СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ КАРБИДА ХРОМА CrC Российский патент 2015 года по МПК C01G37/00 C01B31/30 

Описание патента на изобретение RU2558601C1

Изобретение относится к области неорганического синтеза, а именно к получению карбидов хрома, и может найти применение в металлургической промышленности, производстве твердых сплавов, получении наплавочных смесей и сплавов, производстве деталей и инструментов, катализе, абразивной обработке материалов.

Высший карбид хрома Cr3C2 широко применяется в промышленности благодаря таким свойствам, как высокая твердость, прочность, хорошая коррозионно- и износостойкость. Из сплава карбида хрома с никелем изготавливают детали пресс-форм и аппаратов химической промышленности. Карбид хрома применяется как материал для изготовления специальных инструментов с высокой химической стойкостью, в износостойких покрытиях, противостоящих интенсивному абразивному износу, в том числе и при повышенных температурах (до 800°C). Благодаря высокой стойкости по отношению к различным химическим реагентам и стойкости к окислению, карбид хрома используют для изготовления фильтров, деталей насосов, сопел для подачи агрессивных жидкостей и газов. Из-за каталитических свойств карбид Cr3C2 применяется как катализатор в процессах органического синтеза [Алексеев А.Г., Бовкун Г.А., Болгар А.С. Свойства, получение и применение тугоплавких соединений / Справочник под ред. Косолаповой Т.Я. М.: Металлургия, 1986, 928 с.].

Карбид хрома, используемый в твердых и наплавочных сплавах и смесях, производят следующими методами [Косолапова Т.Я. Карбиды. Металлургия, 1968. 300 с.].

- Наиболее распространенный и используемый в промышленности метод получения карбида хрома Cr3C2 - взаимодействие оксида хрома с сажей в интервале температур 1400-1600°C, в том числе при постепенном подъеме температуры до 1500°C в течение 30-40 мин и выдержке при этой температуре 1,5-2 ч.

- Карбид хрома Cr3C2 может быть получен синтезом из элементов.

- Карбид хрома Cr3C2 может быть получен науглероживанием хрома метаном в присутствии водорода при температуре 600-800°C согласно реакции

Cr+H2+CH4→Cr3C2+H2+(CH),

где символом (CH) обозначены продукты разложения углеводородов.

- Разложением карбонила хрома в присутствии водорода при температурах от 250 до 850°C.

В этих случаях образуется грубодисперсный карбид хрома, малопригодный для использования в производстве инструментов и в качестве катализатора. При таких методах, как правило, получается смесь нескольких карбидов хрома.

В качестве прототипа выбран способ получения порошка карбида хрома синтезом из элементов, из смеси хром - углерод при температурах 1400-1800°C в течение длительного времени 20-40 часов в восстановительной атмосфере [S. Loubiere, C. Laurent, J. P. Bonino, A. Rousset, «Powders of chromium and chromium carbides of different morphology and narrow size distribution)), Mater. Res. Bull., vol. 33, 1998, p. 935-944].

Недостатками известных методов получения (приготовления) являются: большой расход энергии, необходимость применения высоких температур, длительное время синтеза.

Техническим результатом изобретения является разработка способа получения более высокодисперсных карбидов хрома с низким потреблением энергии и малым временем синтеза.

Технический результат получения карбида хрома Cr3C2 достигается механохимической активацией смесей металлического хрома с углеродом и последующим нагревом в среде инертного газа. В качестве источника углерода используют сажу. Шихту предварительно механически активируют в центробежной планетарной мельнице при ускорении шаров 25-45 g и соотношении шихта : шаровая загрузка по массе 1:20 в течение 30-40 мин и нагревают при температуре до 1000°C в течение 10 мин. Механически активированную смесь подвергают термообработке в атмосфере инертного газа при температуре до 1000°C. В качестве инертного газа используют гелий.

Карбидообразование в барабане начинается обрывисто после 30 мин помола, когда прослойки хрома в рулетообразных частицах Cr-C утоняются до длины диффузионного пути углерода в хром.

Для дальнейшего нагрева механоактивированной смеси Cr-С более всего подходят смеси с развитой межфазной поверхностью и тонкими прослойками реагентов (сокращенными путями диффузии), но находящиеся лишь на грани карбидообразования, то есть с неизрасходованным зарядом тепла экзотермических реакций, что достигается при времени помола 30-40 мин. Время помола менее 30 мин не способствует достижению указанного состояния смеси.

При механообработке смеси более 40 мин повышенное карбидообразование в смеси в барабане, то есть более толстые слои образовавшихся карбидов хрома на частицах хрома препятствуют диффузии углерода в хром при дальнейшем нагреве, что способствует повышению температуры нагрева для преодоления этого препятствия.

