Способ получения композиционного порошка на основе двойного карбида титана-хрома Российский патент 2024 года по МПК B22F9/16 B22F3/23 C22C1/53 

Изобретение относится к области металлургии, в частности к способам получения композиционных порошковых материалов, которые могут быть использованы для нанесения защитных, коррозионностойких покрытий в авиационной, машиностроительной отрасли.

Известен способ получения композиционных порошковых материалов на основе тугоплавких соединений металлов группы III-VI, VIII периодической системы химических элементов методом самораспространяющегося высокотемпературного синтеза в замкнутом объеме реактора (US 4988480, B22F 7/00, 29.01.1991). Способ позволяет получать большое число неорганических порошкообразных материалов, однако данному способу присущ ряд недостатков. Среди недостатков можно выделить следующие: влияние примесного газа, содержащегося в исходных порошках, на закономерности синтеза и чистоту конечного продукта; сложность и опасность проведения синтеза, связанную с необходимостью проведения работ при высоких давлениях (от 10 до 2000 атмосфер); затрудненный размол получаемых в результате синтеза спеков, приводящий к загрязнению конечного продукта материалами мелющих тел.

Известен способ получения композиционного порошкового материала, содержащего карбидную составляющую из карбида хрома и карбида титана в виде твердого раствора карбида хрома в карбиде титана или твердого раствора указанных карбидов с карбидом хрома при содержании компонентов, мас. %: карбид хрома - 3-60, карбид титана - 19-81 и никель - 15-35 (RU 2061784 С1, С23С 4/10, 10.06.1996): готовят смесь из порошков титана, хрома и углерода, взятых в соотношении на получение заявленного состава. Готовую смесь загружают в герметичный реактор, подводят вольфрамовую спираль в контакт с поверхностью реакционной смеси, воспламеняют смесь подачей тока на спираль. После прохождения фронта горения по реакционной смеси и охлаждения массы продукт синтеза выгружают. Затем продукт подвергают дроблению и классификации с целью выделения порошков зернистостью 20-40 и 40-80 мкм. После этого карбидные зерна подвергают плакированию никелем.

Недостатками способа являются: длительность способа ввиду получения порошков в две стадии (синтез двойного карбида титана-хрома, плакирование никелем), сложность способа, в виду необходимости использования оборудования для плакирования.

Наиболее близким к предложенному способу является способ получения композиционного материала на основе карбида титана (RU 2095193 С1, B22F 3/23, 10.11.1997): готовят смесь порошков исходных компонентов, содержащих титан, хром, углерод, взятых в количестве, необходимом для получения целевого материала, содержащего карбид хрома и карбид титана при их молярном соотношении 1:1-10, размещают смесь в реактор, проводят синтез в режиме горения путем локального воспламенения смеси под давлением 0,005-0,05 МПа, после извлечения целевой материал подвергают измельчению и фракционированию, при этом в смесь может быть введено дополнительно 15-35 мас. % порошка никеля а после перемешивания смесь может быть брикетирована в виде гранул или таблеток.

Недостатками способа являются: влияние примесного газа, содержащегося в исходных порошках, на закономерности синтеза и чистоту конечного продукта; сложность проведения синтеза, связанную с необходимостью проведения работ в герметичных реакторах; нестабильность фазового состава в смесях с никелем, в виду образования интерметаллидных включений из-за взаимодействия никеля с титаном; затрудненный размол получаемых в результате синтеза спеков с никелем, приводящий к загрязнению конечного продукта материалами мелющих тел.

Техническим результатом заявляемого изобретения является разработка основ масштабируемого, одностадийного, энергоэффективного способа, который позволяет получать композиционный порошок на основе двойного карбида титана-хрома с металлической связкой, который характеризуется размером зерен двойного карбида титана-хрома менее 10 мкм и равномерным распределением металлической связки по зернам двойного карбида титана-хрома.

