Способ получения металлического порошка



Способ получения металлического порошка
Способ получения металлического порошка

 


Владельцы патента RU 2486032:

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Казанский национальный исследовательский технический университет им. А.Н. Туполева - КАИ" (RU)

Изобретение относится к плазменной технике и технологии. Предложен способ получения металлического порошка, который включает зажигание разряда в разрядной камере между двумя электродами. В качестве одного электрода используют твердый катод, выполненный из распыляемого материала в виде стержня, а в качестве другого - жидкий анод в виде электролита. Твердый катод выполняют диаметром 4≤d≤12 мм, напряжение между ним и жидким анодом устанавливают 120≤U≤1000 В, ток разряда устанавливают 50≤1≤900 мА, а расстояние между твердым катодом и жидким анодом устанавливают 2≤1≤40 мм. Давление в разрядной камере устанавливают 2≤р≤20 кПа и процесс осуществляют при концентрации электролита в виде раствора солей от 2% до насыщения. Изобретение направлено на получение металлического порошка дисперсностью от 10 до 100 нм. 2 ил.

 

Настоящее изобретение относится к плазменной технике и технологии, а именно к способам получения металлических нанопорошков.

Из существующего уровня техники известен способ получения металлических порошков, описанный в патенте РФ 2093311 C1, B22F 9/14. 20.10. 1997, с помощью электронного взрыва проводников, который включает разрушение проводника при прохождении через него тока большой плотности порядка 107 А/см2 за время 10-5…10-7 с. Недостатками данного технического решения являются необходимость наличия прочной камеры, достаточно мощного специального высоковольтного источника энергии, генерирующего импульсы тока, большой разброс получаемых частиц по их размерам. Кроме того, процесс сложно автоматизировать в режиме непрерывной работы.

Наиболее близким к заявленному техническому решению является способ получения металлического порошка, описанный в патенте РФ 2332280 С2, B22F 9/14, 30.06.2006, в котором порошок получают путем зажигания разряда между двумя электродами, один из которых катод, который выполняют из распыляемого материала в виде стержня, диаметром 10≤d≤40 мм. В качестве другого электрода-анода используют электролит (техническая вода). Процесс получения порошка ведут при следующих параметрах: напряжение между электродами 500≤U≤650 В, ток разряда 1,5≤I≤3 А, расстояние между катодом и электролитом 2≤l≤10 мм. Весь процесс ведут при атмосферном давлении.

Недостатком прототипа является невозможность получения в указанных в нем условиях порошков с дисперсностью менее 5 мкм, а также прототип имеет недостаточную производительность получения металлического порошка.

Решаемая техническая задача заключается в получении металлических порошков дисперсностью от 10 до 100 нм, то есть получение нанопорошков, и в увеличении производительности получения металлического порошка.

Решаемая техническая задача в способе получения металлического порошка, включающем зажигание разряда между двумя электродами, один из которых катод, который выполняют из распыляемого материала в виде стержня, а в качестве другого электрода-анода используют электролит, достигается тем, что катод в виде стержня выполняют диаметром 4≤d≤12 мм, напряжение между твердым катодом и жидким анодом устанавливают 120≤U≤1000 В, ток разряда устанавливают 50≤I≤900 мА, расстояние между твердым катодом и жидким анодом устанавливают 2≤l≤40 мм, давление в разрядной камере устанавливают 2≤p≤20 кПа, где U - напряжение между твердым катодом и жидким анодом, I - ток разряда, l - расстояние между твердым катодом и жидким анодом, p - давление в разрядной камере. Процесс осуществляют при концентрации электролита - растворы солей - от 2% до насыщения.

На фиг.1 показана структурная схема разрядной камеры, в которой осуществляют процесс получения металлического порошка по предлагаемому способу.

На фиг.2 показана гистограмма гранулометрического состава получаемого порошка.