Технический результат - получен карбид хрома Cr3C2 стехиометрического состава с размерами частиц 213 нм (удельная поверхность 4,7 м2/г).

Сущность изобретения иллюстрируется следующими примерами.

Пример 1.

В барабан планетарной мельницы загружают 8,67 г Cr и 1,33 г C (сажа). Смесь подвергают механохимической активации в планетарной мельнице ЛАИР-0.015 при частоте вращения барабанов 1828 мин-1 (45 g) в течение 9 мин. Активированную смесь нагревают при температуре до 1000°C в течение 10 мин в атмосфере инертного газа (гелий). По данным рентгенофазового анализа в полученном образце содержатся карбиды хрома Cr3C2, Cr7C3 и Cr23C6. Размер частиц 538 нм (удельная поверхность 1,9 м2/г).

Пример 2.

В барабан планетарной мельницы загружают 8,67 г Cr и 1,33 г C (сажа). Смесь подвергают механохимической активации в планетарной мельнице ЛАИР-0.015 при частоте вращения барабанов 1370 мин-1 (25 g) в течение 27 мин. Активированную смесь нагревают при температуре до 1000°C в течение 10 мин в атмосфере инертного газа (гелий). По данным рентгенофазового анализа в полученном образце содержатся карбиды хрома Cr3C2, Cr7C3. Размер частиц 507 нм (удельная поверхность 2,0 м2/г).

Пример 3.

В барабан планетарной мельницы загружают 8,67 г Cr и 1,33 г C (сажа). Смесь подвергают механохимической активации в планетарной мельнице ЛАИР-0.015 при частоте вращения барабанов 1370 мин-1 (25 g) в течение 30 мин. Активированную смесь нагревают при температуре до 1000°C в течение 10 мин в атмосфере инертного газа (гелий). По данным рентгенофазового анализа в полученном образце содержится карбид хрома Cr3C2. Размер частиц 357 нм (удельная поверхность 2,8 м2/г).

Пример 4.

В барабан планетарной мельницы загружают 8,67 г Cr и 1,33 г C (сажа). Смесь подвергают механохимической активации в планетарной мельнице ЛАИР-0.015 при частоте вращения барабанов 1838 мин-1 (45 g) в течение 36 мин. Активированную смесь нагревают при температуре до 1000°C в течение 10 мин в атмосфере инертного газа (гелий). По данным рентгенофазового анализа в полученном образце содержится карбид хрома Cr3C2. Размер частиц 213 нм (удельная поверхность 4,7 м2/г).

Пример 5.

В барабан планетарной мельницы загружают 8,67 г Cr и 1,33 г C (сажа). Смесь подвергают механохимической активации в планетарной мельнице ЛАИР-0.015 при частоте вращения барабанов 1370 мин-1 (25 g) в течение 43 мин. Активированную смесь нагревают при температуре до 1000°C в течение 10 мин в атмосфере инертного газа (гелий). По данным рентгенофазового анализа в полученном образце содержатся карбиды хрома Cr3C2 и Cr7C3. Размер частиц 588 нм (удельная поверхность 1,7 м2/г).

