ШИХТА ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ ЛИТОГО ОКСИДНОГО МАТЕРИАЛА Российский патент 1994 года по МПК B22F1/00 C22C29/00 

Изобретение относится к порошковой металлургии и может быть использовано при изготовлении абразивного инструмента с последующим его применением для обработки металлических поверхностей.

Известна шихта для способа получения твердых сплавов путем спекания порошков тугоплавкого неорганического соединения и металла-связки при высоких температурах и давлении.

Недостатками этой шихты являются получение спеченных образцов только небольших размеров, наличие в них пор и свободного углерода, снижающих их прочность, использование сложных установок, малая их производительность и большие затраты электроэнергии.

Известна шихта из способа синтеза тугоплавких неорганических соединений путем воспламенения смеси металла и неметалла в герметичном сосуде. Синтез основан на использовании тепла химической реакции взаимодействия компонентов реакционной смеси и протекает в режиме горения. Воспламенение смеси производится разогретой вольфрамовой спиралью или другим известным способом локально в поверхностном слое.

Горение осуществляется следующим образом.

Поверхностный слой смеси воспламеняется, реагирует с выделением большого количества тепла, часть которого передается прилагаемому холодному слою, который, в свою очередь, прогревается, воспламеняется, реагирует и передает часть тепла соседнему слою. Таким образом, реакция протекает в тонком слое смеси в зоне горения, где температура достигает 2000-4000 К. Зона горения перемещается по смеси со скоростью 1-15 см/с.

Недостатком этой шихты является получение целевого продукта в порошкообразном виде, что требует дополнительных операций для создания литого продукта.

Наиболее близкой к сущности изобретения является шихта из способа получения тугоплавких неорганических материалов путем локального воспламенения смеси исходных компонентов под давлением газообразной среды. В качестве исходной смеси используют смесь окислов металлов IV-VI групп Периодической системы элементов с восстановлением и неметаллом. Для получения твердых сплавов в реакционную смесь наряду с перечисленными компонентами вводят металл-связку, например никель, кобальт. Для улучшения качества литых материалов, например устранения пор и раковин, а также ускорения разделения целевого продукта и шлака синтез проводят в режиме установившегося вращения при перегрузках 100-1500 g. Для устранения испарения летучих компонентов процесс проводят под давлением 1000-5000 атм.

Недостатком этой шихты является то, что получаемый оксидный материал Al₂O₃ x xCr₂O₃ обладает недостаточно высокой микротвердостью зерна (1900-2000 кг/мм²).

Цель изобретения - получение оптимального сочетания высокой твердости и прочности зерен оксидного материала (Al₂O₃ x Cr₂O₃).

Поставленная цель достигается тем, что шихта для получения литого оксидного материала в режиме горения, состоящая из оксида металла III группы, алюминия и углерода в качестве оксида металла IV группы содержит смесь порошков оксидов шести- и трехвалентного хрома при следующем соотношении исходных компонентов, мас. % : Оксид хрома VI 32-40 Оксид хрома III 24-36 Алюминий 22-30 Углерод 6-10.

Отличительным признаком изобретения является введение в шихту смеси порошков оксидов шести - и трехвалентного хрома в определенном соотношении, вследствие чего происходит неполное восстановление оксидов хрома до металлического хрома. Часть недовосстановленного оксида хрома (III) образует твердый раствор с оксидом алюминия (Al₂O₃ x Cr₂O₃). Растворяясь в решетке корунда, оксид хрома повышает его микротвердость.

Существует оптимальный интервал количества растворенного в корунде оксида хрома, составляющий 3-5 мас. % .

При содержании Cr₂O₃ в пределах 3-5 мас. % прочность материала находится на уровне чистого Al₂O₃, а микротвердость повышается до 2100-2300 кг/мм². При содержании оксида хрома менее 3 мас. % микротвердость материала находится на уровне Al₂O₃ ( ≈2000 кг/мм²). При содержании оксида хрома более 5 мас. % происходит резкое падение прочности зерна материала. Экспериментально установлено, что оптимальное количество 3-5 мас. % Cr₂O₃ в Al₂O₃ получается при использовании в исходной шихте смеси порошков оксидов шести -и трехвалентного хрома в пределах, указанных в формуле.

Если содержание в исходной шихте оксида хрома VI менее 32 (мас. % ) и оксида хрома III менее 24 мас. % , то в процессе горения происходит полное восстановление оксидов до металлического хрома. Микротвердость полученного материала находится на уровне чистого Al₂O₃, так как содержание C₂O₃ менее 3 мас. % . Если же содержание в исходной шихте оксида хрома VI более 40 мас. % и оксида хрома III более 36 мас. % , происходит значительное недовосстановление Cr₂O₃ и содержание Cr₂O₃ превышает 5 мас. % , вследствие чего резко падает прочность оксидного материала.

П р и м е р . Готовят шихту со следующим соотношением компонентов, мас. % : Oксид хрома (VI) 37 Оксид хрома (III) 28 Алюминий 27 Углерод 8
Шихту засыпают в графитовую форму, помещают в реактор, шихту воспламеняют раскаленной спиралью при давлении газа (азот) 40 ати.

После завершения синтеза и полного остывания графитовую форму извлекают из реактора. Полученный слиток состоит из двух слоев: верхнего - оксидный материал (Al₂O₃ x Cr₂O₃), нижнего - карбид хрома (Cr-C). Оксидный материал, не имея сцепления с карбидным, легко удаляется механически.

Микротвердость полученного оксидного материала 2200 кг/мм², прочность 3,4 кгс/зерно для фракции 630/500.

Результаты примера, а также другие примеры реализации представлены в табл. 1, из которой следует, что изобретение позволяет получать литой оксидный материал с микротвердостью 2200-2300 кг/мм² и прочностью зерна для фракции 630/500 3,4 кгс/зерно. В табл. 2 представлена характеристика оксидного материала. (56) Авторское свидетельство СССР N 617485, кл. С 22 С 29/00, 1978.

Изобретение относится к порошковой металлургии и позволяет получать целевой материал с микротвердостью 2200-2300 кг/мм² и прочностью 3,4 кгс/зерно для фракции 630/500 за счет использования шихты, содержащей компоненты, мас. % : оксид хрома VI 32 - 40; оксид хрома III 24 - 36; алюминий 22 - 30; углерод 6 - 10. 2 табл.

ШИХТА ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ ЛИТОГО ОКСИДНОГО МАТЕРИАЛА в режиме горения на основе оксида алюминия, состоящая из оксида металла VI группы, алюминия и углерода, отличающаяся тем, что в качестве оксида металла VI группы берут смесь порошков оксидов шести- и трехвалентного хрома при следующем соотношении компонентов, мас. % :
Оксид хрома VI 32 - 40
Оксид хрома III 24 - 36
Алюминий 22 - 30
Углерод 6 - 10