[go: up one dir, main page]

RU2590045C2 - Способ получения металлического нанопорошка из отходов быстрорежущей стали в керосине - Google Patents

Способ получения металлического нанопорошка из отходов быстрорежущей стали в керосине Download PDF

Info

Publication number
RU2590045C2
RU2590045C2 RU2014135667/02A RU2014135667A RU2590045C2 RU 2590045 C2 RU2590045 C2 RU 2590045C2 RU 2014135667/02 A RU2014135667/02 A RU 2014135667/02A RU 2014135667 A RU2014135667 A RU 2014135667A RU 2590045 C2 RU2590045 C2 RU 2590045C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
wastes
electrodes
kerosene
speed steel
high speed
Prior art date
Application number
RU2014135667/02A
Other languages
English (en)
Other versions
RU2014135667A (ru
Inventor
Евгений Викторович Агеев
Евгений Александрович Воробьев
Александр Евгеньевич Гвоздев
Екатерина Владимировна Агеева
Original Assignee
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Юго-Западный государственный университет" (ЮЗГУ)
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Юго-Западный государственный университет" (ЮЗГУ) filed Critical Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Юго-Западный государственный университет" (ЮЗГУ)
Priority to RU2014135667/02A priority Critical patent/RU2590045C2/ru
Publication of RU2014135667A publication Critical patent/RU2014135667A/ru
Application granted granted Critical
Publication of RU2590045C2 publication Critical patent/RU2590045C2/ru

Links

Images

Landscapes

  • Manufacture Of Metal Powder And Suspensions Thereof (AREA)
  • Electrical Discharge Machining, Electrochemical Machining, And Combined Machining (AREA)

Abstract

Изобретение относится к получению порошков. Отходы быстрорежущей вольфрамсодержащей стали Р6М5 подвергают электроэрозионному диспергированию в реакторе в среде диэлектрической жидкости посредством искровых разрядов между указанными отходами и электродами, состоящими из того же материала. В качестве диэлектрической жидкости используют керосин. Обеспечивается образование на дне реактора осадка в виде сферических частиц металлического нанопорошка на основе карбида вольфрама. 5 ил., 1 пр.

