RU2709304C1 - Method of producing mixture of micro- and nanoparticles of binary alloys - Google Patents
Method of producing mixture of micro- and nanoparticles of binary alloys Download PDFInfo
- Publication number
- RU2709304C1 RU2709304C1 RU2019118604A RU2019118604A RU2709304C1 RU 2709304 C1 RU2709304 C1 RU 2709304C1 RU 2019118604 A RU2019118604 A RU 2019118604A RU 2019118604 A RU2019118604 A RU 2019118604A RU 2709304 C1 RU2709304 C1 RU 2709304C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- wires
- wire
- explosion
- energy
- nanoparticles
- Prior art date
Links
- 239000000203 mixture Substances 0.000 title claims abstract description 59
- 239000002105 nanoparticle Substances 0.000 title claims abstract description 37
- 239000011859 microparticle Substances 0.000 title claims abstract description 34
- 229910002056 binary alloy Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 26
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 24
- 238000004880 explosion Methods 0.000 claims abstract description 53
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 claims abstract description 46
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims abstract description 46
- 239000000843 powder Substances 0.000 claims abstract description 30
- 238000000859 sublimation Methods 0.000 claims abstract description 19
- 230000008022 sublimation Effects 0.000 claims abstract description 19
- 229910004349 Ti-Al Inorganic materials 0.000 claims abstract description 12
- 229910004692 Ti—Al Inorganic materials 0.000 claims abstract description 12
- 229910003310 Ni-Al Inorganic materials 0.000 claims abstract description 8
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 claims description 29
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 29
- XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N Argon Chemical compound [Ar] XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 26
- XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N Iron Chemical compound [Fe] XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 22
- 150000002739 metals Chemical class 0.000 claims description 22
- RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N Titanium Chemical compound [Ti] RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 17
- 229910052786 argon Inorganic materials 0.000 claims description 13
- PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N Nickel Chemical compound [Ni] PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 12
- 239000010936 titanium Substances 0.000 claims description 11
- 229910052742 iron Inorganic materials 0.000 claims description 10
- 239000007789 gas Substances 0.000 claims description 8
- 229910052719 titanium Inorganic materials 0.000 claims description 8
- 229910052759 nickel Inorganic materials 0.000 claims description 5
- 239000001307 helium Substances 0.000 claims description 3
- 229910052734 helium Inorganic materials 0.000 claims description 3
- SWQJXJOGLNCZEY-UHFFFAOYSA-N helium atom Chemical compound [He] SWQJXJOGLNCZEY-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 238000003860 storage Methods 0.000 claims description 3
- 239000011261 inert gas Substances 0.000 claims 1
- 239000002245 particle Substances 0.000 abstract description 22
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 abstract description 11
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract description 4
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 abstract description 3
- 239000000654 additive Substances 0.000 abstract description 2
- 230000000996 additive effect Effects 0.000 abstract description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract 1
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 8
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 description 6
- 239000000956 alloy Substances 0.000 description 6
- 238000004146 energy storage Methods 0.000 description 6
- 238000011049 filling Methods 0.000 description 6
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 5
- 238000002441 X-ray diffraction Methods 0.000 description 3
- 229910052729 chemical element Inorganic materials 0.000 description 3
- 238000000576 coating method Methods 0.000 description 3
- 238000000926 separation method Methods 0.000 description 3
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 2
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 description 2
- 238000001000 micrograph Methods 0.000 description 2
- 239000006104 solid solution Substances 0.000 description 2
- 230000001360 synchronised effect Effects 0.000 description 2
- -1 Fe-Al Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910015372 FeAl Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910021325 alpha 2-Ti3Al Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000033228 biological regulation Effects 0.000 description 1
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 1
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 1
- 229910000765 intermetallic Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 1
- 239000000463 material Substances 0.000 description 1
- 238000002156 mixing Methods 0.000 description 1
- 239000011860 particles by size Substances 0.000 description 1
- 238000004663 powder metallurgy Methods 0.000 description 1
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 1
- 238000003786 synthesis reaction Methods 0.000 description 1
- 229910006281 γ-TiAl Inorganic materials 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
- B22F9/02—Making metallic powder or suspensions thereof using physical processes
- B22F9/14—Making metallic powder or suspensions thereof using physical processes using electric discharge
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B82—NANOTECHNOLOGY
- B82Y—SPECIFIC USES OR APPLICATIONS OF NANOSTRUCTURES; MEASUREMENT OR ANALYSIS OF NANOSTRUCTURES; MANUFACTURE OR TREATMENT OF NANOSTRUCTURES
- B82Y30/00—Nanotechnology for materials or surface science, e.g. nanocomposites
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
- C22C—ALLOYS
- C22C1/00—Making non-ferrous alloys
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Nanotechnology (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Metallurgy (AREA)
- Composite Materials (AREA)
- Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Powder Metallurgy (AREA)
- Manufacture Of Metal Powder And Suspensions Thereof (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к порошковой металлургии, а именно к получению порошковых смесей бинарных сплавов, в частности, для получения порошковых смесей микро- и наночастиц бинарных сплавов Ti-Al, Ni-Al, Fe-Al для аддитивных технологий синтеза деталей сложных систем.The invention relates to powder metallurgy, in particular to the production of powder mixtures of binary alloys, in particular, to obtain powder mixtures of micro- and nanoparticles of binary alloys Ti-Al, Ni-Al, Fe-Al for additive technologies for the synthesis of parts of complex systems.
