RU2606358C2 - Method of producing alloyed powders in vibrofluidised bed - Google Patents
Method of producing alloyed powders in vibrofluidised bed Download PDFInfo
- Publication number
- RU2606358C2 RU2606358C2 RU2015100364A RU2015100364A RU2606358C2 RU 2606358 C2 RU2606358 C2 RU 2606358C2 RU 2015100364 A RU2015100364 A RU 2015100364A RU 2015100364 A RU2015100364 A RU 2015100364A RU 2606358 C2 RU2606358 C2 RU 2606358C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- powder
- aluminum
- alloying
- powders
- chemical
- Prior art date
Links
- 239000000843 powder Substances 0.000 title claims abstract description 153
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 42
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims abstract description 44
- 238000005275 alloying Methods 0.000 claims abstract description 25
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 claims abstract description 25
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims abstract description 24
- 238000007669 thermal treatment Methods 0.000 claims abstract description 24
- 239000002245 particle Substances 0.000 claims abstract description 20
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims abstract description 19
- 230000000694 effects Effects 0.000 claims abstract description 14
- 239000012190 activator Substances 0.000 claims abstract description 12
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 claims abstract description 11
- 238000002156 mixing Methods 0.000 claims abstract description 8
- 238000001816 cooling Methods 0.000 claims abstract description 7
- 230000009467 reduction Effects 0.000 claims abstract description 6
- PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N Nickel Chemical compound [Ni] PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 47
- XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N Iron Chemical compound [Fe] XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 41
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 36
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 claims description 28
- 229910052742 iron Inorganic materials 0.000 claims description 18
- 229910052759 nickel Inorganic materials 0.000 claims description 18
- 239000011651 chromium Substances 0.000 claims description 17
- 229910052804 chromium Inorganic materials 0.000 claims description 17
- VYZAMTAEIAYCRO-UHFFFAOYSA-N Chromium Chemical compound [Cr] VYZAMTAEIAYCRO-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 16
- 238000009835 boiling Methods 0.000 claims description 13
- 238000000576 coating method Methods 0.000 claims description 13
- 150000002739 metals Chemical class 0.000 claims description 12
- 239000010936 titanium Substances 0.000 claims description 11
- 229910052719 titanium Inorganic materials 0.000 claims description 11
- RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N Titanium Chemical compound [Ti] RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 10
- 239000002131 composite material Substances 0.000 claims description 10
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 9
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 claims description 9
- 239000010703 silicon Substances 0.000 claims description 9
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- NPXOKRUENSOPAO-UHFFFAOYSA-N Raney nickel Chemical compound [Al].[Ni] NPXOKRUENSOPAO-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- 238000000137 annealing Methods 0.000 claims description 6
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 claims description 6
- 229920006395 saturated elastomer Polymers 0.000 claims description 6
- 229910000838 Al alloy Inorganic materials 0.000 claims description 5
- 229910000975 Carbon steel Inorganic materials 0.000 claims description 5
- 229910001018 Cast iron Inorganic materials 0.000 claims description 5
- 229910017855 NH 4 F Inorganic materials 0.000 claims description 5
- 239000010962 carbon steel Substances 0.000 claims description 5
- QGZKDVFQNNGYKY-UHFFFAOYSA-N Ammonia Chemical compound N QGZKDVFQNNGYKY-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- 239000010941 cobalt Substances 0.000 claims description 4
- 229910017052 cobalt Inorganic materials 0.000 claims description 4
- GUTLYIVDDKVIGB-UHFFFAOYSA-N cobalt atom Chemical compound [Co] GUTLYIVDDKVIGB-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- 150000004820 halides Chemical class 0.000 claims description 4
- ZOXJGFHDIHLPTG-UHFFFAOYSA-N Boron Chemical compound [B] ZOXJGFHDIHLPTG-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 229910052796 boron Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 150000001247 metal acetylides Chemical class 0.000 claims description 3
- 150000004767 nitrides Chemical class 0.000 claims description 3
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 239000006104 solid solution Substances 0.000 claims description 3
- UGFAIRIUMAVXCW-UHFFFAOYSA-N Carbon monoxide Chemical compound [O+]#[C-] UGFAIRIUMAVXCW-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- 229910021529 ammonia Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 229910002091 carbon monoxide Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 238000005261 decarburization Methods 0.000 claims description 2
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 claims description 2
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 125000004435 hydrogen atom Chemical class [H]* 0.000 claims description 2
- 239000011812 mixed powder Substances 0.000 claims description 2
- 229910000907 nickel aluminide Inorganic materials 0.000 claims 1
- 238000005507 spraying Methods 0.000 abstract description 10
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 abstract description 7
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract description 7
- 238000004663 powder metallurgy Methods 0.000 abstract description 4
- 238000005272 metallurgy Methods 0.000 abstract description 2
- 230000008569 process Effects 0.000 description 22
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 17
- 230000005291 magnetic effect Effects 0.000 description 15
- 239000010410 layer Substances 0.000 description 14
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 description 13
- 239000000956 alloy Substances 0.000 description 13
- 238000009738 saturating Methods 0.000 description 10
- 238000005260 corrosion Methods 0.000 description 8
- 230000007797 corrosion Effects 0.000 description 8
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 8
- 239000006247 magnetic powder Substances 0.000 description 8
- 239000000463 material Substances 0.000 description 8
- 230000008878 coupling Effects 0.000 description 7
- 238000010168 coupling process Methods 0.000 description 7
- 238000005859 coupling reaction Methods 0.000 description 7
- 238000005553 drilling Methods 0.000 description 7
- -1 iron-chromium-aluminum Chemical compound 0.000 description 5
- 238000006722 reduction reaction Methods 0.000 description 5
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 5
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 4
- 239000000460 chlorine Substances 0.000 description 4
- 239000000696 magnetic material Substances 0.000 description 4
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 description 4
- 239000002923 metal particle Substances 0.000 description 4
- 238000007751 thermal spraying Methods 0.000 description 4
- 238000012546 transfer Methods 0.000 description 4
- 230000008859 change Effects 0.000 description 3
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 3
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 description 3
- 238000000151 deposition Methods 0.000 description 3
- 230000008021 deposition Effects 0.000 description 3
- 238000005243 fluidization Methods 0.000 description 3
- 238000000227 grinding Methods 0.000 description 3
- 239000012535 impurity Substances 0.000 description 3
- 238000009434 installation Methods 0.000 description 3
- 229910000765 intermetallic Inorganic materials 0.000 description 3
- 238000011089 mechanical engineering Methods 0.000 description 3
- 238000005086 pumping Methods 0.000 description 3
- 230000002829 reductive effect Effects 0.000 description 3
- 238000005245 sintering Methods 0.000 description 3
- NLXLAEXVIDQMFP-UHFFFAOYSA-N Ammonia chloride Chemical compound [NH4+].[Cl-] NLXLAEXVIDQMFP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- FAPWRFPIFSIZLT-UHFFFAOYSA-M Sodium chloride Chemical compound [Na+].[Cl-] FAPWRFPIFSIZLT-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 2
- 229910052801 chlorine Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000011161 development Methods 0.000 description 2
- 230000018109 developmental process Effects 0.000 description 2
- 239000006185 dispersion Substances 0.000 description 2
- 230000005294 ferromagnetic effect Effects 0.000 description 2
- 238000011049 filling Methods 0.000 description 2
- 229910001000 nickel titanium Inorganic materials 0.000 description 2
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 description 2
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 description 2
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 description 2
- 230000001105 regulatory effect Effects 0.000 description 2
- 239000002344 surface layer Substances 0.000 description 2
- CSDQQAQKBAQLLE-UHFFFAOYSA-N 4-(4-chlorophenyl)-4,5,6,7-tetrahydrothieno[3,2-c]pyridine Chemical compound C1=CC(Cl)=CC=C1C1C(C=CS2)=C2CCN1 CSDQQAQKBAQLLE-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- ZCYVEMRRCGMTRW-UHFFFAOYSA-N 7553-56-2 Chemical compound [I] ZCYVEMRRCGMTRW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910000951 Aluminide Inorganic materials 0.000 description 1
