Способ получения компактированного модификатора чугуна на основе нанодисперсных порошковых материалов

Авторы патента:

C22C35/00 - Сплавы (лигатуры) для легирования железа или стали

Владельцы патента RU 2522926:

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Национальный исследовательский Томский государственный университет" (RU)

Изобретение относится к металлургическому и литейному производству, в частности к модификаторам для изготовления чугунов, работающих в условиях абразивного износа. Способ включает смешение криолита и смеси нанодисперсных порошков оксидов ниобия, титана, циркония, тантала со смешивающим агентом и последующее компактирование смеси. В качестве сшивающего агента используют водный раствор глиоксаля (40%), при этом полученную пастообразную смесь с помощью шнекового гранулятора компактируют в гранулы цилиндрической формы, которые сушат 3 ч при температуре 80°C, при следующем соотношении компонентов смеси, мас.%: криолит 79-81, оксид ниобия 3-4, оксид титана 3-4, оксид циркония 4-5, оксид тантала 1-2, водный раствор глиоксаля (40%) 5-7. Изобретение позволяет вводить в расплав чугуна карбидо- и нитридообразующие элементы для повышения физико-механических характеристик сплавов и снизить выход литейного брака. 2 пр., 1 табл, 1 ил.

Изобретение относится к металлургическому, литейному производству, в частности к модификаторам для изготовления чугунов, работающих в условиях абразивного износа.

Известен модификатор и способ его получения (патент РФ 2180363 МПК С22С 35/00, С22С 1/05). Изобретение относится к модификаторам для выплавки чугуна. Предложен модификатор, содержащий компоненты в следующем соотношении, мас.%: кремний 20-55; углерод 20-65 и/или карбид кремния 30-40; кальций 0,5-6,0; железо остальное. Модификатор дополнительно может содержать один элемент, выбранный из группы, включающей, мас.%: магний 1-3; титан 1-5; цирконий 1-5; редкоземельные металлы 1-5; стронций не более 2; барий 2-6. Способ получения модификатора включает измельчение ферросплавов - ферросилиция, силикокальция и углеродсодержащих добавок и их смешивание. После измельчения берут фракции ферросплавов с размером зерен 0,315-5,0 мкм, а углеродсодержащих добавок - с размером зерен 0,315-2,0 мкм, а после смешивания осуществляют брикетирование путем прессования. В качестве углеродсодержащих добавок используют графит тигельный или графит электродный и карбид кремния. Модификатор получают в виде брикета в форме таблетки диаметром 7-100 мм при влажности не выше 0,2%. В другом варианте берут только мелкодисперсные фракции компонентов с размером зерен 0,315-2,0 мкм. Техническим результатом изобретения является полная усваиваемость модификатора чугуном при снижении себестоимости производства.

Основные недостатки:

1) Необходимо фракционирование.

2) Брикетирование осуществляется с помощью прессования.

3) Требуются углеродсодержащие добавки.

Известен способ модифицирования чугунов и сталей (патент 2121510 МПК С21С 1/00, С21С 7/00, С22С 35/00). Изобретение относится к металлургии, а именно к способам внепечного модифицирования чугунов и сталей с помощью тугоплавких ультрадисперсных частиц, плакированных металлом-протектором, и может быть использовано в металлургии и литейном производстве. Изобретение позволяет упростить и удешевить технологию модифицирования, а также улучшить механические и эксплуатационные свойства чугунов и сталей. Согласно способу в расплав чугунов и сталей вводят модификатор, содержащий тугоплавкие дисперсные неметаллические частицы и вещество-протектор. Перед введением в расплав под струю расплавленного металла смесь тугоплавких дисперсных неметаллических частиц и вещества-протектора подвергают обработке (одновременному дроблению, активированию и плакированию тугоплавких дисперсных неметаллических частиц) до получения порошка с размером тугоплавких дисперсных неметаллических частиц не более 0,1 мкм, после чего получившийся порошок вводят в расплавленный металл. Порошок получают совместным помолом тугоплавких дисперсных неметаллических частиц и вещества-протектора при следующем соотношении мас.%: тугоплавкие дисперсные неметаллические частицы 50-90%; вещество-протектор - остальное. Помол смеси тугоплавких дисперсных неметаллических частиц и вещества-протектора могут проводить в инертной атмосфере.

Основные недостатки:

1) Необходимо плакирование металлом-протектором.

2) Перед введением в расплав под струю расплавленного металла смесь тугоплавких дисперсных неметаллических частиц и вещества-протектора подвергают обработке.