Технический результат достигается тем, способ получения композиционного порошка на основе двойного карбида титана-хрома включает смешивание исходной смеси, содержащей титан, хром, углерод и металлическую связку, помещение реакционной смеси в реактор, воспламенение смеси и проведение синтеза в режиме горения, а также последующее дробление и классификацию полученного продукта, при этом в качестве металлической связки используют порошок нихрома, перед синтезом исходную смесь агломерируют, используя раствор на основе этилового спирта, содержащий 13-15 мас. % поливинилбутираля, полученные агломераты высушивают на воздухе и проводят синтез в реакторе проточного типа при постоянном протоке инертного газа с расходом 300-500 л/ч.

Способ осуществляется следующим образом.

В качестве исходного сырья используют порошки титана, хрома, углерода, нихрома. Реакционную смесь смешивают в смесителе гравитационного типа в течении 4-5 часов. Далее в смесь вводят раствор на основе этилового спирта, содержащий от 13 до 15 мас. % поливинилбутираля. При применении раствора, содержащего менее 13 мас. % поливинилбутираля в этиловом спирте, агломераты являются хрупкими, что приводит к их разрушению при подготовке синтеза. Также, применение раствора, содержащего менее 13 мас. % поливинилбутираля в этиловом спирте, приводит к получению продукта, содержащего малое количество пор, что негативно сказывается на размоле образцов до необходимых фракций. При применении раствора, содержащего более 15 мас. % поливинилбутираля в этиловом спирте, продукты разложения поливинилбутираля оказывают влияние на скорость синтеза, что приводит к образованию побочных фаз в получаемых продуктах. Полученную пастообразную смесь протирают через сито. Полученные агломераты округлой формы высушивают на воздухе в течении 4 часов. Для проведения синтеза агломераты засыпают в кварцевую трубку, которую устанавливают в реактор проточного типа. Процесс синтеза инициируют путем подачи тока на вольфрамовую спираль, подведенную к верхнему торцу засыпки. Синтез проводят при постоянном протоке инертного газа (расход 300-500 л/ч). Проток инертного газа менее 300 л/ч не обеспечивает достаточной чистоты продукта, фазовый состав содержит побочные включения. При протоке инертного газа более 500 л/ч происходит усадка образца, агломераты сплавляются между собой, что приводит к сложностям при размоле полученного продукта. Синтезированные образцы после охлаждения достают из реактора и подвергают дроблению и классификации.

Пример осуществления способа.

Пример 1. Готовят реакционную смесь порошков титана, хрома, углерода, нихрома. После смешивания в смесителе гравитационного типа смесь агломерируют, используя раствор на основе этилового спирта, содержащий 13 мас. % поливинилбутираля. Полученные агломераты высушивают на воздухе в течении 4 часов. Далее агломераты засыпают в реактор. Процесс синтеза инициируют путем подачи тока на вольфрамовую спираль, подведенную к верхнему торцу засыпки. Синтез проводят при постоянном протоке инертного газа с расходом 300 л/ч. Синтезированный продукт представляет собой хрупкий спек из агломератов исходного размера. Полученный образец подвергают дроблению и классификации. По данным рентгенофазового и металлографического анализов, продукт состоит из двойного карбида титана-хрома с нихромовой связкой. При этом размер частиц двойного карбида титана-хрома (TiCrC) составляет в среднем 4 мкм. Частицы двойного карбида титана-хрома (TiCrC) равномерно покрыты оболочкой из металлической связки.

Пример 2. Готовят реакционную смесь порошков титана, хрома, углерода, нихрома. После смешивания в смесителе гравитационного типа, смесь агломерируют, используя раствор на основе этилового спирта, содержащий 14 мас. % поливинилбутираля. Полученные агломераты высушивают на воздухе в течении 4 часов. Далее агломераты засыпают в реактор. Процесс синтеза инициируют путем подачи тока на вольфрамовую спираль, подведенную к верхнему торцу засыпки. Синтез проводят при постоянном протоке инертного газа с расходом 400 л/ч. Синтезированный продукт представляет собой хрупкий спек из агломератов исходного размера. Полученный образец подвергают дроблению и классификации. По данным рентгенофазового и металлографического анализов, продукт состоит из двойного карбида титана-хрома с нихромовой связкой. При этом размер частицы двойного карбида титана-хрома (TiCrC) составляет в среднем 6 мкм. Частицы двойного карбида титана-хрома (TiCrC) равномерно покрыты оболочкой из металлической связки.

