RU2537678C1 - Method of obtaining of nano-dispersed powders - Google Patents
Method of obtaining of nano-dispersed powders Download PDFInfo
- Publication number
- RU2537678C1 RU2537678C1 RU2013128258/02A RU2013128258A RU2537678C1 RU 2537678 C1 RU2537678 C1 RU 2537678C1 RU 2013128258/02 A RU2013128258/02 A RU 2013128258/02A RU 2013128258 A RU2013128258 A RU 2013128258A RU 2537678 C1 RU2537678 C1 RU 2537678C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- plasma
- nickel
- evaporator
- chamber
- temperature
- Prior art date
Links
- 239000000843 powder Substances 0.000 title claims abstract description 29
- 238000000034 method Methods 0.000 title abstract description 17
- PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N Nickel Chemical compound [Ni] PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 65
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 49
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 claims abstract description 24
- 229910052759 nickel Inorganic materials 0.000 claims abstract description 22
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims abstract description 21
- SKKMWRVAJNPLFY-UHFFFAOYSA-N azanylidynevanadium Chemical compound [V]#N SKKMWRVAJNPLFY-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 15
- 239000003153 chemical reaction reagent Substances 0.000 claims abstract description 15
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 claims abstract description 13
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims abstract description 13
- 238000001704 evaporation Methods 0.000 claims abstract description 3
- 230000008020 evaporation Effects 0.000 claims abstract description 3
- INZDTEICWPZYJM-UHFFFAOYSA-N 1-(chloromethyl)-4-[4-(chloromethyl)phenyl]benzene Chemical compound C1=CC(CCl)=CC=C1C1=CC=C(CCl)C=C1 INZDTEICWPZYJM-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 10
- 238000012545 processing Methods 0.000 claims description 7
- 238000010791 quenching Methods 0.000 claims description 7
- 230000000171 quenching effect Effects 0.000 claims description 7
- 238000001816 cooling Methods 0.000 claims description 4
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 claims description 4
- 150000004767 nitrides Chemical class 0.000 claims description 4
- 229910052720 vanadium Inorganic materials 0.000 claims description 4
- LEONUFNNVUYDNQ-UHFFFAOYSA-N vanadium atom Chemical compound [V] LEONUFNNVUYDNQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- 239000002245 particle Substances 0.000 abstract description 32
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract description 6
- 238000005272 metallurgy Methods 0.000 abstract 1
- 238000005057 refrigeration Methods 0.000 abstract 1
- 239000011858 nanopowder Substances 0.000 description 14
- 239000012071 phase Substances 0.000 description 14
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 7
- 238000009833 condensation Methods 0.000 description 6
- 230000005494 condensation Effects 0.000 description 6
- 239000004744 fabric Substances 0.000 description 6
- 239000000047 product Substances 0.000 description 6
- XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N Iron Chemical compound [Fe] XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- 239000002105 nanoparticle Substances 0.000 description 5
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 4
- 239000011258 core-shell material Substances 0.000 description 4
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 3
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 3
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 3
- 238000002173 high-resolution transmission electron microscopy Methods 0.000 description 3
- 238000009434 installation Methods 0.000 description 3
- 238000002844 melting Methods 0.000 description 3
- 239000012495 reaction gas Substances 0.000 description 3
- 239000007790 solid phase Substances 0.000 description 3
- CWGBFIRHYJNILV-UHFFFAOYSA-N (1,4-diphenyl-1,2,4-triazol-4-ium-3-yl)-phenylazanide Chemical compound C=1C=CC=CC=1[N-]C1=NN(C=2C=CC=CC=2)C=[N+]1C1=CC=CC=C1 CWGBFIRHYJNILV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 2
- 238000005253 cladding Methods 0.000 description 2
- 229910052742 iron Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910001338 liquidmetal Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000000463 material Substances 0.000 description 2
- 230000000877 morphologic effect Effects 0.000 description 2
- 238000005245 sintering Methods 0.000 description 2
- -1 Organoelement Compounds Chemical class 0.000 description 1
- 239000000443 aerosol Substances 0.000 description 1
- 239000011230 binding agent Substances 0.000 description 1
- 239000012159 carrier gas Substances 0.000 description 1
- 239000000919 ceramic Substances 0.000 description 1
- 229910052729 chemical element Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000004581 coalescence Methods 0.000 description 1
- 229910017052 cobalt Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010941 cobalt Substances 0.000 description 1
- GUTLYIVDDKVIGB-UHFFFAOYSA-N cobalt atom Chemical compound [Co] GUTLYIVDDKVIGB-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000013078 crystal Substances 0.000 description 1
- 238000002447 crystallographic data Methods 0.000 description 1
- 238000013461 design Methods 0.000 description 1
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 description 1
- 229910001873 dinitrogen Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 239000012467 final product Substances 0.000 description 1
- 239000012535 impurity Substances 0.000 description 1
- 238000009830 intercalation Methods 0.000 description 1
- 230000002687 intercalation Effects 0.000 description 1
- 238000011835 investigation Methods 0.000 description 1
- 238000005342 ion exchange Methods 0.000 description 1
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 1
- 239000004973 liquid crystal related substance Substances 0.000 description 1
- 239000007791 liquid phase Substances 0.000 description 1
- 150000001247 metal acetylides Chemical class 0.000 description 1
- 238000005121 nitriding Methods 0.000 description 1
- 150000002894 organic compounds Chemical class 0.000 description 1
- 238000004157 plasmatron Methods 0.000 description 1
- 229920000642 polymer Polymers 0.000 description 1
- 238000004663 powder metallurgy Methods 0.000 description 1
- 238000001556 precipitation Methods 0.000 description 1
- 239000002994 raw material Substances 0.000 description 1
- 239000000376 reactant Substances 0.000 description 1
- 238000011160 research Methods 0.000 description 1
- 238000001228 spectrum Methods 0.000 description 1
- 239000012798 spherical particle Substances 0.000 description 1
- 229910001220 stainless steel Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010935 stainless steel Substances 0.000 description 1
- 238000003786 synthesis reaction Methods 0.000 description 1
- 238000004207 transmission electron diffractometry Methods 0.000 description 1
- 238000004627 transmission electron microscopy Methods 0.000 description 1
- 230000005641 tunneling Effects 0.000 description 1
- 239000012808 vapor phase Substances 0.000 description 1
- 230000000007 visual effect Effects 0.000 description 1
Images
Landscapes
- Manufacture Of Metal Powder And Suspensions Thereof (AREA)
- Physical Or Chemical Processes And Apparatus (AREA)
- Powder Metallurgy (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к плазмохимическим способам получения нанодисперсных порошков методом переконденсации в низкотемпературной азотной плазме.The invention relates to plasma-chemical methods for producing nanodispersed powders by the method of condensation in low-temperature nitrogen plasma.