Description

Предлагаемое изобретение относится к области порошковой металлургии, а именно к получению нанопорошков.
Известны похожие способы получения металлического порошка, которые основываются на физико-химических процессах. Например, способ получения металлического порошка путем образования между частицами дуговых разрядов в диэлектрической жидкости (патент Россия №:2116164, B22F, 1998).
Наиболее близким аналогом заявленного изобретения является способ получения металлического порошка электроэрозионным диспергированием отходов быстрорежущей стали Р6М5, раскрытый в статье АГЕЕВА Е.В. и др. Рентгеноспектральный микроанализ порошка, полученного из отходов быстрорежущих сталей электроэрозионным диспергированием в водной среде, Вiсник Сумьского нацioнального ограрного унiверситету, Серiя «Механiацiя та автоматизацiя выробничих процессiв», выпуск 10(25), 2013, с. 216-219, [on-line], [найден 17.08.2015 на irbus-nbuv.gov.ua]/ [1].
К недостаткам его можно отнести:
- относительно крупный размер образующихся частиц;
- окисление частиц порошка.
Задача предлагаемого изобретения состоит в том, чтобы получать наноразмерные порошки на основе карбида вольфрама со сферической формой частиц.
Поставленная задача решается способом, который включает электроэрозионное диспергирование (ЭЭД) отходов быстрорежущей вольфрамсодержащей стали Р6М5 в реакторе в среде диэлектрической жидкости - в керосине, посредством искровых разрядов между указанными отходами и электродами, состоящими из того же материала, с образованием осадка в виде частиц металлического нанопорошка на дне реактора.
ОПИСАНИЕ
На рисунке 1 схематически представлен процесс ЭЭД: 1 - генератор импульсов; 2, 3 - электроды; 4 - капли расплавленного материала; 5 - рабочая жидкость; 6 - пластины твердого сплава; 7 - канал разряда; 8 - точка разряда, 9 - газовый пузырь.
На рисунках 2-3 представлены снимки с растрового электронного микроскопа «QUANTA 600 FEG», которые были выполнены для изучения формы и размеров микрочастиц.
На рисунке 4 представлены результаты исследований размеров частиц по методу Фраунгофера.
В таблице 1 представлены основные фазы порошка БРС.
Технологический процесс получения нанопорошков из отходов быстрорежущих сталей методом ЭЭД включает следующие операции:
- сбор и сортировка отходов сталей по маркам (химическому составу);
- очистка отходов (от загрязнений, стружки);
- загрузка отходов быстрорежущих сталей в реактор и подключение электродов;
- заливка в реактор рабочей жидкости (воды дистиллированной или керосина осветительного);
- выбор режимов диспергирования;
- электроэрозионное диспергирование;
- отстаивание и слив рабочей жидкости;
- отделение наноразмерной фракции центрифугированием;
- химическая очистка порошка (при необходимости);
- прокаливание порошка в печи при температуре 150-200°С в течение 20-30 минут;
- контроль качества.
Процесс ЭЭД представляет собой разрушение токопроводящего материала в результате локального воздействия кратковременных электрических разрядов между электродами [2]. В зоне разряда под действием высоких температур происходит нагрев, расплавление и частичное испарение металла.
Для получения высокой температуры в ограниченной области малого объема необходима большая концентрация энергии. Достижение этой цели осуществляется использованием импульсного напряжения, а ЭЭД осуществляется в жидкой среде, которая заполняет зазор между электродами, называемый межэлектродным промежутком или межэлектродным зазором.
Ввиду того, что любая гладкая поверхность имеет свой макро- или микрорельеф, между двумя электродами всегда найдутся две точки, расстояние между которыми будет меньше, чем между другими точками поверхностей электродов. При подключении к электродам источника тока (в данном случае импульсного) между электродами начинает протекать ток и возникает электрическое поле, напряженность которого между близлежащими точками электродов будет достигать наибольшего значения. Под воздействием электрического поля в зоне наибольшего напряжения происходит ионизация рабочей среды с образованием канала повышенной проходимости, т.е. нарушается электрическая прочность рабочей среды. И между этими двумя близлежащими точками происходит пробой межэлектродного промежутка. Между точками, в которых произошел пробой рабочей среды, образовывается канал с высокой электрической проводимостью.
Сечение канала разряда мало, а его расширению препятствует магнитное поле, которое сжимает канал. Ту же роль выполняет и рабочая среда, окружающая канал разряда. Длина канала разряда и его диаметр очень малы и поэтому плотность энергии в нем достигает больших величин, а температура в этом локальном объеме - десятки тысяч градусов. В точках, в которых разрядный канал опирается на электроды, происходит оплавление и испарение материала с поверхности электродов. Рабочая среда, окружающая канал разряда, под воздействием высоких температур разлагается и испаряется. Все эти процессы происходят в очень малые отрезки времени и с выделением больших энергий, поэтому они носят динамичный взрывной характер.
