RU2458167C1 - Method for obtaining powdered composition on base of titanium carbosilicide for plasma coatings - Google Patents
Method for obtaining powdered composition on base of titanium carbosilicide for plasma coatings Download PDFInfo
- Publication number
- RU2458167C1 RU2458167C1 RU2011122893/02A RU2011122893A RU2458167C1 RU 2458167 C1 RU2458167 C1 RU 2458167C1 RU 2011122893/02 A RU2011122893/02 A RU 2011122893/02A RU 2011122893 A RU2011122893 A RU 2011122893A RU 2458167 C1 RU2458167 C1 RU 2458167C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- diboride
- titanium
- powder
- carbosilicide
- mill
- Prior art date
Links
- 239000010936 titanium Substances 0.000 title claims abstract description 59
- RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N Titanium Chemical compound [Ti] RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 54
- 239000000203 mixture Substances 0.000 title claims abstract description 54
- 229910052719 titanium Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 54
- 238000000576 coating method Methods 0.000 title claims abstract description 24
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 12
- 239000000843 powder Substances 0.000 claims abstract description 69
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 claims abstract description 11
- MELCCCHYSRGEEL-UHFFFAOYSA-N hafnium diboride Chemical compound [Hf]1B=B1 MELCCCHYSRGEEL-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 11
- 229910052758 niobium Inorganic materials 0.000 claims abstract description 11
- 239000010955 niobium Substances 0.000 claims abstract description 11
- GUCVJGMIXFAOAE-UHFFFAOYSA-N niobium atom Chemical compound [Nb] GUCVJGMIXFAOAE-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 11
- JEUVAEBWTRCMTB-UHFFFAOYSA-N boron;tantalum Chemical compound B#[Ta]#B JEUVAEBWTRCMTB-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 10
- TWSYZNZIESDJPJ-UHFFFAOYSA-N boron;molybdenum Chemical compound B#[Mo]#B TWSYZNZIESDJPJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 9
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 7
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 claims abstract description 5
- 238000007873 sieving Methods 0.000 claims abstract description 4
- 238000000227 grinding Methods 0.000 claims description 20
- 238000000133 mechanosynthesis reaction Methods 0.000 claims description 13
- HBMJWWWQQXIZIP-UHFFFAOYSA-N silicon carbide Chemical compound [Si+]#[C-] HBMJWWWQQXIZIP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 9
- 229910010271 silicon carbide Inorganic materials 0.000 claims description 9
- 238000003825 pressing Methods 0.000 claims description 5
- 230000006835 compression Effects 0.000 claims description 2
- 238000007906 compression Methods 0.000 claims description 2
- 239000002243 precursor Substances 0.000 claims 1
- MTPVUVINMAGMJL-UHFFFAOYSA-N trimethyl(1,1,2,2,2-pentafluoroethyl)silane Chemical compound C[Si](C)(C)C(F)(F)C(F)(F)F MTPVUVINMAGMJL-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract description 11
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract description 5
- 238000005265 energy consumption Methods 0.000 abstract description 4
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 abstract description 3
- 238000002844 melting Methods 0.000 abstract description 2
- 239000011265 semifinished product Substances 0.000 abstract 3
- 238000003786 synthesis reaction Methods 0.000 abstract 2
- 238000005272 metallurgy Methods 0.000 abstract 1
- 238000003801 milling Methods 0.000 abstract 1
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 20
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 13
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 13
- 239000000543 intermediate Substances 0.000 description 12
- 239000012071 phase Substances 0.000 description 8
- 239000000654 additive Substances 0.000 description 7
- 239000012535 impurity Substances 0.000 description 6
- 239000002131 composite material Substances 0.000 description 5
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 5
- 239000004576 sand Substances 0.000 description 5
- XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N Argon Chemical compound [Ar] XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 230000000996 additive effect Effects 0.000 description 4
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 4
- 238000007750 plasma spraying Methods 0.000 description 4
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 3
- 125000004122 cyclic group Chemical group 0.000 description 3
- 239000000463 material Substances 0.000 description 3
- 238000005245 sintering Methods 0.000 description 3
- ZOKXTWBITQBERF-UHFFFAOYSA-N Molybdenum Chemical compound [Mo] ZOKXTWBITQBERF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N aluminium oxide Inorganic materials [O-2].[O-2].[O-2].[Al+3].[Al+3] PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910052786 argon Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000012298 atmosphere Substances 0.000 description 2
- 239000000919 ceramic Substances 0.000 description 2
- 238000005336 cracking Methods 0.000 description 2
- 229910002804 graphite Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000010439 graphite Substances 0.000 description 2
- 229910052735 hafnium Inorganic materials 0.000 description 2
- VBJZVLUMGGDVMO-UHFFFAOYSA-N hafnium atom Chemical compound [Hf] VBJZVLUMGGDVMO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 230000003993 interaction Effects 0.000 description 2
- 239000013067 intermediate product Substances 0.000 description 2
- 229910052750 molybdenum Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000011733 molybdenum Substances 0.000 description 2
- 239000000047 product Substances 0.000 description 2