- ZAMOUSCENKQFHK-UHFFFAOYSA-N Chlorine atom Chemical compound [Cl] ZAMOUSCENKQFHK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910020639 Co-Al Inorganic materials 0.000 description 1
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910020675 Co—Al Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910020711 Co—Si Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910000640 Fe alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910000604 Ferrochrome Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910000519 Ferrosilicon Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910001200 Ferrotitanium Inorganic materials 0.000 description 1
- PXGOKWXKJXAPGV-UHFFFAOYSA-N Fluorine Chemical compound FF PXGOKWXKJXAPGV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910003310 Ni-Al Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910000943 NiAl Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910000831 Steel Inorganic materials 0.000 description 1
- HZEWFHLRYVTOIW-UHFFFAOYSA-N [Ti].[Ni] Chemical compound [Ti].[Ni] HZEWFHLRYVTOIW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000004913 activation Effects 0.000 description 1
- 230000032683 aging Effects 0.000 description 1
- KCZFLPPCFOHPNI-UHFFFAOYSA-N alumane;iron Chemical compound [AlH3].[Fe] KCZFLPPCFOHPNI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000005269 aluminizing Methods 0.000 description 1
- 235000019270 ammonium chloride Nutrition 0.000 description 1
- UKFWSNCTAHXBQN-UHFFFAOYSA-N ammonium iodide Chemical class [NH4+].[I-] UKFWSNCTAHXBQN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 125000004429 atom Chemical group 0.000 description 1
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 1
- 239000011230 binding agent Substances 0.000 description 1
- 150000001728 carbonyl compounds Chemical group 0.000 description 1
- 238000005234 chemical deposition Methods 0.000 description 1
- 239000003638 chemical reducing agent Substances 0.000 description 1
- 150000003841 chloride salts Chemical class 0.000 description 1
- VNNRSPGTAMTISX-UHFFFAOYSA-N chromium nickel Chemical compound [Cr].[Ni] VNNRSPGTAMTISX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000005253 cladding Methods 0.000 description 1
- 239000008199 coating composition Substances 0.000 description 1
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 1
- 230000001276 controlling effect Effects 0.000 description 1
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010949 copper Substances 0.000 description 1
- 238000000354 decomposition reaction Methods 0.000 description 1
- 238000005474 detonation Methods 0.000 description 1
- 238000007599 discharging Methods 0.000 description 1
- 238000007323 disproportionation reaction Methods 0.000 description 1
- 238000010494 dissociation reaction Methods 0.000 description 1
- 230000005593 dissociations Effects 0.000 description 1
- 238000001035 drying Methods 0.000 description 1
- 230000005672 electromagnetic field Effects 0.000 description 1
- 229910052731 fluorine Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011737 fluorine Substances 0.000 description 1
- 150000002222 fluorine compounds Chemical class 0.000 description 1
- 230000004907 flux Effects 0.000 description 1
- 238000005194 fractionation Methods 0.000 description 1
- 150000002366 halogen compounds Chemical class 0.000 description 1
- 229910001385 heavy metal Inorganic materials 0.000 description 1
- KHYBPSFKEHXSLX-UHFFFAOYSA-N iminotitanium Chemical compound [Ti]=N KHYBPSFKEHXSLX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000011261 inert gas Substances 0.000 description 1
- 229910052740 iodine Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011630 iodine Substances 0.000 description 1
- XWHPIFXRKKHEKR-UHFFFAOYSA-N iron silicon Chemical compound [Si].[Fe] XWHPIFXRKKHEKR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000009533 lab test Methods 0.000 description 1
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 1
- 238000012423 maintenance Methods 0.000 description 1
- 238000002844 melting Methods 0.000 description 1
- 230000008018 melting Effects 0.000 description 1
- 230000004001 molecular interaction Effects 0.000 description 1
- 230000001590 oxidative effect Effects 0.000 description 1
- 230000035699 permeability Effects 0.000 description 1
- 238000011197 physicochemical method Methods 0.000 description 1
- 238000007750 plasma spraying Methods 0.000 description 1
- 238000007747 plating Methods 0.000 description 1
- 238000004321 preservation Methods 0.000 description 1
- 150000003839 salts Chemical class 0.000 description 1
- 239000011863 silicon-based powder Substances 0.000 description 1
- 239000011780 sodium chloride Substances 0.000 description 1
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 1
- 238000001179 sorption measurement Methods 0.000 description 1
- 238000004544 sputter deposition Methods 0.000 description 1
- 239000010959 steel Substances 0.000 description 1
- 238000002207 thermal evaporation Methods 0.000 description 1
- 238000011282 treatment Methods 0.000 description 1
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000004804 winding Methods 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B22—CASTING; POWDER METALLURGY
- B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
- B22F9/00—Making metallic powder or suspensions thereof
- B22F9/16—Making metallic powder or suspensions thereof using chemical processes
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
- C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
- C23C10/00—Solid state diffusion of only metal elements or silicon into metallic material surfaces
- C23C10/06—Solid state diffusion of only metal elements or silicon into metallic material surfaces using gases
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- General Chemical & Material Sciences (AREA)
- Powder Metallurgy (AREA)
- Manufacture Of Metal Powder And Suspensions Thereof (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к области порошковой металлургии, в частности к получению легированных порошков, и может быть использовано в различных областях техники, например в буровой технике в электромагнитных тормозах, для газотермического напыления композиционных покрытий и т.д.The invention relates to the field of powder metallurgy, in particular to the production of alloyed powders, and can be used in various fields of technology, for example, in drilling equipment in electromagnetic brakes, for thermal spraying of composite coatings, etc.
Металлические порошки изготовляются методами распыления расплавов металлов или сплавов сжатым воздухом, в среде инертных газов или струей жидкости (например, воды) под высоким давлением, или механическим (центробежным), или ультразвуковым распылением; путем механического измельчения в вихревых, вибрационных или шаровых мельницах.Metal powders are made by spraying molten metals or alloys with compressed air, inert gases or with a stream of liquid (eg water) under high pressure, or mechanical (centrifugal), or ultrasonic spraying; by mechanical grinding in vortex, vibration or ball mills.
Композиционные порошки состоят из двух или более компонентов, разделенных границей раздела и делятся на плакированные, конгломерированные и смешанного типа. При газотермическом напылении композиционными порошками получают покрытия с гетерогенной структурой и достаточно равномерно распределенными компонентами. Возможно протекание экзотермических реакций между компонентами порошка. Образование при напылении гетерогенных структур покрытий не всегда положительно сказывается на работоспособности деталей с такими покрытиями.Composite powders consist of two or more components separated by an interface and are divided into clad, conglomerated and mixed types. During thermal spraying with composite powders, coatings with a heterogeneous structure and fairly evenly distributed components are obtained. Exothermic reactions between the components of the powder are possible. The formation of heterogeneous coating structures during spraying does not always positively affect the performance of parts with such coatings.
Изготовление композиционных порошков проводят следующими физико-химическими методами:The manufacture of composite powders is carried out by the following physicochemical methods:
плакированием - химическим восстановлением из солей;cladding - chemical reduction from salts;
электролитическими способами;electrolytic methods;
разложением карбонильных соединений;decomposition of carbonyl compounds;
вакуумным конденсационным осаждением;vacuum condensation deposition;
диффузионным насыщением.diffusion saturation.
Конгломерирование композиционных порошков производят путем применения связующих веществ, которые удаляются при последующей сушке и спекании порошков.The conglomeration of composite powders is carried out by using binders that are removed during subsequent drying and sintering of the powders.
Известны также способы механического смешения порошков различных металлов, последующего диффузионного отжига, размола и рассеивания многокомпонентных композиционных порошков (1, 2, 3, 8, 11, 12).There are also known methods of mechanical mixing of powders of various metals, subsequent diffusion annealing, grinding and dispersion of multicomponent composite powders (1, 2, 3, 8, 11, 12).