3) Помол смеси тугоплавких дисперсных неметаллических частиц и вещества-протектора рекомендуют проводить в инертной атмосфере

Известен способ получения модификатора для никелевых сплавов (патент 2447177, МПК С22С 35/00, B22F 3/12), выбранный в качестве прототипа. Изобретение относится к металлургии, в частности к формированию методами порошковой металлургии брикета для модифицирования никелевых сплавов ультрадисперсными порошками тугоплавких соединений. В смесь, содержащую порошки молибдена, хрома и никеля, вводят ультрадисперсный порошок карбонитрида титана и порошки титана, алюминия, вольфрама и ниобия. Порошок карбонитрида титана предварительно перемешивают в течение 1,5-2 часов и смешивают с порошком титана 10-20 минут. Добавляют порошок алюминия и перемешивают 10-20 минут, затем добавляют порошки вольфрама, ниобия, молибдена, хрома и никеля и перемешивают 5-10 минут. Смесь подвергают дегазации в вакуумной печи с разрежением 2-10^-3-2·10^-4 мм рт.ст. при температуре 250-400°C в течение 5-15 минут и перемешивают в течение 1,5-2,5 часов. Прессуют при давлении 20-100 МПа и спекают в вакууме в течение 30 мин. Изобретение позволяет снизить содержание газовых примесей и обеспечивает возможность формирования мелкого зерна, равномерно распределенного по объему модифицируемого сплава. Основные недостатки: для получения модификатора используются порошки металлов ниобия, титана, ниобия, молибдена, карбонитрида титана, что увеличивает стоимость модификатора; для получения модификатора необходимо использование вакуума и нагревания, что увеличивает трудоемкость получения модификатора; для компактирования используется прессование при давлении 20-100 МПа.

Задачей настоящего изобретения является разработка способа введения карбидо- и нитридообразующих элементов в расплав чугуна с целью повышения физико-механических характеристик сплавов и снижения выхода литейного брака (раковин, пор, трещин).

Поставленная задача решается тем, что способ получения компактированного модификатора чугуна на основе нанодисперсных порошковых материалов включает приготовление смеси нанодисперсных оксидов редкоземельных элементов (РЗЭ) (ниобий, титан, циркония, тантал) и криолита с последующим формованием, но в отличие от прототипа для компактирование осуществляется посредствам смачивания компонентов модификатора раствором глиоксаля без использования прессования. Для приготовления компактированнного модификатора на основе нанодисперсных порошковых материалов используется смесь оксидов РЗЭ (ниобия, титана, циркония, тантала) и водный раствор глиоксаля (40%), при следующем соотношении компонентов, мас.%:

криолит - 79-81%

оксид ниобия, 3-4%

оксид титана, 3-4%

оксид циркония 4-5%

оксид тантала - 1-2%

водный раствор глиоксаля (40%) - 5-7%.

Полученную смесь гомогенизируют перемешиванием, компактируют в гранулы с помощью лабораторного гранулятора ФШ-004, которые затем сушат 3 ч при 80°C.

Приготовление компактированного модификатора для обработки чугуна производится в два этапа. На первом этапе криолит и смесь нанодисперсных оксидов ниобия, титана, циркония, тантала смешивается с водным раствором глиоксаля (40%). Перемешивание проводится в течение 5 минут, после чего смесь компактируется в цилиндрические гранулы. Полученный компактированный модификатор сушится в течение 3 часов при температуре 80°C. Пример конкретного осуществления изобретения приведен ниже.

Пример 1. Смесь криолита в количестве 81 мас.% и нанодисперсных оксидов ниобия, титана, циркония, тантала в количестве 14 мас.% смешивали в смесителе периодического действия с 40% раствор глиоксаля (5 мас.%). Компактирование в цилиндрические формы проводилось на приборе ФШ-004. Полученный модификатор сушился при температуре 80°C в течение 3 часов. Гранулы обладали белым цветом и характеризуются пределом прочности при изгибе 7 кг/см.

Пример 2. Смесь криолита в количестве 79 мас.% и нанодисперсных оксидов ниобия, титана, циркония, тантала в количестве 14 мас.% смешивали в смесителе периодического действия с 40% раствора глиоксаля (7%). Компактирование и сушка проводится, как в примере 1. Гранулы обладали желтоватым цветом и характеризуются пределом прочности при изгибе 12 кг/см.

Преимуществами заявленного изобретения являются: применение в качестве связующего водного раствора глиоксаля (40%), применение которого позволяет избежать операции прессования для получения твердых гранул. Глиоксаль при попадании в железоуглеродный расплав разлагается с образованием газообразных продуктов, в результате модификатор переходит в высокодисперсное состояние. Для производства модификатора используются высокодисперсные оксиды, что обеспечивает низкую стоимость модификатора. На рисунке 1 представлены результаты исследований выхода литейного брака при использовании компактированного модификатора и при использовании ферротитана для модифицирования чугуна марки ИЧХ28Н2. (Рисунок 1 - соотношение выхода годной продукции и литейного брака при обработке компактированным модификатором (2) и ферротитаном (1)).