- 239000003870 refractory metal Substances 0.000 description 2
- 238000010532 solid phase synthesis reaction Methods 0.000 description 2
- 229910052715 tantalum Inorganic materials 0.000 description 2
- GUVRBAGPIYLISA-UHFFFAOYSA-N tantalum atom Chemical compound [Ta] GUVRBAGPIYLISA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000009827 uniform distribution Methods 0.000 description 2
- 229910018072 Al 2 O 3 Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052774 Proactinium Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910018540 Si C Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910003925 SiC 1 Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910004298 SiO 2 Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910008484 TiSi Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000005299 abrasion Methods 0.000 description 1
- 239000012300 argon atmosphere Substances 0.000 description 1
- 229910052729 chemical element Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 description 1
- 230000007797 corrosion Effects 0.000 description 1
- 238000005260 corrosion Methods 0.000 description 1
- 239000013078 crystal Substances 0.000 description 1
- 238000005520 cutting process Methods 0.000 description 1
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 1
- -1 energy Substances 0.000 description 1
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 1
- 238000007731 hot pressing Methods 0.000 description 1
- 239000011261 inert gas Substances 0.000 description 1
- 230000008018 melting Effects 0.000 description 1
- 239000002923 metal particle Substances 0.000 description 1
- 150000002739 metals Chemical class 0.000 description 1
- 230000007935 neutral effect Effects 0.000 description 1
- 239000003921 oil Substances 0.000 description 1
- 230000001590 oxidative effect Effects 0.000 description 1
- 238000003921 particle size analysis Methods 0.000 description 1
- 238000004663 powder metallurgy Methods 0.000 description 1
- 238000005096 rolling process Methods 0.000 description 1
- 230000035939 shock Effects 0.000 description 1
- 239000007790 solid phase Substances 0.000 description 1
- 238000003746 solid phase reaction Methods 0.000 description 1
- 238000010671 solid-state reaction Methods 0.000 description 1
- 238000010189 synthetic method Methods 0.000 description 1
Landscapes
- Ceramic Products (AREA)
- Powder Metallurgy (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к порошковой металлургии, в частности к способу получения порошковой композиции на основе карбосилицида титана для плазменных покрытий, может найти применение в машиностроительной, химической, энергетической, нефте- и газодобывающей, ядерной промышленности, в инструментальном и ремонтном производствах.The invention relates to powder metallurgy, in particular to a method for producing a powder composition based on titanium carbosilicide for plasma coatings, can be used in engineering, chemical, energy, oil and gas, nuclear industry, in tool and repair industries.
В карбосилициде титана Ti3SiC2 сочетаются лучшие свойства керамики и металлов. Как керамика, он имеет низкую плотность, высокие упругость, жаростойкость и жаропрочность, стоек к ползучести; как металл - электро- и теплопроводен, обрабатывается резанием при комнатной температуре, хорошо противостоит распространению трещин, не чувствителен к термическому удару; в окислительной атмосфере работоспособен до температуры 1200°С.The titanium carbosilicide Ti 3 SiC 2 combines the best properties of ceramics and metals. Like ceramics, it has low density, high elasticity, heat resistance and heat resistance, is resistant to creep; like metal, it is electrically and thermally conductive, processed by cutting at room temperature, it resists crack propagation, is not sensitive to thermal shock; in an oxidizing atmosphere is operable to a temperature of 1200 ° C.
Одним из методов, позволяющих получать покрытия из тугоплавких соединений, является плазменное напыление, не имеющее ограничений по температурам плавления напыляемых материалов. Для формирования плазменных покрытий используют порошки отдельных химических элементов и соединений и порошковые композиции с размером частиц до 100 мкм, предпочтительно узких фракций 40-60, 60-80 мкм. Для плазменного напыления применяют порошки как общепромышленного назначения, так и специализированные, как со стандартной, так и со сфероидизированной формой частиц. Предпочтительны композиционные порошки, обеспечивающие наличие комплекса всех компонентов в каждой частице. Одинаковые размер, химический состав, плотность, теплопроводность и т.д. всех частиц композиционного порошка способствуют равномерности нагрева отдельных частиц в процессе плазменного напыления с последующим получением покрытия, обладающего высокими эксплуатационными свойствами.One of the methods for obtaining coatings from refractory compounds is plasma spraying, which does not have restrictions on the melting points of the sprayed materials. For the formation of plasma coatings, powders of individual chemical elements and compounds and powder compositions with particle sizes up to 100 microns, preferably narrow fractions of 40-60, 60-80 microns, are used. For plasma spraying, powders are used both for general industrial purposes and for specialized ones, both with standard and spheroidized particles. Composite powders that provide a complex of all components in each particle are preferred. The same size, chemical composition, density, thermal conductivity, etc. all particles of the composite powder contribute to the uniformity of heating of individual particles in the process of plasma spraying with subsequent production of a coating having high performance properties.
