Способ получения металлического фидстока
Владельцы патента RU 2630142:
федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский Томский политехнический университет" (НИ ТПУ) (RU)
Изобретение относится к PIM технологиям, а именно к способам получения металлических фидстоков. Способ включает механическое смешивание металлического порошка и связующего. При этом в качестве металлического порошка используют порошки на основе металла, выбранного из Fe, Ti, Аl, в количестве 95-97 мас.%, а в качестве связующего используют парафин и воск в количестве 3-5 мас.%, при этом парафин и воск берут в соотношении от 95:5 до 90:10. Технический результат заключается в получении металлического фидстока, изделия из которого обладают высокой однородностью по плотности, твердостью и прочностью. 2 з.п. ф-лы, 5 пр.
Изобретение относится к PIM технологиям, а именно к способам получения металлических фидстоков.
Известен способ получения суспензии металлических порошков для изготовления заготовок из порошковых поликомпонентных материалов (Ru 2442675, B22F 9/04, опубл. 20.02.2012), включающих подготовку смеси металлических порошков, смешивание смеси металлических порошков и водного раствора поливинилового спирта, при этом в качестве исходного порошка используют порошок многокомпонентного высоколегированного сплава 60Х20Ю, который предварительно измельчают в присутствии 96%-го раствора этилового спирта в высокоэнергетической мельнице до размера частиц 0,6-1,4 мкм, полученный порошок смешивают с порошком железа с размером частиц 3,5 мкм в смесители в течение 24-32 часов до получения смеси металлических порошков с относительной плотностью укладки частиц 0,5-0,6. Технический результат - получение седиментационно устойчивой суспензии металлических порошков для изготовления порошковых поликомпонентных материалов.
Недостатком известного изобретения является низкая степень укладки частиц - не более 60%. Это не позволяет получать плотные беспористые изделия после спекания вследствие большого количества вводимого пластификатора.
Наибольшее распространение для PIM-технологии получили исходные материалы под торговой маркой Catamold компании BASF (Германия) (US 6228508, B22F 3/22, B22F 7/06, В23К 20/10, опубл. 8.05.2001). Диапазон продуктов Catamold охватывает от сплавов из чистого железа и низколегированных сталей до высоколегированных, нержавеющих сталей и оксидной керамики. В качестве исходного сырья (гранулят или фидсток) используют гомогенизированные смеси тонких металлических порошков и полимерного термопластичного связывающего вещества (связующего). В материалах Catamold в качестве связующего используют полиацеталь-термопластичный полимер, который удаляется путем термодеструкции при температуре около 110°С в присутствии катализатора - паров азотной кислоты.
Однако эти материалы требуют длительного цикла удаления связующего в связи с необходимостью поддерживать низкую скорость деструкции полиацеталя во избежание разрушения прессовки газами, выделяющимися при разложении связующего.
Технической проблемой предлагаемого изобретения является разработка способа получения металлического фидстока. Изделия, полученные из фидстока по предлагаемому способу обладают высокой однородностью по плотности, твердости и прочности.
Указанный технический результат достигается тем, что способ получения металлического фидстока включает механическое смешивание металлического порошка и связующего, при этом в качестве порошка используют порошки на основе металла, выбранного из группы: Fe, Ti, Аl, а в качестве связующего используют парафин и воск, при следующем соотношении компонентов, масс. %:
| порошок на основе металла, | |
| выбранного из группы: Fe, Ti, Al | 95-97 |
| связующее | 3-5, |
при этом парафин и воск берут в соотношении от 95:5 до 90:10.
В предлагаемом способе порошки металлов предварительно подвергают механический активации в течение 24 часов с добавлением стеариновой кислоты в количестве 5% от связующего. Смешивание исходных компонентов проводят при температуре кипения воды на паровой бане.
Раскрытие сущности изобретения
Предлагаемый способ получения металлического фидстока включает механическое смешивание порошка на основе металла, выбранного из группы: Fe, Ti, Al, а в качестве связующего используют парафин и воск, взятые соответственно: порошок 95-97 масс. % и связующее 3-5 масс. %, при этом парафин и воск берут в соотношении от 95:5 до 90:10.
В предлагаемом способе выбранные порошки металлов предварительно подвергают механический активации в течение 24 часов с добавлением стеариновой кислоты в количестве 5 масс. % от связующего.
Предварительную активацию металлического порошка производят для последующего улучшения компактирования частиц, а также для достижения степени однородности частиц по размеру. Стеариновая кислота добавляется для поверхностной активации металлического порошка.
При этом парафин и пчелиный воск берут в соотношении от 95:5 до 90:10 для текучести фидстока.
Эти оптимальные качественные и количественные соотношения металлических порошков и связующего (парафин и воск) в заявленных пределах в предлагаемом металлическом фидстоке достигнуты в результате проведенных экспериментальных исследований авторов.
Осуществление изобретения
Для осуществления предлагаемого изобретения авторы использовали порошок на основе металла, выбранного из группы: Fe, Ti, Аl, парафин нефтяной твердый (П-2) и пчелиный воск.
Порошок, сходный по составу с металлическим порошком марки 20X13, получают из:
- смеси порошков 30X13 (73,7%), FeC (22,25%), Сr(4,05%) или
- смеси порошков FeC (85,67%), Cr(13,00%), Mn(0.60%), Ni(0,60%), С(0,13%).
