[go: up one dir, main page]

RU2707455C1 - Сферический порошок псевдосплава на основе вольфрама и способ его получения - Google Patents

Сферический порошок псевдосплава на основе вольфрама и способ его получения Download PDF

Info

Publication number
RU2707455C1
RU2707455C1 RU2019101428A RU2019101428A RU2707455C1 RU 2707455 C1 RU2707455 C1 RU 2707455C1 RU 2019101428 A RU2019101428 A RU 2019101428A RU 2019101428 A RU2019101428 A RU 2019101428A RU 2707455 C1 RU2707455 C1 RU 2707455C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
tungsten
powder
metal
group
particles
Prior art date
Application number
RU2019101428A
Other languages
English (en)
Inventor
Андрей Владимирович Самохин
Андрей Андреевич Фадеев
Николай Васильевич Алексеев
Юрий Владимирович Цветков
Original Assignee
Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт металлургии и материаловедения им. А.А. Байкова Российской академии наук (ИМЕТ РАН)
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт металлургии и материаловедения им. А.А. Байкова Российской академии наук (ИМЕТ РАН) filed Critical Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт металлургии и материаловедения им. А.А. Байкова Российской академии наук (ИМЕТ РАН)
Priority to RU2019101428A priority Critical patent/RU2707455C1/ru
Application granted granted Critical
Publication of RU2707455C1 publication Critical patent/RU2707455C1/ru

Links

Images

Classifications

    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22FWORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F9/00Making metallic powder or suspensions thereof
    • B22F9/16Making metallic powder or suspensions thereof using chemical processes
    • B22F9/18Making metallic powder or suspensions thereof using chemical processes with reduction of metal compounds
    • B22F9/20Making metallic powder or suspensions thereof using chemical processes with reduction of metal compounds starting from solid metal compounds
    • B22F9/22Making metallic powder or suspensions thereof using chemical processes with reduction of metal compounds starting from solid metal compounds using gaseous reductors
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B82NANOTECHNOLOGY
    • B82YSPECIFIC USES OR APPLICATIONS OF NANOSTRUCTURES; MEASUREMENT OR ANALYSIS OF NANOSTRUCTURES; MANUFACTURE OR TREATMENT OF NANOSTRUCTURES
    • B82Y30/00Nanotechnology for materials or surface science, e.g. nanocomposites
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C22METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22BPRODUCTION AND REFINING OF METALS; PRETREATMENT OF RAW MATERIALS
    • C22B5/00General methods of reducing to metals
    • C22B5/02Dry methods smelting of sulfides or formation of mattes
    • C22B5/12Dry methods smelting of sulfides or formation of mattes by gases
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C22METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22CALLOYS
    • C22C27/00Alloys based on rhenium or a refractory metal not mentioned in groups C22C14/00 or C22C16/00
    • C22C27/04Alloys based on tungsten or molybdenum

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Nanotechnology (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Composite Materials (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Manufacture Of Metal Powder And Suspensions Thereof (AREA)
  • Powder Metallurgy (AREA)

Abstract

Изобретение относится к сферическому порошку псевдосплава на основе вольфрама. Ведут гранулирование порошка наноразмерного композита, состоящего из металлических частиц с размерами менее 100 нм и полученного водородным восстановлением в термической плазме смеси порошков оксидов вольфрама с порошком металла, выбранного из группы, включающей Ni, Fe, Со, Сu и Ag, или порошками оксидов металлов, выбранных из указанной группы, а затем проводят сфероидизацию полученных гранул порошка расплавлением в потоке термической плазмы. Полученный порошок содержит 3-50 мас. % связки из металла, выбранного из группы, включающей Ni, Fe, Со, Сu и Ag, или сплава металлов, выбранных из указанной группы, при этом порошок состоит из сферических частиц размером 20-70 мкм, имеющих субмикронную структуру с равномерно распределенными в ней зернами вольфрама размером, не превышающим 1 мкм. 2 н.п. ф-лы, 7 ил., 1 пр.