Разрядная камера (фиг.1) состоит из основания 1 и колпака 2, соединение между которыми уплотнено вакуумной резиной. В основании разрядной камеры проделаны специальные отверстия, куда герметично вставлены штуцеры 3 и 4. Они соединяют камеру с вакуумной арматурой установки: вакуумным насосом 5, вентилями 6 и 7, вакуумметром 8. Внутри разрядной камеры расположены электролитическая ванна 9, механизм перемещения твердого электрода 10, т.е. механизм перемещения катода 11 - распыляемого материала, являющийся твердым электродом, электролит 12, являющийся растворами солей, и система циркуляции электролита (на фиг.1 не показана). Воздух из разрядной камеры откачивается через выпускной штуцер 4 при помощи насоса 5 через вентиль 7. Величину давления контролируют вакуумметром 8, ток разряда измеряют амперметром 13 и величину напряжения между твердым и жидким электродами измеряют вольтметром 14. Система электрического питания экспериментальной установки для осуществления способа получения металлического порошка на фиг.1 не показана.

Способ получения металлического порошка осуществляют следующим образом: твердый электрод 11 в виде стержня диаметром 4≤d≤12 мм из распыляемого материала (оксид железа, никель, титан) закрепляют в механизме перемещения 10 над поверхностью электролитической ванны 9, в которую налит электролит 12 (растворы солей); отрицательный полюс источника постоянного напряжения подключают к твердому электроду-катоду 11, а положительный - к электролиту-аноду 12. Для зажигания разряда между поверхностью электролита 12 и твердым электродом 11 устанавливают межэлектродное расстояние в пределах 1≤l≤2 мм; вентиль 6 устанавливают в положение «закрыто»; через открытый вентиль 7 вакуумным насосом 5 воздух откачивается из разрядной камеры; при достижении необходимого значения давления p=20 кПа насос 5 выключают, вентиль 7 закрывают; подавая на электроды 11 и 12 напряжение U=120 В, добиваются пробоя межэлектродного промежутка. После этого напряжение между электродами устанавливают в пределах 120≤U≤1000 В, расстояние между твердым катодом и жидким анодом устанавливают в пределах 2≤l≤40 мм, ток разряда устанавливают в пределах 50≤I≤900 мА, давление в разрядной камере устанавливают в пределах 2≤p≤20 кПа. Процесс осуществляют в течение времени, например, пока полностью не кончится распыляемый материал.

Выбор конкретных значений напряжения, тока, давления и межэлектродного расстояния определяется оптимальными значениями для получения порошка с заданной дисперсностью. Только при таких значениях межэлектродного расстояния 2≤l≤40 мм, давления 2≤p≤20 кПа, напряжения 120≤U≤1000 В, тока разряда 50≤I≤900 мА, диаметра стержня катода 4≤d≤12 мм и концентрации электролита от 2% и до насыщения достигают решаемую техническую задачу. Осуществление процесса в указанных пределах параметров позволяет получать порошки с максимальной производительностью до 60 г/час.

Гранулометрический состав порошка оксида железа, полученного при напряжении U=312 В, токе разряда I=340 мА и давлении p=8 кПа, приведен на фиг.1. Из гистограммы гранулометрического состава видно, что порошок состоит из фракций с различным размером частиц. Порошки, получаемые способом плазменного распыления, имеют сферическую форму частиц или слегка эллипсоидную. Поверхность частиц преимущественно гладкая. Размер частиц определяется условиями технологического процесса их получения и может составлять от 10 нм до 2 мкм. В зависимости от параметров технологического процесса основная фракция может составлять от 16% до 34% (наночастицы с диаметром от 10 до 100 нм).

Таким образом, по сравнению с прототипом данный способ получения металлического порошка позволяет уменьшить диаметр порошка в сотни раз и увеличивает производительность получения порошка с одного электрода до 60 г/час. Установка позволяет работать одновременно с шестью электродами. При этом производительность получения нанопорошка достигает до 360 г/час. Основная масса получаемого порошка (примерно 60%) имеет дисперсность 10-100 нм. С помощью данного способа можно получить нанопорошки различных металлов и сплавов (Ст.3, Ст.20, Ст.45, У8, У8А, У10, никель, титан, вольфрам, молибден и т.д.).