Известны устройство и способ для получения порошковых материалов на основе нано- и микрочастиц путем электрического взрыва проволоки из RU2675188, опубл. 2018 [1]. Группа изобретений относится к получению металлического порошка на основе нано- и микрочастиц. Способ включает электрический взрыв металлической проволоки в реакторе и сепарацию частиц по размерам. В реакторе обеспечивают принудительную циркуляцию газовой среды при скорости газового потока на входе в реактор в интервале от 1,5 м/с до 2,5 м/с. Электрический взрыв проволоки ведут при давлении газовой среды в реакторе от 1 до 3 атм и величине энергии, введенной в проволоку, в интервале от 0,6 до 0,9 энергии сублимации металла проволоки, а сепарацию полученных частиц порошка ведут с выделением мелкой фракции с размерами частиц менее 5 мкм. Обеспечивается эффективное разделение частиц в газовом потоке на две фракции.A known device and method for producing powder materials based on nano- and microparticles by electric explosion of wire from RU2675188, publ. 2018 [1]. The group of inventions relates to the production of a metal powder based on nano- and microparticles. The method includes an electric explosion of a metal wire in a reactor and separation of particles by size. In the reactor, forced circulation of the gas medium is ensured at a gas flow rate at the inlet of the reactor in the range from 1.5 m / s to 2.5 m / s. An electric explosion of the wire is carried out at a gas pressure in the reactor of 1 to 3 atm and an amount of energy introduced into the wire in the range of 0.6 to 0.9, the sublimation energy of the metal wire, and the separation of the obtained powder particles is carried out with the release of a fine fraction with dimensions particles less than 5 microns. Efficient separation of particles in the gas stream into two fractions is provided.
Недостатком данного способа получения смеси микро- и наночастиц является ограниченная номенклатура получаемых порошков по содержанию химических элементов. В данном способе используются одиночные проволоки сплавов, выпускаемые с тем или иным содержанием химических элементов, обеспечивающим заданные конструкционные или функциональные свойства сплава. Изменение исходного элементного состава проволок сплавов требует проведения трудоемких операций, основанных на покрытии поверхности проволоки слоем необходимого металла заданной толщины, что в ряде случаев не представляется возможным.The disadvantage of this method of obtaining a mixture of micro- and nanoparticles is the limited range of powders obtained by the content of chemical elements. In this method, single alloy wires are used, produced with one or another content of chemical elements, providing the specified structural or functional properties of the alloy. Changing the initial elemental composition of alloy wires requires laborious operations based on coating the surface of the wire with a layer of the required metal of a given thickness, which in some cases is not possible.
Известен способ получения металлических порошков из RU2075371, опубл. 1997 [2].A known method of producing metal powders from RU2075371, publ. 1997 [2].
Изобретение направлено на получение порошков сплавов и интерметаллических соединений в ультрадисперсном состоянии. Способ включает электрический взрыв заготовок из разнородных металлов, причем заготовки из разнородных металлов перед взрывом размещают коаксиально, а соотношение масс заготовок выбирают в соответствии со стехиометрическим составом получаемого порошка.The invention is directed to the production of powders of alloys and intermetallic compounds in an ultrafine state. The method includes an electric explosion of workpieces of dissimilar metals, and workpieces of dissimilar metals are placed coaxially before the explosion, and the mass ratio of the workpieces is selected in accordance with the stoichiometric composition of the obtained powder.
Недостатком данного способа является необходимость нанесения покрытия на поверхность проволоки, элементный состав которого обеспечивает получение необходимого химического соединения. Процесс нанесения покрытия усложняет технологию получения проволок с заданным содержанием химических элементов, а для некоторых пар металлов (несмешивающихся металлов) не может быть осуществим. The disadvantage of this method is the need for coating the surface of the wire, the elemental composition of which provides the necessary chemical compounds. The coating process complicates the technology for producing wires with a given content of chemical elements, and for some pairs of metals (immiscible metals) it cannot be feasible.
Известен способ получения высокодисперсных порошков неорганических веществ из RU2048277, опубл. 1995 [3].A known method of producing highly dispersed powders of inorganic substances from RU2048277, publ. 1995 [3].
Сущность изобретения: способ получения высокодисперсных порошков неорганических веществ заключается в том, что взрывают металлические заготовки диаметром 0,2-0,7 мм под воздействием импульса тока при плотности энергии, передаваемой на заготовку, равной от 0,9 энергии сублимации металла до энергии его ионизации, в течение не более 15 мкс в газовой среде под давлением 0,5 10 атм. В качестве металлической заготовки используют металлы и сплавы, имеющие отношение энергии ионизации к энергии сублимации, равное или более 0,9, и отношение удельных сопротивлений металла в жидком и твердом состоянии, равное или более 1. В качестве газовой среды используют газы, выбранные из группы газов.The inventive method for producing highly dispersed powders of inorganic substances is that they explode metal billets with a diameter of 0.2-0.7 mm under the influence of a current pulse at an energy density transmitted to the billet equal to 0.9 from the sublimation energy of the metal to its ionization energy , for no more than 15 μs in a gaseous medium under a pressure of 0.5 to 10 atm. As a metal billet, metals and alloys are used having a ratio of ionization energy to sublimation energy equal to or more than 0.9, and a ratio of specific resistances of the metal in a liquid and solid state equal to or more than 1. Gases selected from the group are used as a gaseous medium gases.
Недостатком данного способа изобретения является невозможность получения смесей микро- и наночастиц бинарных сплавов с заданным химическим составом. Для реализации способа используются одиночные металлические заготовки либо металлов, либо сплавов. The disadvantage of this method of the invention is the inability to obtain mixtures of micro- and nanoparticles of binary alloys with a given chemical composition. To implement the method, single metal billets of either metals or alloys are used.