Известен способ получения нанодисперсных порошков в плазме СВЧ- разряда, в котором исходные реагенты вводят в поток плазмообразующего газа, имеющего среднемассовую температуру 1200-3200 K, в любом агрегатном состоянии: парообразном, порошкообразном, жидкокапельном или в любой их комбинации, при этом реагенты в порошкообразном состоянии вводят в виде аэрозоля с газом-носителем в реакционную камеру через узел ввода с отверстием, открывающимся в объем реакционной камеры под углом 45-60° к оси камеры. Дополнительно для охлаждения целевого продукта снизу одной из секций реакционной камеры через коллектор подают закалочный газ (патент RU 2252817, МПК B01J 19/08; B01J 19/12; Н05Н 1/24; Н05В 6/80; 2005 год).A known method of producing nanodispersed powders in a microwave discharge plasma, in which the starting reagents are introduced into a plasma-forming gas stream having a mass average temperature of 1200-3200 K, in any aggregate state: vaporous, powdery, liquid-drop or any combination thereof, while the reactants are in powdery A state is injected in the form of an aerosol with a carrier gas into the reaction chamber through an input unit with an opening opening into the volume of the reaction chamber at an angle of 45-60 ° to the axis of the chamber. Additionally, for cooling the target product from the bottom of one of the sections of the reaction chamber, quenching gas is supplied through the collector (patent RU 2252817, IPC B01J 19/08; B01J 19/12;
Недостатками известного способа являются, во-первых, использование органических соединений в качестве исходных реагентов, что отрицательно влияет на экологию окружающей среды; во-вторых, сложность технологического процесса, обусловленная усложненной конструкцией установки для получения нанопорошков и дополнительным использованием закалочного газа; в-третьих, невозможность получения плакированных частиц целевого продукта.The disadvantages of this method are, firstly, the use of organic compounds as starting reagents, which negatively affects the ecology of the environment; secondly, the complexity of the process due to the complicated design of the installation for producing nanopowders and the additional use of quenching gas; thirdly, the inability to obtain clad particles of the target product.
Нанопорошки на основе карбида и нитрида ванадия используют в порошковой металлургии в качестве тугоплавкой и высокотвердой металлокерамической фазы, для спекания которой обычно используют легкоплавкую металлическую связующую фазу, например никель, кобальт или железо. Смачиваемость твердой фазы жидкими металлами происходит в течение определенного времени их контактирования за счет ионообменных реакций и взаимной диффузии, но при этом нанопорошок, из которого состоит твердая фаза, может частично раствориться в жидкой металлической фазе [Жуков М.В. Упрочнение металлических, полимерных и эластомерных материалов ультрадиспесными порошками плазмохимического синтеза / М.В. Жуков, И.Н. Черский, А.Н. Черепанов и др. Новосибирск: Наука. Сибирская издательская фирма РАН, 1999. 312 с. - (Низкотемпературная плазма. Т.14)]. Для ускорения процесса смачиваемости нанопорошков в процессе жидкофазного спекания и, следовательно, для ускорения этого процесса частицы нанопорошков плакируют, например, никелем или железом.Vanadium carbide and vanadium nitride nanopowders are used in powder metallurgy as a high-melting and high-hard metal-ceramic phase, for sintering of which a low-melting metal binder phase, for example nickel, cobalt or iron, is usually used. The wettability of the solid phase by liquid metals occurs during a certain time of their contact due to ion-exchange reactions and mutual diffusion, but the nanopowder that makes up the solid phase can partially dissolve in the liquid metal phase [MV Zhukov. Hardening of metal, polymer and elastomeric materials with ultrafine plasmochemical synthesis powders / M.V. Zhukov, I.N. Chersky, A.N. Cherepanov et al. Novosibirsk: Science. Siberian Publishing Company RAS, 1999.312 s. - (Low-temperature plasma. T.14)]. To accelerate the wettability of nanopowders during liquid phase sintering and, therefore, to accelerate this process, nanopowder particles are clad, for example, with nickel or iron.