Способ получения металлического порошка, включающий зажигание разряда в разрядной камере между двумя электродами, в качестве одного из которых используют твердый катод, выполненный из распыляемого материала в виде стержня, а в качестве другого - жидкий анод в виде электролита, отличающийся тем, что твердый катод выполняют диаметром 4≤d≤12 мм, напряжение между ним и жидким анодом устанавливают 120≤U≤1000 В, ток разряда устанавливают 50≤l≤900 мА, а расстояние между твердым катодом и жидким анодом устанавливают 2≤l≤40 мм, при этом давление в разрядной камере устанавливают 2≤р≤20 кПа и процесс осуществляют при концентрации электролита в виде раствора солей от 2% до насыщения.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области нанотехнологий и может быть использовано при нанесении высокоэффективных каталитических нанопокрытий. .

Изобретение относится к порошковой металлургии, а именно к способам получения металлических гранул. .

Изобретение относится к порошковой металлургии, в частности к производству металлических порошков. .

Изобретение относится к порошковой металлургии, в частности к получению порошковых материалов с частицами менее 0,2 мкм, в частности, используемых в качестве материалов для синтеза люминофоров.

Изобретение относится к способам получения наночастиц в вакуумном дуговом разряде. .

Изобретение относится к порошковой металлургии, в частности к устройствам для получения нанодисперсных порошков из любых токопроводящих материалов, в том числе и их отходов, методом электроэрозионного диспергирования для последующего их использования в технологических процессах изготовления, восстановления и упрочнения деталей машин, инструмента.
Изобретение относится к порошковой металлургии, в частности к переработке отходов твердых сплавов и использованию полученного порошка в качестве альтернативного сырья.

Изобретение относится к способу получения нанодисперсных металлов в жидкой фазе (воде, органических растворителях). .

Изобретение относится к порошковой металлургии и может быть использовано для получения нанопорошков систем элемент-углерод, т.е. .

Изобретение относится к технологиям производства металлических порошков, имеющих размер фракции, выражаемый в наноединицах. .

Изобретение относится к порошковой металлургии, в частности к получению монодисперсных наноразмерных порошков с заданными структурами и составом. Может использоваться в фармацевтической, пищевой, текстильной промышленности и других областях науки. Диспергируемые вещества переводят в жидкое состояние путем нагрева в интервале температур выше, чем температура плавления, и ниже температуры кипения, или растворения в растворителе. Полученные жидкости размещают в сосуде, соединенном с эмиттером, на который подают потенциал, обеспечивающий получение стационарного потока с равномерной структурой частиц. Диспергирование осуществляют в инертной среде газа или жидкости с температурой, обеспечивающей переход частиц дисперсного потока в твердое состояние, причем инертную среду перемещают навстречу дисперсному потоку со скоростью ниже скорости витания частиц. Обеспечивается получение монодисперсных порошков однородного состава при исключении механических производственных процессов. 3 з.п. ф-лы.
Изобретение относится к получению коллоидов металлов электроконденсационным методом. Может использоваться для создания каталитических систем, модификации волокнистых и пленочных материалов, например, для изготовления экранов защиты от электромагнитного излучения. В жидкую фазу вводят по меньшей мере одно поверхностно-активное вещество, по меньшей мере один неионогенный восстановитель, инертный газ в виде пузырьков с размером 0,1-0,5 мм и частицы диспергируемого металла. Сетчатые электроды, соотношение длин которых к расстоянию между ними равно 20÷200:1, погружают в жидкую фазу и пропускают переменный электрический ток между электродами и металлическими частицами при напряжении электрического тока 1,5-5,5 кВ и частоте 0,25-0,8 МГц. Одновременно осуществляют перемешивание путем непрерывной циркуляции жидкой фазы по замкнутому контуру, включающему межэлектродное пространство, после чего проводят обработку циркулирующей жидкой фазы ультразвуком с частотой 10-20. Обеспечивается повышение эффективности процесса непрерывного получения коллоидов металлов за счет уменьшения доли примесей в коллоиде. 2 з.п. ф-лы, 1 табл.
Изобретение относится области порошковой металлургии, в частности к шихте электродного материала для электроискрового легирования деталей машин. Шихта содержит порошок карбида вольфрама и карбид титана. Порошок получен электродиспергированием отходов твердого сплава марки Т15К6 в керосине и имеет средний размер частиц 3-100 нм. В результате режущий инструмент, полученный электроискровым легированием этой шихтой, обладает высокой стойкостью при обработке им деталей. 4 пр., 4 табл.

