Способ получения композиционного порошкового материала плакированием

Изобретение относится к получению композиционного порошкового материала плакированием. Способ включает смешивание плакируемого порошка железа и плакирующего порошка алюминия и низкочастотную термомеханическую обработку полученной смеси. Низкочастотную термомеханическую обработку смеси ведут при температуре 550-600°С в емкости с безокислительной атмосферой путем вертикальных колебаний емкости с частотой 30-50 Гц, амплитудой 7-10 мм в течение 5-10 мин с последующей выдержкой смеси в течение 30 с при температуре 710-730°С и указанных вертикальных колебаниях емкости. Обеспечивается адгезия покрытия не ниже предела прочности алюминия. 2 з.п. ф-лы, 1 табл.

 

Изобретение относится к области порошковой металлургии, в частности к получению плакированных порошков с образованием химических соединений между плакируемым и плакирующим материалами.

Разработка новых многофункциональных покрытий, обладающих комплексом свойств (повышенные коррозионная, абразивная, усталостная прочность, низкий коэффициент трения), способов и машин для их нанесения на основу является актуальной проблемой современной науки о материалах. Для решения этой проблемы в первую очередь необходимо создать композиционные материалы, обладающие всем комплексом свойств, подчас взаимоисключающих, обеспечивающих функциональные возможности покрытий. Современным направлением в порошковой металлургии является применение исходных порошков в виде микрокомпозитов с дополнительными компонентами - премиксов. Использование премиксов существенно влияет на формирование структуры и свойств готового продукта.

Известен способ плакирования порошковых материалов с образованием их соединений обработкой в мельницах различного типа (Т.Ф. Григорьева, А.П. Баринова, Н.З. Ляхов. Механохимический синтез в металлических системах. Новосибирск: Параллель, 2008. 311 с.)

Недостатками данного способа являются:

1) изменение исходной морфологии плакируемых порошков;

2) использование в процессе плакирования мелющих элементов;.

3) загрязнение плакируемых материалов материалом мелющих элементов.

Известен способ плакирования карбонилообразующими металлами порошкообразных материалов, включающий механическую обработку плакируемой поверхности и плакирующего материала в виде металлического порошка или пудры мелющими телами в виброкипящем слое, отличающийся тем, что с целью расширения технологических возможностей за счет увеличения диапазона плакируемых материалов и обеспечения плакирования легкоплавких материалов обработку проводят в атмосфере монооксида углерода, причем плакируемый материал берут с размером частиц, превышающим размер частиц плакирующего материала более чем в 10 раз, а мелющие тела берут с размером, в 1,5-4 раза превышающим размеры плакируемого материала (авторское свидетельство СССР №1378162, МПК B22F 1/02. Опубликовано 20.06.1999 г.)

Недостатками данного способа являются:

1) жесткие ограничения по соотношению фракций плакируемого и плакирующего порошков;

2) использование в процессе плакирования мелющих элементов;

3) загрязнение плакируемых материалов материалом мелющих элементов.

Известен способ плакирования порошковых материалов тугоплавкими металлами, включающий испарение галогенидов соответствующих металлов, транспортировку паров в псевдосжиженный слой плакируемого порошка, совместный ввод паров галогенида и газа восстановителя в нижнюю часть слоя, восстановление паров галогенида водородом, отличающийся тем, что процесс проводят в фонтанирующем слое, а по высоте слоя поддерживают градиент температуры от температуры в нижней части слоя, равной температуре, при которой проводят испарение галогенида, до температуры в верхней части слоя на 10-20% выше температуры полного восстановления галогенида (патент РФ №1802752, МПК B22F 7/04, С23С 18/16. Опубликовано 15.03.1993).

Недостатками данного способа являются:

1) сложность подвода паров галогенидов к псевдосжиженному порошковому слою;

2) высокая трудоемкость и технологическая сложность поддержания заданного градиента температур по нестабильной высоте порошкового слоя.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к предлагаемому решению является способ получения плакированием композиционного порошкового материала состава Fe-Al, включающий смешивание плакируемого порошка железа и плакирующего порошка алюминия и низкочастотную термомеханическую обработку полученной смеси (Концевой Ю.В. и др. Механическое плакирование дисперсных систем Fe-Al и Cu при динамических нагрузках. Процессы получения и свойства порошков. Известия вузов. ПМ и ФМ, №1, 2015, с. 8-11, - прототип).