Способы получения порошковых композиций на основе карбосилицида титана, как правило, совмещают со способами синтеза самого карбосилицида титана, ни один из которых зачастую не позволяет получить однофазный продукт - кроме целевого Тi3SiO2 в нем обычно присутствуют небольшие количества примесных фаз: TiCx, Ti5Si3Cx, реже TiSi2 или SiC.Methods for preparing powder compositions based on titanium karbosilitsida is generally aligned with the synthetic methods of karbosilitsida titanium, none of which is often not possible to get single-phase product - besides the target Ti 3 SiO 2 there are usually present small amounts of impurity phases: TiC x, Ti 5 Si 3 C x , less often TiSi 2 or SiC.
Предлагаемый способ получения порошковой композиции на основе карбосилицида титана для плазменных покрытий совмещен с твердофазным синтезом карбосилицида титана. Главной, и часто единственной, примесью карбосилицида титана при этом является карбид титана TiC.The proposed method for producing a powder composition based on titanium carbosilicide for plasma coatings is combined with solid-phase synthesis of titanium carbosilicide. The main, and often the only, admixture of titanium carbosilicide is titanium carbide TiC.
Порошковые композиции на основе карбосилицида титана, синтезированного в результате твердофазного взаимодействия элементов и бинарных соединений системы Ti-Si-C, получают традиционно - с помощью размола спеченных или горячепрессованных полупродуктов и последующего рассева порошков на фракции.Powder compositions based on titanium carbosilicide synthesized as a result of solid-phase interaction of elements and binary compounds of the Ti-Si-C system are traditionally obtained by grinding sintered or hot-pressed intermediates and subsequent sieving of the powders into fractions.
Патентов - аналогов предлагаемого изобретения в явном виде нет. Способы получения порошковых композиций на основе карбосилицида титана для плазменных покрытий, включающие дополнительное введение в исходную порошковую смесь добавки порошка, по крайней мере, одного тугоплавкого соединения из группы, содержащей диборид гафния, диборид тантала, диборид ниобия, диборид молибдена, не выявлены.There are no patents - analogues of the invention in an explicit form. Methods for producing powder compositions based on titanium carbosilicide for plasma coatings, including the additional introduction into the initial powder mixture of an additive of a powder of at least one refractory compound from the group consisting of hafnium diboride, tantalum diboride, niobium diboride, molybdenum diboride, have not been identified.
Однако порошки отдельных тугоплавких диборидов металлов, перечисленных выше, для плазменного напыления покрытий используют.However, the powders of individual refractory metal diborides listed above are used for plasma spraying of coatings.
Известен способ нанесения в потоке плазмы тонких наноразмерных покрытий, состоящих из отдельных диборидов гафния, ниобия, тантала или молибдена, на абразивные частицы (патент RU 2092514, МПК С09К 003/14, С09С 001/68, опубл. 10.10.1997 г.).There is a method of applying thin nanosized coatings consisting of separate hafnium, niobium, tantalum or molybdenum diborides onto abrasive particles in a plasma stream (patent RU 2092514, IPC С09К 003/14, С09С 001/68, publ. 10.10.1997).
В качестве наиболее близкого аналога предлагаемого изобретения выбран патент RU 2410197 (Способ получения композиционного материала на основе карбосилицида титана, МПК B22F 3/14, С22С 1/05, С22С 29/18, В82В 3/00, опубл. 27.01.2009 г.). Согласно патенту RU 2410197 исходную порошковую смесь, состоящую из порошков титана, карбида кремния, углерода (мольное соотношение 3:1,25:0,75) и 3-7 мас.% наноразмерного порошка оксида алюминия, подвергают механосинтезу в вакуумированной планетарной мельнице (остаточное давление менее 2 Па), при массовом соотношении порошковой смеси и мелющих тел, равном 1:15 или 1:30, частоте вращения барабана мельницы 260-330 об/мин, в циклическом режиме с промежуточным охлаждением, общей продолжительности непосредственно механосинтеза 3 ч. Затем последовательно проводят холодное прессование механосинтезированной порошковой смеси при 300 МПа и горячее прессование в графитовой пресс-форме при давлении 5-15 МПа, температуре 1350-1450°С, скорости нагрева 10 град/мин, изотермической выдержке в течение 0,5-2,0 ч, в вакууме или в атмосфере инертного газа. В результате получают композиционный материал на основе карбосилицида титана с повышенной твердостью и износостойкостью, содержащий, мас.%: карбосилицид титана - 65-95, карбид титана TiC (примесная фаза) - 2-32 и Аl2О3 - 3-7. Введение наноразмерного оксида алюминия позволяет контролировать количество образующейся примесной фазы TiC в композиционном материале на основе карбосилицида титана.Patent RU 2410197 was selected as the closest analogue of the invention (Method for producing a composite material based on titanium carbosilicide, IPC B22F 3/14, C22C 1/05, C22C 29/18, B82B 3/00, publ. January 27, 2009) . According to patent RU 2410197, the initial powder mixture consisting of powders of titanium, silicon carbide, carbon (molar ratio 3: 1.25: 0.75) and 3-7 wt.% Nanosized alumina powder is subjected to mechanosynthesis in a vacuum planetary mill (residual pressure less than 2 Pa), with a mass ratio of the powder mixture and grinding media equal to 1:15 or 1:30, the rotation frequency of the mill drum 260-330 rpm, in a cyclic mode with intermediate cooling, the total duration of directly mechanosynthesis is 3 hours. Then series wire it cold pressed a mechanosynthesized powder mixture at 300 MPa and hot pressed in a graphite mold at a pressure of 5-15 MPa, a temperature of 1350-1450 ° C, a heating rate of 10 deg / min, isothermal exposure for 0.5-2.0 hours , in a vacuum or inert gas atmosphere. The result is a composite material based on titanium carbosilicide with increased hardness and wear resistance, containing, wt.%: Titanium carbosilicide - 65-95, titanium carbide TiC (impurity phase) - 2-32 and Al 2 O 3 - 3-7. The introduction of nanosized alumina makes it possible to control the amount of the impurity phase TiC formed in the composite material based on titanium carbosilicide.