Description

Изобретение относится к области порошковой металлургии, в частности, получению сферических микропорошков псевдосплавов на основе вольфрама, частицы которых состоят из зерен вольфрама субмикронного диапазона размеров и связки (матрицы) из металлов группы (Ni, Fe, Со, Сu, Ag) или их сплавов. Сферические порошки металлов с размерами частиц порядка десятков микрон используются для изготовления изделий современными методами аддитивных технологий.
Порошки псевдосплавов на основе вольфрама традиционно получают механическим смешением порошков индивидуальных металлов - компонентов псевлосплава [Lassner Е., Schubert W.D. Tungsten: properties, chemistry, technology of the element, alloys, and chemical compounds. USA, Springer, 1999, 416 p.]. Такие порошки могут быть также получены водородным восстановлением смеси оксидов металлов в электропечах [Zeinab Abdel Hamidl, Sayed Farag Moustafa, Walid Mohamed Daoush, etal. Fabrication and Characterization of Tungsten Heavy Alloys Using Chemical Reduction and Mechanical Alloying Methods. Open Journal of Applied Sciences. 2013, 3, 15-27. Алымов М.И., Трегубова И.В., Поварова К.Б. Разработка физико-химических основ синтеза нанопорошков на основе вольфрама с регулируемыми свойствами. Металлы, 2006, №3, с. 37-40.]. Для получения компактов с ультрадисперсной структурой, обладающих повышенными механическими характеристиками, смесь исходных порошков металлов подвергается высокоинтенсивной механообработке в планетарных мельницах [Чувильдеев В.Н., Москвичева А.В., Баранов Г.В., Нохрин А.В. и др. Сверхпрочные нанодисперсные вольфрамовые псевдосплавы, полученные метолом механоактивации и электроимпульсного плазменного спекания - Письма в ЖТФ. 2009, т. 35, вып. 22, с. 23-32.], в результате которой происходит формирование ультрадисперсных или наноразмерных частиц металлов. Все упомянутые методы не позволяют получать микропорошки со сферической формой частиц в диапазоне размеров 20-70 мкм и не могут быть использованы для изготовления изделий методами аддитивных технологий.
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к предлагаемому изобретению является метод получения сферических порошков тяжелых псевдосплавов на основе вольфрама [Stawovy М.Т., Ohm. S.D.. Fill F.C. Fabrication of metallic parts by additive manufacturing and tungsten heavy metal alloy powders there for, заявка на патент WO 2018106978 Al, 2018]. Способ предусматривает грануляцию микронных порошков исходных металлов с использованием распылительной сушки. Полученные микрогранулы подвергаются сфероидизации расплавлением в потоке термической плазмы. В результате получают сферические частицы псевлосплава с характерными размерами: d10=1 - 10 мкм, d50=10 - 40 мкм. d90=40 - 80 мкм. Зерна вольфрама в структуре сферической частицы псевдосплава имеют размер порядка единиц микрон.
Экспериментальными исследованиями показано, что уменьшение размера зерен вольфрама в структуре псевдосплава позволяет значительно повысить его физико-механические характеристики [Чувильдеев В.Н., Нохрин А.В., Баранов Г.В. и др. Исследование структуры и механических свойств нано- и ультрадисперсных механоактивированных тяжелых вольфрамовых сплавов. Российские нанотехнологии, 2013, том 8, №1-2, с. 94-104.], однако рассматриваемый прототип способа не обеспечивает получения сферических частиц, в которых дисперсная фаза вольфрама имеет субмикронный диапазон размеров.
Техническим результатом изобретения является получение порошков псевдосплавов на основе вольфрама со сферической формой частиц с размером 20-70 мкм, частицы которых состоят из зерен вольфрама и связки (матрицы) из металлов группы (Ni, Fe, Со, Сu, Ag) или их сплавов со структурой, и которой размер зерна вольфрама находится в субмикронном диапазоне размеров и не превышает 1 мкм. Использование таких порошков в производстве изделий методами аддитивных технологий позволит повысить эксплуатационные характеристики производимой продукции.
Для достижения технического результата получение микропорошков псевдосплавов на основе вольфрама со сферической формой частиц и субмикронной структурой предлагается проводить способом, в котором получение порошковой смеси металлов - компонентов псевдосплава осуществляется восстановлением смеси дисперсных оксидов металлов водородом в потоке термической плазмы, генерируемой в электроразрядном плазмотроне. Водород может присутствовать в составе плазмообразующего газа, а также может использоваться как транспортирующий газ для подачи дисперсного сырья. Наряду с оксидами металлов в качестве сырья могут использоваться и другие соединения, так кроме оксида вольфрама могут использоваться вольфраматы аммония и вольфрамовые кислоты, являющиеся продуктами извлечения вольфрама из природных руд. Металлы группы (Ni, Fe, Со, Сu, Ag) могут использоваться как в виде порошкообразных оксидов, так и виде тонкодисперсных металлических порошков.
Полученный в результате плазменного восстановления продукт является наноразмерным композитным порошком с равномерно перемешанными частицами всех металлов с размером преимущественно менее 100 нм. Далее в результате грануляции наноразмерного порошка изготавливаются микрогранулы с размерами 30-100 мкм. Микрогранулы подвергаются сфероидизации расплавлением в потоке термической плазмы электроразрядного плазмотрона. В процессе расплавления микрогранул наноразмерные частицы вольфрама могут частично растворяться в металле-связке, а затем при охлаждении расплава кристаллизоваться на нерасплавившихся вольфрамовых частицах с образованием субмикронных частиц. Для получения микропорошков со сферической формой частиц заданного диапазона размеров может проводиться как классификация микрогранул, так и сфероидизированного порошка.