Технической проблемой предлагаемого изобретения является разработка способа получения порошковой смеси микро- и наночастиц бинарных сплавов методом совместного электрического взрыва двух проволок разнородных металлов.The technical problem of the invention is the development of a method for producing a powder mixture of micro- and nanoparticles of binary alloys by the method of joint electric explosion of two wires of dissimilar metals.
Техническим результатом изобретения является получение порошковой смеси нано- и микрочастиц бинарных сплавов с размерами менее 10 мкм.The technical result of the invention is to obtain a powder mixture of nano- and microparticles of binary alloys with sizes less than 10 microns.
Указанный техническитй результат достигается тем, что способ получения порошковой смеси микро - и наночастиц бинарных сплавов, включает электрический взрыв металлических заготовок в газовой среде при давлении, при этом используют металлические заготовки разнородных металлов в виде двух скрученных проволок различных диаметров, при этом шаг скрутки проволок составляет 2-3 витка/оборота на сантиметр длины проволоки, регулируют дисперсный и фазовый состав смеси изменением диаметров проволок, причем к проволокам к моменту их взрыва вводят значения энергии Е/Ес, равной для каждой из проволок 0,35-2,45, где Е - энергия, вводимая в проволоку к моменту взрыва, Ес - энергия сублимации металла проволоки.The technical result indicated is achieved by the fact that the method for producing a powder mixture of micro- and nanoparticles of binary alloys involves the electric explosion of metal billets in a gaseous medium under pressure, using metal billets of dissimilar metals in the form of two twisted wires of different diameters, while the pitch of the wires is 2-3 turns / revolutions per centimeter of the length of the wire, the dispersed and phase composition of the mixture is controlled by changing the diameters of the wires, moreover, they are introduced to the wires at the time of their explosion values of energy E / Ec, equal for each of the wires 0.35-2.45, where E is the energy introduced into the wire at the time of the explosion, Ec is the sublimation energy of the metal of the wire.
При этом качестве заготовки разнородных металлов используют проволоки металлов, выбранные из ряда: алюминий, титан, никель и железо, предпочтительно, в сочетании Ti-Al, Ni-Al, Fe-Al, используют проволоки металлов диаметром 0,1-0,5 мм, предпочтительное соотношение диаметров, равно 0,52/0,48–0,58/0,42. At the same time, metal wires selected from the range of aluminum, titanium, nickel and iron are used as billets of dissimilar metals, preferably, in a combination of Ti-Al, Ni-Al, Fe-Al, metal wires with a diameter of 0.1-0.5 mm are used , the preferred ratio of diameters is 0.52 / 0.48-0.58 / 0.42.
Проводят электрический взрыв в устройстве с емкостью накопителя 2,0-3,5 мкФ, с зарядным напряжением 21-32, в газовой инертной среде, например, аргон, гелий, при давлении 1-5*105 Па, при этом проволоки разнородных металлов взрывают последовательно в различные моменты времени (несинхронный взрыв).An electric explosion is carried out in a device with a storage capacity of 2.0-3.5 μF, with a charging voltage of 21-32, in a gas inert medium, for example, argon, helium, at a pressure of 1-5 * 10 5 Pa, while wires of dissimilar metals explode sequentially at different points in time (non-synchronous explosion).
Временной интервал между последовательными электрическими взрывами проволок равен 0,2-5,0 мкс.The time interval between consecutive electric explosions of wires is 0.2-5.0 μs.
Сущность предлагаемого способа заключается в получении порошковой смеси микро -и наночастиц бинарных сплавов в результате совместного электрического взрыва двух проволок разнородных металлов в инертной среде при заданном давлении. Различие теплофизических свойств металлов и диаметров проволок приводит к тому, что в условиях нагрева импульсом тока, проволоки различных металлов могут взрываться последовательно в различные моменты времени (несинхронный взрыв). Временной интервал между последовательными электрическими взрывами проволок лежит в интервале от 0,2 до 5,0 микросекунд (мкс). В результате последовательного электрического взрыва двух проволок разнородных металлов формируется смесь микро - и наночастиц бинарных сплавов. The essence of the proposed method is to obtain a powder mixture of micro-and nanoparticles of binary alloys as a result of a joint electric explosion of two wires of dissimilar metals in an inert medium at a given pressure. The difference in the thermophysical properties of metals and the diameters of the wires leads to the fact that, under conditions of heating by a current pulse, wires of various metals can explode sequentially at different points in time (non-synchronous explosion). The time interval between consecutive electric explosions of wires lies in the range from 0.2 to 5.0 microseconds (μs). As a result of a successive electric explosion of two wires of dissimilar metals, a mixture of micro - and nanoparticles of binary alloys is formed.
Отличительными признаками предлагаемого способа являются:Distinctive features of the proposed method are:
- используются металлические заготовки разнородных металлов в виде двух скрученных проволок различных диаметров, при этом шаг скрутки проволок составляет 2-3 витка/оборота на сантиметр длины проволоки;- metal billets of dissimilar metals are used in the form of two twisted wires of various diameters, while the step of twisting the wires is 2-3 turns / revolution per centimeter of wire length;
- к проволокам к моменту их взрыва вводятся значения энергии Е/Ес, равной для каждой из проволок 0,35-2,45, где Е - энергия, вводимая в проволоку к моменту взрыва, Ес - энергия сублимации металла проволоки;- to the wires at the time of their explosion, energy values E / Ec are entered, equal to each wire 0.35-2.45, where E is the energy introduced into the wire at the time of the explosion, Ec is the sublimation energy of the metal of the wire;
- регулирование фазового состава смеси достигается изменением диаметров проволок и величины энергии, вводимой в проволоки, обеспечивающих необходимое содержание компонент и дисперсный состав в продуктах электрического взрыва проволок.- regulation of the phase composition of the mixture is achieved by changing the diameters of the wires and the amount of energy introduced into the wires, providing the necessary component content and dispersed composition in the products of electric explosion of wires.