Целью предлагаемого изобретения является расширение ассортимента порошковых композиций на основе карбосилицида титана для плазменных покрытий, снижение энергозатрат.The aim of the invention is to expand the range of powder compositions based on titanium carbosilicide for plasma coatings, reducing energy consumption.
Указанная цель достигается тем, что в способе получения порошковой композиции на основе карбосилицида титана для плазменных покрытий, включающем создание порошковой смеси, состоящей из титана, карбида кремния и углерода, механосинтез порошковой смеси, холодное прессование с получением прессовки, согласно изобретению в порошковую смесь дополнительно вводят добавку порошка, по крайней мере, одного тугоплавкого соединения из группы, включающей диборид гафния, диборид тантала, диборид ниобия, диборид молибдена, прессовку спекают в вакууме при температуре 1300-1450°С в течение 1-2 ч с получением полупродукта, который подвергают размолу в мельнице при массовом соотношении полупродукта и мелющих тел, равном 1:7,5, частоте вращения барабана 240-260 об/мин, в течение 5-20 мин, и последующему рассеву с отбором фракций.This goal is achieved by the fact that in the method for producing a powder composition based on titanium carbosilicide for plasma coatings, including the creation of a powder mixture consisting of titanium, silicon carbide and carbon, mechanosynthesis of a powder mixture, cold pressing to obtain compression, according to the invention, the powder mixture is additionally introduced the powder is added to at least one refractory compound from the group consisting of hafnium diboride, tantalum diboride, niobium diboride, molybdenum diboride, the compact is sintered in vacuum at a temperature of 1300-1450 ° C for 1-2 hours to obtain an intermediate product, which is subjected to grinding in a mill with a mass ratio of intermediate product and grinding media equal to 1: 7.5, a drum rotation frequency of 240-260 rpm, for 5 -20 min, and subsequent sieving with selection of fractions.
Расширения ассортимента порошковых композиций на основе карбосилицида титана для плазменных покрытий достигают с помощью дополнительного введения в исходную порошковую смесь добавки порошка, по крайней мере, одного тугоплавкого соединения из группы, включающей диборид гафния, диборид тантала, диборид ниобия, диборид молибдена. В результате получают ряд трехфазных порошковых композиций, содержащих карбосилицид титана, карбид титана и, по крайней мере, один из диборидов металлов, перечисленных выше.Expanding the range of powder compositions based on titanium carbosilicide for plasma coatings is achieved by the addition of at least one refractory compound from the group consisting of hafnium diboride, tantalum diboride, niobium diboride, molybdenum diboride, into the initial powder mixture. The result is a series of three-phase powder compositions containing titanium carbosilicide, titanium carbide and at least one of the metal diborides listed above.
Снижение энергозатрат обеспечивают с помощью замены горячего прессования, применяемого в прототипе, на менее энергоемкое спекание.Reducing energy costs is achieved by replacing the hot pressing used in the prototype with less energy-intensive sintering.
Выбор диборида гафния, диборида тантала, диборида ниобия или диборида молибдена в качестве третьей фазы порошковых композиций на основе карбосилицида титана для плазменных покрытий обусловлен, прежде всего, их физико-химическими свойствами, такими как твердость, тугоплавкость, жаростойкость в нейтральной и восстановительной атмосферах, а также в вакууме, и другие особые характеристики, присущие каждому из них в отдельности, имеющие большое значение для получения плазменных покрытий со свойствами широкого диапазона. Например, диборид тантала отличается наиболее высокой коррозионной стойкостью среди всех боридов. Не менее важно отсутствие химических взаимодействий указанных диборидов металлов с компонентами исходной порошковой смеси и синтезируемыми продуктами на всех стадиях их обработки.The choice of hafnium diboride, tantalum diboride, niobium diboride or molybdenum diboride as the third phase of powder compositions based on titanium carbosilicide for plasma coatings is primarily due to their physicochemical properties, such as hardness, refractoriness, heat resistance in neutral and reducing atmospheres, and also in vacuum, and other special characteristics inherent in each of them individually, which are of great importance for obtaining plasma coatings with properties of a wide range. For example, tantalum diboride has the highest corrosion resistance among all borides. No less important is the absence of chemical interactions of these metal diborides with the components of the initial powder mixture and the synthesized products at all stages of their processing.