Под действием сил, развивающихся в канале разряда, жидкий материал и парообразный материал выбрасывается из зоны разряда в рабочую среду, окружающую его, и застывает в ней с образованием отдельных частиц. В месте действия импульса тока на поверхности электродов появляются лунки, образовавшиеся вследствие удаления материала импульсным разрядом. Таким образом, осуществляется электрическая эрозия, показанная на примере действия одного импульса, с образованием одной эрозионной лунки. После прекращения действия импульсного разряда напряжение на электродах падает. Начинается процесс деионизации рабочей среды, т.е. нейтрализация заряженных частиц и электрическая прочность рабочей среды восстанавливается. Межэлектродный промежуток подготавливается для прохождения очередного разряда. Если на электроды от генератора периодически поступает импульсное напряжение, то процесс будет повторяться. При этом каждый новый импульсный разряд будет происходить в том месте, где расстояние между электродами минимально. Если пауза между импульсными разрядами достаточна для деионизации рабочей среды, то процесс будет повторяться с образованием новых эрозионных лунок на поверхности, этим и обуславливается процесс ЭЭД.
Порошковые материалы, получаемые ЭЭД отходов быстрорежущей стали, могут эффективно использоваться в качестве высокотвердой фазы при изготовлении и восстановлении деталей машин различными способами наплавки (плазменно-порошковая наплавка, наплавка под слоем флюса, наплавка в среде защитных газов и др.) и напыления (детонационное напыление, плазменное напыление и др.), при нанесении гальванических покрытий (хромирование, железнение и др.), а также в качестве модификаторов различных литейных сплавов или добавок при изготовлении инструмента из быстрорежущей стали.
Пример.
На экспериментальной установке в керосине диспергировали отходы быстрорежущей стали марки Р6М5. При этом изменяли электрические параметры установки:
- частота следования импульсов 100 Гц;
- напряжение на электродах 200 В;
- емкость конденсаторов 55 мкФ.
Импульсное напряжение генератора 1 прикладывается к электродам 2 и 3 и далее к отходам быстрорежущей стали 6 (в качестве электродов служат сверла из быстрорежущей стали). При достижении напряжения определенной величины происходит электрический пробой рабочей среды 5, находящийся в межэлектродном пространстве, с образованием канала разряда 7. Благодаря высокой концентрации тепловой энергии, материал в точке разряда 8 плавится и испаряется, рабочая среда испаряется и окружает канал разряда газообразными продуктами распада 9 (газовым пузырем). В результате развивающихся в канале разряда и газовом пузыре значительных динамических сил капли расплавленного материала 4 выбрасываются за пределы зоны разряда в рабочую среду, окружающую электроды, и застывают в ней, образуя каплеобразные частицы (фиг. 1). 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.
При помощи растрового электронного микроскопа «QUANTA 600 FEG» был проведен непосредственный анализ частиц порошка с достаточно высоким разрешением. Было установлено, что порошок, полученный методом ЭЭД из отходов БРС, состоит из частиц правильной сферической формы (или эллиптической), неправильной формы (конгломератов) с размером частиц от 0,01 мкм до 50 мкм.
Рентгеноспектральный микроанализ, исследование элементного состава образцов порошка проводили на электронно-ионном сканирующем (растровом) микроскопе с полевой эмиссией электронов «QUANTA 600 FEG» и энерго-дисперсионного анализатора рентгеновского излучения фирмы «EDAX». Было установлено, что исследуемый образец порошка БРС в качестве основных минералов содержит железо, оксиды и карбид железа, также присутствует в небольшом количестве вольфрам.
Предлагаемый способ получения металлического порошка из отходов быстрорежущей стали в керосине дает следующие преимущества по сравнению с известными способами:
- достигается малый средний размер и сферическая форма частиц;
- размер частиц зависит от параметров процесса, которые регулируются установкой, а не от размеров ячеек сетки;
- регулировка параметров может проводиться без остановки процесса;
- обеспечивается чистота состава полученного порошка от примесей,
так как отсутствует сетка, а электроды сделаны из того же металла, что и рабочий материал.
Источники информации
1. Агеева Е.В. и др. Рентгеноспектральный микроанализ порошка, полученного из отходов быстрорежущих сталей электроэрозионным диспергированием в водной среде // Вicник Сумьского национального ограрного унiверситету, Серiя «Механiзацiя та автоматизацiя выробничих процессiв», выпуск 10(25), 2013, с. 216-219, [on-line], [найден 17.08.2015 на irbus-].
2. Немилов Е.Ф. Электроэрозионная обработка материалов. Л.: Машиностроение, Ленингр. отд-ние, 1983. - 160 с.