Изобретение относится к металлургии. Устройство для извлечения элементов из оксидных руд в виде порошка содержит плазмотрон, подающий канал, реакционный канал, фильтр и емкость для сбора порошка. Кроме того, устройство снабжено емкостью для загрузки сырья в виде смеси нанопорошков угля и оксидной руды, форсункой для регулирования скорости подачи сырья из емкости в реакционный канал, расположенной в подающем канале, каналом для теплоносителя, расположенным с охватом реакционного канала и связанным с технологическим контуром, содержащим теплообменник, тепловую турбину и электрогенератор. Упомянутый технологический контур выполнен с возможностью утилизации тепловой энергии в виде разности между энергией, выделяющейся при окислении углерода, и энергией, необходимой для разложения оксидов, в электрическую энергию. Реакционный канал выполнен с расширением по диаметру от входа в него сырья и розжига сырья плазмотроном до зоны образования газов разложения оксидов и окисления углерода, а после реакционного канала установлен многосекционный фильтр. Обеспечивается извлечение элементов из оксидных руд в виде порошка, а также более полное использование разности тепловыделения при окислении углерода и разложении оксидов. 1 ил., 3 табл.

Изобретение относится к плазменно-дуговой технологии синтеза наноструктурированных композиционных материалов, в частности полых наночастиц γ-Al2O3. Способ синтеза полых наночастиц γ-Al2O3 реализуют в две стадии, причем на первой проводят плазменно-дуговой синтез алюминий-углеродного материала, включающий откачивание вакуумной камеры, наполнение ее инертным газом, зажигание электрической дуги постоянного тока между графитовым электродом и металл-углеродным композитным электродом и распыление композитного электрода, выполненого в виде графитового стержня с полостью, в которой установлена алюминиевая проволока при весовом соотношении C:Al 15:1, а на второй - отжиг синтезированного материала, в кислородсодержащей среде при атмосферном давлении и температуре 400-950°C в течение одного часа. Технический результат - получение при синтезе 100% пригодного для использования в каталитических приложениях и материаловедении нанодисперсного порошка оксида алюминия γ-Al2O3, частицы которого представляют собой полые сферы диаметром 6-14 нм. 1 з.п. ф-лы, 5 ил.

Изобретение относится к получению металлических порошков. Устройство содержит водоохлаждаемую рабочую камеру с контролируемой атмосферой, установленный в верхней части рабочей камеры плазмотрон для формирования плазменного потока, одно или несколько устройств для подачи пруткового материала в плазменный поток и сборник порошка, установленный в нижней части рабочей камеры. Рабочая камера выполнена с параллельно ей установленной рабочей ветвью, соединенной с ней при помощи верхнего и нижнего перепускных патрубков, с возможностью обеспечения циркуляции газового потока навстречу движению потока частиц порошка за счет установки вентилятора в нижнем перепускном патрубке. Верхний перепускной патрубок расположен ниже точки пересечения плазменного потока с прутковым материалом. Параллельная рабочая ветвь имеет расположенный в нижней её части дополнительный сборник порошка. Обеспечивается получение порошков сферической формы при отсутствии слипания частиц. 2 ил., 1 пр.