Например, порошки никель-алюминиевых, никель-титановых, железо-хром-алюминиевых сплавов получают восстановлением из оксидов гидридом кальция. Эти порошки являются полидисперсными и содержат от 90 до 95% частиц размерами от 10 до 65 мкм, имеют развитую поверхность частиц дендритного строения. Порошки наносят плазменным напылением и детонационно-газовым напылением.For example, powders of nickel-aluminum, nickel-titanium, iron-chromium-aluminum alloys are obtained by reduction from oxides with calcium hydride. These powders are polydisperse and contain from 90 to 95% of particles with sizes from 10 to 65 microns, have a developed surface of dendritic particles. Powders are applied by plasma spraying and detonation gas spraying.
В технике известны и широко применяются в производстве процессы химико-термической обработки металлов и сплавов различных типов в активизированных газовых средах (4, 5), а также процессы химико-термической обработки деталей в кипящем и виброкипящем слое (6, 7).The processes of chemical-thermal treatment of metals and alloys of various types in activated gas media are known and widely used in production in technology (4, 5), as well as processes of chemical-thermal treatment of parts in a fluidized and vibro-boiling layer (6, 7).
Фракционный состав порошков для порошковой металлургии обычно составляет от 0,1 до 40 мкм. Согласно ГОСТ 28377 для газотермического напыления с оплавлением - от 15 до 45, от 20 до 63, от 40 до 100, от 45 до 106, от 45 до 125 мкм, для плазменной наплавки - от 80 до 160, от 63 до 200, от 100 до 280, от 160 до 280, от 280 до 400 мкм.The fractional composition of powders for powder metallurgy is usually from 0.1 to 40 microns. According to GOST 28377 for thermal spraying with reflow - from 15 to 45, from 20 to 63, from 40 to 100, from 45 to 106, from 45 to 125 microns, for plasma surfacing - from 80 to 160, from 63 to 200, from 100 to 280, from 160 to 280, from 280 to 400 microns.
В буровой технике широкое применение нашли электромагнитные буровые тормоза, которые изготовляются по ОСТ 26-02-2029-78 «Тормоза электромагнитные порошковые для главных лебедок буровых установок» (9, 10).In drilling equipment, electromagnetic drilling brakes are widely used, which are manufactured according to OST 26-02-2029-78 “Electromagnetic powder brakes for main winches of drilling rigs” (9, 10).
Электромагнитные муфты и тормоза передают момент вращения и тормозной момент с помощью силы сухого трения. Эти муфты и тормоза могут быть установлены в любом монтажном положении и практически не требуют обслуживания. Стандартный диапазон моментов до 3,6 Нм.Electromagnetic clutches and brakes transmit torque and braking torque using dry friction. These clutches and brakes can be installed in any mounting position and require virtually no maintenance. Standard torque range up to 3.6 Nm.
Отличительной особенностью магнитных порошковых муфт является возможность плавного регулирования момента, который зависит от напряжения, прикладываемого к обмотке возбуждения. Для передачи момента муфта должна быть запитана постоянным напряжением. При этом возникает магнитное поле. Для передачи момента от внешнего ротора к внутреннему используется специальный металлический порошок, помещенный в воздушный зазор. В зависимости от величины электромагнитного поля свободные металлические частицы порошка слипаются и передают момент вращения. Величина магнитного поля зависит от приложенного напряжения и определяет величину передаваемого момента.A distinctive feature of magnetic powder couplings is the ability to smoothly control the moment, which depends on the voltage applied to the field winding. To transmit torque, the coupling must be powered by a constant voltage. In this case, a magnetic field arises. To transfer the moment from the external rotor to the internal, a special metal powder is used, which is placed in the air gap. Depending on the magnitude of the electromagnetic field, the free metal particles of the powder stick together and transmit the moment of rotation. The magnitude of the magnetic field depends on the applied voltage and determines the magnitude of the transmitted moment.
Как правило, стандартный магнитный порошок для муфт выглядит следующим образом: мелкозернистая темно-серая тяжелая металлическая масса.Typically, a standard magnetic powder for couplings is as follows: fine-grained, dark gray, heavy metal mass.
Данный вид порошка используется в электромагнитных тормозах и муфтах европейского, американского и азиатского происхождения.This type of powder is used in electromagnetic brakes and clutches of European, American and Asian origin.
Считается, что магнитный порошок, который содержит в себе никель, является наиболее подходящим для использования в магнитных порошковых муфтах, так как по своим свойствам никель является ферромагнетиком, прочен и обладает высоким сопротивлением окислению и износостойкостью. Для порошковых магнитных тормозов различных типов используются порошки фракционного состава от 100 до 380 мкм или от 1 до 100 мкм, для порошковых муфт в основном от 0,1 до 20 мкм.It is believed that the magnetic powder that contains nickel is the most suitable for use in magnetic powder couplings, since nickel is a ferromagnet in its properties, is strong and has high oxidation resistance and wear resistance. For powder magnetic brakes of various types, powders of fractional composition from 100 to 380 microns or from 1 to 100 microns are used, for powder couplings, mainly from 0.1 to 20 microns.
Наиболее близким к изобретению является способ получения композиционно-легированного порошка, состоящего из базового порошка железа или сплава на его основе, с поверхностью, легированной частицами, содержащими порошок меди и никеля, включающий смешивание легирующего порошка с базовым, нагревание смешанных порошков в неокислительной или восстановительной атмосфере (8).Closest to the invention is a method for producing a compositionally alloyed powder consisting of a basic powder of iron or an alloy based on it, with a surface doped with particles containing copper and nickel powder, comprising mixing the alloying powder with the base, heating the mixed powders in a non-oxidizing or reducing atmosphere (8).
Большинство методов изготовления композиционных и легированных порошков весьма трудоемкие и дорогостоящие, а получение порошков с переменным химическим составом поверхностных слоев (поверхностно легированных) отдельных частиц металлов вообще затруднительно. Поэтому разработка способов изготовления легированных металлических порошков является актуальной задачей.Most of the methods for manufacturing composite and alloyed powders are very laborious and expensive, and obtaining powders with a variable chemical composition of the surface layers (surface alloyed) of individual metal particles is generally difficult. Therefore, the development of methods for manufacturing alloyed metal powders is an urgent task.
Задача, на решение которой направлено изобретение, заключается в создании универсального способа получения легированных композиционных металлических порошков, позволяющего за счет упрощения технологии сократить время их получения.The problem to which the invention is directed, is to create a universal method for producing alloyed composite metal powders, which allows, due to the simplification of technology, to shorten the time of their production.
При этом технический результат в зависимости от назначения порошков заключается в повышении их жаростойкости, коррозионной стойкости, а также их магнитных свойств.Moreover, the technical result, depending on the purpose of the powders, is to increase their heat resistance, corrosion resistance, as well as their magnetic properties.
Технический результат достигается способом получения легированного металлического порошка, включающим смешивание легирующего порошка с базовым порошком и проведение химико-термической обработки с обеспечением диффузионного связывания частиц легирующего порошка с базовым порошком, согласно изобретению смешивают базовый порошок фракционного состава 0,5-500 мкм и мелкодисперсный легирующий порошок, осуществляют нагрев полученной смеси до температуры, не превышающей температуры экзотермического эффекта смеси, при этом нагрев, химико-термическую обработку и охлаждение смеси осуществляют в виброкипящем слое в присутствии активатора. The technical result is achieved by a method of producing a doped metal powder, including mixing an alloying powder with a base powder and carrying out chemical-heat treatment to ensure diffusion bonding of the particles of the alloying powder with the base powder, according to the invention, a base powder of a fractional composition of 0.5-500 μm and finely dispersed alloying powder are mixed carry out the heating of the resulting mixture to a temperature not exceeding the temperature of the exothermic effect of the mixture, while heating, The thermal treatment and cooling of the mixture is carried out in a vibro-boiling layer in the presence of an activator.
Технический результат достигается также тем, что для производства магнитомягких порошков на основе железа в качестве базового порошка используют порошок распыленного чугуна или углеродистой стали, при этом перед химико-термической обработкой проводят отжиг в виброкипящем слое в восстановительной атмосфере водорода, аммиака или окиси углерода для обезуглероживания и восстановления окислов. The technical result is also achieved by the fact that for the production of soft magnetic powders based on iron, powdered cast iron or carbon steel powder is used as the base powder, while annealing in a vibratory boiling layer in a reducing atmosphere of hydrogen, ammonia or carbon monoxide is carried out before chemical-thermal treatment for decarburization and reduction of oxides.