Выбору тугоплавких диборидов металлов также способствовало то, что варьирование состава в двухфазной системе Ti3SiC1-TiC с целью модифицирования плазменных покрытий имеет ограничение по увеличению количества карбида титана, как образующегося в виде полезной примеси в результате твердофазного синтеза карбосилицида титана, так и вводимого дополнительно в исходную порошковую смесь. Известно, что характеристики плазменных покрытий из одного карбида титана значительно ниже, чем у компактного материала - прочность меньше в 5-10 раз, пористость может составлять десятки процентов. Поэтому необходимы разработки порошковых композиций на основе карбосилицида титана для плазменных покрытий, состоящих из большего количества фаз, особенно являющихся, подобно карбосилициду титана, тугоплавкими.The choice of refractory metal diborides was also facilitated by the fact that varying the composition in the two-phase Ti 3 SiC 1 -TiC system with the aim of modifying plasma coatings has a limitation on the increase in the amount of titanium carbide, which is formed as a useful impurity as a result of solid-phase synthesis of titanium carbosilicide, and introduced additionally into the original powder mixture. It is known that the characteristics of plasma coatings of titanium carbide alone are significantly lower than that of a compact material - strength is 5-10 times less, porosity can be tens of percent. Therefore, it is necessary to develop powder compositions based on titanium carbosilicide for plasma coatings consisting of a larger number of phases, which are especially refractory, like titanium carbosilicide.
Способ получения порошковой композиции на основе карбосилицида титана для плазменных покрытий заключается в следующем.A method of obtaining a powder composition based on titanium carbosilicide for plasma coatings is as follows.
Для приготовления исходной порошковой смеси используют порошки титана (средний размер частиц 100-250 мкм), карбида кремния (средний размер частиц 2-10 мкм) и графита (средний размер частиц 2-10 мкм), в мольном соотношении 3:1,25:0,75, обеспечивающем высокий выход карбосилицида титана. Дополнительно в исходную порошковую смесь вводят добавку порошка, по крайней мере, одного тугоплавкого соединения, выбранного из ряда, включающего диборид гафния, диборид тантала, диборид ниобия, диборид молибдена, со средним размером частиц не более среднего размера частиц других исходных порошков, предпочтительно 2-10 мкм, более предпочтительны наноразмерные порошки, в количестве 5-20 мас.%. Согласно прототипу, с помощью добавок можно регулировать содержание примеси карбида титана. Введение менее 5 мас.% добавки порошка диборида металла из ряда, приведенного выше, не оказывает влияние на содержание карбида титана. С введением более 20 мас.% диборида металла из группы, включающей диборид гафния, диборид тантала, диборид ниобия, диборид молибдена, есть вероятность получить порошковую композицию на основе добавок и примеси, а не на основе карбосилицида титана.To prepare the initial powder mixture, powders of titanium (average particle size 100-250 microns), silicon carbide (average particle size 2-10 microns) and graphite (average particle size 2-10 microns) are used, in a molar ratio of 3: 1.25: 0.75, providing a high yield of titanium carbosilicide. Additionally, an additive of at least one refractory compound selected from the series comprising hafnium diboride, tantalum diboride, niobium diboride, molybdenum diboride, with an average particle size of not more than the average particle size of the other starting powders, preferably 2- 10 microns, more preferred nanosized powders, in an amount of 5-20 wt.%. According to the prototype, with the help of additives you can adjust the impurity content of titanium carbide. The introduction of less than 5 wt.% Additives of metal diboride powder from the series above does not affect the content of titanium carbide. With the introduction of more than 20 wt.% Metal diboride from the group comprising hafnium diboride, tantalum diboride, niobium diboride, molybdenum diboride, it is possible to obtain a powder composition based on additives and impurities, and not on the basis of titanium carbosilicide.
Выбор стадии введения добавки порошка диборида металла, взятого из ряда приведенных выше диборидов металлов, обусловлен необходимостью активации поверхности частиц, однотипного измельчения микроразмерных порошков, достижения равномерного распределения, добавки порошка диборида металла в спеченном полупродукте, что позволяет после размола спеченного полупродукта и рассева на фракции получить однородные по составу частицы порошковых композиций на основе карбосилицида титана для плазменных покрытий.The choice of the stage of introducing the additive of the metal diboride powder taken from the series of the metal diborides given above is due to the need to activate the particle surface, to grind micro-sized powders of the same type, to achieve uniform distribution, to add the metal diboride powder in the sintered intermediate, which allows to obtain particles of powder compositions based on titanium carbosilicide for plasma coatings that are uniform in composition.
Затем порошковую смесь загружают в титановые кюветы высокоэнергетической мельницы совместно с мелющими шарами в соотношении 1:15 или 1:30, вакуумируют до остаточного давления менее 2 Па и подвергают механосинтезу. Для проведения механосинтеза используют планетарную мельницу «Санд». Частота вращения барабана мельницы составляет 260-330 об/мин. Мельница работает в циклическом режиме: 20-30 мин - непосредственно механосинтез при вращающемся барабане, 40-60 мин - охлаждение при неподвижном барабане. Общая продолжительность непосредственно механосинтеза составляет 3 часа. Разгрузку механосинтезированной порошковой смеси производят в аргоне.Then the powder mixture is loaded into titanium cuvettes of a high-energy mill together with grinding balls in a ratio of 1:15 or 1:30, vacuum to a residual pressure of less than 2 Pa and subjected to mechanosynthesis. To carry out mechanosynthesis, the Sand planetary mill is used. The rotational speed of the mill drum is 260-330 rpm. The mill operates in a cyclic mode: 20-30 min - directly mechanosynthesis with a rotating drum, 40-60 min - cooling with a stationary drum. The total duration of direct mechanosynthesis is 3 hours. The mechanosynthesized powder mixture is unloaded in argon.