Изобретение осуществляется следующим образом The invention is as follows
Для реализации предлагаемого способа получения смеси микро- и наночастиц используется устройство, с емкостью накопителя 2,0-3,5 мкФ, с зарядным напряжением 21-32 кВ.To implement the proposed method for producing a mixture of micro- and nanoparticles, a device is used with a storage capacity of 2.0-3.5 μF, with a charging voltage of 21-32 kV.
Предлагаемый способ получения смесей микро - и наночастиц бинарных сплавов основан на электрическом взрыве двух проволок разнородных металлов в инертной среде (например, аргон или гелий) при давлениях от 1-5*105 Па.The proposed method for producing mixtures of micro - and nanoparticles of binary alloys is based on the electric explosion of two wires of dissimilar metals in an inert medium (for example, argon or helium) at pressures of 1-5 * 10 5 Pa.
Для получения порошковых смесей микро- и наночастиц бинарных сплавов методом электрического взрыва двух проволок используются металлические заготовки разнородных металлов в виде двух скрученных проволок различных диаметров. Шаг скрутки проволок составляет 2-3 витка/оборота на сантиметр длины проволоки. Уменьшение числа витков на единицу длины проволоки не позволяет обеспечить необходимую прочность механического контакта поверхностей двух проволок. Увеличение числа витков на единицу длины проволоки приводит к отклонению от цилиндрической симметрии расширяющихся продуктов взрыва проволок, что препятствует эффективному перемешиванию продуктов взрыва и формированию микро- и наночастиц бинарных сплавов.To obtain powder mixtures of micro- and nanoparticles of binary alloys by the method of electric explosion of two wires, metal blanks of dissimilar metals are used in the form of two twisted wires of various diameters. The step of twisting the wires is 2-3 turns / revolution per centimeter of wire length. The decrease in the number of turns per unit length of wire does not allow to provide the necessary strength of the mechanical contact of the surfaces of two wires. An increase in the number of turns per unit length of the wire leads to a deviation from the cylindrical symmetry of the expanding products of the explosion of wires, which prevents the effective mixing of the products of the explosion and the formation of micro- and nanoparticles of binary alloys.
Диаметр проволок может изменяться в интервале от 0,1-0,5 мм. Изменение диаметров проволок позволяет регулировать дисперсный и фазовый состав микро - и наночастиц бинарных сплавов.The diameter of the wires can vary in the range from 0.1-0.5 mm. Changing the diameters of the wires allows you to adjust the dispersed and phase composition of micro - and nanoparticles of binary alloys.
Так, изменение диаметров проволок позволяет регулировать изменение содержания металлов в продуктах взрыва, а изменение содержания металлов в продуктах взрыва проволок позволяет получать бинарные сплавы с различным фазовым составом.So, changing the diameters of the wires allows you to adjust the change in the content of metals in the products of the explosion, and changing the content of metals in the products of the explosion of the wires allows you to get binary alloys with different phase composition.
С увеличением энергии E (величина которой также зависит от диаметра проволоки), вводимой в проволоки к моменту взрыва средний размер частиц (as), определяемый по данным удельной поверхности частиц, уменьшается. Наряду с уменьшением среднего размера частиц, уменьшается средний размер частиц микронной фракции.With increasing energy E (the value of which also depends on the diameter of the wire) introduced into the wire at the time of the explosion, the average particle size (a s ), determined from the specific surface area of the particles, decreases. Along with a decrease in the average particle size, the average particle size of the micron fraction decreases.
Изобретение иллюстрируется фигурами 1-5.The invention is illustrated by figures 1-5.
На фиг. 1 представлены характерные изображения микро- и наночастиц Ti-Al, а также их массовое распределение, полученных при разных значениях E/Eс. Из представленных данных следует, что с увеличением E/Eс массовая доля частиц микронной фракции снижается.In FIG. Figure 1 shows characteristic images of Ti-Al micro- and nanoparticles, as well as their mass distribution obtained at different E / E s . From the presented data it follows that with an increase in E / E s, the mass fraction of particles of the micron fraction decreases.
На фиг. 2 представлены данные рентгеноструктурного анализа микро- и наночастиц Ti-Al, полученных при различных значениях E/Eс. In FIG. 2 presents the data of x-ray diffraction analysis of micro- and Ti-Al nanoparticles obtained at various values of E / E s.
На фиг. 3 представлены характерные изображения микро- и наночастиц Ni-Al, а также массовое распределение частиц. In FIG. Figure 3 shows characteristic images of micro- and nanoparticles of Ni-Al, as well as the mass distribution of particles.
На фиг. 4 представлены данные рентгеноструктурного анализа микро- и наночастиц Ni-Al.In FIG. 4 presents the data of x-ray diffraction analysis of micro- and nanoparticles of Ni-Al.
На фиг. 5 представлены характерные изображения микро- и наночастиц Fe-Al, а также данные рентгеноструктурного анализа, полученных при различных соотношениях диаметров проволок с целью регулирования фазового состава. In FIG. Figure 5 shows typical images of Fe- Al micro- and nanoparticles, as well as X-ray diffraction data obtained at different ratios of wire diameters in order to control the phase composition.