Пример 3. Готовят реакционную смесь порошков титана, хрома, углерода, нихрома. После смешивания в смесителе гравитационного типа, смесь агломерируют, используя раствор на основе этилового спирта, содержащий 15 мас. % поливинилбутираля. Полученные агломераты высушивают на воздухе в течении 4 часов. Далее агломераты засыпают в реактор. Процесс синтеза инициируют путем подачи тока на вольфрамовую спираль, подведенную к верхнему торцу засыпки. Синтез проводят при постоянном протоке инертного газа с расходом 500 л/ч. Синтезированный продукт представляет собой хрупкий спек из агломератов исходного размера. Полученный образец подвергают дроблению и классификации. По данным рентгенофазового и металлографического анализов, продукт состоит из двойного карбида титана-хрома с нихромовой связкой. При этом размер частицы двойного карбида титана-хрома (TiCrC) составляет 9 мкм. Частицы двойного карбида титана-хрома (TiCrC) равномерно покрыты оболочкой из металлической связки.

Таким образом, описанный способ позволяет получать композиционные порошки на основе двойного карбида титана-хрома с металлической связкой, которые имеют перспективу применения в авиационной, машиностроительной отрасли. Способ характеризуется высокой производительностью, энергоэффективностью, экологичностью, стабильностью получаемого продукта.

Применение в качестве связки порошка нихрома позволяет избежать образования интерметаллидных фаз, которые образуются в результате взаимодействия никеля с титаном при использовании в качестве металлической связки никеля. Использование агломерированной смеси позволяет обеспечить стабильность процесса горения, чистоту, однородность полученного продукта. Также агломерирование позволяет обеспечить высокий уровень газопроницаемости смеси в процессе синтеза, облегчить размол полученных продуктов синтеза. Использование проточного реактора позволяет упростить, обезопасить процесс получения продукта. Проведение синтеза при постоянном протоке инертного газа позволяет получать высокочистый продукт за счет удаления примесей и газообразных продуктов горения потоком газа. Применение раствора на основе этилового спирта, содержащего 13-15 мас. % поливинилбутираля позволяет синтезировать пористый продукт, что в свою очередь облегчает размол синтезированного продукта.

Изобретение относится к порошковой металлургии, в частности к способу получения композиционных порошков на основе двойного карбида титана-хрома, которые могут использоваться для нанесения защитных коррозионно-стойких покрытий в авиационной, машиностроительной отрасли. Исходную смесь, содержащую титан, хром, углерод и нихром в качестве металлической связки, агломерируют с использованием раствора на основе этилового спирта, содержащего 13-15 мас. % поливинилбутираля. Полученные агломераты высушивают на воздухе, помещают реакционную смесь в реактор и воспламеняют ее. Синтез проводят в режиме горения в реакторе проточного типа при постоянном протоке инертного газа с расходом 300-500 л/ч. Обеспечивается получение порошка двойного карбида титана-хрома с размером зерен менее 10 мкм и равномерным распределением металлической связки по зернам. 3 пр.

Способ получения композиционного порошка на основе двойного карбида титана-хрома, включающий смешивание исходной реакционной смеси, содержащей титан, хром, углерод и металлическую связку, помещение реакционной смеси в реактор, воспламенение смеси и проведение синтеза в режиме горения, а также последующее дробление и классификацию полученного продукта, отличающийся тем, что в качестве металлической связки используют порошок нихрома, перед синтезом исходную реакционную смесь агломерируют, используя раствор на основе этилового спирта, содержащий 13-15 мас. % поливинилбутираля, полученные агломераты высушивают на воздухе, а синтез проводят в реакторе проточного типа при постоянном протоке инертного газа с расходом 300-500 л/ч.