Изобретение относится к композиционным материалам. Способ получения стеклометаллических микрошариков включает помол стекла и рассев его на ситах с получением гранул заданного зернового состава, плазменное распыление стеклометаллического материала с улавливанием стеклометаллических микрошариков. Гранулы стекла заданного зернового состава покрывают связующим из жидкого стекла и порошком металла при соотношении гранулы стекла : порошок металла : жидкое стекло, равном 10:1:1, с получением стеклометаллического материала. Плазменное распыление стеклометаллического материала ведут при скорости его подачи по объему в плазменную горелку 0,5 см3/с и мощности плазмотрона 6 кВт. Обеспечивается ускорение технологического процесса получения микрошариков, а также возможность регулирования их зернового состава. 3 табл., 1 пр.
Изобретение относится к порошковой металлургии, в частности к получению ультрадисперсных металлических порошков. Может использоваться для производства металлических порошков, применяемых в электронной промышленности, приборостроении, машиностроении, ракетной технике, авиастроении и других отраслях промышленности. Способ получения фракционированных ультрадисперсных металлических порошков с размерами частиц 5-500 нм, включающий подачу исходного металлического порошка со средним размером частиц 100-150 мкм потоком инертного плазмообразующего газа в реактор газоразрядной плазмы, испарение исходного металлического порошка, охлаждение продуктов испарения охлаждающим инертным газом и конденсацию полученного металлического порошка в водоохлаждаемых приемных бункерах. Разделение на фракции потока конденсированных металлических частиц регулируется силой тока в электромагните постоянного тока. Магнит расположен с внешней стороны зоны охлаждения реактора так, что полюсы создаваемого электромагнитного поля находятся в горизонтальной плоскости по оси, перпендикулярной оси плазменной струи. Обеспечивается возможность разделения ультрадисперсных порошков металлов на заданные фракции без необходимости зарядки частиц. 5 з.п. ф-лы, 14 пр.

Изобретение относится к порошковой металлургии. Устройство содержит реактор из диэлектрического материала с сетчатым дном, выполненным съемным, и пластинчатыми электродами, подключенными к электрической системе с генератором электрических импульсов, накопительную емкость из диэлектрика для просыпавшегося через сетчатое дно порошка. При этом устройство также содержит дополнительное сетчатое дно в виде решетки с отверстиями меньшего диаметра, чем у сетчатого дна, выполненного съемным, установленное в реакторе для предотвращения засорения порошка крупными остатками неизмельченного материала, рубашку охлаждения накопительной емкости, выполненную из оцинкованного железа и облицованную теплоизоляционным материалом с низким коэффициентом теплопроводности, и колебательную систему, обеспечивающую вибрацию диспергируемого материала. Устройство выполнено с возможностью контроля уровня жидкой инертной среды в реакторе, вибрации колебательной системы и частоты и длины импульсов напряжения и силы тока в электрической системе посредством числового программного управления. Обеспечивается повышение стабильности работы установки, снижение процентного содержания оксидов в порошке и получение порошка с чистотой 99,99%. 2 ил.

Изобретение относится к порошковой металлургии. Способ получения наноразмерных частиц включает электроплазменную обработку поверхности электролита в виде солевого раствора, содержащего индуцированные ионы металлов или полупроводников с формированием из них частиц заданного размера. Электроплазменную обработку поверхности электролита проводят с использованием зарядного устройства с напряжением до 30 кВ, питающего конденсаторную батарею с емкостью (1,02…75)·10-10 Ф, анода, выполненного в виде кольца и размещенного с зазором 2-4 мм над поверхностью электролита, и катода, размещенного в середине упомянутого кольца без погружения в электролит. Обработку ведут с обеспечением веерного перемещения искрового разряда по поверхности электролита, восстановлением индуцированных ионов до нейтрального состояния атомов и агломерацией их в наноразмерные частицы металлов или полупроводников, изменение размера которых задают изменением параметров емкости конденсаторной батареи и концентрации солевого раствора электролита. Обеспечивается получение наночастиц металла с допуском 10%. 4 ил.
Наверх