Таким образом, перед авторами стояла задача разработать экологически безопасный, не усложненный технологически способ получения нанодисперсных порошков ванадия в потоке низкотемпературной азотной плазмы, частицы которых плакированы легкоплавкой металлической фазой.Thus, the authors were faced with the task of developing an environmentally friendly, technologically uncomplicated method for producing nanodispersed vanadium powders in a stream of low-temperature nitrogen plasma, particles of which are clad with a low-melting metal phase.
Поставленная задача решена в способе получения нанодисперсных порошков в потоке низкотемпературной азотной плазмы, включающем помещение в дозатор поршневого типа порошкообразного исходного реагента и подачу его пневмотоком в камеру испарителя, обработку в камере испарителя низкотемпературной азотной плазмой, охлаждение продукта испарения в потоке азота в водоохлаждаемой закалочной камере, расположенной в нижней части испарителя, и улавливание его на поверхность фильтра, отличающемся тем, что в качестве исходного реагента используют смесь карбида или нитрида ванадия и металлического никеля, взятых в следующем соотношении, масс.%:The problem is solved in a method for producing nanodispersed powders in a stream of low-temperature nitrogen plasma, including the placement of a powdered source reagent in a piston-type batcher and supplying it with a pneumatic current to the evaporator chamber, processing in the evaporator chamber with a low-temperature nitrogen plasma, cooling the evaporation product in a nitrogen stream in a water-cooled chamber located at the bottom of the evaporator, and trapping it on the surface of the filter, characterized in that as the starting reagent using A mixture of the carbide or nitride of vanadium and nickel metal, taken in the following ratio, wt.%:
при этом температура плазмы в камере испарителя равна 4000-6000°C, скорость потока плазмы составляет 50-55 м/сек, а исходный реагент вводят со скоростью 150-200 г/час.the plasma temperature in the evaporator chamber is 4000-6000 ° C, the plasma flow rate is 50-55 m / s, and the initial reagent is introduced at a speed of 150-200 g / h.
В настоящее время из патентной и научно-технической литературы не известен способ получения нанопорошков в потоке низкотемпературной азотной плазмы, в котором обработке в предлагаемых условиях подвергают смесь карбида или нитрида ванадия и металлического никеля, взятых в определенном соотношении.Currently, from the patent and scientific literature there is no known method for producing nanopowders in a stream of low-temperature nitrogen plasma, in which a mixture of vanadium carbide or nitride and metallic nickel taken in a certain ratio is subjected to processing under the proposed conditions.
Экспериментальные исследования, проведенные авторами, позволили установить, что в случае обработки в потоке низкотемпературной азотной плазмы смеси порошка карбида или нитрида ванадия и порошка металлического никеля в условиях переконденсации наблюдается осаждение на фильтре наночастиц указанной тугоплавкой фазы внедрения, плакированных никелем. Причем существенным является количественное соотношение исходных реагентов. Так, при содержании в исходной шихте карбида или нитрида ванадия менее 50 масс.%, а никеля более 50 масс.% наблюдается появление частиц сферической формы диаметром до 50 нм (см. фиг.1), которые состоят из аморфного никеля. Такие частицы формируются по механизму пар - жидкость - твердофазное аморфное состояние вещества, вызванное быстрой закалкой при конденсации. При содержании в исходной шихте карбида или нитрида ванадия более 75 масс.%, а никеля менее 25 масс.% наблюдается появление наночастиц в форме куба с округлением ребер и вершин (см. фиг.2). Такие частицы формируются по механизму пар - кристалл, характерному при быстрой конденсации карбидов и нитридов тугоплавких соединений. На данных в форме куба наночастицах не обнаружен слой из плакирующего никеля. При этом именно в предлагаемых условиях проведения технологического процесса основное количество никеля при охлаждении конденсата осаждается на наночастицах тугоплавкой фазы внедрения. Так, при температуре плазмы в камере испарителя менее 4000°C, скорости потока плазмы менее 50 м/с и введении исходного реагента со скоростью менее 150 г/ч наблюдается появление химического соединения Fe7Ni3 (контакт плазменной струи со стенкой испарителя, сделанного из нержавеющей стали) в виде сферических капель и резкого увеличения интерфейсной фазы VxNiyO3, где (x+y=2); в нанодисперсных частицах карбида или нитрида металла, плакированных никелем. При температуре плазмы в камере испарителя более 6000°C, скорости потока плазмы более 55 м/с и введении исходного реагента со скоростью более 200 г/ч наблюдается резкое увеличение (до 82 масс.%) содержания никеля в нанодисперсных частицах карбида или нитрида ванадия, плакированных никелем. Азот в предлагаемом процессе выполняет несколько функций. Газовый поток азота необходим: для создания плазменной струи, превращающей исходную смесь порошков в пар; для транспортировки полученной паровой фазы к месту ее конденсации; для транспортировки сконденсированных из пара частиц к месту их сбора улавливающей аппаратурой; для азотирования конечного продукта в процессе плазмохимической переконденсации.The experimental studies conducted by the authors allowed us to establish that when a mixture of a carbide or vanadium nitride powder and a metal nickel powder is processed in a low-temperature nitrogen plasma stream under conditions of condensation, precipitation of a specified refractory intercalation phase coated with nickel is observed on the filter of nanoparticles. Moreover, the quantitative ratio of the starting reagents is significant. So, when the content in the initial mixture of vanadium carbide or nitride is less than 50 wt.