Способ получения композиционного порошка

(51)22 9/02 НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ КОМПОЗИЦИОННОГО ПОРОШКА(71) Заявитель Учреждение образования Полоцкий государственный университет(72) Авторы Руденская Наталья АлександровнаКопысов Виктор АлександровичПантелеенко Екатерина Федоровна(73) Патентообладатель Учреждение образования Полоцкий государственный университет(57) Способ получения композиционного порошка, преимущественно для напыления,включающий обработку в плазменной струе смеси тугоплавких порошков, содержащей диоксид кремния, и охлаждение, отличающийся тем, что обработку осуществляют в плазменной струе мощностью 24-70 кА, используют смесь порошков дисперсностью менее 100 мкм, а охлаждение осуществляют распылением в воду. Изобретение относится к области порошковой металлургии, более конкретно, к способам получения композиционного порошка для использования его в различных отраслях промышленности, преимущественно для напыления. Известен способ получения плакированного порошка, включающий обработку исходного порошка на основе композиции из тугоплавких материалов с включением боридов в плазменной струе с последующим охлаждением 1. Охлаждение порошка осуществляют в защитной атмосфере, при этом дисперсность исходного порошка составляет 20-100 мкм,а мощность плазменной струи составляет 80 к. Недостатком известного способа является необходимость применения защитной атмосферы при охлаждении порошка в процессе их получения, что приводит к увеличению затрат, а также невозможность получения аморфно-кристаллической структуры частиц,что снижает эксплуатационные свойства порошков. Наиболее близким к заявляемому является способ получения плакированного порошка, преимущественно для напыления, частицы которого состоят из ядра и оболочки на основе тугоплавкого соединения, включающий обработку порошка в газовоздушной струе с последующим охлаждением 2. При этом дисперсность исходного порошка составляет 40-100 мкм, а мощность плазменной струи составляет 20-46 кВА. Охлаждение порошка в процессе его получения осуществляют естественным путем на воздухе без защитной атмосферы. 8252 1 2006.06.30 Однако, известный способ не дает возможность получать порошки из тугоплавких композиций с аморфно-кристаллической структурой. Способ не обеспечивает также требуемых значений по степени сфероидизации и соответственно по коэффициенту использования материалов (КИП). Задача изобретения - разработать способ, обеспечивающий создание покрытий и изделий с повышенными прочностными характеристиками, а также позволяющими существенно увеличить производительность процесса напыления. Для решения поставленной задачи в способе получения композиционного порошка,включающего обработку в плазменной струе смеси тугоплавких порошков, содержащей диоксид кремния с последующим охлаждением, в отличие от прототипа обработку осуществляют в плазменной струе мощностью 24-70 к, используют смесь порошков дисперсностью менее 100 мкм, а охлаждение осуществляют распылением в воду. Отличительными признаками заявляемого способа являются иные режимы осуществления способа, а именно охлаждение порошка распылением в воду, иная мощность плазменной струи от 24 до 70 к, иная дисперсность исходного порошка - менее 100 мкм. В ходе исследований установлены пределы режимных параметров процесса. Использование заявленного интервала мощности плазменного генератора объясняется следующими особенностями частиц. При отклонении от заявляемых пределов в сторону уменьшения мощности не обеспечиваются условия для сфероидизации и комкования частиц, при этом значительно снижается КИП - основной показатель производительности процесса напыления и стоимости материала. Повышение мощности экономически нецелесообразно. Требование по дисперсности исходных частиц менее 100 мкм обусловлено техническими возможностями процесса более крупные частицы не подвергаются сфероидизации и аморфизации в соответствии с требованиями, предъявляемыми к гранулированным частицам. Охлаждение порошка путем распыления в воду обеспечивает высокую степень направленности процесса и гарантирует получение материалов с заданными свойствами. Предлагаемый способ может быть осуществлен следующим образом. Для получения композиционного порошка используется полидисперсная композиция из тугоплавких соединений с диоксидом кремния (менее 100 мкм) или композиция, разделенная на фракции. Также в качестве исходного сырья могут быть использованы отходы производства твердых материалов, например абразивного производства. Далее композицию подают в плазменную струю и собирают в сборнике реактора, наполненного водой. Пример 1 Для приготовления композиции из тугоплавких порошков исходное сырье в виде механической смеси (40 г диборида титана, 60 г диборида хрома, 30 г оксида алюминия и 70 г диоксида кремния), в состав которой входят отходы абразивного производства, тщательно перемешивают в смесителе типа пьяная бочка 40 мин. Приготовленную смесь подают под срез сопла плазменного генератора, порошок распыляют в сборник реактора,заполненного водой. Мощность плазмотрона 24-54 к, расход плазмообразующего газа(смеси воздуха с природным газом при соотношении 7030) 4 м 