Пример 1.Example 1
Используют бинарную заготовку из алюминиевой проволоки диаметром 0,35 мм длиной 100 мм и титановой проволоки диаметром 0,32 мм длиной 100 мм, с скрученные с шагом скрутки проволок 2-3 витка/оборота на сантиметр длины проволоки. Перед заполнением аргоном, устройство предварительно вакуумируется до остаточного давления 10-1 Па. После вакуумирования устройство заполняется аргоном до давления 3*105 Па. A binary blank of aluminum wire with a diameter of 0.35 mm and a length of 100 mm and titanium wire with a diameter of 0.32 mm and a length of 100 mm are used, twisted 2-3 turns / turn per centimeter of wire length with a twisted wire pitch. Before filling with argon, the device is pre-evacuated to a residual pressure of 10 -1 Pa. After evacuation, the device is filled with argon to a pressure of 3 * 10 5 Pa.
Емкость накопителя энергии 2,8 мкФ, зарядное напряжение 20 кВ. Энергия сублимации алюминиевой проволоки Ес (Аl)=312 Дж, энергия сублимации титановой проволоки Ес (Ti)=332 Дж. К моменту взрыва в алюминиевую проволоку вводится энергия (Е), равная 350 Дж, в титановую проволоку к моменту взрыва вводится энергия (Е), равная 110 Дж. Значения Е/Ес для алюминиевой и титановой проволок соответственно равны 1,12 и 0,33. Временной интервал между последовательными взрывами проволок алюминия и титана составляет 0,57 мкс.The capacity of the energy storage device is 2.8 μF, the charging voltage is 20 kV. The sublimation energy of the aluminum wire Ec (Al) = 312 J, the sublimation energy of the titanium wire Ec (Ti) = 332 J. By the time of the explosion, energy (E) equal to 350 J is introduced into the aluminum wire, and the energy (E) is introduced into the titanium wire by the moment of the explosion ), equal to 110 J. The values of E / Ec for aluminum and titanium wires are respectively 1.12 and 0.33. The time interval between successive explosions of aluminum and titanium wires is 0.57 μs.
Наработан порошок, представляющий собой порошковую смесь микро- и наночастиц бинарного сплава состава Ti-Al. Средний размер частиц, определенный по данным удельной поверхности составил 290 нм Характерные изображения микро- и наночастиц Ti-Al, а также массовое распределение частиц приведены на рисунках 1а и 1б соответственно.A powder has been accumulated, which is a powder mixture of micro- and nanoparticles of a binary alloy of the composition Ti-Al. The average particle size determined from the specific surface data was 290 nm. Typical images of Ti-Al micro- and nanoparticles, as well as the mass distribution of particles are shown in Figures 1a and 1b, respectively.
Пример 2. Example 2
Используют бинарную заготовку из алюминиевой проволоки диаметром 0,35 мм длиной 100 мм и титановой проволоки диаметром 0,32 мм длиной 100 мм, с скрученные с шагом скрутки проволок 2-3 витка/оборота на сантиметр длины проволоки. Перед заполнением аргоном, устройство предварительно вакуумируется до остаточного давления 10-1 Па. После вакуумирования устройство заполняется аргоном до давления 3*105 Па. A binary blank of aluminum wire with a diameter of 0.35 mm and a length of 100 mm and titanium wire with a diameter of 0.32 mm and a length of 100 mm are used, twisted 2-3 turns / turn per centimeter of wire length with a twisted wire pitch. Before filling with argon, the device is pre-evacuated to a residual pressure of 10 -1 Pa. After evacuation, the device is filled with argon to a pressure of 3 * 10 5 Pa.
Емкость накопителя энергии 2,8 мкФ, зарядное напряжение 24 кВ. Энергия сублимации алюминиевой проволоки Ес (Аl)=312 Дж, энергия сублимации титановой проволоки Ес (Ti)=332 Дж. К моменту взрыва в алюминиевую проволоку вводится энергия (Е), равная 467 Дж, в титановую проволоку к моменту взрыва вводится энергия (Е), равная 287 Дж. Значения Е/Ес для алюминиевой и титановой проволок соответственно равны 1,50 и 0,86. Временной интервал между последовательными взрывами проволок алюминия и титана составляет 0,41 мкс. The capacity of the energy storage device is 2.8 μF, the charging voltage is 24 kV. The sublimation energy of the aluminum wire Ec (Al) = 312 J, the sublimation energy of the titanium wire Ec (Ti) = 332 J. By the time of the explosion, energy (E) equal to 467 J is introduced into the aluminum wire, the energy (E) is introduced into the titanium wire by the moment of the explosion ), equal to 287 J. The values of E / Ec for aluminum and titanium wires are respectively 1.50 and 0.86. The time interval between successive explosions of aluminum and titanium wires is 0.41 μs.
Наработан порошок, представляющий собой порошковую смесь микро- и наночастиц бинарного сплава состава Ti-Al. Средний размер частиц, определенный по данным удельной поверхности составил 182 нм. Характерные изображения микро- и наночастиц Ti-Al, а также массовое распределение частиц приведены на рисунках 1в и 1г соответственно.A powder has been accumulated, which is a powder mixture of micro- and nanoparticles of a binary alloy of the composition Ti-Al. The average particle size determined from the specific surface area was 182 nm. Typical images of Ti-Al micro- and nanoparticles, as well as the mass distribution of particles are shown in Figures 1c and 1d, respectively.