В таблице 1 представлены результаты исследований механических свойств чугуна марки ИЧХ28Н2, обработанного компактированным модификатором и полученного по традиционной технологии. (Таблица 1 - свойства чугуна ИЧХ28Н2)

Таблица 1
Характеристика	Чугун, полученный по традиционной технологии	Чугун, обработанный компактированным модификатором
предел прочности (временное сопротивление) σ_B, МПа	370	390
Твердость по Бриннелю, HB	560	590-600

Способ получения компактированного модификатора чугуна на основе нанодисперсных порошковых материалов, включающий смешение криолита и смеси нанодисперсных оксидов ниобия, титана, циркония, тантала со смешивающим агентом и последующее компактирование смеси, отличающийся тем, что в качестве смешивающего агента используют водный раствор глиоксаля (40%), при этом полученную пастообразную смесь с помощью шнекового гранулятора компактируют в гранулы цилиндрической формы, которые сушат 3 ч при температуре 80°C, при следующем соотношении компонентов смеси, мас.%:
криолит 79-81
оксид ниобия 3-4
оксид титана 3-4
оксид циркония 4-5
оксид тантала 1-2
водный раствор глиоксаля (40%) 5-7.

Изобретение относится к области металлургии и может быть использовано при переработке титансодержащего шлака на титано-алюминиевый сплав. Способ включает приготовление шихты смешением титансодержащего шлака с алюминием и кальцийсодержащим материалом, в качестве которого используют фторид кальция и кальций, или фторид кальция и оксид кальция, или фторид кальция и смесь кальция и оксида кальция, при поддержании в шихте соотношения диоксид титана:порошок алюминия:кальций и/или оксид кальция:фторид кальция по массе 1:(0,58-1,62):(0,28-1,1):(0,09-0,32), восстановительную плавку шихты при температуре 1450-1750°С и отделение сплава от шлака.

Лигатура // 2521916

Изобретение относится к литейному производству и может быть использовано при получении высокопрочного чугуна с шаровидным графитом без структурно свободного цементита в литом состоянии.

Модификатор // 2521915

Изобретение относится к литейному производству и может быть использовано для получения высокопрочного чугуна с шаровидным графитом без структурно свободного цементита в литом состоянии на основе металлизированных окатышей и стальных отходов.

Электрохимический способ получения лигатурных алюминий-циркониевых сплавов // 2515730

Изобретение относится к электрохимическому получению лигатурных алюминий-циркониевых сплавов. В способе осуществляют анодную гальваностатическую поляризацию циркония с плотностью тока 0,5-4,0 мАсм-2 в течение 1-5 часов в расплавленных хлоридах щелочных металлов или смеси хлоридов щелочных и щелочноземельных металлов, содержащих расплавленный алюминий или алюминий-магниевый сплав, при температуре 700-750°С в атмосфере аргона.

Способ получения лигатуры алюминий-скандий // 2507291

Изобретение относится к области металлургии цветных металлов, в частности к получению сплавов алюминия с редкоземельными металлами. Способ получения лигатуры алюминий-скандий включает расплавление алюминия, алюминотермическое восстановление скандия из исходной шихты, содержащей фторид скандия, хлорид калия и фторид натрия под покровным флюсом и последующую выдержку полученного расплава.

Модифицирующий лигатурный пруток ai-sc-zr // 2497971

Изобретение относится к области металлургии, в частности к химическому составу и технологии получения лигатурных прутков для модифицирования зеренной структуры слитков из алюминиевых сплавов.

Способ получения титансодержащего сплава для легирования стали // 2497970

Изобретение относится к металлургии, в частности к производству легирующих сплавов для сталей и чугунов, и конкретно касается способа получения титансодержащего сплава для легирования стали.

Способ получения алюминиево-медных лигатур // 2486271

Изобретение относится к металлургии и может быть применено для получения алюминиево-медных лигатур. .

Сплав для внепечной обработки стали и чугуна и шихта для его получения // 2483134

Изобретение относится к области металлургии, в частности к созданию сплава с цирконием и титаном для рафинирования, микролегирования и раскисления стали и чугуна. .

Сплав для легирования стали титаном // 2482210

Изобретение относится к области черной металлургии, а именно к сплавам, используемым для легирования сталей титаном. .

Способ формирования электропроводящих слоев на основе углеродных нанотрубок // 2522887

Заявляемое изобретение относится к области электрической техники, в частности к способам создания электропроводящих слоев, применяемых в широких областях техники, в том числе в электронике или электротехнике, и может быть использовано для создания проводящих соединений в микросхемах.