Отличительной особенностью предлагаемого способа является получение порошка смеси всех металлов, составляющих псевдосплав, при восстановлении смеси дисперсных оксидов металлов водородом в потоке термической плазмы, генерируемой в плазмотроне. Полученный в результате плазменного восстановления продукт является наноразмерным композитным порошком с равномерно перемешанными частицами металлов с размером преимущественно менее 100 нм. Грануляция наноразмерного порошка, полученного восстановлением в плазме, его классификация и сфероидизация микрогранул обеспечивают получение микропорошка псевдосплава на основе вольфрама со связкой из индивидуального металла или сплава группы металлов (Ni, Fe, Со, Сu). Порошок состоит из сферических частиц с размером 20 - 70 мкм с массовой долей связки 3-50%, отличающийся тем, что размер зерен вольфрама, равномерно распределенных в структуре частиц, не превышает 1 мкм.
Преимущество предложенного способа определяется возможностью получения конечного микропорошка псевдосплава, состоящего из сферических частиц в диапазоне размеров 5-100 мкм, в которых зерна вольфрама субмикронного диапазона размеров равномерно распределены в металлической матрице связки. Такой порошок может эффективно использоваться в аддитивных технологиях для производства изделий из псевдосплавов с повышенными эксплуатационными характеристиками.
Предлагаемый процесс реализуется следующим образом. Порошки исходных сырьевых компонентов с размером частиц не более 50 мкм, наиболее предпочтительным является использование порошков с размером частиц менее 25 мкм, подвергаются механическому смешению в порошковом смесителе. Полученная смесь порошков порошковым питателем с использованием транспортирующего газа подается в виде газодисперсного потока в плазменную струю, истекающую из электроразрядного генератора термической плазмы. Плазмообразующим газом могут быть индивидуальные газы (водород, азот, инертные газы), при этом наиболее предпочтительным является использование водорода или водородсодержащих газовых смесей. Транспортирующими газами могут быть указанные газы или их смеси, причем если водород отсутствует в составе плазмообразующего газа, то он должен присутствовать в составе транспортирующего газа или дополнительно вводиться в плазменную струю. Высокотемпературный поток реагентов истекает в реактор, где в результате совокупности физико-химических превращений происходит формирование наноразмерных частиц металлов. Выделение этих частиц из газодисперсного потока организуется в различных узлах (в реакторе на водоохлаждаемых поверхностях, на поверхности используемых теплообменников, на фильтрах) в зависимости от аппаратурного оформления процесса.
Полученный наноразмерный металлический порошок поступает па последующие переделы, где подвергается грануляции, возможной термообработке для удаления связующего компонента, использованного при грануляции, классификации с выделением заданной фракции микрогранул, сфероидизации оплавлением частиц в потоке термической плазмы электроразрядного плазмотрона и возможной заключительной классификации для удаления наночастиц, образовавшихся в процессе плазменной сфероидизации, а также удаления частиц, размер которых выходит за пределы заданного диапазона. Полученный продукт является порошоком псевдосплава па основе вольфрама со связкой из индивидуального металла или сплава группы металлов (Ni, Fe, Со, Сu), состоящим из сферических частиц с размером 20-70 мкм с массовой долей связки 3-50%, в которых размер зерен вольфрама, равномерно распределенных в структуре частиц, не превышает 1 мкм.
Реализация способа представлена следующим примером.
Пример.
Порошки исходного оксида вольфрама WO3, оксида железа Fe2O3 и оксида никеля NiO, состоящие из частиц с размерами менее 40 мкм подвергаются смешению в механическом смесителе. Полученная порошковая смесь содержит: WO3 - 89,58 масс. %; Fe2O3 - 3,39 масс. % и NiO - 7,03 масс. %, что соответствует по содержанию металлов псевдосплаву ВНЖ-90. Смесь порошков подается транспортирующим газом в плазменную струю порошковым питателем.
Плазменная струя генерируется в электродуговом плазмотроне постоянного тока, плазмообразующим газом является смесь N2 - Н2. Формирование целевого продукта - наноразмерного порошка системы W-Ni-Fe происходит в плазменном реакторе с ограниченным струйным течением. Получаемый нанопорошок осаждается на водоохлаждаемой поверхности реактора, а также выделяется из газодисперсного потока на фильтре. Полученный нанопорошок по результатам peнтгенофазового анализа (Рис. 1) состоит из металлических частиц на основе W, размер которых менее 100 нм (Рис. 2), химический состав соответствует псевдосплаву ВНЖ- 90, удельная поверхность нанопорошка - 4,6 м2/г. Нанопорошок подвергнут грануляции в результате термохимической обработки в водороде при 900-1000С в течение 1 ч с последующей классификации на ситах и выделением фракции - 50 мкм, + 25 мкм.
В результате грануляциии классификации получены микрогранулы в указанном диапазоне размеров частиц. Сфероидизация гранул проводится в потоке плазмы Ar - Н2 (20 объем. %), в результате которой образуются плотные сферические частицы псевдосплава ВНЖ-90 с размерами 10-80 мкм (Рис. 3), в которых размер зерен вольфрама находятся в диапазоне от 0,1 до 0.3 мкм (Рис. 4).