Похожие патенты RU2558601C1

название год авторы номер документа
СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ КАРБИДА ВОЛЬФРАМА WC 2008
  • Молчанов Виктор Викторович
  • Гойдин Василий Викторович
RU2394761C1
Способ получения порошка карбида хрома 2017
  • Николаенко Ирина Владимировна
  • Швейкин Геннадий Петрович
RU2674526C1
СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ КАРБИДА ВОЛЬФРАМА WC 2008
  • Молчанов Виктор Викторович
  • Гойдин Василий Викторович
RU2388689C1
Способ получения порошка карбида 2016
  • Леонтьев Леопольд Игоревич
  • Лисин Вячеслав Львович
  • Петрова Софья Александровна
  • Костылев Виктор Алексеевич
  • Вараксин Александр Владимирович
RU2639797C1
СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ НАНЕСЕННОГО КАТАЛИЗАТОРА ГИДРОПЕРЕРАБОТКИ ТЯЖЕЛЫХ НЕФТЯНЫХ ФРАКЦИЙ 2012
  • Бакланова Ольга Николаевна
  • Лавренов Александр Валентинович
  • Василевич Анастасия Витальевна
  • Княжева Ольга Алексеевна
  • Булучевский Евгений Анатольевич
  • Лихолобов Владимир Александрович
RU2495717C1
СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ НАНОДИСПЕРСНЫХ ПОРОШКОВ КАРБИДОВ ВОЛЬФРАМА И ТИТАНА МЕТОДОМ СВС 2012
  • Полубояров Владимир Александрович
  • Мали Вячеслав Иосифович
  • Коротаева Зоя Алексеевна
  • Жданок Александр Александрович
  • Паули Ирина Анатольевна
  • Степанова Наталья Владимировна
RU2508249C1
СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ПОРОШКОВОГО МАТЕРИАЛА НА ОСНОВЕ КАРБИДА КРЕМНИЯ ИЗ КРЕМНИЙОРГАНИЧЕСКОГО ПОЛИМЕРА 2004
  • Беляева Е.И.
  • Бакланова Н.И.
  • Беляев Е.Ю.
  • Сучкова Г.А.
RU2259336C1
НАНОКОМПОЗИЦИОННЫЙ ЭЛЕКТРОКОНТАКТНЫЙ МАТЕРИАЛ И СПОСОБ ЕГО ПОЛУЧЕНИЯ 2015
  • Шкодич Наталья Федоровна
  • Вадченко Сергей Георгиевич
  • Кусков Кирилл Васильевич
  • Московских Дмитрий Олегович
  • Рогачев Александр Сергеевич
  • Мукасьян Александр Сергеевич
RU2597204C1
Способ получения электроконтактного композитного материала на основе меди, содержащего кластеры на основе частиц тугоплавкого металла 2016
  • Кусков Кирилл Васильевич
  • Московских Дмитрий Олегович
  • Шкодич Наталья Федоровна
  • Вадченко Сергей Георгиевич
  • Рогачев Александр Сергеевич
  • Мукасьян Александр Сергеевич
RU2645855C2
СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ КАРБИДА ХРОМА 1987
  • Тарабрин Г.К.
  • Ситнов А.Г.
  • Белкин В.С.
  • Чиженков Е.Н.
  • Тарабрина В.П.
SU1826311A1

Реферат патента 2015 года СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ КАРБИДА ХРОМА CrC

Изобретение может быть использовано в металлургии. Для получения карбида хрома Cr3C2 смесь порошка хрома и сажи механически активируют в центробежной планетарной мельнице при ускорении шаров 25-45 g и соотношении шихта : шаровая загрузка по массе 1:20 в течение 30-40 мин. Затем шихту нагревают при температуре до 1000°C в течение 10 мин в атмосфере инертного газа. Изобретение позволяет получить карбид хрома стехиометрического состава с высокой дисперсностью, снизить потребление энергии, уменьшить время синтеза. 2 з.п. ф-лы, 5 пр.

Формула изобретения RU 2 558 601 C1

1. Способ получения карбида хрома Cr3C2, включающий механохимическую активацию смесей порошка хрома с сажей и последующее прокаливание активированной смеси в среде инертного газа, отличающийся тем, что шихту предварительно механически активируют в центробежной планетарной мельнице при ускорении шаров 25-45 g и соотношении шихта : шаровая загрузка по массе 1:20 в течение 30-40 мин и нагревают при температуре до 1000°C в течение 10 мин в атмосфере инертного газа.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что механоактивацию проводят в центробежной планетарной мельнице, в которой шары и барабаны футерованы хромом, без избытка сажи для получения карбида хрома стехиометрического состава.

3. Способ по пп. 1 и 2, отличающийся тем, что в центробежной планетарной мельнице сначала загружают сажу, измельчают ее в течение 30 мин, затем выгружают и заполняют барабаны мельницы шихтой хрома и сажи стехиометрического состава.

Документы, цитированные в отчете о поиске Патент 2015 года RU2558601C1

CN 102219215 A, 19.11.2011;
Способ синтеза сложных карбидов 1991
  • Егорычев Ким Николаевич
  • Ермилов Александр Германович
  • Сафонов Владимир Валерьевич
  • Рупасов Сергей Иванович
  • Левашов Евгений Александрович
  • Богатов Юрий Владимирович
SU1804489A3
СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ КАРБИДА ХРОМА 1987
  • Тарабрин Г.К.
  • Ситнов А.Г.
  • Белкин В.С.
  • Чиженков Е.Н.
  • Тарабрина В.П.
SU1826311A1
CN 102963895 A, 13.03.2013;
CN 101624289 A, 13.01.2010;
LOUBIERE S
et al., Powders of chromium and chromium carbides of different morphology and narrow size distribution, Materials Research Bulletin, 1998, v
Способ сопряжения брусьев в срубах 1921
  • Муравьев Г.В.
SU33A1
Приспособление для точного наложения листов бумаги при снятии оттисков 1922
  • Асафов Н.И.
SU6A1
Железобетонный фасонный камень, форма для его изготовления и устройство из него стен 1924
  • Э.Д. Фельдман
SU935A1

RU 2 558 601 C1

Авторы

Приписнов Олег Николаевич

Рупасов Сергей Иванович

Шелехов Евгений Владимирович

Медведев Александр Сергеевич

Даты

2015-08-10Публикация

2014-03-17Подача