При механосинтезе, проводимом в вакуумированной титановой высокоэнергетической мельнице с использованием титановых мелющих тел, происходит усвоение частицами обрабатываемого материала подводимой механической энергии в виде новых границ раздела, дефектов кристаллической решетки, в местах контакта возникают высокие локальные температуры и давления и становятся возможными твердофазные реакции элементарных компонентов Ti, С и бинарного соединения SiC с образованием карбосилицида титана. Дибориды гафния, тантала, ниобия или молибдена в условиях вакуума не разлагаются. Происходит наклеп, скатывание, дробление, измельчение и равномерное распределение порошка диборида металла, выбранного из ряда перечисленных выше диборидов металлов, в порошковой смеси. Наноразмерный порошок добавки диборида металла может равномерно распределяться на поверхности частиц титана, а затем в процессе ударно-истирающего воздействия переходить в объем металлических частиц.During mechanosynthesis carried out in a vacuum titanium high-energy mill using titanium grinding bodies, particles of the processed material are absorbed by the supplied mechanical energy in the form of new interfaces, crystal lattice defects, high local temperatures and pressures arise at the contact points and solid-state reactions of elementary Ti components become possible , C and binary compound SiC to form titanium carbosilicide. Diborides of hafnium, tantalum, niobium or molybdenum do not decompose under vacuum. Hardening, rolling, crushing, grinding and uniform distribution of the powder of metal diboride, selected from a number of the above metal diborides, takes place in the powder mixture. The nanosized powder of the metal diboride additive can be evenly distributed on the surface of titanium particles, and then, in the process of impact-abrasion, pass into the volume of metal particles.
Гранулометрическим анализом определено, что в результате механосинтеза элементарных компонентов Ti, С и бинарного соединения SiC возможно получение порошковой композиции на основе карбосилицида титана со средним размером частиц 2-4 мкм, находящейся в высоконеравновесном состоянии.It was determined by particle size analysis that, as a result of mechanosynthesis of elementary components of Ti, C and a binary compound SiC, it is possible to obtain a powder composition based on titanium carbosilicide with an average particle size of 2-4 μm, which is in a highly nonequilibrium state.
После выгрузки механосинтезированной порошковой смеси, осуществляемой в атмосфере аргона, проводят холодное прессование при давлении 300 МПа с получением прессовки.After unloading the mechanosynthesized powder mixture, carried out in an argon atmosphere, cold pressing is carried out at a pressure of 300 MPa to obtain a pressing.
Прессовку спекают в вакуумной печи СНВЭ-1.3.1/16И1 при давлении в камере печи не выше 10-2 Па, скорости нагрева 10°С/мин, времени выдержки 1-2 ч при температуре 1300-1450°С. Спекание при температуре 1300-1450°С приводит к увеличению содержания карбосилицида титана до 70-93 мас.%. Получение пористого полупродукта (пористость 20-40%) позволяет проводить спекание механосинтезированной порошковой смеси, начиная с 1300°С, без приложения давления, что обеспечивает снижение энергозатрат по сравнению с прототипом. Пористый полупродукт содержит, мас.%: карбосилицид титана - 70-93, карбид титана - 2-10, диборид металла - 5-20.The compact is sintered in a SNVE-1.3.1 / 16I1 vacuum furnace at a pressure in the furnace chamber of not higher than 10 -2 Pa, a heating rate of 10 ° C / min, a holding time of 1-2 hours at a temperature of 1300-1450 ° C. Sintering at a temperature of 1300-1450 ° C leads to an increase in the content of titanium carbosilicide up to 70-93 wt.%. Obtaining a porous intermediate (porosity of 20-40%) allows sintering of a mechanosynthesized powder mixture, starting at 1300 ° C, without applying pressure, which reduces energy consumption compared to the prototype. The porous intermediate contains, wt.%: Titanium carbosilicide - 70-93, titanium carbide - 2-10, metal diboride - 5-20.
После предварительного раскалывания в титановой пресс-форме пористый полупродукт подвергают размолу в планетарной шаровой мельнице «Санд» с использованием титановых кювет и титановых мелющих тел, при массовом соотношении спеченного пористого полупродукта и мелющих тел 1:7,5, частоте вращения барабана мельницы 240-260 об/мин, в течение 5-20 мин. В ходе размола химический состав полупродукта не меняется. Экспериментально установлено оптимальное массовое соотношение спеченного пористого полупродукта и мелющих тел 1:7,5 при выбранной частоте вращения барабана мельницы, позволяющих иметь хороший выход заданных фракций порошковой композиции.After preliminary cracking in a titanium mold, the porous intermediate is milled in a Sand planetary ball mill using titanium cuvettes and titanium grinding bodies, with a mass ratio of sintered porous intermediate and grinding bodies of 1: 7.5, and a mill drum rotational speed of 240-260 rpm for 5-20 minutes During the grinding, the chemical composition of the intermediate does not change. The optimum mass ratio of the sintered porous intermediate and grinding media 1: 7.5 was established experimentally at a selected rotational speed of the mill drum, which allows a good yield of the specified fractions of the powder composition.