Claims (2)

1. Сферический порошок псевдосплава на основе вольфрама, содержащий 3-50 мас. % связки из металла, выбранного из группы, включающей Ni, Fe, Со, Сu и Ag, или сплава металлов, выбранных из указанной группы, отличающийся тем, что он состоит из сферических частиц размером 20-70 мкм, имеющих субмикронную структуру с равномернораспределенными в ней зернами вольфрама размером, не превышающим 1 мкм.
2. Способ получения сферического порошка псевдосплава на основе вольфрама по п. 1, характеризующийся тем, что ведут гранулирование порошка наноразмерного композита, состоящего из металлических частиц с размерами менее 100 нм и полученного водородным восстановлением в термической плазме смеси порошков оксидов вольфрама с порошком металла, выбранного из группы, включающей Ni, Fe, Со, Сu и Ag, или порошками оксидов металлов, выбранных из указанной группы, а затем проводят сфероидизацию полученных гранул порошка расплавлением в потоке термической плазмы с получением сферических частиц.
RU2019101428A 2019-01-18 2019-01-18 Сферический порошок псевдосплава на основе вольфрама и способ его получения RU2707455C1 (ru)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2019101428A RU2707455C1 (ru) 2019-01-18 2019-01-18 Сферический порошок псевдосплава на основе вольфрама и способ его получения

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2019101428A RU2707455C1 (ru) 2019-01-18 2019-01-18 Сферический порошок псевдосплава на основе вольфрама и способ его получения

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2707455C1 true RU2707455C1 (ru) 2019-11-26

Family

ID=68653029

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2019101428A RU2707455C1 (ru) 2019-01-18 2019-01-18 Сферический порошок псевдосплава на основе вольфрама и способ его получения

