Способ получения электрода для производства порошковых материалов из титановых сплавов для аддитивных и гранульных технологий

Изобретение относится к порошковой металлургии, в частности к получению электрода для производства порошковых материалов из титановых сплавов, которые могут использоваться для аддитивных и гранульных технологий. Для изготовления электрода используют отходы литейного производства титановых сплавов, предварительно отсортированные по требуемому химическому составу, которые очищают от литой корки в дробеструйной камере и обрабатывают в галтовочном аппарате в течение 30 мин для очистки от окисных загрязнений. Затем осуществляют выплавку в вакуумной гарнисажной печи и разливку в изложницы с формированием электрода. Обеспечивается получение порошков сферической формы с размером частиц, соответствующим требованиям аддитивных и гранульных технологий, и низким содержанием кислорода, водорода и азота, экологическая чистота производства и высокая производительность.

 

Изобретение относится к порошковой металлургии, а именно к получению электрода для производства порошковых материалов из титановых сплавов, для аддитивных и гранульных технологий, нанесения покрытий и изготовления различных изделий методом 3D-печати.

Расходные материалы для производства порошковых материалов для отечественных производителей является серьезной проблемой. В связи с неразвитостью российского рынка металлопорошковые композиции для аддитивных машин в основном приходится закупать за рубежом. Оптовая цена на внешнем рынке порошковых материалов предельно высокая и при этом существуют ограничения при оформлении заказа до 10 кг порошков. Для российских потребителей стоимость 1 кг порошков обходится в 2-3 раза дороже, чем для пользователей страны производителя. В среднем цена порошковых материалов из сплава Ti-6Al-4V за 1 кг достигает 600-800∈.

В связи с этим предложения по способу получения исходных заготовок электродов с требуемым химическим составом для производства порошков является актуальным.

Известны способы получения порошков титана при использовании в качестве исходных материалов титановой губки по патентам RU 2301723, B22F 9/16 от 27.06.2007 г. и RU 2240896, B22F 9/16 от 27.11.2004 г.

Недостатками указанных способов является гидрирование титановой губки, ее измельчение, термическое разложение образовавшегося спека в вакууме. Использование титановой губки и гидрирования повышает себестоимость и ограничивает область применения способов, при этом более 15% полученного порошка размером менее 10 мкм.

Известен способ получения титанового порошка методами размола в аттриторе титановой губки с использованием хлористого кальция в качестве защитной среды по патенту RU 2178341 C2, МПК B22F 9/04.

Недостатком данного способа, как и предыдущих, является использование титановой губки и ее окисление в процессе производства порошков.

В качестве материалов для изготовления порошков из титановых сплавов используются порошковые смеси по патенту RU 572928 C22 от 31.05.2011 г. или губчатый титан по патенту RU 2622501 от 05.08.2015 г.

Известен способ получения порошка титана методом электроэрозионного диспергирования отходов титана, а именно стружки сплава ВТ6 по патенту RU 2631549 CI, B22F 9/14, C22B 34/12, B22H 1/00.

Недостатком данного способа является сильное окисление полученных порошков, так как основными фазами при производстве получаются окислы титана TiO и Ti₂О.

Известен способ получения мелкодисперсного порошка титана по патенту RU 2609762 C1, МПК C22C 14/00, B22F 9/16, B22F 9/14 от 02.12.2015 г. В качестве сырья используется обрезь листов и слитков из титана марки ВТ1-00 и сплавов неизвестного состава. Данный способ включает активирование исходного материала в смеси азотной и фтористой кислот, затем гидрирование в камере с хлористым водородом, измельчение полученного гидрида титана в вакууме и измельчение образовавшегося титанового спека. В качестве исходного материала используется слиток, который получают вакуумным переплавом в медном водоохлаждаемом кристаллизаторе. Затем полученный слиток обрабатывают раствором, содержащем азотную и фтористоводородные кислоты и гидрируют в камере при температуре 500°С хлористым водородом. Откачка вакуумным насосом хлористого водорода составляла 5-7 часов. Слиток растрескивается, что облегчает измельчение в шаровой мельнице. Масса полученного порошка 485 г., размер фракций 20-30 мкм.