Получаемую в процессе размола порошковую композицию на основе карбосилицида титана просеивают через набор сит и отбирают фракции с размером частиц 50-60 мкм, 60-80 мкм. Остаток более крупных частиц порошковой композиции (средний размер более 80 мкм) отправляют на повторный размол.The titanium carbosilicide-based powder composition obtained during the grinding process is sieved through a set of sieves and fractions with a particle size of 50-60 μm, 60-80 μm are selected. The remainder of the larger particles of the powder composition (average size greater than 80 μm) is sent for re-grinding.
На выходе получают фракции 50-60 и 60-80 мкм порошковой композиции на основе карбосилицида титана для плазменных покрытий, содержащей, мас.%: карбосилицид титана - 93-70, карбид титана - 2-10, диборид гафния (диборид тантала, диборид ниобия или диборид молибдена) - 5-20.At the output, fractions of 50-60 and 60-80 microns of a powder composition based on titanium carbosilicide for plasma coatings are obtained, containing, wt.%: Titanium carbosilicide - 93-70, titanium carbide - 2-10, hafnium diboride (tantalum diboride, niobium diboride or molybdenum diboride) - 5-20.
Пример 1.Example 1
Готовят исходную порошковую смесь из 17,71 г порошка титана ТПП-7 фракции менее 125 мкм, 6,18 г порошка технического карбида кремния фракции менее 10 мкм, 1,11 г порошка углерода марки С-1, 1,25 г порошка диборида гафния фракции 1-40 мкм. Порошковую смесь подвергают механосинтезу в планетарной мельнице «САНД» при соотношении масс порошковой смеси и мелющих шаров 1:30, в вакууме - остаточное давление менее 2 Па, в циклическом режиме (20 мин - механосинтез, 40 мин - охлаждение), с общей продолжительностью механосинтеза 3 ч. Разгрузку мельницы производят в аргоне.An initial powder mixture is prepared from 17.71 g of TPP-7 titanium powder of a fraction of less than 125 microns, 6.18 g of technical silicon carbide powder of a fraction of less than 10 microns, 1.11 g of C-1 grade carbon powder, 1.25 g of hafnium diboride powder fractions 1-40 microns. The powder mixture is subjected to mechanosynthesis in the SAND planetary mill at a ratio of the mass of the powder mixture and grinding balls 1:30, in vacuum - residual pressure less than 2 Pa, in a cyclic mode (20 min - mechanosynthesis, 40 min - cooling), with a total duration of mechanosynthesis 3 hours. Mill unloading is carried out in argon.
Затем полученную механосинтезированную порошковую смесь подвергают холодному прессованию при давлении 300 МПа с получением прессовки, которую спекают в вакуумной печи СНВЭ-1.3.1/16И1 при давлении в камере печи не выше Р=10-2 Па и скорости нагрева 10°С/мин, с выдержкой при температуре 1350°С в течение 1 часа, с получением пористого полупродукта.Then, the obtained mechanosynthesized powder mixture is cold pressed at a pressure of 300 MPa to obtain a compact that is sintered in a SNVE-1.3.1 / 16I1 vacuum furnace at a pressure in the furnace chamber not higher than P = 10 -2 Pa and a heating rate of 10 ° C / min, with exposure at a temperature of 1350 ° C for 1 hour, to obtain a porous intermediate.
Спеченный пористый полупродукт после предварительного раскалывания в титановой пресс-форме подвергают размолу в планетарной шаровой мельнице САНД с использованием титановых кювет при массовом соотношении пористого полупродукта и титановых мелющих тел 1:7,5, частоте вращения барабана мельницы 240 об/мин в течение 10 минут.After preliminary cracking in a titanium mold, the sintered porous intermediate is subjected to grinding in a SAND planetary ball mill using titanium cuvettes at a mass ratio of porous intermediate and titanium grinding bodies of 1: 7.5 and a mill drum rotation frequency of 240 rpm for 10 minutes.
Получаемую в процессе размола порошковую композицию на основе карбосилицида титана периодически просеивают через набор сит и отбирают фракции с размером частиц 50-60 мкм и 60-80 мкм. Более крупные частицы порошковой композиции отправляют на повторный размол в мельнице САНД.The titanium carbosilicide-based powder composition obtained during the grinding process is periodically sieved through a set of sieves and fractions with particle sizes of 50-60 μm and 60-80 μm are selected. Larger particles of the powder composition are sent for re-grinding in a SAND mill.