В качестве базового порошка используют порошок железа, никеля или смесь порошков никеля и железа или никеля и кобальта с фракционным составом от 0,5 до 500 мкм, а в качестве легирующего порошка используют порошок алюминия, хрома, титана, кремния или их смесь, а в качестве активатора используют галогениды упомянутых металлов. As a base powder, iron, nickel powder or a mixture of nickel and iron or nickel and cobalt powders with a fractional composition of 0.5 to 500 μm are used, and aluminum, chromium, titanium, silicon powder or a mixture thereof is used as an alloying powder, and as an activator, halides of said metals are used.
В частном варианте изобретения в качестве базового порошка используют порошок распыленного железа фракции от 50 до 400 мкм, а в качестве легирующего порошка используют мелкодисперсный порошок алюминия в виде алюминиевой пудры в количестве от 1 до 5% от веса порошка железа, а в качестве активатора - галогениды типа NH4Cl/NH4F, которые добавляются в смесь в количестве от 0,05 до 1,5% от количества алюминия, при этом химико-термическую обработку проводят путем нагрева со скоростью от 10 до 50°С/мин до температуры, находящейся в интервале от 800 до 1050°С при давлении в камере от 0,20 до 0,40 атм/см2 и выдержке при этой температуре от 10 до 50 мин, после чего осуществляют охлаждение сначала при вибрации в виброкипящем слое до температур от 200 до 400°С, а затем на воздухе.In a particular embodiment of the invention, a powder of atomized iron of a fraction of 50 to 400 μm is used as a base powder, and finely dispersed aluminum powder in the form of aluminum powder in an amount of 1 to 5% by weight of iron powder is used as an alloying powder, and halides as an activator type NH 4 Cl / NH 4 F, which are added to the mixture in an amount of from 0.05 to 1.5% of the amount of aluminum, while the chemical-thermal treatment is carried out by heating at a rate of from 10 to 50 ° C / min to a temperature in the range from 800 to 1050 ° C at application in the chamber from 0.20 to 0.40 atm / cm 2 and holding at this temperature from 10 to 50 minutes, after which cooling is carried out first by vibration in the vibro-boiling layer to temperatures from 200 to 400 ° C, and then in air.
Технический результат достигается также тем, что для получения порошков, легированных одновременно алюминием и хромом или алюминием и титаном, в качестве легирующего элемента используют порошок сплава алюминий с 25-85% хрома или порошок сплава алюминия с 15-85% титана, а в качестве активатора - NH4Cl/NH4F/NH4J. При получении композиционных порошков для газотермических покрытий в качестве базового порошка используют порошок никеля, а в качестве легирующего элемента – порошок алюминия, при этом химико-термическую обработку проводят при температуре ниже 600°С до образования на поверхности частиц базового порошка слоев алюминида никеля и твердых растворов алюминия в никеле.The technical result is also achieved by the fact that to obtain powders alloyed simultaneously with aluminum and chromium or aluminum and titanium, an aluminum alloy powder with 25-85% chromium or an aluminum alloy powder with 15-85% titanium is used as an alloying element, and as an activator - NH 4 Cl / NH 4 F / NH 4 J. in the preparation of composite powders for thermal spray coatings as a base powder is nickel powder, and as an alloying element - aluminum powder, wherein the thermochemical treatment is carried out at evap ie below 600 ° C to form on the surface of the underlying layers of nickel aluminide powder and solid solutions of aluminum in nickel.
Для получения легированного порошка, содержащего карбиды, нитриды, бориды или их смеси, при химико-термической обработке производят насыщение смеси базового порошка с легирующим порошков углеродом, азотом или бором. При этом в качестве базового порошка используют чугун или углеродистую сталь, а в качестве легирующих элементов используют карбидообразующие элементы.To obtain a doped powder containing carbides, nitrides, borides, or mixtures thereof, during a chemical-thermal treatment, a mixture of the base powder with alloying powders is saturated with carbon, nitrogen, or boron. In this case, cast iron or carbon steel is used as the base powder, and carbide-forming elements are used as alloying elements.
Раскрытие изобретения.Disclosure of the invention.
Сущность изобретения состоит в сочетании процессов химико-термической обработки в активизированных газовых средах и применения технологии виброкипящего слоя для получения легированных металлических порошков.The essence of the invention consists in a combination of processes of chemical-thermal treatment in activated gas environments and the use of vibro-boiling layer technology to produce alloyed metal powders.
При химико-термической обработке (ХТО) должны происходить несколько последовательных процессов:During chemical-thermal treatment (CT), several sequential processes must occur:
1. Процессы массопереноса в насыщающей среде, состоящие из образования активных атомов насыщающего элемента, переноса их к поверхности насыщаемого металла или сплава;1. Mass transfer processes in a saturating medium, consisting of the formation of active atoms of a saturating element, their transfer to the surface of a saturated metal or alloy;
2. Адсорбции (хемосорбции) на границе раздела фаз;2. Adsorption (chemisorption) at the phase boundary;
3. Диффузии насыщающего элемента в объем насыщаемого материала.3. Diffusion of the saturating element into the volume of the saturated material.
Считается, что контролирующей стадией ХТО является диффузия, которая зависит в основном от температуры процесса и концентрации легирующего элемента. Однако процессы в насыщающей среде и на поверхности насыщаемого материала также могут существенно влиять на скорость и условия протекания ХТО. Поэтому применение химико-термических обработок в кипящем и виброкипящем слое может привести к значительному сокращению процессов диффузионного насыщения как за счет активизации в насыщающей среде, так и за счет воздействия на насыщаемую поверхность.It is believed that the controlling stage of CT is diffusion, which mainly depends on the process temperature and the concentration of the alloying element. However, processes in a saturating medium and on the surface of a saturable material can also significantly affect the speed and conditions of a chemo-chemical reaction. Therefore, the use of chemical-thermal treatments in a fluidized and vibro-boiling layer can lead to a significant reduction in diffusion saturation processes both due to activation in a saturating medium and due to exposure to a saturated surface.
Применение легированных металлических порошков может повысить стойкость и работоспособность многих машин и механизмов как при использовании их в качестве материалов для изготовления различных деталей методами порошковой металлургии, при нанесения покрытий напылением или наплавкой, так и при использовании в конструкциях магнитных муфт и тормозов.The use of alloyed metal powders can increase the resistance and performance of many machines and mechanisms both when using them as materials for the manufacture of various parts by powder metallurgy methods, by spraying or surfacing, and when using magnetic clutches and brakes in structures.
В качестве активизированных газовых сред были предложены галогениды алюминия, титана, хрома или кремния, которые образуются в результате процессов диспропорционирования из соединений галогенов (хлора, фтора, йода) и соответствующих металлов. Так, процесс алитирования возможен при наличии ферроалюминия или чистого алюминия и хлоридов, фторидов или иодидов аммония, таких как NH4Cl, или NH4F, или NH4J, или их смеси.As activated gaseous media, aluminum, titanium, chromium or silicon halides have been proposed, which are formed as a result of disproportionation processes from halogen compounds (chlorine, fluorine, iodine) and the corresponding metals. Thus, the alitization process is possible in the presence of ferroaluminium or pure aluminum and chlorides, fluorides or ammonium iodides, such as NH 4 Cl, or NH 4 F, or NH 4 J, or mixtures thereof.
Силицирование, титанирование и хромирование проходит также в присутствии галогенидов кремния, титана или хрома, причем можно использовать как феррокремний, так и чистый кремний и соответственно ферротитан или чистый титан, феррохром или чистый хром.Siliconization, titanation, and chromium plating also take place in the presence of silicon, titanium, or chromium halides, and ferro-silicon as well as pure silicon and, accordingly, ferrotitanium or pure titanium, ferrochrome, or pure chromium can be used.
Также можно использовать для насыщения различные сплавы этих элементов. Необходимо только рассчитать температуры процесса и концентрацию легирующего элемента и активатора. Параметры виброожиженного слоя также легко определить исходя из фракционного состава и объема порошка.Various alloys of these elements can also be used to saturate. It is only necessary to calculate the process temperature and the concentration of the alloying element and activator. The parameters of the fluidized bed are also easy to determine based on the fractional composition and volume of the powder.