Claims (1)

  1. Способ получения металлического нанопорошка из отходов быстрорежущей вольфрамсодержащей стали Р6М5, включающий электроэрозионное диспергирование указанных отходов в среде диэлектрической жидкости в реакторе, отличающийся тем, что в качестве диэлектрической жидкости используют керосин, при этом электроэрозионное диспергирование ведут посредством искровых разрядов между указанными отходами и электродами, состоящими из того же материала, с образованием осадка в виде частиц металлического нанопорошка на основе карбида вольфрама на дне реактора.
RU2014135667/02A 2014-09-03 2014-09-03 Способ получения металлического нанопорошка из отходов быстрорежущей стали в керосине RU2590045C2 (ru)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2014135667/02A RU2590045C2 (ru) 2014-09-03 2014-09-03 Способ получения металлического нанопорошка из отходов быстрорежущей стали в керосине

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2014135667/02A RU2590045C2 (ru) 2014-09-03 2014-09-03 Способ получения металлического нанопорошка из отходов быстрорежущей стали в керосине

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2014135667A RU2014135667A (ru) 2016-03-27
RU2590045C2 true RU2590045C2 (ru) 2016-07-10

Family

ID=55638491

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2014135667/02A RU2590045C2 (ru) 2014-09-03 2014-09-03 Способ получения металлического нанопорошка из отходов быстрорежущей стали в керосине

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2590045C2 (ru)

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2681238C1 (ru) * 2018-04-05 2019-03-05 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Юго-Западный государственный университет" (ЮЗГУ) Способ получения спеченных изделий из электроэрозионных вольфрамосодержащих нанокомпозиционных порошков
RU2683162C2 (ru) * 2017-09-09 2019-03-26 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Юго-Западный государственный университет" (ЮЗГУ) Способ получения порошка псевдосплава W-Ni-Fe методом электроэрозионного диспергирования в дистиллированной воде
RU2735844C1 (ru) * 2020-04-20 2020-11-09 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования. "Юго-Западный государственный университет" (ЮЗГУ) Способ получения коррозионностойких порошков из стали Х17 в керосине
RU2791308C1 (ru) * 2022-06-29 2023-03-07 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Юго-Западный государственный университет" (ЮЗГУ) Способ получения металлического порошка из отходов инструментальной стали в воде

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2002590C1 (ru) * 1992-01-31 1993-11-15 Fominskij Leonid P Способ электроэрозионного диспергировани и устройство дл его осуществлени
US20070101823A1 (en) * 2003-06-25 2007-05-10 Prasenjit Sen Process and apparatus for producing metal nanoparticles
RU2449859C2 (ru) * 2010-02-08 2012-05-10 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Юго-Западный государственный университет" (ЮЗГУ) Установка для получения нанодисперсных порошков из токопроводящих материалов

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2002590C1 (ru) * 1992-01-31 1993-11-15 Fominskij Leonid P Способ электроэрозионного диспергировани и устройство дл его осуществлени
US20070101823A1 (en) * 2003-06-25 2007-05-10 Prasenjit Sen Process and apparatus for producing metal nanoparticles
RU2449859C2 (ru) * 2010-02-08 2012-05-10 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Юго-Западный государственный университет" (ЮЗГУ) Установка для получения нанодисперсных порошков из токопроводящих материалов

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
АГЕЕВ Е.В., Получение порошков из отходов твердых сплавов методом электроэрозионного диспергирования, Электрометаллургия, N10, 2011, с.24-27. *
АГЕЕВА Е.В. и др., Рентгеноспектральный микроанализ порошка, полученного из отходов быстрорежущих сталей электроэрозионным диспергированием в водной среде, Вiсник Сумського нацiонального ограрного унiверситету, Серiя "Механiзацiя та автоматизацiя выробничих процесiв", випуск 10(25), 2013, с.216-219. *

