Способ получения свинцово-латунных порошков из отходов сплава ЛС58-3 в изопропиловом спирте Российский патент 2024 года по МПК B22F9/14 B22F8/00 B22F1/65 

Изобретение относится к области порошковой металлургии, в частности к составам и способам получения свинцово-латунного порошка, и может быть использовано для нанесения износостойких, антифрикционных, коррозионностойких и противозадирных покрытий.

Известен способ получения высокодисперсных порошков [RU2113942C1, МПК B22F 9/00, опубл. 27.06.1998]. Известный способ осуществляют путем нагрева расплавленного металла до температуры кипения, при этом металл последовательно пропускают через зоны нагрева, кипения и перегрева при постепенном повышении температуры, а движение пара в зоне перегрева до выхода из нее осуществляют в виде организованного направленного по оси потока. Для повышения степени постоянства гранулометрического состава получаемого порошка, в известном способе «управляют» процессом парообразования таким образом, что при выходе паров металла из испарителя в зону конденсации формируется струя истечения пара, имеющая геометрию, исключающую массовый выброс капель металла в зону конденсации. Управление процессом парообразования в известном способе представляет собой совокупность приемов по изменению температурного режима металла с подбором геометрии патрубков для истечения струи металлического пара.

Высокие энергетические затраты, сложный процесс управления усложняет оборудование для его реализации, что является недостатками данного способа получения порошков.

Известен также способ получения ультрадисперсных порошков металлов и оксидов металлов с диаметром частиц около 0,02 мкм в генераторе аэрозолей с электрически распыляемыми проволочками. Через проволочку пропускают импульс тока большой мощности. При этом происходят нагревание проволочки до нескольких тысяч градусов, ее частичное испарение и взаимодействие с окружающей средой (например, F. G. Karioris, B. R. «An Exploding Wire Aerosol Generator», J, Colloid Sci, 1962, 17, p. 156-161).

Основным недостатком этого способа является невозможность регулирования состава получаемого продукта, большой разброс частиц по размерам и невозможность получения порошков с низкими температурами спекания.

Известен способ получения порошка латуни и металлокерамических латунных изделий [SU 1289601 A1, МПК B22F1/00 (2000.01), опубл. 15.02.1987], включающий получение порошка латуни и металлокерамических латунных изделий спеканием медного порошка или прессованных медных изделий. С целью получения сплава заданного состава и упрощения технологии порошка латуни, исходные медные порошки или прессованные изделия подвергают спеканию в засыпке, состоящей из окислов алюминия и латунной стружки.

Недостатком этого способа является недостаточная экологичность, требует большого количества операций и обладает относительно высокой энергоемкостью.

В основу изобретения положена задача получения дисперсных частиц, обладающих заданным комплексом свойств, с минимальными затратами энергии и высокой экологичностью процесса.

Поставленная задача достигается тем, что упомянутый металлический порошок получается в результате электроэрозионного диспергирования отходов сплава марки ЛС58-3 (ГОСТ 15527-2004) в спирте изопропиловом при частоте следования импульсов 100 Гц; напряжении на электродах 200 В и емкости конденсаторов 65 мкФ.

Процесс электроэрозионного диспергирования (ЭЭД) представляет собой разрушение токопроводящего материала в результате локального воздействия кратковременных электрических разрядов между электродами.

Получаемые этим способом порошковые материалы, имеют в основном сферическую и осколочную форму частиц. Причем, изменяя электрические параметры процесса диспергирования (напряжение на электродах, емкость конденсаторов и частоту следования импульсов) можно управлять шириной и смещением интервала размера частиц, а также производительностью процесса. Для отделения наночастиц от крупноразмерных используется центрифуга.

Способ позволяет получить порошки из отходов латуни марки ЛС58-3 без использования химических реагентов, что существенно влияет на себестоимость порошка и позволяет избежать загрязнения рабочей жидкости и окружающей среды химическими веществами. Среда диспергирования оказывает влияние на химический и фазовый состав порошков. В частности, диспергирование в углеродсодержащей среде (спирте изопропиловом) приводит к образованию на поверхности частиц свободного углерода, что положительно сказывается на антифрикционных свойствах конечных изделий.