Для создания методами химико-термической обработки порошков с экзотермическим эффектом, которые представляют собой композиции Ni-Al, Ni-Ti, Co-Al, Co-Si, Al-NiO, Al-FeO, Al-WC, Ti-SiC, Ti-B4C и др. Следует учитывать возможность значительных тепловых эффектов при отработке технологий легирования порошков в виброкипящем слое и нагревать их не выше температур возникновения экзотермического эффекта. Для большинства систем эти температуры составляют от 600 до 1300°С.To create powders with an exothermic effect by methods of chemical-thermal treatment, which are compositions of Ni-Al, Ni-Ti, Co-Al, Co-Si, Al-NiO, Al-FeO, Al-WC, Ti-SiC, Ti- B 4 C et al. Consideration should be given to the possibility of significant thermal effects when developing technologies for doping powders in a vibro-boiling layer and to heat them no higher than the temperatures of the exothermic effect. For most systems, these temperatures range from 600 to 1300 ° C.
Возможно также проводить одновременное насыщение двумя элементами. Например, хромом и кремнием (хромосилицирование), алюминием и хромом (хромоалитирование), алюминием и кремнием (алюмосилицирование) и другие варианты. Кроме насыщения различными металлами возможно также насыщение неметаллическими элементами - углеродом, азотом, бором или совместно несколькими этими элементами, или сочетанием этих элементов с металлами. При этом следует учесть, что диффузионная подвижность насыщающих элементов различна, и соответственно необходимо изменять количество этих элементов в засыпке порошка для получения требуемого состава покрытия или состав насыщающей смеси. Например, при хромоалитировании следует выдерживать соотношение 80/20 для хрома и алюминия, так как при одинаковых температурах подвижность алюминия в железе, никеле и других металлах и сплавах выше, чем хрома. Этим методом можно также получать легированные порошки с образованием карбидов, нитридов и боридов, так как все эти процессы реализуются при химико-термической обработке в активизированных газовых средах. В этих случаях необходимо подбирать количественное соотношение насыщающих элементов и использовать порошки соответствующих металлов или сплавов. Например, если проводить насыщение порошков распыленного чугуна или углеродистой стали хромом или титаном, возможно получить частицы порошков, содержащие карбиды хрома и титана. Возможно также последовательное насыщение порошков различными элементами и получение, таким образом, заданных по химическому и фазовому составу порошков.It is also possible to carry out simultaneous saturation with two elements. For example, chromium and silicon (chromosilicon), aluminum and chromium (chromoalification), aluminum and silicon (aluminosilicon) and other options. In addition to saturation with various metals, it is also possible to saturate with non-metallic elements - carbon, nitrogen, boron, or several of these elements together, or a combination of these elements with metals. It should be borne in mind that the diffusion mobility of saturating elements is different, and accordingly it is necessary to change the amount of these elements in the powder filling to obtain the desired coating composition or composition of the saturating mixture. For example, during chromoalithization, the 80/20 ratio for chromium and aluminum should be maintained, since at the same temperatures the mobility of aluminum in iron, nickel and other metals and alloys is higher than that of chromium. This method can also be used to obtain doped powders with the formation of carbides, nitrides and borides, since all these processes are realized during chemical-thermal treatment in activated gas media. In these cases, it is necessary to select a quantitative ratio of saturating elements and use powders of the corresponding metals or alloys. For example, if the powders of atomized cast iron or carbon steel are saturated with chromium or titanium, it is possible to obtain powder particles containing chromium and titanium carbides. It is also possible to sequentially saturate the powders with various elements and to obtain, thus, given the chemical and phase composition of the powders.
Для реализации изобретения была изготовлена установка, состоящая из реторты, вибростенда, системы подвода и отвода активизированной газовой среды и раздвижной электропечи, в которую можно устанавливать реторту для нагрева. Подобные установки были описаны в работах (2, 3). Реторта имеет размеры: 400 мм в диаметре и 850 мм в высоту, изготовлена из жаропрочной хромоникелевой стали, допускающей нагрев до 1150°С.To implement the invention, an installation was made consisting of a retort, a vibration stand, a system for supplying and discharging an activated gas medium and a sliding electric furnace into which a retort for heating could be installed. Similar installations were described in (2, 3). The retort has dimensions: 400 mm in diameter and 850 mm in height, made of heat-resistant chromium-nickel steel, allowing heating to 1150 ° C.
Процесс нанесения покрытий в виброкипящем слое и активизированных газовых средах позволяет реализовать преимущества осаждения из газовой среды с активным перемешиванием, интенсивным тепломассопереносом и подводом насыщающего элемента к поверхности металлической частицы.The coating process in a vibrating boiling layer and activated gaseous media makes it possible to realize the advantages of deposition from a gaseous medium with active mixing, intense heat and mass transfer and supply of a saturating element to the surface of a metal particle.
Поэтому при реализации такого процесса активатор (галогенид) путем известных химических реакций и насыщающий элемент (алюминий, хром, кремний) приводят к осаждению последних на поверхности частиц металлов и диффузии в объем частицы.Therefore, when implementing such a process, an activator (halide) by known chemical reactions and a saturating element (aluminum, chromium, silicon) lead to the deposition of the latter on the surface of metal particles and diffusion into the particle volume.
Магнитомягкие материалы - это материалы с большой магнитной проницаемостью и малой коэрцитивной силой, быстро намагничиваются и быстро теряют магнитные свойства при снятии магнитного поля. Основной магнитомягкий материал - чистое железо и его сплавы с никелем и кобальтом. Для повышения электросопротивления легируют кремнием, алюминием. Для улучшения прессуемости сплавов вводят до 1% пластмассы, которая полностью испаряется при спекании. Пористость материалов должна быть минимальной.Soft magnetic materials are materials with high magnetic permeability and low coercive force, they are quickly magnetized and quickly lose their magnetic properties when a magnetic field is removed. The main soft magnetic material is pure iron and its alloys with nickel and cobalt. To increase electrical resistance, they are alloyed with silicon and aluminum. To improve the compressibility of alloys, up to 1% of plastic is introduced, which completely evaporates during sintering. The porosity of the materials should be minimal.
Для порошковых тормозов и муфт можно использовать не только железные порошки, но и никелевые или смесь порошков никеля и железа, никеля и кобальта, причем наличие алюминия улучшает магнитные характеристики смесей и сплавов. Поэтому разработка новых магнитомягких материалов на основе легированных порошков этих металлов может быть очень перспективной.For powder brakes and clutches, not only iron powders can be used, but also nickel or a mixture of powders of nickel and iron, nickel and cobalt, and the presence of aluminum improves the magnetic characteristics of mixtures and alloys. Therefore, the development of new soft magnetic materials based on doped powders of these metals can be very promising.
Реализация такого процесса позволяет изготавливать легированные металлические порошки за значительно меньшее время и с существенно меньшими энергозатратами и трудозатратами, чем в применяемых в промышленности способах изготовления легированных порошков металлов путем распыления, смешения, диффузионного спекания и последующего размола и рассеивания сплавов или методами восстановления из химических соединений.The implementation of this process allows the production of alloyed metal powders in much less time and with significantly less energy and labor than in industrial methods for the manufacture of alloyed metal powders by sputtering, mixing, diffusion sintering and subsequent grinding and dispersion of alloys or reduction methods from chemical compounds.
Примеры реализации изобретения.Examples of the invention.
В качестве первого примера выбран процесс алитирования распыленных порошков железа типа ПЖРВ.As the first example, the process of alitization of atomized powders of iron like ПЖРВ is chosen.
Принцип работы этих тормозов основан на использовании механического и молекулярного взаимодействия магнитных порошков в магнитном поле пространства между неподвижной и подвижной частями тормоза. При относительном сдвиге рабочих поверхностей возникает сопротивление сдвигу от взаимного трения намагниченных частиц порошка, причем сопротивление трения, а следовательно, и тормозной момент будет тем больше, чем сильнее магнитный поток.The principle of operation of these brakes is based on the use of mechanical and molecular interactions of magnetic powders in the magnetic field of the space between the stationary and moving parts of the brake. With a relative shift of the working surfaces, shear resistance arises from the mutual friction of the magnetized particles of the powder, and the friction resistance, and hence the braking torque, will be the greater, the stronger the magnetic flux.