3/ч. Полученный после обработки в потоке плазмы порошок разделяют на фракции (-40 мкм) и (40-100 мкм). Необходимость разделения на фракции объясняется различным функциональным назначением порошка. Так частицы менее 40 мкм имеют аморфную структуру и используются для защиты деталей в коррозионных средах методами скоростного нанесения покрытий (без нагрева частиц). Фракция 40-100 мкм используется для получения и восстановления деталей в процессах различных видов изнашивания. Пример 2 Для приготовления композиции из тугоплавких порошков исходное сырье в виде механической смеси (40 г диборида титана, 60 г диборида хрома, 30 г оксида алюминия и 70 г диоксида кремния), в состав которой входят отходы абразивного производства, тща 2 8252 1 2006.06.30 тельно перемешивают в смесителе типа пьяная бочка 40 мин. Приготовленную смесь подают под срез сопла плазменного генератора, порошок распыляют в сборник реактора,заполненного водой. Мощность плазмотрона 40-70 к, расход плазмообразующего газа аргона 2-3 м 3/ч. Полученный после обработки в потоке плазмы порошок разделяют на фракции (-40 мкм) и (40-100 мкм). Из полученного порошка готовили шлифы частиц, заливая их с медным порошком и эпоксидным клеем в стальные оправки с последующим шлифованием и полированием. Приготовленные образцы подвергали металлографическому, микрорентгеноспектральному, рентгенофазовому анализам. Исследования структуры частиц проводили на микроскопе -21. Анализ вида и состава фаз выполняли на микроанализаторес использованием программного пакетадля количественного анализа. Содержание аморфной и кристаллической фаз оценивали рентгеновским трансмиссионным дифрактометромвизлучении с использованием порошковых стандартов - и методом химического анализа. Металлографические, микрорентгеноспектральные и рентгенофазовые исследования позволили установить, что композиционные частицы дисперсностью менее 50 мкм характеризуются аморфной структурой, частицы дисперсностью 30-60 мкм имеют кристаллическое ядро и аморфную оболочку, частицы дисперсностью 30-100 мкм имеют структуру конгломерата,в аморфной матрице расположены зерна кристаллической структуры. Степень сфероидизации определяли микроскопическим методом по соотношению числа сферических частиц к общему количеству частиц в поле микроскопа. КИП определяли следующим образом брали навеску порошка 200 г, напыляли его на стальную пластину, предварительно взвешенную, затем взвешивали стальную пластину с напыленным на нее порошком и рассчитывали КИП из соотношения разности веса пластины с покрытием и без покрытия и веса исходного порошка (200 г) с переводом долей в проценты. Прочность сцепления плазменных покрытий из полученных предлагаемым способом композиционных порошков проверяли резанием фрезой, обработкой наждачным кругом и механическими нагрузками (ударом молотка), поскольку не существует методик определения прочности сцепления выше 6-7 кг/мм. Сравнительные данные порошков, полученных предлагаемым способом и известным,приведены в таблице. Дисперсность Мощность плаз- Степень сфероиСтруктура КИП,частиц, мкм мотрона, к дизации,10-50 Аморфная 24 68 55 30-60 Аморфно-кристаллическая,52 83 57 плакированная 40-100 Аморфно-кристаллическая,80 99 62 конгломерированная Прототип Кристаллическая, конгломе 20-46 40 53 рированная, плакированная Полученные предлагаемым способом порошки со сфероидизированными частицами различной структуры с низкой пористостью весьма технологичны и могут быть широко использованы в порошковой металлургии. Идеальным порошком для напыления является порошок со сферической формой частиц (степень сфероидизации, равная 60 , считается более чем достаточной для обеспечения требований, предъявляемых к форме частиц при напылении). Использованием такого порошка достигается максимальная производительность процесса напыления, о чем свидетельствуют повышенные значения КИП. Применение плазменного потока для синтеза тугоплавких порошков с аморфно-кристаллической структурой, а также использование керамических отходов в качестве исходных материа 3 8252 1 2006.06.30 лов позволяет не только получить конечный продукт, сохраняя свойства, присущие исходному сырью, но и гранулировать различные по свойствам материалы, защищая микрочастицы аморфным плакирующим слоем. Полученные покрытия, в отличие от неоплавляемых покрытий, не разрушаются по границе раздела под воздействием вышеуказанных нагрузок, что обеспечивает создание покрытий и изделий с повышенными прочностными характеристиками. Таким образом, предлагаемый способ позволяет получить набор материалов в виде частиц различной структуры и состава однородные аморфные, с аморфной оболочкой и кристаллическим ядром, конгломераты с аморфной матрицей и кристаллическими включениями со степенью сфероидизации на 59 превосходящей таковую для известного технического решения, и на 9 более высоким КИП. Апробация заявляемого способа на ОАО Уралмаш РФ подтвердила его высокую эффективность. Источники информации 1. А.с. СССР 1249958, МПК С 22 С 32/20, 1995. 2. Патент РФ 2103112, МПК 22 1/02. - Опубл. 27.01.98 // Бюл. 3 (прототип). Национальный центр интеллектуальной собственности. 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20. 4