RU2535109C2 - Способ получения нанопорошков металлов с повышенной запасенной энергией - Google Patents
Способ получения нанопорошков металлов с повышенной запасенной энергией Download PDFInfo
- Publication number
- RU2535109C2 RU2535109C2 RU2013105976/02A RU2013105976A RU2535109C2 RU 2535109 C2 RU2535109 C2 RU 2535109C2 RU 2013105976/02 A RU2013105976/02 A RU 2013105976/02A RU 2013105976 A RU2013105976 A RU 2013105976A RU 2535109 C2 RU2535109 C2 RU 2535109C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- energy
- nanopowders
- stored energy
- metal
- nanopowder
- Prior art date
Links
- 239000011858 nanopowder Substances 0.000 title claims abstract description 40
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 24
- 239000002184 metal Substances 0.000 title claims abstract description 24
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 9
- 150000002739 metals Chemical class 0.000 title abstract description 3
- 239000002923 metal particle Substances 0.000 claims abstract description 5
- 230000001678 irradiating effect Effects 0.000 claims description 3
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 3
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 abstract description 3
- 230000004907 flux Effects 0.000 abstract description 3
- 238000005245 sintering Methods 0.000 abstract description 2
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract description 2
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 abstract 1
- 238000005272 metallurgy Methods 0.000 abstract 1
- 238000004663 powder metallurgy Methods 0.000 abstract 1
- XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N Iron Chemical compound [Fe] XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 13
- PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N Nickel Chemical compound [Ni] PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 9
- 229910052742 iron Inorganic materials 0.000 description 6
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 description 6
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 description 6
- 239000010949 copper Substances 0.000 description 5
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- ZOKXTWBITQBERF-UHFFFAOYSA-N Molybdenum Chemical compound [Mo] ZOKXTWBITQBERF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 description 4
- 229910052750 molybdenum Inorganic materials 0.000 description 4
- 239000011733 molybdenum Substances 0.000 description 4
- 229910052759 nickel Inorganic materials 0.000 description 4
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 3
- XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N Argon Chemical compound [Ar] XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 2
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000004020 conductor Substances 0.000 description 2
- 239000011888 foil Substances 0.000 description 2
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 2
- 230000005855 radiation Effects 0.000 description 2
- 238000005507 spraying Methods 0.000 description 2
- 238000002076 thermal analysis method Methods 0.000 description 2
- 239000000654 additive Substances 0.000 description 1
- 229910052786 argon Inorganic materials 0.000 description 1
- 244000309464 bull Species 0.000 description 1
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 1
- 238000002485 combustion reaction Methods 0.000 description 1
- 238000003913 materials processing Methods 0.000 description 1
- 239000011253 protective coating Substances 0.000 description 1
- 230000009257 reactivity Effects 0.000 description 1
- 229920006395 saturated elastomer Polymers 0.000 description 1
Images
Landscapes
- Particle Accelerators (AREA)
- Powder Metallurgy (AREA)
Abstract
Изобретение относится к порошковой металлургии, в частности к получению нанопорошков металлов с повышенной запасенной энергией. Может использоваться для повышения реакционной способности нанопорошков при спекании, горении, в энергосберегающих технологиях.
Образец нанопорошка металла облучают потоком ускоренных электронов с энергией не более 6 МэВ в вакууме с обеспечением положительного заряда внутренней части частицы металла. Толщина образца не превышает длину пробега электронов. Обеспечивается повышение запасенной энергии на 10-15%. 1 ил., 1 табл., 1 пр.
Description
Изобретение относится к технологии получения нанопорошков с повышенной запасенной энергией, в частности нанопорошков металлов, и может использоваться для повышения реакционной способности нанопорошков металлов при спекании, горении, в энергосберегающих технологиях.
Известен способ запасания энергии нанопорошком алюминия при его пассивировании небольшими добавками воздуха (Ильин А.П. Особенности энергонасыщенной структуры малых металлических частиц, сформированных в сильнонеравновесных условиях // Физика и химия обработки материалов. 1997. №4. С.93-97).