%, And nickel is more than 50 wt.%, Spherical particles with a diameter of up to 50 nm appear (see figure 1), which consist of amorphous nickel. Such particles are formed by the mechanism of pairs - liquid - solid-phase amorphous state of a substance caused by rapid quenching during condensation. When the content in the initial mixture of vanadium carbide or nitride is more than 75 wt.%, And nickel is less than 25 wt.%, The appearance of cube-shaped nanoparticles is observed with rounding of the edges and vertices (see figure 2). Such particles are formed by the vapor – crystal mechanism characteristic of the rapid condensation of carbides and nitrides of refractory compounds. No clad nickel layer was detected on cube-shaped nanoparticle data. Moreover, it is under the proposed process conditions that the main amount of nickel is deposited upon cooling of the condensate on nanoparticles of the refractory interstitial phase. So, when the plasma temperature in the evaporator chamber is less than 4000 ° C, the plasma flow velocity is less than 50 m / s and the initial reagent is introduced at a speed of less than 150 g / h, the appearance of the chemical compound Fe 7 Ni 3 (the contact of the plasma jet with the evaporator wall made of stainless steel) in the form of spherical drops and a sharp increase in the interface phase V x Ni y O 3 , where (x + y = 2); in nanosized particles of metal carbide or nitride plated with nickel. At a plasma temperature in the evaporator chamber of more than 6000 ° C, a plasma flow rate of more than 55 m / s and the introduction of the starting reagent at a speed of more than 200 g / h, a sharp increase (up to 82 mass%) of the nickel content in nanodispersed particles of vanadium carbide or nitride is observed, nickel plated. Nitrogen in the proposed process performs several functions. A nitrogen gas stream is necessary: to create a plasma jet that converts the initial mixture of powders into steam; for transporting the resulting vapor phase to the place of its condensation; for transporting condensed particles from the vapor to the place of their collection by capture equipment; for nitriding the final product in the process of plasma chemical recondensation.
Предлагаемый способ может быть осуществлен следующим образом.The proposed method can be implemented as follows.
Смесь порошков карбида или нитрида ванадия и металлического никеля с частицами крупностью не более 40 мкм обрабатывают в потоке азотной плазмы, для чего помещают в дозатор поршневого типа и пневмотоком подают в камеру реактора-испарителя установки, оборудованной плазмотроном. Порошок со скоростью 150-200 г/ч вводят навстречу потоку плазмы, скорость которого составляет 50-55 м/с. Температура азотной плазмы в камере реактора-испарителя составляет 4000-6000°C. При обработке смеси порошков мощность составляет 2,4-3,6 кВт/ч, расход плазмообразующего газа - 6,0÷6,6 Нм3/ч (нормальных кубических метров в час, Н/м3 - кубический метр газа при давлении 760 мм рт.ст. и температуре 0°C). В качестве плазмообразующего и одновременно реакционного газа используют азот технический марки ГОСТ 9293-74 (N2 - 99,95%; О2 - 0,05%). Полученный продукт в потоке азота поступает и охлаждается в водоохлаждаемой закалочной камере, расположенной в нижней части реактора-испарителя, после чего улавливается на поверхности тканевого фильтра. Возможно использование циклона классического типа как для отделения не до конца переработанного сырья, так и для «разгрузки» фильтров улавливания. Пробы нанопорошка брали с рукавного фильтра, осуществляющего окончательное улавливание.A mixture of powders of vanadium carbide or nitride and metallic nickel with particles no larger than 40 microns in size is treated in a stream of nitrogen plasma, for which they are placed in a piston type dispenser and fed into the chamber of the reactor-evaporator of a plant equipped with a plasmatron by pneumatic current. A powder with a speed of 150-200 g / h is introduced towards the plasma stream, the speed of which is 50-55 m / s. The temperature of the nitrogen plasma in the chamber of the reactor-evaporator is 4000-6000 ° C. When processing a mixture of powders, the power is 2.4-3.6 kW / h, the consumption of plasma-forming gas is 6.0 ÷ 6.6 Nm 3 / h (normal cubic meters per hour, N / m 3 - cubic meter of gas at a pressure of 760 mmHg and
Визуальное и качественное исследование морфологии частиц VC(VN)-Ni размером до 100 нм проводили с помощью JSM 6390LA, до 10 нм с помощью JEM 2100. Для определения химического состава частиц использовали приставку ЭДА к JSM 6390LA - EDX JED-2300 с базой данных спектров химических элементов при режимах съемки 15, 20 и 25 кВ (6460LA, JEOL).Visual and qualitative investigation of the morphology of VC (VN) -Ni particles up to 100 nm in size was carried out using JSM 6390LA, up to 10 nm using JEM 2100. To determine the chemical composition of the particles, the EDA attachment to JSM 6390LA - EDX JED-2300 with a database of spectra was used chemical elements at shooting modes of 15, 20 and 25 kV (6460LA, JEOL).