Пример 3.Example 3
Используют бинарную заготовку из алюминиевой проволоки диаметром 0,35 мм длиной 100 мм и титановой проволоки диаметром 0,32 мм длиной 100 мм, с скрученные с шагом скрутки проволок 2-3 витка/оборота на сантиметр длины проволоки. Перед заполнением аргоном, устройство предварительно вакуумируется до остаточного давления 10-1 Па. После вакуумирования устройство заполняется аргоном до давления 3*105 Па. A binary blank of aluminum wire with a diameter of 0.35 mm and a length of 100 mm and titanium wire with a diameter of 0.32 mm and a length of 100 mm are used, twisted 2-3 turns / turn per centimeter of wire length with a twisted wire pitch. Before filling with argon, the device is pre-evacuated to a residual pressure of 10 -1 Pa. After evacuation, the device is filled with argon to a pressure of 3 * 10 5 Pa.
Емкость накопителя энергии 2,8 мкФ, зарядное напряжение 27 кВ. Энергия сублимации алюминиевой проволоки Ес (Аl)=312 Дж, энергия сублимации титановой проволоки Ес (Ti)=332 Дж. К моменту взрыва в алюминиевую проволоку вводится энергия (Е), равная 577 Дж, в титановую проволоку к моменту взрыва вводится энергия (Е), равная 363 Дж. Значения Е/Ес для алюминиевой и титановой проволок соответственно равны 1,85 и 1,1. Временной интервал между последовательными взрывами проволок алюминия и титана составляет 0,30 мкс. The capacity of the energy storage device is 2.8 μF, the charging voltage is 27 kV. The sublimation energy of the aluminum wire Ec (Al) = 312 J, the sublimation energy of the titanium wire Ec (Ti) = 332 J. By the time of the explosion, energy (E) equal to 577 J is introduced into the aluminum wire, and the energy (E) is introduced into the titanium wire at the time of the explosion ), equal to 363 J. The values of E / Ec for aluminum and titanium wires are respectively 1.85 and 1.1. The time interval between successive explosions of aluminum and titanium wires is 0.30 μs.
Наработан порошок, представляющий собой порошковую смесь микро- и наночастиц бинарного сплава состава Ti-Al. Средний размер частиц, определенный по данным удельной поверхности составил 121 нм. Характерные изображения микро- и наночастиц Ti-Al, а также массовое распределение частиц приведены на рисунках 1д и 1е соответственно.A powder has been accumulated, which is a powder mixture of micro- and nanoparticles of a binary alloy of the composition Ti-Al. The average particle size determined from the specific surface area was 121 nm. Typical images of Ti-Al micro- and nanoparticles, as well as the mass distribution of particles are shown in Figures 1e and 1e, respectively.
Фазовый состав образцов, полученных в примерах 1-3 при, приведен на Фиг.2. Фазовый состав всех образцов представлен фазами: αTi, α2-Ti3Al, и γ-TiAl.The phase composition of the samples obtained in examples 1-3 when shown in figure 2. The phase composition of all samples is represented by the phases: αTi, α2-Ti3Al, and γ-TiAl.
Пример 4.Example 4
Используют бинарную заготовку из алюминиевой проволоки диаметром 0,25 мм длиной 90 мм и никелевой проволоки диаметром 0,35 мм длиной 90 мм, с скрученные с шагом скрутки проволок 2-3 витка/оборота на 1 сантиметр длины проволоки. Перед заполнением аргоном устройство предварительно вакуумируется до остаточного давления 10-1 Па. После вакуумирования устройство заполняется аргоном до давления 3*105 Па.A binary workpiece is used from aluminum wire with a diameter of 0.25 mm and a length of 90 mm and nickel wire with a diameter of 0.35 mm and a length of 90 mm, twisted with a twisting pitch of 2-3 wires / turn per 1 centimeter of wire length. Before filling with argon, the device is pre-evacuated to a residual pressure of 10 -1 Pa. After evacuation, the device is filled with argon to a pressure of 3 * 10 5 Pa.
Емкость накопителя энергии 2,8 мкФ, зарядное напряжение 25 кВ. Энергия сублимации алюминиевой проволоки Ес=145 Дж, энергия сублимации никелевой проволоки Ес=600 Дж. К моменту взрыва в алюминиевую проволоку вводится, равная энергия (E), 250 Дж, в никелевую проволоку к моменту взрыва вводится энергия (E), равная 570 Дж. Значения Е/Ес для алюминиевой и никелевой проволок соответственно равны 1,72 и 0,95. Временной интервал между последовательными электрическими взрывами проволок равен составляет 0,3 мкс.The capacity of the energy storage device is 2.8 μF, the charging voltage is 25 kV. The sublimation energy of the aluminum wire is Es = 145 J, the sublimation energy of the nickel wire is Es = 600 J. By the time of the explosion, equal energy (E), 250 J is introduced into the aluminum wire, the energy (E) of 570 J is introduced into the nickel wire by the moment of the explosion The E / Ec values for aluminum and nickel wires are 1.72 and 0.95, respectively. The time interval between consecutive electric explosions of wires is equal to 0.3 μs.
Наработан порошок, представляющий собой порошковую смесь микро- и наночастиц бинарного сплава состава Ni-Al. Характерные изображения частиц, а также массовое распределение частиц приведены на фиг. 3а, 3б.A powder has been accumulated, which is a powder mixture of micro- and nanoparticles of a binary alloy of the composition Ni-Al. Representative particle images as well as mass distribution of particles are shown in FIG. 3a, 3b.
Фазовый состав полученного образца смеси микро- и наночастиц бинарного сплава состава Ni-Al, приведен на Фиг.4. Фазовый состав представлен фазами: Ni и Ni3Al.The phase composition of the obtained sample of a mixture of micro- and nanoparticles of a binary alloy of the composition Ni-Al is shown in FIG. 4. The phase composition is represented by the phases: Ni and Ni 3 Al.