Недостатком данного способа является низкая запасенная энергия, не превышающая 80-100 кДж/моль, что в 2-3 раза ниже энергии химической связи.
Наиболее близким по техническому эффекту является «Способ повышения запасенной энергии в нанопорошках металлов» (Патент РФ №2461445, опубл. 20.09.2012, бюл. №26) путем облучения нанопорошков металлов (железа, никеля, молибдена и меди) потоком ускоренных электронов с энергией не более 6 МэВ в вакууме, причем толщина образца превышает длину пробега электронов в нанопорошке.
Недостатком данного способа является относительно невысокая запасенная энергия: при пробеге электронов менее толщины слоя образца нанопорошка часть нанопорошка остается необлученной и это снижает запасенную энергию в нанопорошке (фиг.).
Основной технической задачей изобретения является повышение запасенной энергии в нанопорошках металлов за счет уменьшения толщины образца, при которой облучение электронами происходит «на прострел».
Основная техническая задача достигается тем, что в заявленном способе повышения запасенной энергии в нанопорошках металлов, согласно которому, так же как и в прототипе, энергия повышается за счет положительного заряда внутренней части частицы металла, в соответствии с предложенным решением нанопорошки металлов облучают потоком ускоренных электронов с энергией не более 6 МэВ в вакууме (без доступа воздуха), причем толщина образца нанопорошка не превышает длину пробега электронов в нанопорошке.
В таблице приведена зависимость запасенной энергии в нанопорошках железа, никеля, молибдена и меди от дозы облучения потоком ускоренных электронов (4 МэВ) при толщине образца менее пробега электронов.
На фиг. представлена схема облучения нанопорошка металла (1 - нанопорошок металла, подвергающийся действию потока электронов, при толщине образца более длины пробега электронов; 2 - нанопорошок металла, не подвергающийся действию потока электронов, при толщине образца более длины пробега электронов; 3 - образец нанопорошка металла с толщиной менее длины пробега электронов, полностью подвергающийся действию потока электронов): а) толщина образца нанопорошка металла превышает длину пробега электронов; б) толщина образца нанопорошка металла не превышает длину пробега электронов.
Пример исполнения. Образцы нанопорошка железа получают с помощью распыления железного проводника диаметром 0,3 мм мощными импульсами электрического тока (500 кА). Распределение частиц по диаметру соответствует нормально-логарифмическому. Максимум в распределении соответствует диаметру частиц, равному 100 нм.
После получения нанопорошков металлов распылением в аргоне металлических проводников при пропускании мощных импульсов электрического тока (500 кА) все металлические нанопорошки пирофорны и требуют нанесения защитных покрытий: оксидно-гидроксидных или других функциональных. При облучении потоком электронов частиц металлов в них происходит ионизация, вследствие чего повышается положительный заряд, за счет которого в частице увеличивается энергия.
Для повышения запасенной энергии две навески нанопорошка железа помещают в алюминиевую фольгу толщиной 40 мкм, придавая образцам плоскую форму. Толщина первого образца в фольге (5000 мкм) больше длины пробега электронов (2768 мкм), второго - меньше длины пробега электронов (2000 мкм). Образцы помещают в охлаждаемую ячейку и облучают потоком ускоренных электронов с энергией 4 МэВ (без доступа воздуха). Учитывая мощность ускорителя для получения образцами доз 1, 5, 10 Мрад, время облучения составляет 14, 70, 140 с, соответственно. При большей энергии ускоренных электронов возможно протекание ядерных реакций и появление наведенной радиоактивности.
При облучении потоком электронов образцов нанопорошков металлов с толщиной слоя более длины пробега электронов в образце не весь нанопорошок подвергается облучению (фиг., а), в связи с чем не весь нанопорошок запасает энергию.