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2683162C2 (ru) * 2017-09-09 2019-03-26 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Юго-Западный государственный университет" (ЮЗГУ) Способ получения порошка псевдосплава W-Ni-Fe методом электроэрозионного диспергирования в дистиллированной воде
RU2681238C1 (ru) * 2018-04-05 2019-03-05 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Юго-Западный государственный университет" (ЮЗГУ) Способ получения спеченных изделий из электроэрозионных вольфрамосодержащих нанокомпозиционных порошков
RU2735844C1 (ru) * 2020-04-20 2020-11-09 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования. "Юго-Западный государственный университет" (ЮЗГУ) Способ получения коррозионностойких порошков из стали Х17 в керосине
RU2791308C1 (ru) * 2022-06-29 2023-03-07 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Юго-Западный государственный университет" (ЮЗГУ) Способ получения металлического порошка из отходов инструментальной стали в воде
RU2811334C1 (ru) * 2022-10-06 2024-01-11 Валентин Степанович Щербак Низковольтный электродуговой способ получения наноразмерного порошка карбида переходного металла

Also Published As

Publication number Publication date
RU2014135667A (ru) 2016-03-27

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Erden Effect of materials on the mechanism of electric discharge machining (EDM)
Ageeva et al. X-ray analisis of the powder of micro-and nanometer fractions, obtained from wastes of alloy T15K6 in aqueous medium
Ageeva et al. Properties and characterizations of powders produced from waste carbides
Latypov et al. Electroerosion micro-and nanopowders for the production of hard alloys
RU2590045C2 (ru) Способ получения металлического нанопорошка из отходов быстрорежущей стали в керосине
RU2597443C1 (ru) Способ получения стальных порошков электроэррозионным диспергированием отходов шарикоподшипниковой стали в воде
Ageev et al. Shape and morphology of the particles surface of electroerosive powders of micro-and nanometric fractions, obtained from H17MYuA steel in kerosene
RU2699479C1 (ru) Способ получения нихромовых порошков электроэрозионным диспергированием в воде дистиллированной
RU2455117C2 (ru) Способ получения нанопорошка на основе карбида вольфрама
RU2612117C1 (ru) Способ получения алюминиевого нанопорошка
Khan et al. Enhancement of machining performance during electrical discharge machining of stainless steel with carbon nanotube powder added dielectric fluid
Mohanty et al. Surface modification of high-performance alloys through microelectrical discharge machining processes
RU2475298C1 (ru) Способ получения нанопорошков из различных электропроводящих материалов
RU2829391C1 (ru) Способ получения никелевого порошка из отходов никеля марки ПНК-0Т1 в воде дистиллированной
RU2486281C1 (ru) Способ поверхностной модификации конструкционных материалов и изделий
RU2791308C1 (ru) Способ получения металлического порошка из отходов инструментальной стали в воде
RU2772879C1 (ru) Способ получения никельхромовых порошков из отходов сплава Х20Н80 в воде дистиллированной
RU2811328C1 (ru) Способ получения свинцово-латунных порошков из отходов сплава ЛС58-3 в изопропиловом спирте
RU2545976C2 (ru) Устройство для получения порошка электропроводного материала электроэрозионным диспергированием в жидкой инертной среде
Korkmaz et al. Effect of pulse shape and energy on the surface roughness and mass transfer in the electrospark coating process
RU2599476C2 (ru) Способ получения медного порошка из отходов
RU2829396C1 (ru) Способ получения вольфрамового порошка из отходов вольфрама марки ВА в воде дистиллированной
RU2805515C1 (ru) Способ получения свинцово-сурьмянистых порошков из отходов сплава ССу3 в керосине осветительном
RU2784145C1 (ru) Способ получения жаропрочного никелевого порошка из отходов сплава ЖС6У в керосине осветительном
Aghdeab et al. Effect of voltage on electrode wear rate (EWR) in the electrical discharge machining (EDM) for stainless steel AISI 444

Legal Events

Date Code Title Description
HZ9A Changing address for correspondence with an applicant
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20160904