Тормоз состоит из неподвижно закрепленного статора и ротора, соединенного с одним из валов механизма. В роторе или в статоре размещена катушка электромагнита, а зазор между ротором и статором заполняют ферромагнитным порошком (обычно это карбонильное железо или порошки, получаемые распылением с частицами от 0,1 до 0,2 мм).The brake consists of a fixed stator and a rotor connected to one of the mechanism shafts. An electromagnet coil is located in the rotor or in the stator, and the gap between the rotor and the stator is filled with ferromagnetic powder (usually carbonyl iron or powders obtained by spraying with particles from 0.1 to 0.2 mm).
Так как в порошковом тормозе кинетическая энергия затормаживаемого механизма переходит в тепловую энергию, то порошки нагреваются до температур порядка от 300 до 420°С. Параметры порошка должны быть устойчивыми к росту температуры, тогда муфта постоянно будет иметь характеристику, для которой переносимый крутящий момент прямо пропорционален величине тока.Since the kinetic energy of the braked mechanism in the powder brake passes into thermal energy, the powders are heated to temperatures of the order of 300 to 420 ° C. The powder parameters must be resistant to temperature increase, then the coupling will constantly have a characteristic for which the transmitted torque is directly proportional to the current value.
Следует отметить, что применение сухого порошка вместо мокрого обеспечивает лучшую стабильность и точность регулировки крутящего момента.It should be noted that the use of dry powder instead of wet provides better stability and accuracy of torque control.
Рассмотрим процесс алитирования распыленных порошков железа типа ПЖРВ фракционного состава от 100 до 350 мкм для магнитных порошковых тормозов буровых установок типа ТЭП 4500 и ТЭП 7500.Let us consider the process of alitizing sprayed iron powders of the ПЖРВ type with a fractional composition from 100 to 350 μm for magnetic powder brakes of TEP 4500 and TEP 7500 drilling rigs.
Сплавы системы железо - алюминий, также как сплавы железо - кремний сопоставимы по своим магнитным свойствам. Легирование поверхности частиц алюминием или кремнием, или совместно обоими элементами решает одновременно проблему окисления при нагреве, коррозии и износостойкости.The alloys of the iron - aluminum system, as well as the alloys of iron - silicon, are comparable in their magnetic properties. Alloying the surface of the particles with aluminum or silicon, or together with both elements, simultaneously solves the problem of oxidation during heating, corrosion, and wear resistance.
Коррозионная стойкость и износостойкость достигает хороших результатов при содержании алюминия в поверхностных слоях выше 7 или 8%, наиболее хорошие результаты наблюдаются при содержании алюминия от 10 до 14%.Corrosion resistance and wear resistance achieve good results when the aluminum content in the surface layers is above 7 or 8%, the best results are observed when the aluminum content is from 10 to 14%.
При высокой активности газовой среды создаются хорошие условия для химико-термической обработки таких порошков в виброкипящем слое. В гидродинамическом отношении сферические распыленные порошки, применяемые в электромагнитных муфтах, вполне пригодны при создании режима виброожижения фракций размером от 100 до 315 мкм.With a high activity of the gas medium, good conditions are created for the chemical-thermal treatment of such powders in a vibro-boiling layer. In hydrodynamic terms, spherical atomized powders used in electromagnetic couplings are quite suitable for creating a regime of vibration fluidization of fractions from 100 to 315 microns in size.
Для оценки эксплуатационных свойств разработанных порошков были выполнены лабораторные испытания на коррозионную стойкость и жаростойкость и исследованы магнитные свойства порошка (по моменту торможения). Коррозионные испытания с использованием № C1 и выдержке образцов при 800°С в течение 2 ч показали снижение относительного изменения массы порошка с покрытием более чем в два раза по сравнению с непокрытым порошком (соответственно Ат/т0=0,075 и Ат/т0=0,035).To assess the operational properties of the developed powders, laboratory tests for corrosion resistance and heat resistance were performed and the magnetic properties of the powder (at the time of braking) were investigated. Corrosion tests using No. C1 and holding the samples at 800 ° C for 2 hours showed a decrease in the relative change in the weight of the coated powder by more than two times compared to uncoated powder (respectively, A t / t0 = 0.075 and A t / t0 = 0.035 )
Испытаниями на жаростойкость при температуре 400°С и выдержке 200 ч установлено шестикратное увеличение жаростойкости алитированного порошка по сравнению с необработанным.Tests for heat resistance at a temperature of 400 ° C and a shutter speed of 200 h established a six-fold increase in the heat resistance of alitized powder compared to untreated.
Эти порошки имеют сфероидальную форму частиц, низкое содержание углерода и примесей и не требуют дополнительных операций восстановительного отжига перед химико-термической обработкой восстановительного отжига перед химико-термической обработкой (рис. 1 и 2).These powders have a spheroidal particle shape, low content of carbon and impurities and do not require additional operations of reductive annealing before chemical-thermal treatment of reductive annealing before chemical-thermal treatment (Fig. 1 and 2).
Поскольку при работе тормоза порошок может не только нагреваться от 300 до 420°С, но и подвергаться воздействию коррозионной среды, то его магнитные характеристики могут существенно падать. Процесс алитирования порошка обеспечивает повышенную коррозионную стойкость, износостойкость и сохранение магнитных характеристик ферромагнитного порошка и, следовательно, повышает долговечность и надежность буровых тормозов.Since during the operation of the brake, the powder can not only heat from 300 to 420 ° C, but can also be exposed to a corrosive environment, its magnetic characteristics can drop significantly. The powder aliating process provides increased corrosion resistance, wear resistance and the preservation of the magnetic characteristics of the ferromagnetic powder and, therefore, increases the durability and reliability of drilling brakes.
Были проведены процессы алитирования распыленных порошков железа типа ПЖРВ фракционного состава от 100 до 350 мкм для магнитных порошковых тормозов буровых установок типа ТЭП 4500 и ТЭП 7500. Эти порошки имеют сфероидальную форму частиц, низкое содержание углерода и примесей и не требуют дополнительных операций восстановительного отжига перед химико-термической обработкой (рис. 1).Alithization processes of sprayed iron powders of the ПЖРВ type with a fractional composition from 100 to 350 μm were carried out for magnetic powder brakes of TEP 4500 and TEP 7500 drilling rigs. These powders have a spheroidal particle shape, low carbon content and impurities and do not require additional operations of reductive annealing before chemical -thermal treatment (Fig. 1).
Процессы алитирования в виброкипящем слое проводился при следующих условиях:Alithization processes in a vibro-boiling layer were carried out under the following conditions:
1. Подготовка смеси порошка ПЖРВ и алюминиевого порошка АСД 4 и активатора хлористого аммония, засыпка в реторту и откачка воздуха.1. Preparation of a mixture of powder ПЖРВ and
2. Установка реторты в печь для нагрева и виброожижения. Включение нагрева и вибрации, откачка до рабочего давления в диапазоне от 0,10 до 0,60 атм.2. Installing the retort into the furnace for heating and vibration fluidization. The inclusion of heating and vibration, pumping to operating pressure in the range from 0.10 to 0.60 atm.
3. Продолжение нагрева при сохранении необходимого давления и режима виброожижения до температур 800, 850, 900, 950 и 1000°С. Выдержка при этих температурах от 10 до 60 мин.3. Continuation of heating while maintaining the necessary pressure and vibration mode to temperatures of 800, 850, 900, 950 and 1000 ° C. Exposure at these temperatures from 10 to 60 minutes
4. Охлаждение установки при сохранении виброожижения до температур от 200 до 400°С.4. Unit cooling while maintaining vibration fluidization to temperatures from 200 to 400 ° C.
5. Откачка газовой атмосферы и выключение вибратора при температурах от 200 до 500°С. Охлаждение реторты.5. Pumping out the gas atmosphere and turning off the vibrator at temperatures from 200 to 500 ° C. Retort cooling.
6. Выгрузка порошка и проверка на фракционность и химический состав.6. Unloading the powder and checking for fractionation and chemical composition.