Недостатками данного способа являются:

1) жесткие ограничения по соотношению фракций плакируемого и плакирующего порошков;

2) обязательные пластические деформации плакирующего и плакируемого материалов;

3) ограничения по соотношению механических свойств плакируемого и плакирующего порошков.

Техническим результатом данного изобретения является получение железного порошка плакированного алюминием с адгезией покрытия не ниже предела прочности алюминия и высокой производительностью процесса.

Указанный технический результат достигается тем, что в способе получения композиционного порошкового материала плакированием, включающем смешивание плакируемого порошка железа и плакирующего порошка алюминия и низкочастотную термомеханическую обработку полученной смеси, согласно изобретению низкочастотную термомеханическую обработку смеси ведут при температуре 550-600°С в емкости с безокислительной атмосферой путем: вертикальных колебаний емкости с частотой 30-50 Гц, амплитудой 7-10 мм в течение 5-10 мин с последующей выдержкой смеси в течение 30 с при температуре 710-730°С и указанных вертикальных колебаниях емкости.

При этом порошок алюминия используют с размером частиц 1-10 мкм, а термомеханическую обработку ведут с использованием индукционного нагрева.

Указанные признаки: вертикальные колебательные движения с частотой 30-50 Гц, амплитудой 7-10 мм при температуре 550-600°С и последующая 30-секундная выдержка при температуре 710-730°С в условиях тех же колебаний, являются необходимыми для достижения поставленной цели, т.е. получения плакированных алюминием порошков железа с адгезией плакированного слоя не ниже предела текучести алюминия.

Суть данных признаков заключается в следующем:

вертикальные колебательные движения емкости для плакирования с частотой 30-50 Гц, амплитудой 7-10 мм обеспечивают нанесение алюминия на частицы железного порошка и локальные пластические деформации этих частиц;

температура 550-600°С производит термическую активацию частиц алюминиевого порошка и делает алюминий мягким и облегчает его нанесение на железные порошинки;

выдержка при температуре 710-730°С в течение 30 с обеспечивает появление ферроалюминидов - упрочняющих соединений, обеспечивающих высокую адгезию плакирующего материала к плакируемуму;

колебания в период термической выдержки не допускают приваривания плакированных порошков к стенкам емкости.

Вертикальные колебательные движения емкости для плакирования с частотой 30-50 Гц и амплитудой 7-10 мм создают условия для возвратно-поступательного движения порошков алюминия и железа, причем в силу их различных плотностей их движения происходят в различных периодах, что создает необходимые соударения частиц для нанесения алюминия на железные частицы. При амплитуде ниже 7 мм движение порошка переходит в состояние виброкипения, и процесс плакирования прекращается, а амплитуда выше 10 мм, практически не улучшая показатели процесса, приводит к критическим динамическим нагрузкам на механические агрегаты. Частота ниже 30 Гц не обеспечивает необходимых скоростей движения порошковых частиц достаточных для создания локальных пластических деформаций, а частота выше 50 Гц приводит к неоправданному увеличению энергетических ресурсов.

Нагрев до температуры 550-600°С выполняет две задачи:

производит термическую активацию порошка, т.е. при температуре ≥550°С происходит разрушение оксидной пленки на частицах алюминия за счет различных коэффициентов термического расширения алюминия и его оксида;

размягчает алюминий, что интенсифицирует процесс нанесения алюминия на железные частицы.

Нагрев менее 550°С не обеспечивает химической активации алюминиевого порошка, а нагрев выше 600°С приведет к плавлению алюминия и его разбрызгиванию.

30-секундная выдержка при температуре 710-730°С создает условия лавинообразной реактивной диффузии алюминия в железо и появления достаточно большого слоя ферроалюминидов. Нагрев ниже температуры 710°С не обеспечивает условий рекристаллизации железных частиц, а нагрев выше 730°С ведет к появлению спеков и нерациональной затрате энергии.

Колебания в течение высокотемпературной выдержки необходимы для поддержания порошкового массива в состоянии движения и исключения создания спеков.