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2707455C1 (ru)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2740549C1 (ru) * 2020-06-25 2021-01-15 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Казанский национальный исследовательский технический университет им. А.Н. Туполева-КАИ" (КНИТУ-КАИ) Способ получения высококачественных металлических порошков из шламовых отходов машиностроительных производств
CN114029497A (zh) * 2021-11-09 2022-02-11 北京工业大学 一种元素分布均匀、粒径细小的高比重钨镍钴纳米粉体及合金的制备

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2015190C1 (ru) * 1992-05-12 1994-06-30 Валерий Васильевич Осипов Способ получения твердого сплава на основе простых и сложных монокарбидов viа группы металлов со связкой на основе металлов группы железа
EP1118403B1 (en) * 1995-11-17 2006-03-15 Osram Sylvania Inc. Tungsten-copper composite powder
WO2018106978A1 (en) * 2016-12-09 2018-06-14 H.C. Starck Inc. Fabrication of metallic parts by additive manufacturing and tungsten heavy metal alloy powders therefor

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2015190C1 (ru) * 1992-05-12 1994-06-30 Валерий Васильевич Осипов Способ получения твердого сплава на основе простых и сложных монокарбидов viа группы металлов со связкой на основе металлов группы железа
EP1118403B1 (en) * 1995-11-17 2006-03-15 Osram Sylvania Inc. Tungsten-copper composite powder
WO2018106978A1 (en) * 2016-12-09 2018-06-14 H.C. Starck Inc. Fabrication of metallic parts by additive manufacturing and tungsten heavy metal alloy powders therefor

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2740549C1 (ru) * 2020-06-25 2021-01-15 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Казанский национальный исследовательский технический университет им. А.Н. Туполева-КАИ" (КНИТУ-КАИ) Способ получения высококачественных металлических порошков из шламовых отходов машиностроительных производств
CN114029497A (zh) * 2021-11-09 2022-02-11 北京工业大学 一种元素分布均匀、粒径细小的高比重钨镍钴纳米粉体及合金的制备
CN114029497B (zh) * 2021-11-09 2025-04-08 北京工业大学 一种元素分布均匀、粒径细小的高比重钨镍钴纳米粉体及合金的制备

Similar Documents

Publication Publication Date Title
TWI871398B (zh) 自進料材料製造球狀化粉末之方法
US3909241A (en) Process for producing free flowing powder and product
KR102393229B1 (ko) 텅스텐 모노카바이드(wc) 구형 분말의 제조
US3974245A (en) Process for producing free flowing powder and product
CA1301462C (en) Hydrometallurgical process for producing finely divided spherical refractory metal based powders
US5631044A (en) Method for preparing binder-free clad powders
US4592781A (en) Method for making ultrafine metal powder
US4756746A (en) Process of producing fine spherical particles
CN112771196A (zh) 具有定制微观结构的球状钛金属粉末
CN114641462A (zh) 用于球形粉末的独特原料及制造方法
US4395279A (en) Plasma spray powder
RU2489232C1 (ru) Способ получения наноразмерного порошка металла
JPH04231450A (ja) 溶射コーティング用ニッケル合金及びモリブデンの粉末を調製するための改善方法
CN110480008A (zh) 一种利用激光3d打印制备三维连通钨基复合材料及方法
US3881911A (en) Free flowing, sintered, refractory agglomerates
US4508788A (en) Plasma spray powder
RU2707455C1 (ru) Сферический порошок псевдосплава на основе вольфрама и способ его получения
JP2005314806A (ja) 高硬度で高導電性を有するナノ結晶銅金属及びナノ結晶銅合金の粉末、高硬度・高強度で高導電性を有する強靱なナノ結晶銅又は銅合金のバルク材並びにそれらの製造方法
US3475158A (en) Production of particulate,non-pyrophoric metals and product
Shen et al. Effect of processing parameters on microstructure and properties of spherical WC-Co powder by plasma spheroidization
JP2001503105A (ja) 被覆粉末及びその製造方法
CN117583613A (zh) 一种Nb5Si3复合球化粉末制备和使用方法
US4502885A (en) Method for making metal powder
JP4425888B2 (ja) コンポジット構造を有するナノ球状粒子、粉末、及び、その製造方法
JP2008038163A5 (ru)