После облучения образцы подвергают термическому анализу с помощью термоанализатора Q 600 SDT: масса навески 10 мг, скорость нагрева 10 град/мин, диапазон температур 20-1000°C. Результаты экспериментов приведены в таблице. При нагревании необлученного образца тепловой эффект слагается из теплоты окисления и из запасенной энергии, величину которой принимают за единицу. При нагревании облученных образцов фиксируют теплоту окисления и запасенную энергию. Учитывая, что степень окисленности необлученных и облученных нанопорошков одинакова, теплота окисления металлов также примерно одинакова. Повышение теплоты, выделившейся при окислении облученных образцов, составляет запасенную энергию.
Аналогичным образом облучают и анализируют нанопорошки никеля, молибдена, меди (таблица). После облучения потоком электронов, в соответствии с результатами термического анализа запасенная энергия повышается в нанопорошках: железа - на 15%; никеля - на 12%; молибдена - на 10%; меди - на 14%. Таким образом, заявленный способ дает существенно более высокую энергию, превышающую прототип на 10-15%.
| Таблица | |||||||
| № п/п | Нанопорошок | Доза облуче ния, Мрад |
Энергия, выделяющаяся при окислении, Дж/г | Запасенная энергия, отн. ед. | Примечание | ||
| Толщина образца больше длины пробега электронов | Толщина образца меньше длины пробега электронов | Толщина образца больше длины пробега электронов | Толщина образца меньше длины пробега электронов | ||||
| 1 | Fe | 1 | 14474 | 16645 | 2,13 | 2,44 | |
| 2 | Ni | 10 | 12358 | 13841 | 1,50 | 1,68 | |
| 3 | Mo | 10 | 7798 | 8577 | 1,18 | 1,30 | |
| 4 | Cu | 1 | 3324 | 3789 | 2,27 | 2,59 | |
Claims (1)
- Способ получения нанопорошка металла с повышенной запасенной энергией, включающий облучение образца нанопорошка металла потоком ускоренных электронов с энергией не более 6 МэВ в вакууме с обеспечением положительного заряда внутренней части частицы металла, отличающийся тем, что облучению подвергают образец нанопорошка металла, толщина которого на превышает длину пробега электронов.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2013105976/02A RU2535109C2 (ru) | 2013-02-12 | 2013-02-12 | Способ получения нанопорошков металлов с повышенной запасенной энергией |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2013105976/02A RU2535109C2 (ru) | 2013-02-12 | 2013-02-12 | Способ получения нанопорошков металлов с повышенной запасенной энергией |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2013105976A RU2013105976A (ru) | 2014-08-20 |
| RU2535109C2 true RU2535109C2 (ru) | 2014-12-10 |
Family
ID=51384226
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2013105976/02A RU2535109C2 (ru) | 2013-02-12 | 2013-02-12 | Способ получения нанопорошков металлов с повышенной запасенной энергией |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2535109C2 (ru) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2637732C1 (ru) * | 2016-10-31 | 2017-12-06 | Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский Томский политехнический университет" | Способ активации нанопорошка алюминия |
| RU2657677C1 (ru) * | 2017-08-28 | 2018-06-14 | Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский Томский политехнический университет" | Способ модифицирования микро- и нанопорошков алюминия |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2078149C1 (ru) * | 1994-03-16 | 1997-04-27 | Научно-исследовательский институт ядерной физики при Томском политехническом университете | Способ обработки изделий из металлов и их сплавов |
| US6833019B1 (en) * | 2003-01-31 | 2004-12-21 | The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Navy | Microwave assisted continuous synthesis of nanocrystalline powders and coatings using the polyol process |
| US20070000866A1 (en) * | 2004-10-26 | 2007-01-04 | Declan Ryan | Patterning and alteration of molecules |
| RU2461445C1 (ru) * | 2011-03-11 | 2012-09-20 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Национальный исследовательский Томский политехнический университет" | Способ повышения запасенной энергии в нанопорошках металлов |
-
2013
- 2013-02-12 RU RU2013105976/02A patent/RU2535109C2/ru not_active IP Right Cessation