Пример 5.Example 5
Используют бинарную заготовку из алюминиевой проволоки диаметром 0,25 мм длиной 80 мм и никелевой проволоки диаметром 0,30 мм длиной 80 мм, с скрученной с шагом скрутки проволок 2-3 витка/оборота на сантиметр длины проволоки. Перед заполнением аргоном устройство предварительно вакуумируется до остаточного давления 10-1 Па. A binary blank of aluminum wire with a diameter of 0.25 mm and a length of 80 mm and nickel wire with a diameter of 0.30 mm and a length of 80 mm is used, twisted with a twisting step of 2-3 wires / turn per centimeter of wire length. Before filling with argon, the device is pre-evacuated to a residual pressure of 10 -1 Pa.
Емкость накопителя энергии 2,0 мкФ, зарядное напряжение 24 кВ. Энергия сублимации алюминиевой проволоки Ес=130 Дж, энергия сублимации железной проволоки Ес=350 Дж. К моменту взрыва в алюминиевую проволоку вводится, равная энергия (E), 220 Дж, в железную проволоку к моменту взрыва вводится энергия (E), равная 307 Дж. Значения Е/Ес для алюминиевой и железной проволок соответственно равны 1,69 и 0,88. Временной интервал между последовательными электрическими взрывами проволок равен составляет 0,37 мкс.The capacity of the energy storage device is 2.0 μF, the charging voltage is 24 kV. The sublimation energy of aluminum wire is Es = 130 J, the sublimation energy of iron wire is Es = 350 J. By the time of the explosion, equal energy (E), 220 J, is introduced into the aluminum wire, energy (E) equal to 307 J is introduced into the iron wire by the time of the explosion The E / Ec values for aluminum and iron wires are 1.69 and 0.88, respectively. The time interval between consecutive electric explosions of wires is equal to 0.37 μs.
Наработан порошок, представляющий собой порошковую смесь микро- и наночастиц бинарного сплава состава Fe-Al. Характерные изображения частиц, а также массовое распределение частиц приведены на микрофотографии смеси микро- и наночастиц Fe-Al на фиг. 5а, 5в .A powder has been accumulated, which is a powder mixture of micro- and nanoparticles of a binary alloy of the composition Fe-Al. Representative images of the particles, as well as the mass distribution of the particles are shown in microphotographs of the mixture of micro- and Fe-Al nanoparticles in FIG. 5a, 5c.
Фазовый состав полученного образца смеси микро- и наночастиц бинарного сплава состава Fe-Al, представлен фазами: Fe3Al и твердым раствором на основе железа (Fe100-xAlx).The phase composition of the obtained sample of a mixture of micro- and nanoparticles of a binary alloy of Fe-Al composition is represented by the phases: Fe 3 Al and solid solution based on iron (Fe 100-x Al x ).
Пример 6. Example 6
Используют бинарную заготовку из алюминиевой проволоки диаметром 0,5 мм длиной 80 мм и железной проволоки диаметром 0,10 мм длиной 80 мм, с скрученной с шагом скрутки проволок 2-3 витка/оборота на сантиметр длины проволоки. Перед заполнением аргоном устройство предварительно вакуумируется до остаточного давления 10-1 Па.A binary blank of aluminum wire with a diameter of 0.5 mm and a length of 80 mm and an iron wire with a diameter of 0.10 mm and a length of 80 mm are used, twisted with a wire pitch of 2-3 turns / revolution per centimeter of wire length. Before filling with argon, the device is pre-evacuated to a residual pressure of 10 -1 Pa.
Емкость накопителя энергии 3,2 мкФ, зарядное напряжение 32 кВ. Энергия сублимации алюминиевой проволоки Ес=500 Дж, энергия сублимации железной проволоки Ес=60 Дж. К моменту взрыва в алюминиевую проволоку вводится, равная энергия (E) 1217 Дж, в железную проволоку к моменту взрыва вводится энергия (E), равная 101 Дж. Значения Е/Ес для алюминиевой и железной проволок соответственно равны 2,43 и 1,68. Временной интервал между последовательными электрическими взрывами проволок равен составляет 1,7 мкс.The energy storage capacity is 3.2 μF, the charging voltage is 32 kV. The sublimation energy of the aluminum wire is Es = 500 J, the sublimation energy of the iron wire is Es = 60 J. By the time of the explosion, equal energy (E) 1217 J is introduced into the aluminum wire, and the energy (E) equal to 101 J is introduced into the iron wire by the time of the explosion. The values of E / Ec for aluminum and iron wires are respectively 2.43 and 1.68. The time interval between consecutive electric explosions of wires is equal to 1.7 μs.
Наработан порошок, представляющий собой порошковую смесь микро- и наночастиц бинарного сплава состава Fe-Al. Характерные изображения частиц, а также массовое распределение частиц приведены на микрофотографии смеси микро- и наночастиц Fe-Al на фиг. 5б, 5г.A powder has been accumulated, which is a powder mixture of micro- and nanoparticles of a binary alloy of the composition Fe-Al. Representative images of the particles, as well as the mass distribution of the particles are shown in microphotographs of the mixture of micro- and Fe-Al nanoparticles in FIG. 5b, 5g.
Фазовый состав полученного образца смеси микро- и наночастиц бинарного сплава состава Fe-Al, представлен фазами: FeAl2 и твердым раствором на основе Al.The phase composition of the obtained sample of a mixture of micro- and nanoparticles of a binary alloy of Fe-Al composition is represented by the phases: FeAl 2 and an Al-based solid solution.