Рабочие характеристики частиц от 100 нм до 10 нм исследовались с помощью СММ2000Т. Распределение частиц НП по размерам, а также их средний размер рассчитывались с помощью программ «Scan Master» (Россия, МИЭТ), «MEASURER» (Россия, ИХТТ УрО РАН) и STATGRAPHICS Plus for Windows (Manugistic Inc.).The particle performance from 100 nm to 10 nm was investigated using SMM2000T. The size distribution of NP particles, as well as their average size, was calculated using the Scan Master (Russia, MIET), MEASURER (Russia, ICTT UB RAS) and STATGRAPHICS Plus for Windows (Manugistic Inc.) programs.
Фазовый состав полученных порошков исследовали методами РФА с помощью модернизированного в цифровой дифрактометра ДРОН-УМ1, включая количественный фазовый анализ (программа STOE WinXPOW), и с помощью дифрактометра Shimadzu XRD-700 (Shimadzu, Япония) с расшифровкой по базе данных International Centre for Diffraction Data (ICDD)[Фульц Б., Хау Дж. М. Просвечивающая электронная микроскопия и дифрактометрия материалов. -М.: Техносфера, 2011. 904 с].The phase composition of the obtained powders was studied by XRD methods using a DRON-UM1 upgraded digital diffractometer, including quantitative phase analysis (STOE WinXPOW program), and a Shimadzu XRD-700 diffractometer (Shimadzu, Japan) with interpretation using the International Center for Diffraction Data database (ICDD) [Fulz B., Howe J. M. Transmission electron microscopy and diffractometry of materials. -M .: Technosphere, 2011. 904 s].
Изобретение поясняется чертежами.The invention is illustrated by drawings.
На фиг.1 представлено изображение частицы никеля сферической формы диаметром более 50 нм, полученное с помощью с помощью высокоразрешающего просвечивающего электронного микроскопа (ПЭМВР) HRTEM JEM 2100 (JEOL, Япония.Figure 1 presents the image of a nickel particle of a spherical shape with a diameter of more than 50 nm, obtained using a HRTEM JEM 2100 high-resolution transmission electron microscope (PEMVR) (JEOL, Japan.
На фиг.2 представлено изображение наночастицы нитрида ванадия, полученное с помощью JEM 2100.Figure 2 presents the image of a vanadium nitride nanoparticle obtained using JEM 2100.
На фиг.3 и 4 представлено изображение нанодисперсного порошка VC-Ni и VN-Ni из тканевого фильтра, соотвественно, полученное с помощью SEM JSM 639LA (LEOL, Япония) при увеличении 3000 крат и ускоряющем напряжении 20 кВ.Figures 3 and 4 show an image of a nanosized powder of VC-Ni and VN-Ni from a fabric filter, respectively, obtained using SEM JSM 639LA (LEOL, Japan) at an increase of 3,000 times and an accelerating voltage of 20 kV.
На фиг.5 представлено изображение нанодисперсного порошка VC-Ni, полученное с помощью сканирующего туннельного микроскопа (СТМ) СММ2000Т (Россия, завод «Протон-МИЭТ»), поле сканирования 1.582×1.582 нм. По фиг.5 (СММ2000Т) можно судить о морфологических особенностях поверхности частиц нанодисперсного порошка VC-Ni с фильтра в диапазоне нескольких десятков нанометров. Рельеф профиля (линии на поле сканирования) показывает размеры частиц (данные в скобках соответствуют размеру между двумя вертикальными линиями на рельефе профиля). В конкретном случае (см. фиг.5) выделена частица, линейный размер которой равен приблизительно 79 нм. Данные ПЭМВР подтвердили, что частицы нанодисперсного порошка VC-Ni имеют структуру ядро - оболочка.Figure 5 presents the image of the nanodispersed powder VC-Ni obtained using a scanning tunneling microscope (STM) SMM2000T (Russia, the plant "Proton-MIET"), the scanning field of 1.582 × 1.582 nm. Figure 5 (SMM2000T) can be judged on the morphological features of the surface of the particles of nanosized powder VC-Ni from the filter in the range of several tens of nanometers. The profile relief (lines on the scanning field) shows the particle sizes (the data in parentheses correspond to the size between two vertical lines on the profile relief). In a specific case (see FIG. 5), a particle is selected whose linear size is approximately 79 nm. The HRTEM data confirmed that the particles of the VC-Ni nanodispersed powder have a core-shell structure.
На фиг.6 представлено изображение нанопорошка VN-Ni, полученное с помощью высокоразрешающего просвечивающего электронного микроскопа (ПЭМВР-HRTEM) JEM 2100 (JEOL, Япония). По фиг.6 можно судить о морфологических особенностях частиц нанопорошка VN-Ni с фильтра в диапазоне нескольких десятков нанометров. Частицы имеют сферическую форму с ярко выраженной ядро-оболочка структурой (см. фиг.6). Между некоторыми частицами существует процесс коалесценции, который приводит к образованию частиц сложной формы.Figure 6 presents the image of a VN-Ni nanopowder obtained using a high resolution transmission electron microscope (PEMVR-HRTEM) JEM 2100 (JEOL, Japan). Figure 6 can be judged on the morphological features of the particles of the VN-Ni nanopowder from the filter in the range of several tens of nanometers. The particles have a spherical shape with a pronounced core-shell structure (see Fig.6). Between some particles there is a process of coalescence, which leads to the formation of particles of complex shape.