На выходе получают фракции 50-60 и 60-80 мкм порошковой композиции на основе карбосилицида титана для плазменных покрытий, содержащей, мас.%: карбосилицид титана - 90, карбид титана - 5, диборид гафния - 5.At the output, fractions of 50-60 and 60-80 microns of a powder composition based on titanium carbosilicide for plasma coatings are obtained, containing, wt.%: Titanium carbosilicide - 90, titanium carbide - 5, hafnium diboride - 5.
Таким образом, предлагаемое изобретение позволяет расширить ассортимент порошковых композиций на основе карбосилицида титана для плазменных покрытий и снизить энергозатраты при их получении.Thus, the present invention allows to expand the range of powder compositions based on titanium carbosilicide for plasma coatings and reduce energy consumption when receiving them.
Claims (1)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2011122893/02A RU2458167C1 (en) | 2011-06-06 | 2011-06-06 | Method for obtaining powdered composition on base of titanium carbosilicide for plasma coatings |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2011122893/02A RU2458167C1 (en) | 2011-06-06 | 2011-06-06 | Method for obtaining powdered composition on base of titanium carbosilicide for plasma coatings |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2458167C1 true RU2458167C1 (en) | 2012-08-10 |
Family
ID=46849623
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2011122893/02A RU2458167C1 (en) | 2011-06-06 | 2011-06-06 | Method for obtaining powdered composition on base of titanium carbosilicide for plasma coatings |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2458167C1 (en) |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN1908214A (en) * | 2006-08-16 | 2007-02-07 | 中国科学院上海硅酸盐研究所 | Preparation method of titanium carbosilicide based gradient material and in situ reaction |
| RU2372167C2 (en) * | 2007-11-06 | 2009-11-10 | Владимир Никитович Анциферов | Method of receiving of composite material on basis of titanium carbon-silicide |
| RU2410197C1 (en) * | 2009-10-26 | 2011-01-27 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Пермский государственный технический университет" | Method of producing composite ti2sic2-based material |
-
2011
- 2011-06-06 RU RU2011122893/02A patent/RU2458167C1/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN1908214A (en) * | 2006-08-16 | 2007-02-07 | 中国科学院上海硅酸盐研究所 | Preparation method of titanium carbosilicide based gradient material and in situ reaction |
| RU2372167C2 (en) * | 2007-11-06 | 2009-11-10 | Владимир Никитович Анциферов | Method of receiving of composite material on basis of titanium carbon-silicide |
| RU2410197C1 (en) * | 2009-10-26 | 2011-01-27 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Пермский государственный технический университет" | Method of producing composite ti2sic2-based material |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP6474389B2 (en) | New manufacturing method of cemented carbide and product obtained thereby | |
| RU2578339C2 (en) | Method for producing sintered composite article | |
| JP7676729B2 (en) | Cr-Si sintered body | |
| US20170121230A1 (en) | Tungsten carbide-cubic boron nitride composite material and preparation method thereof | |
| JP5761178B2 (en) | Lanthanum hexaboride sintered body, target using the same, lanthanum hexaboride film, and method for producing the sintered body | |
| CN102699325A (en) | Preparing method for Ti-Si alloy target materials | |
| CN109182874A (en) | A kind of preparation method of Ti (C, the N) based ceramic metal for adding graphene | |
| CN108624772A (en) | Ultra-fine Grained tungsten carbide base carbide alloy material and preparation method thereof | |
| EP2181078A2 (en) | Method of preparing pressureless sintered, highly dense boron carbide materials | |
| CN106587088B (en) | A kind of novel ternary osmium ruthenium boride hard material and preparation method thereof | |
| CN109136713A (en) | A method of preparing high-intensity and high-tenacity WC-Co hard alloy | |
| CN115991606B (en) | A kind of TiB2-SiC-B4C ternary superhard ceramic material and preparation method thereof | |
| CN106032323A (en) | A kind of TiAlC ceramic powder preparation method using TiAl powder as raw material | |
| CN104988448B (en) | A kind of Al Ti C systems react the preparation method of powder cored filament material | |
| RU2458167C1 (en) | Method for obtaining powdered composition on base of titanium carbosilicide for plasma coatings | |
| JP2023511696A (en) | Polycrystalline cubic boron nitride material | |
| RU2458168C1 (en) | Method for obtaining powdered composition on base of titanium carbosilicide for ion-plasma coatings | |
| WO2021241522A1 (en) | METAL-Si BASED POWDER, METHOD FOR PRODUCING SAME, METAL-Si BASED SINTERED BODY, SPUTTERING TARGET, AND METAL-Si BASED THIN FILM MANUFACTURING METHOD | |
| CN107043260A (en) | A kind of novel tertiary osmium rhenium diboride (Os1 xRexB2) hard material and preparation method thereof | |
| CN112941390B (en) | Titanium carbonitride base metal ceramic and preparation method and application thereof | |
| JP4060803B2 (en) | Method for producing zirconium boride powder | |
| CN112941389B (en) | Titanium carbonitride base metal ceramic and preparation method and application thereof | |
| JPS632913B2 (en) | ||
| JP6520523B2 (en) | Oxide sintered body, method for producing the same, and sputtering target | |
| RU2460706C2 (en) | Method of producing titanium carbosilicide-based powdered composition |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20180607 |