Отработка режимов проводилась при изменении параметров процесса: соотношения порошка железа и порошка алюминия при температуре нагрева до 900°С (табл. 1); максимальной температуры нагрева и различной выдержке (табл. 2). В качестве критерия легированного порошка были приняты - состав (процент насыщения поверхности порошковой частицы алюминием) и наличие спекшихся частиц после процесса. В частицах алитированного железа алюминий присутствует преимущественно по границам порошинок в количестве от 3 до 8 масс.%, а по периметру порошинок достигает от 12 до 13 масс.%.Testing of the regimes was carried out with changing process parameters: the ratio of iron powder and aluminum powder at a heating temperature of up to 900 ° C (table. 1); maximum heating temperature and various shutter speeds (table. 2). As a criterion for the doped powder, the composition (percentage of saturation of the surface of the powder particle with aluminum) and the presence of sintered particles after the process were adopted. In aluminized iron particles, aluminum is present predominantly along the boundaries of the powders in an amount of from 3 to 8 wt.%, And along the perimeter of the powders it reaches from 12 to 13 wt.%.
Другой пример. Порошок никеля, легированный алюминием, который предназначается для газотермического напыления покрытий. В промышленности известны порошки системы никель - алюминий типа ПГ-Ю5Н, ПГ-Ю10Н, ПГ-Ю30Н, а также НПА80Ю20 и НПА85Ю15, которые используются в качестве подслоя и для восстановления размеров и для создания износостойких рабочих слоев в сочетании с коррозионной стойкостью. Они широко применяются для восстановления и упрочнения посадочных мест деталей автотранспорта и судовых механизмов. Размер частиц этих порошков от 40 до 69 мкм. Гарантируется регламентированный тепловой эффект и хорошая текучесть через отверстия от 1,7 до 2,5 мм. Такие порошки обычно получают химическим осаждением никеля на частицы алюминия в автоклавах или распылением сплава №-А1 заданного состава по содержанию алюминия и примесей.Another example. Nickel powder doped with aluminum, which is intended for thermal spraying of coatings. Nickel-aluminum system powders of the PG-YU5N, PG-Yu10N, PG-Yu30N, and NPA80Yu20 and NPA85Yu15 types are known in the industry, which are used as a sublayer to restore size and to create wear-resistant working layers in combination with corrosion resistance. They are widely used for the restoration and hardening of seats for vehicle parts and ship mechanisms. The particle size of these powders is from 40 to 69 microns. The regulated thermal effect and good fluidity through openings from 1.7 to 2.5 mm are guaranteed. Such powders are usually obtained by chemical deposition of nickel on aluminum particles in autoclaves or by spraying alloy No. A1 of a given composition according to the content of aluminum and impurities.
Распыленные экзотермические порошки имеют низкий экзотермический эффект, так как состоят в основном из интерметаллидов типа NiAl и Ni3Al, и экзотермический эффект определяется только за счет частичной диссоциации этих интерметаллидов в плазменной струе.Atomized exothermic powders have a low exothermic effect, since they consist mainly of intermetallic compounds of the type NiAl and Ni 3 Al, and the exothermic effect is determined only by the partial dissociation of these intermetallic compounds in a plasma jet.
Способ получения никель-алюминиевых композиций путем алитирования никелевого порошка в виброожиженном слое позволяет получать порошки с более высоким экзотермическим эффектом и регламентированными фракционными и химическими характеристиками.The method for producing nickel-aluminum compositions by aluminizing nickel powder in a vibrating fluidized bed makes it possible to obtain powders with a higher exothermic effect and regulated fractional and chemical characteristics.
Для получения необходимого по химическому и фазовому составу материала процессы алитирования необходимо проводить при пониженных температурах, ниже температур плавления алюминия и при небольшой термодинамической активности образования интерметаллидов, т.е. при температурах ниже 600°С.To obtain the material necessary for the chemical and phase composition of the material, alitization processes must be carried out at low temperatures, below the melting points of aluminum and with a small thermodynamic activity of the formation of intermetallic compounds, i.e. at temperatures below 600 ° C.
Алитирование в виброкипящем слое порошка никеля проводилось при температурах от 560 до 590°С и давлении в реторте от 0,03 до 0,07 МПа. Полученный таким методом порошок представляет собой частицы никеля, на поверхности которого образуются слои алюминидов NiAl-Ni3Al и твердый раствор алюминия в никеле, которые при последующем напылении в пламенной или газоплазменной струе частично диссоциируют, что и сопровождается экзотермическим эффектом. После нанесения покрытия состоят в основном из интеметаллидов никеля, причем покрытия из алитированного порошка никеля имеют более высокую твердость и меньшую пористость, чем покрытия из порошков типа ПГ-Ю10, НПА80Ю20 и НПА85Ю15. Коррозионные испытания в растворе NaCl и выдержке образцов, показали снижение относительного изменения массы порошка с покрытием более чем в два раза по сравнению с непокрытым порошком.Alification in the boiling layer of nickel powder was carried out at temperatures from 560 to 590 ° C and pressure in the retort from 0.03 to 0.07 MPa. The powder obtained by this method is nickel particles, on the surface of which layers of aluminides NiAl-Ni 3 Al and a solid solution of aluminum in nickel are formed, which, during subsequent spraying in a flame or gas-plasma jet, partially dissociate, which is accompanied by an exothermic effect. After application, the coatings consist mainly of nickel intmetallides, and coatings of aluminized nickel powder have a higher hardness and lower porosity than coatings of powders of the PG-U10, NPA80Yu20 and NPA85Yu15 types. Corrosion tests in NaCl solution and sample aging showed a decrease in the relative change in the weight of the coated powder by more than two times compared to uncoated powder.
Испытаниями на жаростойкость при температуре 400°С и выдержке 200 ч установлено 6-кратное увеличение жаростойкости алитированного порошка по сравнению с необработанным.Tests for heat resistance at a temperature of 400 ° C and a shutter speed of 200 h established a 6-fold increase in the heat resistance of alitized powder compared to untreated.
Кроме того, эти порошки имеют более совершенную сферическую форму, так как произведены из никелевого порошка соответствующего качества. Это сказывается на технологии нанесения покрытия в газоплазменной установке вследствие хорошей текучести порошка и, следовательно, меньшего расхода и более качественного покрытия.In addition, these powders have a more perfect spherical shape, as they are made from nickel powder of appropriate quality. This affects the coating technology in a gas-plasma installation due to the good fluidity of the powder and, consequently, lower consumption and better coating.
ЛитератураLiterature
1. Газотермические покрытия из порошковых материалов, Справочник, Борисов Ю.С., Харламов Ю.А., Сидоренко С.Л., Ардатовская Е.Н. Наукова думка, 1987.1. Thermal coatings of powder materials, Directory, Borisov Yu.S., Kharlamov Yu.A., Sidorenko SL, Ardatovskaya E.N. Naukova Dumka, 1987.
2. Анциферов В.Н., Акименко В.Б., Гревнов Л.М. Порошковые легированные стали. - М.: Металлургия.2. Antsiferov VN, Akimenko VB, Grevnov L.M. Powder alloy steels. - M.: Metallurgy.
3. Бобров Г.В., Ильин А.А. Нанесение неорганических покрытий. - М.: Интермет-инжиниринг, 2004. 623 с.3. Bobrov G.V., Ilyin A.A. Inorganic coating. - M.: Intermet Engineering, 2004.623 p.
4. Арзамасов Б.Н. Химико-термическая обработка металлов в активизированных газовых средах. - М.: Машиностроение, 1979. - 224 с.4. Arzamasov B.N. Chemical-thermal treatment of metals in activated gas environments. - M.: Mechanical Engineering, 1979. - 224 p.
5. Лахтин Ю.М., Арзамасов Б.Н. Химико-термическая обработка металлов. - М.: Металлургия. 1985, 256 с.5. Lakhtin Yu.M., Arzamasov B.N. Chemical-thermal treatment of metals. - M.: Metallurgy. 1985, 256 p.