Необходимо отметить, что полученный нанопорошок может содержать примесные оксидные фазы состава VxNiyO3, которые являются интерфейсной фазы между ядром VC(VN) и плакирующей оболочки из Ni. Преобладающей формой частиц нанопорошка является сферическая, так как образование нанорпорошка в процессе плазмохимической конденсации идет по механизму пар - жидкость - кристалл. Средний размер частиц имеет значения в пределах 30÷70 нм.It should be noted that the obtained nanopowder may contain impurity oxide phases of the composition V x Ni y O 3 , which are the interface phase between the VC (VN) core and the cladding of Ni. The predominant form of nanopowder particles is spherical, since the formation of nanopowder in the process of plasma-chemical condensation proceeds by the mechanism of pairs - liquid - crystal. The average particle size has values in the range 30–70 nm.
Предлагаемый способ иллюстрируется следующими примерами.The proposed method is illustrated by the following examples.
В предлагаемых примерах использованы химические соединения карбида и нитрида ванадия Донецкого завода химических реактивов «Донецк-Реактив». Никель в виде порошка предоставлен ГНЦ РФ ФГПУП «ГНИИХТЭОС» (Государственный научный центр РФ Федеральное государственное унитарное предприятие «Государственный ордена Трудового красного Знамени научно-исследовательский институт химии и технологии элементоорганических соединений», г. Саратов).In the proposed examples, chemical compounds of vanadium carbide and vanadium nitride of the Donetsk Chemical Reagent Plant Donetsk-Reagent were used. Nickel in powder form was provided by the State Research Center of the Russian Federation FSUE “GNIIKHTEOS” (State Scientific Center of the Russian Federation Federal State Unitary Enterprise “State Order of the Red Banner of Labor Scientific Research Institute of Chemistry and Technology of Organoelement Compounds”, Saratov).
Пример 1. Смесь 75 г (50 масс.%) порошка карбида ванадия и 75 г (50 масс.%) порошка металлического никеля с частицами крупностью не более 40 мкм обрабатывают в потоке азотной плазмы, для чего помещают в дозатор поршневого типа и пневмотоком подают в камеру реактора-испарителя лабораторной установки ПО "Нитрон" (г. Саратов), оборудованной плазмотроном. Порошок со скоростью 150 г/ч вводят навстречу потоку плазмы, скорость которого составляет 50 м/с. Температура азотной плазмы в камере реактора-испарителя составляет 4000°C. При обработке смеси порошков мощность составляет 2,4 кВт/ч, расход плазмообразующего газа - 6 нм3/ч. В качестве плазмообразующего и одновременно реакционного газа используют азот технический марки ГОСТ 9293-74 (N2 - 99,95%; O2 - 0,05%). Полученный продукт в потоке азота поступает и охлаждается в водоохлаждаемой закалочной камере, расположенной в нижней части реактора-испарителя, после чего улавливается на поверхности тканевого фильтра.Example 1. A mixture of 75 g (50 wt.%) Of vanadium carbide powder and 75 g (50 wt.%) Of nickel metal powder with particles no larger than 40 microns is treated in a nitrogen plasma stream, for which they are placed in a piston type dispenser and fed with a pneumatic current into the chamber of the reactor-evaporator of the laboratory installation PO "Nitron" (Saratov), equipped with a plasma torch. A powder with a speed of 150 g / h is introduced towards the plasma stream, the speed of which is 50 m / s. The temperature of the nitrogen plasma in the chamber of the reactor-evaporator is 4000 ° C. When processing a mixture of powders, the power is 2.4 kW / h, the plasma gas consumption is 6 nm 3 / h. Nitrogen of technical grade GOST 9293-74 (N 2 - 99.95%; O 2 - 0.05%) is used as a plasma-forming and simultaneously reaction gas. The resulting product in a stream of nitrogen enters and is cooled in a water-cooled quenching chamber located in the lower part of the reactor-evaporator, after which it is captured on the surface of a fabric filter.
Рентгенофазовый анализ показал, что на тканевом фильтре собирается гетерогенный по составу порошок смеси V(C0,5N0,5) и Ni с небольшой примесью (V1,8Ni0,2)O3. Средний размер частиц (см. фиг.5) равен 70 нм. Изображение нанопорошка VC-Ni, полученное с помощью HRTEM JEM 2100, показало, что частицы имеют сферическую форму с ярко выраженной ядро-оболочка структурой.X-ray phase analysis showed that a mixture of a mixture of V (C 0.5 N 0.5 ) and Ni with a small admixture of (V 1.8 Ni 0.2 ) O 3 is collected on a fabric filter. The average particle size (see figure 5) is 70 nm. The image of VC-Ni nanopowder obtained using HRTEM JEM 2100 showed that the particles have a spherical shape with a pronounced core-shell structure.
