Шихта для получения порошка композитного материала на основе железа
Владельцы патента RU 2623544:
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Самарский государственный технический университет" (RU)
Изобретение относится к получению порошка композитного материала на основе железа и карбида титана методом самораспространяющегося высокотемпературного синтеза (СВС). Шихта содержит сформированные гранулы железоалюминиевого термита, состоящие из оксида железа(III) Fe2O3, алюминия и связующего в виде нитроцеллюлозы, и сформированные гранулы, состоящие из титана, углерода и связующего в виде нитроцеллюлозы. Гранулы железоалюминиевого термита и гранулы, состоящие из титана, углерода и нитроцеллюлозы, содержатся в соотношении 1:1. Обеспечивается получение легкоразрушаемого пористого образца.
Изобретение относится к области порошковой металлургии и может быть использовано для приготовления широкой номенклатуры порошков, обладающих такими свойствами, как износостойкость, коррозионная стойкость, тугоплавкость, жаропрочность, жаростойкость и т.п.
Известна шихта [1] для получения абразивного материала, содержащая, мас. %: оксид переходных металлов IV-VI групп 2,0-50,0; сажа 0,2-5,0; карбид бора - остальное. Шихту смешивают в вихревом аппарате в течение 2 мин, затем уплотняют в графитовом контейнере, спекают в графито-трубчатой печи при 1700°C и выдерживают в течение 2 ч в среде водорода. Спеченные брикеты дробят на щековой дробилке, а затем размалывают в мельницах тонкого помола.
Известна шихта [2] для получения порошка керметов, содержащая, мас. %: Al2O3 15,0; TiC 15,0; Fe 70. Шихта брикетируется, спекается, а полученные брикеты размалываются.
Недостатком известных шихт является высокая стоимость получаемого материала, обусловленная длительностью и энергоемкостью операции спекания.
В качестве наиболее близкого прототипа заявленного изобретения принята шихта [3] для получения магнитно-абразивного материала, содержащая, мас. %: Ti 14-26; C 3,5-6,5; Al 16,0-19,5; остальное - магнетит. Шихта готовится за счет смешивания порошковых компонентов, после чего помещается в реактор, и осуществляется инициирование самораспространяющегося высокотемпературного синтеза (СВС). В результате реакции образуется спек, который затем дробится в щековой дробилке для получения порошка.
Стоимость получаемого материала снижается за счет использования метода СВС вместо спекания. Однако недостатком известного состава является получение конечных продуктов синтеза в виде сплошного спека, что обуславливает трудоемкость и длительность процесса размола для приготовления порошка.
Техническим результатом, на достижение которого направлено настоящее изобретение, является снижение трудоемкости процесса получения порошка композитного материала за счет получения продуктов в виде легкоразрушаемого пористого образца.
Требуемый технический результат достигается тем, что используется шихта для получения порошка композитного материала на основе железа и карбида титана методом самораспространяющегося высокотемпературного синтеза (СВС), содержащая сформированные гранулы железоалюминиевого термита, состоящие из оксида железа(III) Fe2O3, алюминия и связующего в виде нитроцеллюлозы, и сформированные гранулы, состоящие из титана, углерода и связующего в виде нитроцеллюлозы, при этом она содержит гранулы железоалюминиевого термита и гранулы, состоящие из титана, углерода и нитроцеллюлозы, в соотношении 1:1, причем гранулы железоалюминиевого термита содержат компоненты при следующем соотношении, мас. %:
| Оксид железа(III) | 71±2 |
| Алюминий | 24±1 |
| Нитроцеллюлоза | 5±1 |
а гранулы, состоящие из титана, углерода и нитроцеллюлозы, содержат компоненты при следующем соотношении, мас. %:
| Титан | 71±2 |
| Углерод | 18±1 |
| Нитроцеллюлоза | 11±1 |
Для синтеза используется гранулированная шихта в насыпном виде. При сжигании шихты реакция между исходными веществами протекает в режиме СВС, а конечный продукт представляет собой легкоразрушаемый пористый образец, состоящий из отдельных гранул заданного размера, что облегчает его дальнейший размол. При этом исходные вещества приготавливают в виде отдельных гранул железоалюминиевого термита и гранул из смеси титана с углеродом. В результате совместного сжигания гранул описанных составов жидкие продукты реакции горения термитной шихты поглощаются гранулами образующегося карбида титана. Полученные гранулы композитного материала на основе железа и карбида титана измельчают до получения порошка нужной фракции.
Например, для приготовления гранул железоалюминиевого термита используют смеси порошков алюминия и оксида железа(III). В качестве связующего используют нитроцеллюлозу. Таким образом, гранулы Fe2O3+Al содержат, мас. %: оксид железа(III) 71±2, алюминий 24±1, нитроцеллюлозу 5±1.
Для приготовления гранул шихты карбида титана используют смеси порошков титана и углерода. В качестве связующего используют нитроцеллюлозу. Таким образом, гранулы Ti+C содержат, мас. %: титан 71±2, углерод 18±1, нитроцеллюлозу 11±1.
Технология приготовления гранулированной шихты:
- готовится смесь порошкообразных исходных компонентов в ступке или шаровой мельнице;
- приготавливается 10% раствор нитроцеллюлозы в ацетоне;
- в приготовленную смесь порошкообразных компонентов вводится требуемое количество раствора нитроцеллюлозы в ацетоне в расчете на сухой вес нитроцеллюлозы 5% или 11%, соответственно;
- получившаяся тестообразная масса перемешивается, подсушивается и протирается шпателем через сетку с ячеей заданного размера, возможно получение гранул методом экструзии;
- получившиеся гранулы высушиваются на воздухе до полного удаления растворителя;
- готовые гранулы смешиваются друг с другом в нужном соотношении для получения готовой шихты, из которой методом СВС синтезируются нужные соединения.
Предложенная совокупность существенных признаков неизвестна из доступных источников информации и может быть серийно воспроизведена в производстве, то есть соответствует критериям патентоспособности и промышленной применимости.
Источники информации
1. А.с. 975369, СССР. Шихта для получения абразивного материала / Марек Э.В., Мошковский Е.И., Косолапова Т.Я. и др. / опубл. 23.11.1982 г., - бюл. №43.
2. Барон Ю.М. Технология абразивной обработки в магнитном поле / Л.: «Машиностроение» (Ленингр. отд-ние), 1975. - 128 с.
3. А.с. 1616780, СССР. Шихта для получения магнитно-абразивного материала / Колесников А.А., Азарова Т.А., Борисенок Г.В. и др. / опубл. 30.12.1990 г., - бюл. №48.
Шихта для получения порошка композитного материала на основе железа и карбида титана методом самораспространяющегося высокотемпературного синтеза (СВС), содержащая сформированные гранулы железоалюминиевого термита, состоящие из оксида железа(III) Fe2O3, алюминия и связующего в виде нитроцеллюлозы, и сформированные гранулы, состоящие из титана, углерода и связующего в виде нитроцеллюлозы, отличающаяся тем, что она содержит гранулы железоалюминиевого термита и гранулы, состоящие из титана, углерода и нитроцеллюлозы, в соотношении 1:1, причем гранулы железоалюминиевого термита содержат компоненты при следующем соотношении, мас. %:
| Оксид железа(III) | 71±2 |
| Алюминий | 24±1 |
| Нитроцеллюлоза | 5±1 |
а гранулы, состоящие из титана, углерода и нитроцеллюлозы, содержат компоненты при следующем соотношении, мас. %:
| Титан | 71±2 |
| Углерод | 18±1 |
| Нитроцеллюлоза | 11±1 |