Пример конкретного осуществления

Экспериментальную проверку предлагаемого технического решения проводили на установке многоцелевой низкочастотной обработки Института металлургии Уральского научного центра РАН, используя контейнер изготовленной из нержавеющей стали диаметром 30 мм и высотой 300 мм, а для нагрева применяли индукционный нагреватель ВЧИН-15. При экспериментальной проверке в качестве базового использовали мелкодисперсный железный порошок, полученный распылением расплава водой или сжатым воздухом, например ПЖР 3.200.28 согласно ГОСТ 9849-86. В качестве плакирующего использовали порошок алюминия, получаемый путем распыления расплава алюминия струей газа либо с помощью размола мельницами, например ПА-4, ПАД-6 с фракционным составом 1-10 мкм. Атмосфера в контейнере с порошками - азот. Результаты эксперимента приведены в таблице.

1. Способ получения композиционного порошкового материала плакированием, включающий смешивание плакируемого порошка железа и плакирующего порошка алюминия и низкочастотную термомеханическую обработку полученной смеси, отличающийся тем, что низкочастотную термомеханическую обработку смеси ведут при температуре 550-600°С в емкости с безокислительной атмосферой путем вертикальных колебаний емкости с частотой 30-50 Гц, амплитудой 7-10 мм в течение 5-10 мин с последующей выдержкой смеси в течение 30 с при температуре 710-730°С и указанных вертикальных колебаниях емкости.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что используют порошок алюминия с размером частиц 1-10 мкм.

3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что термомеханическую обработку ведут с использованием индукционного нагрева.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области нанотехнологий, а именно к способам получения фотокатализаторов для разложения веществ, загрязняющих воздух и воду, и может быть использовано в химической, фармацевтической и биосинтетической промышленности.

Изобретение относится к получению нанокристаллического магнитомягкого порошкового материала для изготовления широкополосного радиопоглощающего композита. Способ включает измельчение аморфной ленты из магнитомягкого сплава на молотковой дробилке до частиц 3-5 мм и затем измельчение в высокоскоростном дезинтеграторе.

Изобретение может быть использовано в неорганической химии. Способ получения субмикронного порошка альфа-оксида алюминия включает обработку гидроксида алюминия, полученного способом Байера, в мельнице с затравочными частицами, сушку, прокаливание и дезагрегацию полученного порошка путем помола в органическом растворителе.

Изобретение относится к области порошковой металлургии. Для размола порошка обрабатывают исходный железосодержащий материал в мельнице.

Группа изобретений относится к получению порошка из губчатого титана. Установка снабжена герметичной системой, состоящей из дозирующего устройства, роторной дробилки с патрубком для загрузки губчатого титана, патрубком для выгрузки порошка, патрубком для подачи аргона и патрубком для вывода пылевой смеси, циклона, соединенного с дробилкой и выполненного в виде бункера с верхним, боковым и нижним патрубками, и емкости для сбора порошка.

Изобретение относится к получению мелкодисперсных металлических порошков. Способ включает механическое диспергирование металлического материала с получением полидисперсного металлического порошка, перемешивание смеси полидисперсного металлического порошка с химически инертной к нему жидкой средой до образования суспензии.

Изобретение относится к получению металлического порошка механической обработкой цилиндрической заготовки. Способ включает размещение заготовки соосно одной из абразивных головок, закрепленных в корпусе мелющего диска, приведение во вращение упомянутой заготовки и ее измельчение с получением металлического порошка путем истирания вращающимся мелющим диском.
Группа изобретений относится к получению цементированного карбида, который может быть использован для изготовления режущего инструмента. Способ включает стадии формирования шлама, содержащего жидкость для измельчения, порошки связующих металлов, первую порошковую фракцию и вторую порошковую фракцию, измельчение, сушку, прессование и спекание шлама.
Изобретение относится к получению композитного титан-ниобиевого порошка для аддитивных технологий. Способ включает механическую активацию смеси порошков титана и ниобия с добавлением противоагломерирующего компонента.

Изобретение может быть использовано для получения наноразмерных порошков элементов и их неорганических соединений методом «испарения - конденсации» в потоке газа.

Изобретение относится к способу получения структуры тонкопленочного катода на основе системы Li2Fe0,5Mn0,5SiO4 и позволяет получить катод с монокристаллической бездефектной структурой с равномерным распределением химического состава по объему.

Изобретение относится к области электротехники, а именно к способу получения тонкопленочного анода, и может быть использовано при изготовлении литий-ионных аккумуляторных батарей.