6. Заваров А.С., Баскаков А.П., Грачев С.В. Термическая обработка в кипящем слое. – М.: Машиностроение, 1985.6. Zavarov A.S., Baskakov A.P., Grachev S.V. Fluidized bed heat treatment. - M.: Mechanical Engineering, 1985.
7. Заваров А.С., Баскаков А.П., Грачев С.В. Химико-термическая обработка в кипящем слое. - М.: Машиностроение, 1981. - 83.7. Zavarov A.S., Baskakov A.P., Grachev S.V. Chemical-thermal treatment in a fluidized bed. - M.: Mechanical Engineering, 1981. - 83.
8. Ларссон М. Способ получения диффузионно-легированного порошка железа или порошка на основе железа, диффузионно-легированный порошок, композиция, включающая диффузионно-легированный порошок, и прессованная и спеченная деталь, изготовленная из упомянутой композиции (RU 2524510). М.: Машиностроение, 1985.8. Larsson M. A method for producing a diffusion-doped iron powder or iron-based powder, a diffusion-doped powder, a composition comprising diffusion-doped powder, and a pressed and sintered part made from said composition (RU 2524510). M .: Engineering, 1985.
9. Меньшов Б.Г. Электротехнические устройства буровых установок. 1986.9. Menshov B.G. Electrical devices of drilling rigs. 1986.
10. Могилевский В.Г. Электромагнитные порошковые муфты и тормоза. Энергия, 1964.10. Mogilevsky V.G. Electromagnetic powder clutches and brakes. Energy, 1964.
11. Заявка 2001127140/02, 05.10.2001. Способ получения порошка на железной основе.11. Application 2001127140/02, 05.10.2001. A method for producing an iron-based powder.
12. Способ получения порошковых магнитных материалов. Заявка: 2010129006/02, 13.07.2010. Авторы: Колпаков Н.С., Девин К.Л. и др.12. A method for producing powder magnetic materials. Application: 2010129006/02, 07/13/2010. Authors: Kolpakov N.S., Devin K.L. and etc.
Claims (8)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2015100364A RU2606358C2 (en) | 2015-01-12 | 2015-01-12 | Method of producing alloyed powders in vibrofluidised bed |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2015100364A RU2606358C2 (en) | 2015-01-12 | 2015-01-12 | Method of producing alloyed powders in vibrofluidised bed |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2015100364A RU2015100364A (en) | 2016-08-10 |
| RU2606358C2 true RU2606358C2 (en) | 2017-01-10 |
Family
ID=56612702
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2015100364A RU2606358C2 (en) | 2015-01-12 | 2015-01-12 | Method of producing alloyed powders in vibrofluidised bed |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2606358C2 (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2780653C2 (en) * | 2019-10-24 | 2022-09-28 | Михаил Юрьевич Векслер | Method for thermochemical treatment of metal powders for producing steels and heat-resistant alloys hardened with dispersed oxides |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN117732465B (en) * | 2024-02-20 | 2024-05-03 | 山西安仑化工有限公司 | Continuous preparation method and preparation device of palladium/carbon black catalyst |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2122924C1 (en) * | 1997-04-23 | 1998-12-10 | Научно-производственное предприятие "Синтез" при Донском государственном техническом университете | Process of production of metallized charge |
| US20060275167A1 (en) * | 2005-06-01 | 2006-12-07 | General Electric Company | Article prepared by depositing an alloying element on powder particles, and making the article from the particles |
| US20100043662A1 (en) * | 2007-01-26 | 2010-02-25 | Hoganas Ab (Publ) | Diffusion alloyed iron powder |
| GB2467337A (en) * | 2009-01-29 | 2010-08-04 | Bodycote Europ Holdings Gmbh D | Diffusion alloying of metal powders |
| US20100233014A1 (en) * | 2007-07-17 | 2010-09-16 | Hoganas Ab (Publ) | Iron-based powder combination |
-
2015
- 2015-01-12 RU RU2015100364A patent/RU2606358C2/en active IP Right Revival
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2122924C1 (en) * | 1997-04-23 | 1998-12-10 | Научно-производственное предприятие "Синтез" при Донском государственном техническом университете | Process of production of metallized charge |
| US20060275167A1 (en) * | 2005-06-01 | 2006-12-07 | General Electric Company | Article prepared by depositing an alloying element on powder particles, and making the article from the particles |
| US20100043662A1 (en) * | 2007-01-26 | 2010-02-25 | Hoganas Ab (Publ) | Diffusion alloyed iron powder |
| US20100233014A1 (en) * | 2007-07-17 | 2010-09-16 | Hoganas Ab (Publ) | Iron-based powder combination |
| GB2467337A (en) * | 2009-01-29 | 2010-08-04 | Bodycote Europ Holdings Gmbh D | Diffusion alloying of metal powders |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2780653C2 (en) * | 2019-10-24 | 2022-09-28 | Михаил Юрьевич Векслер | Method for thermochemical treatment of metal powders for producing steels and heat-resistant alloys hardened with dispersed oxides |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| RU2015100364A (en) | 2016-08-10 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Zhang et al. | The effect of volume fraction of WC particles on wear behavior of in-situ WC/Fe composites by spark plasma sintering | |
| Cheng et al. | Properties and microstructure of copper/nickel-iron-coated graphite composites prepared by electroless plating and spark plasma sintering | |
| Huang et al. | Post-spray modification of cold-sprayed Ni-Ti coatings by high-temperature vacuum annealing and friction stir processing | |
| JP6140260B2 (en) | Thermal spray powder for thermal spraying, piston ring, and manufacturing method thereof | |
| JP2007126751A (en) | Method for applying film with low friction coefficient | |
| CA2925066A1 (en) | Sintered spray powder based on molybdenum carbide | |
| CA2896386A1 (en) | Process for producing chromium nitride-containing spraying powders | |
| Nagaral et al. | Dry sliding wear behavior of graphite particulate reinforced Al6061 alloy composite materials | |
| Qi et al. | Microstructure and wear behaviors of WC–12% Co coating deposited on ductile iron by electric contact surface strengthening | |
| CN112281105A (en) | Metal ceramic composite coating and preparation method and application thereof | |
| Ru et al. | Fabrication and interaction mechanism of Ni-encapsulated ZrO2-toughened Al2O3 powders reinforced high manganese steel composites | |
| RU2606358C2 (en) | Method of producing alloyed powders in vibrofluidised bed | |
| Kumar et al. | Microstructure and wear analysis of copper-graphite-titanium carbide hybrid metal matrix composites fabricated by powder metallurgy (P/M) technique | |
| Hanyaloglu et al. | Reactive sintering of electroless nickel-plated aluminum powders | |
| CN103170598B (en) | Synthesis of Nano-Al2O3 Particle Reinforced Composite Material by Thermite Reaction and Its Preparation Method | |
| Chen et al. | Effect of Nd2O3 additive on microstructure and tribological properties of plasma-sprayed NiCr-Cr2O3 composite coatings | |
| Röttger et al. | Influence of post-treatment on the microstructural evolution of thermally sprayed Fe-base MMC containing TiC and Cr3C2 | |
| Yu et al. | On the Microstructure and Wear Behavior of Fe‐Based/B4C Composite Coating Processed by Vacuum Cladding | |
| Wen et al. | Preparation and properties of porous Fe-Al-x% TiC composite material | |
| Penyashki et al. | COMPARATIVE STUDIES OF TRIBOLOGICAL CHARACTERISTICS OF CARBON STEELS WITH GAS FLAME COATINGS FROM NEW MULTI-COMPONENT CARBIDE COMPOSITE MATERIALS. | |
| Gilev et al. | Laser melt injection of austenitic cast iron Ch16D7GKh with titanium | |
| Yan et al. | Microstructure characterization of the FeAl2O4-based nanostructured composite coating synthesized by plasma spraying Fe2O3/Al powders | |
| CN110315066A (en) | A kind of NiMoW base slide plate lubrication Self-controlled material and preparation method thereof | |
| US20050136279A1 (en) | Chrome composite materials | |
| Bach et al. | Development of light metal matrix composite coatings using high velocity thermal spray processes |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| QB4A | Licence on use of patent |
Free format text: LICENCE Effective date: 20170720 |
|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20180113 |
|
| NF4A | Reinstatement of patent |
Effective date: 20190125 |