношение обеспечивает максимальный коэффициент использования порошка.

Полученный порошок подвергают металлографическому, микрорентгеноспектральному, микродюрометрическому анализам.

Исследования структуры частиц проводят на микроскопе "Neophot", используя шлифы, приготовленные из порошка путем смешивания его с эпоксидной смолой, помещения смеси в стальные оправки с последующим шлифованием и полированием.

Для определения состава и микротвердости полученный плакированный порошок наносят на кирпич.

Микротвердость фаз, входящих в состав частиц, измеряют на поперечных шлифах покрытия согласно ГОСТ 9450-76 на приборе ПМТ-3 вдавливанием четырехгранной алмазной пирамиды при нагрузке 50 г.

Анализ состава выполняют на микроанализаторе "Camera" с использованием в качестве эталонов аттестованных препаратов TiO₂ и TiN_0,95.

Металлографические исследования позволяют установить, что на частицах TiN формируются оболочки таких оттенков, как оранжевый и темно-оранжевый, тогда как ядро частицы остается светло-желтым (TiN). Толщина оболочек изменяется от 2,5 до 18 мкм, что соответствует заявленному соотношению между ядром и слоями, составляющими оболочку. Причем, состав оксинитридных фаз в указанных пределах изменения X изменяется непрерывным образом.

Проведение способа получения плакированного порошка при мощности плазменной струи менее 20 КВА или более 46 КВА приводит к снижению микротвердости, так при мощности 50 КВА микротвердость снижается до 1750-1560 кг/мм², при этом в частицах порошка отсутствует ядро, состоящее из нитрида титана, частицы состоят только из оксинитридных фаз. При мощности плазменной струи 11 КВА микротвердость снижается до 1800-2000 кг/мм², при этом частицы порошка полностью состоят из нитрида титана, оксинитридные фазы отсутствуют.

Снижение мощности плазменного генератора приводит к уменьшению количества оксинитридных фаз с нарушением сплошности слоев, уменьшается и число межзеренных границ; увеличение мощности сопровождается исчезновением ядра частицы, появляется большое количество оксинитридных фаз, сформированных на базе монооксида титана, характеризующихся меньшими значениями микротвердости, чем у нитрида титана. Все вышеизложенное обусловливает снижение микротвердости.

Наличие нескольких слоев оболочки, состоящих из оксинитридных фаз, ведет к увеличению микротвердости, что объясняется экстремальным характером измерения микротвердости в ряду TiN _→ TiN_1-xO_x _→ TiO. Многослойность оболочки способствует повышению микротвердости (3500 кг/мм²), что обусловлено увеличением количества межфазных границ, которые препятствуют распространению трещин и высоких остаточных напряжений.

Предлагаемый состав плакированного порошка также обусловливает его высокую микротвердость. При увеличении нитрида титана, составляющего ядро частицы, в соотношении более 56, или его уменьшении менее 29, микротвердость порошка резко снижается.

При оптимальном соотношении слоев оболочки и ядра наблюдаются максимальные значения микротвердости (2900-3500 кг/мм²).

Пример 1. Берут 200 г нитрида титана дисперсностью 50 мкм и подают в газо-воздушный плазменный поток генератора установки ВБ-15, порошок собирают в реактор.

Режим обработки: Температура плазменной струи - 5000-10000^oC Мощность - 20 КВА Расход плазмообразующего газа (соотношение природный газ/воздух равно 30:70) - 4 м²/ч Получают 200 г плакированного порошка со средним размером частиц 50 мкм и с микротвердостью 2300-2680 кг/мм² состава: нитрид титана TiN (ядро) и оксинитридные фазы Ti(N_1-xO_x)_1,0, где x = 0,10-0,15; Ti(N_1-xO_x)_0,85, где x = 0,10-0,20; TiO_0,75N_x, где x = 0,25-0,30; TiO_1,10+xN_x, где x = 0,05-0,10 (четырехслойная оболочка) при соотношении ядра и слоев оболочки 56:8:19:8:9, соответственно.

Пример 2. Берут 200 г нитрида титана дисперсностью 50 мкм и подают в газо-воздушный плазменный поток генератора установки ВБ-15, распыляют в реактор.

Режим обработки: Температура плазменной струи - 5000-10000^oC Мощность - 46 КВА Расход плазмообразующего газа (соотношение природный газ/воздух равно 30:70) - 4 м²/ч Получают 200 г плакированного порошка со средним размером частиц 50 мкм и с микротвердостью 2500-2800 кг/мм² состава: нитрид титана TiN (ядро) и оксинитридные фазы Ti(N_1-xO_x)_1,0, где x = 0,10-0,15; Ti(N_1-xO_x)_0,85, где x = 0,10-0,20; TiO_0,75+xN_x, где x = 0,25-0,30; TiO_1,10+xN_x, где x = 0,05-0,10 (четырехслойная оболочка) при соотношении ядра и слоев оболочки 29:3:17:29: 22, соответственно.

Остальные примеры конкретного исполнения с указанием мощности плазменной струи, состава частиц полученного порошка и его свойств приведены в таблице, где также приведены данные по прототипу и порошку нитрида титана без оболочки.

Таким образом, предлагаемый способ получения плакированного порошка, а также предлагаемый состав этого порошка обеспечивают высокую микротвердость.

Кроме того, значительно снижается материалоемкость процесса за счет самоплакирования нитрида титана в предлагаемых условиях и исключения необходимости дополнительно использовать в способе металла в качестве плакирующего элемента. Предлагаемый способ универсален, он может быть осуществлен в плазменной струе любой конфигурации: конусо- и факелообразной.

Формула изобретения

1. Плакированный порошок преимущественно для напыления, включающий частицы, состоящие из ядра на основе тугоплавкого соединения и оболочки, отличающийся тем, что ядро состоит из нитрида титана, а оболочка состоит из слоев следующего состава:
Ti(N_1-xO_x)_1,0,
где Х 0,10 0,15;
Ti(N_1-xO_x)_0,85,
где Х 0,10 0,20,
TiO_0,75+xN_x,
где Х 0,25 0,30,
TiO_1,10+xN_x,
где Х 0,05 0,10,
при этом соотношение ядра и слоев оболочки равно (29 56) (3 8) (17 19) (8 29) (9 22) соответственно.

2. Способ получения плакированного порошка преимущественно для напыления, включающий обработку порошка в плазменной струе, отличающийся тем, что обработку ведут в газовоздушной струе при мощности струи 20 46 КВА.

РИСУНКИ

Рисунок 1