Пример 2. Смесь 150 г (75 масс.%) порошка нитрида ванадия и 50 г (25 масс.%) порошка металлического никеля с частицами крупностью не более 40 мкм обрабатывают в потоке азотной плазмы, для чего помещают в дозатор поршневого типа и пневмотоком подают в камеру реактора-испарителя лабораторной установки ПО "Нитрон" (г. Саратов), оборудованной плазмотроном. Порошок со скоростью 200 г/час вводят навстречу потоку плазмы, скорость которого составляет 55 м/с. Температура азотной плазмы в камере реактора-испарителя составляет 6000°C. При обработке смеси порошков мощность составляет 3,6 кВт/ч, расход плазмообразующего газа - 6,6 нм3/ч. В качестве плазмообразующего и одновременно реакционного газа используют азот технический марки ГОСТ 9293-74 (N2 - 99,95%; О2 - 0,05%). Полученный продукт в потоке азота поступает и охлаждается в водоохлаждаемой закалочной камере, расположенной в нижней части реактора-испарителя, после чего улавливается на поверхности тканевого фильтра.Example 2. A mixture of 150 g (75 wt.%) Of vanadium nitride powder and 50 g (25 wt.%) Of nickel metal powder with particles no larger than 40 microns is treated in a nitrogen plasma stream, for which they are placed in a piston type dispenser and fed with a pneumatic current into the chamber of the reactor-evaporator of the laboratory installation PO "Nitron" (Saratov), equipped with a plasma torch. A powder with a speed of 200 g / h is introduced towards the plasma stream, the speed of which is 55 m / s. The temperature of the nitrogen plasma in the chamber of the reactor-evaporator is 6000 ° C. When processing a mixture of powders, the power is 3.6 kW / h, the consumption of plasma-forming gas is 6.6 nm 3 / h. Nitrogen of technical grade GOST 9293-74 (N 2 - 99.95%; O 2 - 0.05%) is used as a plasma-forming and simultaneously reaction gas. The resulting product in a stream of nitrogen enters and is cooled in a water-cooled quenching chamber located in the lower part of the reactor-evaporator, after which it is captured on the surface of a fabric filter.
Рентгенофазовый анализ показал, что на тканевом фильтре собирается гетерогенный по составу порошок смеси VN и Ni с небольшой примесью (V1,6Ni0,4)О3. Частицы имеют сферическую форму с ярко выраженной ядро - оболочка структурой (см. фиг.6). Цифровая обработка изображения нанопорошка VN-NI, полученного с помощью СММ2000Т, показала, что средний размер частиц равен 30 нм.X-ray phase analysis showed that a mixture of VN and Ni with a small admixture of (V 1.6 Ni 0.4 ) O 3 is collected on a fabric filter with a heterogeneous composition. The particles have a spherical shape with a pronounced core - shell structure (see Fig.6). Digital image processing of the VN-NI nanopowder obtained using SMM2000T showed that the average particle size is 30 nm.
Таким образом, заявленный способ позволяет получать гетерогенные нанодисперсные порошки, состоящие из ядра тугоплавкой фазы внедрения ванадия с плакирующей оболочкой из Ni и размерами частиц, основная масса которых лежит за границей менее ста нанометров.Thus, the claimed method allows to obtain heterogeneous nanodispersed powders, consisting of a core of the refractory phase of the introduction of vanadium with a cladding shell of Ni and particle sizes, the bulk of which lies beyond a hundred nanometers.
Claims (1)
при этом температура плазмы в камере испарителя равна 4000-6000°С, скорость потока плазмы составляет 50-55 м/с, а исходный реагент вводят со скоростью 150-200 г/ч. A method for producing nanodispersed powders clad with nickel in a stream of low-temperature nitrogen plasma, comprising placing a powdered starting reagent in a piston-type batcher and supplying it with a pneumatic current to the evaporator chamber, processing in the evaporator chamber with low-temperature nitrogen plasma, cooling the evaporation product in a nitrogen stream in a water-cooled quenching chamber located at the bottom of the evaporator, and trapping it with a filter, characterized in that a mixture of car ide or nitride of vanadium and nickel metal, taken in the following ratio, wt.%:
the plasma temperature in the evaporator chamber is 4000-6000 ° C, the plasma flow rate is 50-55 m / s, and the initial reagent is introduced at a speed of 150-200 g / h.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2013128258/02A RU2537678C1 (en) | 2013-06-19 | 2013-06-19 | Method of obtaining of nano-dispersed powders |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2013128258/02A RU2537678C1 (en) | 2013-06-19 | 2013-06-19 | Method of obtaining of nano-dispersed powders |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2013128258A RU2013128258A (en) | 2014-12-27 |
| RU2537678C1 true RU2537678C1 (en) | 2015-01-10 |
Family
ID=53278518
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2013128258/02A RU2537678C1 (en) | 2013-06-19 | 2013-06-19 | Method of obtaining of nano-dispersed powders |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2537678C1 (en) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2727436C1 (en) * | 2019-08-01 | 2020-07-21 | Федеральное государственное бюджетное научное учреждение "Федеральный исследовательский центр "Красноярский научный центр Сибирского отделения Российской академии наук" | Method for synthesis of powders with core-shell structure |
| RU2772704C1 (en) * | 2021-09-09 | 2022-05-24 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Федеральный исследовательский центр "Институт общей физики им. А.М. Прохорова Российской академии наук" | Method for deposition of metal nanoparticles on the surface of ceramic carriers using a microwave discharge |
Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2103112C1 (en) * | 1996-05-23 | 1998-01-27 | Институт химии твердого тела Уральского Отделения РАН | Clad powder and method of its production |
| JP2004083935A (en) * | 2002-08-23 | 2004-03-18 | Sumitomo Electric Ind Ltd | Powder coating method and powder thereby |
| RU2279495C2 (en) * | 2004-08-24 | 2006-07-10 | Государственное учреждение "Институт химии твердого тела" Уральского отделения Российской академии наук | Composite powder for gas thermal coats |
| CN101186990A (en) * | 2007-10-19 | 2008-05-28 | 中南大学 | Superfine cemented carbide coated powder and its manufacturing method |
| EP2009124A2 (en) * | 1997-05-13 | 2008-12-31 | Richard Edmund Toth | Tough-coated hard powders and sintered articles thereof |
| CN102634747A (en) * | 2012-04-26 | 2012-08-15 | 华北电力大学 | Powdered material used for preparing high-temperature abrasion-proof anticorrosion cladding layer and preparation method |
-
2013
- 2013-06-19 RU RU2013128258/02A patent/RU2537678C1/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2103112C1 (en) * | 1996-05-23 | 1998-01-27 | Институт химии твердого тела Уральского Отделения РАН | Clad powder and method of its production |
| EP2009124A2 (en) * | 1997-05-13 | 2008-12-31 | Richard Edmund Toth | Tough-coated hard powders and sintered articles thereof |
| JP2004083935A (en) * | 2002-08-23 | 2004-03-18 | Sumitomo Electric Ind Ltd | Powder coating method and powder thereby |
| RU2279495C2 (en) * | 2004-08-24 | 2006-07-10 | Государственное учреждение "Институт химии твердого тела" Уральского отделения Российской академии наук | Composite powder for gas thermal coats |
| CN101186990A (en) * | 2007-10-19 | 2008-05-28 | 中南大学 | Superfine cemented carbide coated powder and its manufacturing method |
| CN102634747A (en) * | 2012-04-26 | 2012-08-15 | 华北电力大学 | Powdered material used for preparing high-temperature abrasion-proof anticorrosion cladding layer and preparation method |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2727436C1 (en) * | 2019-08-01 | 2020-07-21 | Федеральное государственное бюджетное научное учреждение "Федеральный исследовательский центр "Красноярский научный центр Сибирского отделения Российской академии наук" | Method for synthesis of powders with core-shell structure |
| RU2772704C1 (en) * | 2021-09-09 | 2022-05-24 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Федеральный исследовательский центр "Институт общей физики им. А.М. Прохорова Российской академии наук" | Method for deposition of metal nanoparticles on the surface of ceramic carriers using a microwave discharge |
| RU2782748C1 (en) * | 2022-01-13 | 2022-11-02 | Общество с ограниченной ответственностью "Инновационные технологии плазменной обработки" (ООО "Инплазм") | Method for spheroidization of metal micro-powders by microwave radiation |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| RU2013128258A (en) | 2014-12-27 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Tulinski et al. | Nanomaterials synthesis methods | |
| Qiao et al. | Preparation and characterization of NiO nanoparticles by anodic arc plasma method | |
| Liu et al. | Synthesis and magnetic properties of Fe3C–C core–shell nanoparticles | |
| Mandilas et al. | Synthesis of aluminium nanoparticles by arc plasma spray under atmospheric pressure | |
| Choi et al. | Synthesis of cobalt boride nanoparticles using RF thermal plasma | |
| Grobert et al. | Alloy nanowires: Invar inside carbon nanotubes | |
| Ataie et al. | Fabrication of nanostructured cobalt ferrite coatings using suspension plasma spraying (SPS) technique | |
| Bystrzejewski et al. | Large scale continuous synthesis of carbon-encapsulated magnetic nanoparticles | |
| Zhu et al. | Refining mechanisms of arsenic in the hydrogen reduction process of tungsten oxide | |
| Van Laar et al. | Microwave-plasma synthesis of nano-sized silicon carbide at atmospheric pressure | |
| Choi et al. | Hydrogen reduction behavior of W/Y2O3 powder synthesized by ultrasonic spray pyrolysis | |
| Ebin et al. | Simple preperation of CuO nanoparticles and submicron spheres via ultrasonic spray pyrolysis (USP) | |
| Hofmeister et al. | Filamentary iron nanostructures from laser-induced pyrolysis of iron pentacarbonyl and ethylene mixtures | |
| Malumbres et al. | Continuous production of iron-based nanocrystals by laser pyrolysis. Effect of operating variables on size, composition and magnetic response | |
| Wang et al. | Preparation and catalytic properties of Ag/CuO nano-composites via a new method | |
| RU2537678C1 (en) | Method of obtaining of nano-dispersed powders | |
| Storozhenko et al. | Nanodispersed powders: Synthesis methods and practical applications | |
| Jigatch et al. | An apparatus for the production and study of metal nanoparticles | |
| Fedorov et al. | Study of phase composition of CuO/Cu2O nanoparticles produced in the plasma of a low-pressure arc discharge | |
| Gheisi et al. | Iron precursor decomposition in the magnesium combustion flame: A new approach for the synthesis of particulate metal oxide nanocomposites | |
| Zhukov et al. | Plasma-chemical method for producing metal oxide powders and their application | |
| RU2434716C2 (en) | Method of producing titanium nitride nanopowders | |
| Ebin et al. | Preparation and magnetic characterization of Fe/metal oxide nanocomposite particles by means of hydrogen reduction assisted ultrasonic spray pyrolysis (USP-HR) | |
| Wenqing et al. | Synthesis of SmOHCO3 micro/nano particles from the coupling route of homogeneous precipitation with microemulsion | |
| Roldán et al. | Characterisation of ternary TixV1− xNy nitride prepared by mechanosynthesis |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20170620 |