На фиг. 1 представлена микрофотография частиц порошка. На фиг. 2 – интегральная кривая и гистограмма распределения по размерам частиц порошка; на фиг. 3 – спектрограмма элементного состава частиц порошка; на фиг. 4 – дифрактограмма фазового состава частиц порошка.

При этом достигается следующий технический результат: получение порошков из отходов свинцовой латуни с частицами сферической и осколочной формы с невысокими энергетическими затратами и экологической чистотой процесса способом ЭЭД.

Пример 1.

На экспериментальной установке для получения свинцово-латунных порошков из токопроводящих материалов в спирте изопропиловом при массе загрузки 500 г диспергировали отходы латуни марки ЛС58-3. При этом использовали следующие электрические параметры установки:

− напряжение на электродах от 100…150 В;

− ёмкость конденсаторов 25…45 мкФ;

− частота следования импульсов 50…100 Гц.

На данных режимах диспергирования процесс электроэрозии протекает нестабильно, образуются частицы в основном осколочной формы.

Пример 2.

На экспериментальной установке для получения свинцово-латунных порошков из токопроводящих материалов в спирте изопропиловом при массе загрузки 500 г диспергировали отходы латуни марки ЛС58-3. При этом использовали следующие электрические параметры установки:

− напряжение на электродах от 150…200 В;

− ёмкость конденсаторов 45…65 мкФ;

− частота следования импульсов 50…100 Гц.

Полученный порошок исследовали различными методами.

Исследования морфологии, проведенные с помощью растрового электронного микроскопа «QUANTA 600 FEG», показали, что порошок, полученный методом ЭЭД из отходов сплава ЛС58-3, состоит в основном из частиц правильной сферической, эллиптической формы и агломератов (фиг. 1).

Анализ распределения по размерам частиц порошка, полученного с помощью анализатора размеров частиц «Analysette 22 NanoTec», показал, что средний размер частиц составляет 24 мкм. (фиг. 2).

Рентгеноспектральный микроанализ частиц порошка, проведенный с помощью энергодисперсионного анализатора рентгеновского излучения фирмы «EDAX», встроенного в растровый электронный микроскоп «QUANTA 600 FEG», показал, что на поверхности частиц порошка, полученного методом ЭЭД из отходов твердого сплава марки ЛС58-3 в спирте изопропиловом, присутствуют Cu, Zn, Pb, C, O, Sn (фиг. 3).

Анализ фазового состава частиц порошка, проведенный с помощью рентгеновской дифракции на дифрактометре «Rigaku Ultima IV», показал наличие фаз: Cu₃Zn, Pb, ZnO, CuO₂, SnO₂.(фиг. 4).

Проведенные исследования показали, что способом электроэрозионного диспергирования отходов сплава марки ЛС58-3 в спирте изопропиловом имеется возможность получения порошка-сплава с равномерным распределением легирующих элементов.

Пример 3.

На экспериментальной установке для получения свинцово-латунных порошков из токопроводящих материалов в спирте изопропиловом при массе загрузки 500 г диспергировали отходы латуни марки ЛС58-3. При этом использовали следующие электрические параметры установки:

− напряжение на электродах от 250…300 В;

− ёмкость конденсаторов 45…65 мкФ;

− частота следования импульсов 50…100 Гц.

Данные режимы получения порошка не рекомендуются, т.к. процесс диспергирования идет не стабильно и сопровождается хлопками.

Изобретение относится к области порошковой металлургии, к способам получения свинцово-латунного порошка, который может быть использован для нанесения износостойких, антифрикционных, коррозионностойких и противозадирных покрытий. Способ включает электроэрозионное диспергирование отходов сплава марки ЛС58-3 в спирте изопропиловом при напряжении на электродах от 150-200 В, ёмкости конденсаторов 45-65 мкФ и частоте следования импульсов 50-100 Гц. Обеспечивается получение порошка правильной сферической, эллиптической формы и агломератов с равномерным распределением легирующих элементов. 4 ил., 3 пр.

Способ получения свинцово-латунных порошков из отходов сплава ЛС58-3 в изопропиловом спирте, отличающийся тем, что он получен путем электроэрозионного диспергирования отходов сплава марки ЛС58-3 в спирте изопропиловом при напряжении на электродах от 150-200 В, ёмкости конденсаторов 45-65 мкФ и частоте следования импульсов 50-100 Гц.