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2078149C1 (ru) * | 1994-03-16 | 1997-04-27 | Научно-исследовательский институт ядерной физики при Томском политехническом университете | Способ обработки изделий из металлов и их сплавов |
| US6833019B1 (en) * | 2003-01-31 | 2004-12-21 | The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Navy | Microwave assisted continuous synthesis of nanocrystalline powders and coatings using the polyol process |
| US20070000866A1 (en) * | 2004-10-26 | 2007-01-04 | Declan Ryan | Patterning and alteration of molecules |
| RU2461445C1 (ru) * | 2011-03-11 | 2012-09-20 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Национальный исследовательский Томский политехнический университет" | Способ повышения запасенной энергии в нанопорошках металлов |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2637732C1 (ru) * | 2016-10-31 | 2017-12-06 | Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский Томский политехнический университет" | Способ активации нанопорошка алюминия |
| RU2657677C1 (ru) * | 2017-08-28 | 2018-06-14 | Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский Томский политехнический университет" | Способ модифицирования микро- и нанопорошков алюминия |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| RU2013105976A (ru) | 2014-08-20 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US20180073110A1 (en) | Method for making metal-carbon composites and compositions | |
| WO2015072421A1 (ja) | 中性子発生用ターゲット | |
| Zhang et al. | Plasma surface treatment of Cu by nanosecond-pulse diffuse discharges in atmospheric air | |
| RU2535109C2 (ru) | Способ получения нанопорошков металлов с повышенной запасенной энергией | |
| Kar et al. | Ballistic focusing of polyenergetic protons driven by petawatt laser pulses | |
| Mostovshchikov et al. | Effect of synchrotron radiation on thermochemical properties of aluminum micro-and nanopowders | |
| Durisi et al. | Design of an epithermal column for BNCT based on D–D fusion neutron facility | |
| Kasatov et al. | The accelerator neutron source for boron neutron capture therapy | |
| Mostovshchikov et al. | Thermal stability of iron micro-and nanopowders after electron beam irradiation | |
| Mostovshchikov et al. | The energy stored in the aluminum nanopowder irradiated by electron beam | |
| RU2461445C1 (ru) | Способ повышения запасенной энергии в нанопорошках металлов | |
| Mostovshchikov et al. | Parameters of iron and aluminum nano-and micropowder activity upon oxidation in air under microwave irradiation | |
| Cao et al. | Cu precipitates in Fe ion irradiated Fe-Cu alloys studied using positron techniques | |
| Ghareshabani et al. | Low energy repetitive miniature plasma focus device as high deposition rate facility for synthesis of DLC thin films | |
| Cherkashina et al. | Effect of electron irradiation on polyimide composites based on track membranes for space systems | |
| Torrisi et al. | Proton acceleration from TiH2 target plasma produced by different pulse laser intensity | |
| RU2657677C1 (ru) | Способ модифицирования микро- и нанопорошков алюминия | |
| CN108456854B (zh) | 一种金属钨表面纳米化的装置及其方法 | |
| Chernov et al. | Nuclear reactions in the Pd/PdO: D x and Ti/TiO2: D x systems excited by ionizing radiation | |
| Zinkle et al. | Effect of ion irradiation on the structural stability of dispersion-strengthened copper alloys | |
| Naorem et al. | Fabrication of gold nanostructures and studies of their morphological and surface plasmonic properties | |
| Mostovshchikov et al. | Influence of microwave and electron beam irradiation on composition of aluminum nanopowder | |
| Abe et al. | Surface modifications of hydrogen storage alloy by heavy ion beams with keV to MeV irradiation energies | |
| Mei et al. | Measurements of K-shell ionization cross sections of Al and L-shell x-ray production cross sections of Se by intermediate-energy electron impact | |
| Ma et al. | Charge equilibration of laser-accelerated carbon ions in a porous-structure foam target |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20150213 |