Способ азотирования деталей машин с получением наноструктурированного приповерхностного слоя и состав слоя // 2522872

Изобретение относится к машиностроению, в частности к способу азотирования деталей узлов трения скольжения с получением наноструктурированного приповерхностного слоя.

Способ формирования эпитаксиальных наноструктур меди на поверхности полупроводниковых подложек // 2522844

Изобретение относится к области нанотехнологий, а именно к способам создания эпитаксиальных медных структур на поверхности полупроводниковых подложек и может быть использовано при создании твердотельных электронных приборов.

Нанотехнологический комплекс // 2522776

Изобретение относится к нанотехнологическому оборудованию и предназначено для замкнутого цикла производства и измерения новых изделий наноэлектроники. Нанотехнологический комплекс включает робот-раздатчик с возможностью осевого вращения, сопряженный с камерой загрузки образцов и модулем локального воздействия, а также измерительный модуль, включающий сканирующий зондовый микроскоп, аналитическую камеру, монохроматор и источник рентгена.

Электрический сенсор на пары гидразина // 2522735

Изобретение может быть использовано в медицине, биологии, экологии и различных отраслях промышленности. Электрический сенсор на пары гидразина содержит диэлектрическую подложку, на которой расположены электроды и чувствительный слой, меняющий фотопроводимость в результате адсорбции паров гидразина, при этом чувствительный слой состоит из структуры графен-полупроводниковые квантовые точки, фотопроводимость которой уменьшается при адсорбции молекул гидразина на поверхность квантовых точек пропорционально концентрации паров гидразина в пробе.

Способ диагностики дефектов на металлических поверхностях // 2522709

Изобретение относится к методам неразрушающего контроля и предназначено для определения дефектов и трещин на поверхности металлического оборудования и трубопроводов.

Свч плазменный конвертор // 2522636

Изобретение относится к технике переработки углеводородного сырья, в частности природного газа, и может быть использовано при получении углеродных нанотрубок и водорода.

Способ определения угла разориентированности кристаллитов алмаза в композите алмаза // 2522596

Изобретение может быть использовано в области разработки материалов на основе алмаза для магнитометрии, квантовой оптики и биомедицины. Способ определения угла разориентированности кристаллитов алмаза в композите алмаза включает помещение композита алмаза в резонатор спектрометра электронного парамагнитного резонанса (ЭПР), измерение спектров ЭПР азотно-вакансионного NV-дефекта в композите алмаза при разных ориентациях композита алмаза относительного внешнего магнитного поля, сравнение полученных зависимостей линий ЭПР с рассчитанными положениями линий ЭПР NV-дефекта в монокристалле алмаза в магнитном поле, определяемыми расчетным путем.

Способ модификации оболочек полиэлектролитных капсул наночастицами магнетита // 2522204

Изобретение относится к способу модификации оболочек полиэлектролитных капсул наночастицами магнетита. Заявленный способ включает получение матрицы-контейнера, в качестве которой используют пористые микрочастицы карбоната кальция, формирование оболочки полиэлектролитных капсул путем последовательной адсорбции полиаллиламина и полистиролсульфоната и модификацию наночастицами магнетита на поверхности матрицы-контейнера или после растворения матрицы путем синтеза наночастиц магнетита методом химической конденсации.

Способ получения наноструктурированных покрытий оксидов металлов // 2521643

Изобретение относится к области синтеза оксидов металлов простого и сложного состава, обладающих диэлектрическими или полупроводниковыми свойствами, в виде тонких наноструктурированных покрытий на поверхности изделий различной формы.

Композиция в качестве бактерицидного и антифунгального средства (варианты) и макропористый бактерицидный материал на ее основе // 2522986

Изобретение относится к композициям и полимерным материалам биомедицинского назначения, содержащим наночастицы серебра (0,0005-0,02 мас.%), стабилизированные амфифильными сополимерами малеиновой кислоты (0,0008-0,05 мас.%), низкомолекулярные органические амины (0,0002-0,04 мас.%) и воду. Кроме того, указанная композиция может дополнительно содержать полимерный структурообразователь. Введение в композицию полимерного структурообразователя позволяет получать макропористые структурированные гидрогелевые материалы, обладающие пролонгированным бактерицидным и антифунгальным действием. Наиболее эффективно изобретение может быть использовано для обеззараживания воды из различных источников, а также для получения паро- и водопроницаемых покрытий на раны, бактерицидная и антифунгальная активность которых сохраняется в течение нескольких суток в биологических средах, а также в жесткой воде. 3 н.п. ф-лы, 2 табл., 9 пр.