Claims (8)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2019118604A RU2709304C1 (en) | 2019-06-15 | 2019-06-15 | Method of producing mixture of micro- and nanoparticles of binary alloys |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2019118604A RU2709304C1 (en) | 2019-06-15 | 2019-06-15 | Method of producing mixture of micro- and nanoparticles of binary alloys |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2709304C1 true RU2709304C1 (en) | 2019-12-17 |
Family
ID=69006950
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2019118604A RU2709304C1 (en) | 2019-06-15 | 2019-06-15 | Method of producing mixture of micro- and nanoparticles of binary alloys |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2709304C1 (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN116213741A (en) * | 2023-02-21 | 2023-06-06 | 西安交通大学 | A device and method for preparing high-entropy alloy nanoparticles using electric explosion method |
Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2048277C1 (en) * | 1991-04-04 | 1995-11-20 | Акционерное общество "Сервер" | Method for obtaining fine powders of inorganic substances |
| RU2115515C1 (en) * | 1997-06-16 | 1998-07-20 | Институт сильноточной электроники СО РАН | Method for production of ultrafine powders of inorganic substances |
| RU2120353C1 (en) * | 1997-09-17 | 1998-10-20 | Институт сильноточной электроники СО РАН | Method for production of metal powders |
| RU2489232C1 (en) * | 2011-12-22 | 2013-08-10 | Общество с ограниченной ответственностью "НОРМИН" | Method of producing metal nano-sized powders |
| EP2875882A1 (en) * | 2013-11-21 | 2015-05-27 | Dr Axion Co., Ltd. | Method for producing nanopowders using electrical wire explosion |
| RU2675188C1 (en) * | 2017-12-27 | 2018-12-17 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт физики прочности и материаловедения Сибирского отделения Российской академии наук (ИФПМ СО РАН) | Device and method for obtaining powder materials based on nano and microparticles through electric explosion of wires |
-
2019
- 2019-06-15 RU RU2019118604A patent/RU2709304C1/en active
Patent Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2048277C1 (en) * | 1991-04-04 | 1995-11-20 | Акционерное общество "Сервер" | Method for obtaining fine powders of inorganic substances |
| RU2115515C1 (en) * | 1997-06-16 | 1998-07-20 | Институт сильноточной электроники СО РАН | Method for production of ultrafine powders of inorganic substances |
| RU2120353C1 (en) * | 1997-09-17 | 1998-10-20 | Институт сильноточной электроники СО РАН | Method for production of metal powders |
| RU2489232C1 (en) * | 2011-12-22 | 2013-08-10 | Общество с ограниченной ответственностью "НОРМИН" | Method of producing metal nano-sized powders |
| EP2875882A1 (en) * | 2013-11-21 | 2015-05-27 | Dr Axion Co., Ltd. | Method for producing nanopowders using electrical wire explosion |
| RU2675188C1 (en) * | 2017-12-27 | 2018-12-17 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт физики прочности и материаловедения Сибирского отделения Российской академии наук (ИФПМ СО РАН) | Device and method for obtaining powder materials based on nano and microparticles through electric explosion of wires |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN116213741A (en) * | 2023-02-21 | 2023-06-06 | 西安交通大学 | A device and method for preparing high-entropy alloy nanoparticles using electric explosion method |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Soni | Mechanical alloying: fundamentals and applications | |
| Marchi et al. | Numerical analysis of the deformation and solidification of a single droplet impinging onto a flat substrate | |
| Grant | Rapid solidification of metallic particulates | |
| US10596628B2 (en) | Systems and methods for creating nanocrystalline alloy articles using additive manufacturing | |
| KR20140125435A (en) | Method of making a metallic powder and powder compact and powder and powder compact made thereby | |
| EP0746436A1 (en) | Sputtering target with ultra-fine, oriented grains and method of making same | |
| Pervikov et al. | Bimetallic AlAg, AlCu and AlZn nanoparticles with controllable phase compositions prepared by the electrical explosion of two wires | |
| Kwon et al. | Properties of powders produced by electrical explosions of copper–nickel alloy wires | |
| RU2709304C1 (en) | Method of producing mixture of micro- and nanoparticles of binary alloys | |
| Rossi | Al-based energetic nano materials: design, manufacturing, properties and applications | |
| US4818567A (en) | Coated metallic particles and process for producing same | |
| Kim et al. | Coarsening behaviour of Mo grains dispersed in liquid matrix | |
| Tepper | Nanosize powders produced by electro-explosion of wire and their potential applications | |
| US3559271A (en) | Hydrostatic extrusion of powder | |
| Cho et al. | Effect of entrapped inert gas on pore filling during liquid phase sintering | |
| US4873148A (en) | Coated metallic particles and process for producing same | |
| Karimbeigi et al. | Effect of composition and milling time on the synthesis of nanostructured Ni-Cu alloys by mechanical alloying method | |
| Lee et al. | Self-consolidation mechanism of porous Ti-6Al-4V implant prototypes produced by electro-discharge-sintering of spherical Ti-6Al-4V powders | |
| Yukhvid et al. | The influence of high artificial gravity on SHS processes | |
| RU2120353C1 (en) | Method for production of metal powders | |
| DE10301175B4 (en) | Process for the powder metallurgical production of components | |
| Liu | Densification and metallurgical bonding in copper powder compact during ultrasonic powder consolidation | |
| US20240051020A1 (en) | A method for producing a metal powder, comprising an electric explosion of a piece of a steel wire | |
| DE19943409A1 (en) | Composite of a composite membrane | |
| Enayati | Formation of nanoscale layered structures and subsequent transformations during mechanical alloying of Ni60Nb40 powder mixture in a low energy ball mill |