Группа изобретений относится к получению наночастиц типа сердцевина/оболочка и материалам для термоэлектрического преобразования. Способ получения наночастиц включает генерирование плазмы в растворе, содержащем два типа растворенных солей металлов, с обеспечением высаживания первого металла и второго металла.

Изобретение относится к электротехнической области и может быть использовано в аккумуляторных батареях транспортных и космических систем с улучшенными удельными характеристиками.

Изобретение относится к пассивированию тонкого порошка алюминия. Способ включает термическую обработку и последующее охлаждение порошка, при этом порошок алюминия нагревают до температуры пассивации 200-350°С и ведут термическую обработку порошка алюминия в воздушной среде с влажностью 8-12 г/м3 в течение 30-150 мин.

Изобретение относится к порошку сплава, содержащему уран и молибден в метастабильной γ-фазе, композиции порошков, заключающей в себе указанный порошок, а также к вариантам использования упомянутого порошка сплава и упомянутой композиции порошков для изготовления тепловыделяющих элементов, в частности топливных элементов для экспериментальных ядерных реакторов, и мишеней, предназначенных для получения радиоактивных элементов, в частности, для формирования изображений в области медицины.

Изобретение относится к реакторам для осаждения материалов на поверхности при последовательном использовании самоограниченных поверхностных реакций. Способ атомно-слоевого осаждения (АСО) покрытия на поверхность частиц дисперсного материала включает установку картриджа для атомно-слоевого осаждения (картриджа АСО) в приемник реактора АСО посредством осуществления быстроразъемного соединения, причем картридж АСО сконфигурирован с возможностью выполнения функции реакционной камеры АСО, обработку поверхности дисперсного материала в картридже АСО путем обработки дисперсного материала в расположенных одно над другим отделениях картриджа, каждое из которых отделено от смежного отделения пластинчатым фильтром.

Изобретение относится к получению наночастиц с ядром из ферромагнитного металла и диэлектрической оболочкой из оксида алюминия. В способе по варианту 1 проводят плазменную переконденсацию в токе инертного газа частиц порошка оксида алюминия с нанесенным на их поверхность покрытием из ферромагнитного металла с массовой долей от 25 до 75 мас.%, при этом обеспечивают послойное испарение упомянутых частиц и последующее образование наночастиц путем первичной конденсации кластеров из ферромагнитного металла и конденсации на них паров оксида алюминия.

Изобретение может быть использовано при электродуговой сварке для модифицирования металла сварного шва наноразмерными тугоплавкими частицами. Рубленую сварочную проволоку диаметром 1-2 мм и длиной 1-2 мм смешивают с модифицирующей добавкой диоксида титана с помощью высокоэнергетической планетарной мельницы с ускорением частиц не менее 20 g.

Изобретение относится к получению композиционного армированного порошкового материала для нанесения покрытий холодным сверхзвуковым газодинамическим напылением.
Настоящее изобретение относится к магнитомягкому композитному порошковому материалу на основе железа и может быть использовано для изготовления сердечника индукционной катушки большой мощности. Композитный порошковый состав на основе железа содержит измельченные железные частицы, покрытые первым слоем, содержащим фосфор, и вторым слоем силиката щелочного металла, объединенного с глинистым минералом, содержащим филлосиликат или металлоорганическим слоем с силикатом щелочного металла. Настоящее изобретение также относится к способу для получения магнитомягкого компонента и к магнитомягкому изделию для работы при высоких частотах. Предложенный композитный порошковый состав после прессования и термообработки обеспечивает в магнитном сердечнике повышение удельного сопротивления и снижение гистерезисных потерь при эксплуатации на частотах выше 2 кГц, что является техническим результатом изобретения. 3 н. и 11 з.п. ф-лы, 11 табл., 10 пр.

Изобретение относится к получению композиционного порошкового материала плакированием. Способ включает смешивание плакируемого порошка железа и плакирующего порошка алюминия и низкочастотную термомеханическую обработку полученной смеси. Низкочастотную термомеханическую обработку смеси ведут при температуре 550-600°С в емкости с безокислительной атмосферой путем вертикальных колебаний емкости с частотой 30-50 Гц, амплитудой 7-10 мм в течение 5-10 мин с последующей выдержкой смеси в течение 30 с при температуре 710-730°С и указанных вертикальных колебаниях емкости. Обеспечивается адгезия покрытия не ниже предела прочности алюминия. 2 з.п. ф-лы, 1 табл.

Наверх