Недостатком данного способа является гидрирование исходной титановой губки; химический состав получаемых порошков из-за использования неизвестных сплавов не прогнозируем; экологически нечистое производство из-за обработки исходного сырья в смеси кислот; процесс подготовки исходных материалов к плавке составляет более 15 часов; размер получаемого слитка мал, менее 100 мм; использование водорода, термического дегидрирования в вакууме, отходы титана (стружка ВТ6) подвергается электроэрозионному диспергированию в дистиллированной воде.

Наиболее близким к заявленному способу является способ получения электрода для производства порошковых сплавов по патенту RU 2562552 C1 МПК B22F 3/087, B22F 9/06, C22C, включающий смешивание готовых порошковых компонентов и последующее спекание или прессование порошка для формирования электрода для дальнейшего производства порошковых материалов требуемого химического состава.

Недостатком данного способа является использование готовых порошков для получения электрода требуемого химического состава и неоднородность полученного химического состава электрода. Способ отличается трудоемкостью и малой производительностью.

Техническая задача, решаемая данным изобретением, заключается в создание способа получения электрода для производства порошковой металлургии, обеспечивающего экологическую чистоту производства и снижение себестоимости изготовления порошков для аддитивных и гранульных технологий.

Технический результат достигается за счет использования отходов литейного производства титановых сплавов с известным химическим составом с добавлением легирующих элементов. Электрод, полученный в вакуумной гарнисажной печи, имеет размер диаметром 70-90 мм и длиной 1200 мм.

Полученный при расплавлении отходов электрод диаметром 70-90 мм, длиной 1200 мм механически обрабатывают до диаметра 60-80 мм и передают на атомизатор для расплавления и распыления в среде аргона. Распыление осуществляется известным способом, допускается использование центробежного плазменного распыления порошка. Полученные порошки сортируют по фракциям и пакуют в специальные контейнеры, заполненные аргоном. Получаемый порошковый материал имеет точно установленный химический состав, соответствующий определенной марке сплава, как по содержанию легирующих элементов, так и по содержанию вредных примесей. Содержание кислорода при данном способе получения порошков не превышает 0,12%, что соответствует международным требованиям. Размеры получаемых фракций порошков 15-45 мкм, 5-63 мкм, 63-80 мкм, 80-100 мкм, 100-150 мкм, 150-200 мкм и имеют сферическую форму и высокую текучесть.

Существенным отличием предлагаемого способа от известных является то, что не нужно использовать водород, высокие температуры и применять метод диспергирования, что делает процесс более дешевым и производительным, а также отсутствует вероятность возникновения пожара.

Способ реализуется следующим образом.

Литейные отходы (прибыли, литники, бракованные отливки) предварительно сортируются по химическому составу, затем в дробеструйной камере очищаются от литой корки. Очищенные отходы разрезаются на заготовки размерами 30×100×200 мм и обрабатываются в течение 30 минут в галтовочном барабане для очистки от окисных загрязнений. Затем отходы очищаются металлической щеткой от различных пылевидных фракций. До 7% используется очищенная титановая стружка.

Очищенные отходы выплавляются в вакуумной гарнисажной печи и заливаются в металлическую изложницу, получая 2 слитка диаметром 70-90 мм и длиной 1200 мм. Слитки механически обрабатываются до диаметра 60-80 мм для возможности использования в качестве заготовок для газовой атомизации и плазменного центробежного распыления. Распыление производится центробежным известным способом и газовой атомизацией. Размеры фракций 15-45 мкм, 5-63 мкм, 63-80 мкм, 80-100 мкм, 100-150 мкм, 150-200 мкм. Масса порошков от 1 кг до 50 кг упакованные в специальные контейнеры.

Способ изготовления электрода для получения порошка из титанового сплава, включающий подготовку отходов литейного производства титанового сплава и формирование электрода, отличающийся тем, что для изготовления электрода используют отходы литейного производства титановых сплавов, предварительно отсортированные по требуемому химическому составу, которые очищают от литой корки в дробеструйной камере, обрабатывают в галтовочном аппарате в течение 30 мин для очистки от окисных загрязнений, после чего осуществляют выплавку в вакуумной гарнисажной печи и разливку в изложницы с формированием электрода.