Выбранный металлический порошок механически активируют в барабанной мельнице с добавлением стеариновой кислоты. Механическая обработка обеспечивает уменьшение частиц металлического порошка и увеличивает его поверхностную активность, что улучшает текучесть фидстока, соответственно приводит к более эффективному заполнению литьевой формы (компактированию).
Далее активированный металлический порошок смешивают с разогретым связующим компонентом.
Для этого разогревают паровую баню до температуры кипения воды, в керамический тигель помещают парафин и пчелиный воск, взятые в заявленных количественных пропорциях.
Компоненты связующего растапливают и перемешивают до однородной консистенции. После чего в тигель со связкой добавляют полученный ранее активированный металлический порошок. Металлический порошок перемешивают со связкой керамической лопаткой при температуре кипения воды в условиях паровой бани до однородной консистенции. После приобретения однородности полученный фидсток остужают на воздухе.
Пример 1.
Используют металлический порошок, сходный по составу с порошком марки 20X13, полученный из смеси порошков 30X13 (73,7%), FeC (22,25%), Сr(4,05%).
На 100 г готового фидстока берут 95 г металлического порошка, добавляют стеариновую кислоту в количестве 0,25 г. Металлический порошок активируют в барабанной мельнице в течение 24 часов. Далее разогревают паровую баню до температуры кипения воды, в керамический тигель помещают парафин 4,5 г и воск 0,5 г. Компоненты связующего растапливают и перемешивают до однородной консистенции. После чего в тигель со связкой добавляют полученный ранее активированный металлический порошок. Металлический порошок в количестве 95 г перемешивают со связкой при температуре кипения воды (100°С) в условиях паровой бани до однородной консистенции. После приобретения однородности полученный фидсток остужают на воздухе.
Пример 2.
Используют металлический порошок, сходный по составу с порошком марки 20X13, полученный из смеси порошков:
FeC (85,67%), Cr(13,00%), Mn(0,60%), Ni(0,60%), С(0,13%).
На 100 г готового фидстока берут 97 г металлического порошка, добавляют стеариновую кислоту в количестве 0,15 г. Металлический порошок активируют в барабанной мельнице в течение 24 часов. Далее разогревают паровую баню до температуры кипения воды, в керамический тигель помещают парафин 2,75 г и воск 0,25 г. Компоненты связующего растапливают и перемешивают до однородной консистенции. После чего в тигель со связкой добавляют полученный ранее активированный металлический порошок. Металлический порошок в количестве 97 г перемешивают со связкой при температуре кипения воды (100°С) в условиях паровой бани до однородной консистенции. После приобретения однородности полученный фидсток остужают на воздухе.
Пример 3.
Используют металлический порошок, сходный по составу с порошком марки 20X13, полученный из смеси порошков FeC (85,67%), Сr(13,00%), Мn(0,60%), Ni(0,60%), С(0,13%).
На 100 г готового фидстока берут 96 г металлического порошка, добавляют стеариновую кислоту в количестве 0,20 г. Металлический порошок активируют в барабанной мельнице в течение 24 часов. Далее разогревают паровую баню до температуры кипения воды, в керамический тигель помещают парафин 3,8 г и воск 0,2 г. Компоненты связующего растапливают и перемешивают до однородной консистенции. После чего в тигель со связкой добавляют полученный ранее активированный металлический порошок. Металлический порошок в количестве 96 г перемешивают со связкой при температуре кипения воды (100°С) в условиях паровой бани до однородной консистенции. После приобретения однородности полученный фидсток остужают на воздухе.
Пример 4.
Используют металлический порошок, полученный из смеси порошков Ti (94%), V (6%).
На 100 г готового фидстока, берут 95 г металлического порошка добавляют стеариновую кислоту в количестве 0,25 г. Металлический порошок активируют в барабанной мельнице в течение 24 часов. Далее разогревают паровую баню до температуры кипения воды, в керамический тигель помещают парафин 4,75 г и воск 0,25 г. Компоненты связующего растапливают и перемешивают до однородной консистенции. После чего в тигель со связкой добавляют полученный ранее активированный металлический порошок. Металлический порошок в количестве 96 г перемешивают со связкой при температуре кипения воды (100°С) в условиях паровой бани до однородной консистенции. После приобретения однородности, полученный фидсток остужают на воздухе.
Пример 5.
Используют порошок Аl (100%).
На 100 г готового фидстока берут 95,5 г металлического порошка, добавляют стеариновую кислоту в количестве 0,225 г. Металлический порошок активируют в барабанной мельнице в течение 24 часов. Далее разогревают паровую баню до температуры кипения воды, в керамический тигель помещают парафин 4,15 г и воск 0,35 г. Компоненты связующего растапливают и перемешивают до однородной консистенции. После чего в тигель со связкой добавляют полученный ранее активированный металлический порошок. Металлический порошок в количестве 95,5 г перемешивают со связкой при температуре кипения воды (100°С) в условиях паровой бани до однородной консистенции. После приобретения однородности полученный фидсток остужают на воздухе.
Изделия, полученные из предлагаемого металлического фидстока, обладают следующими характеристиками: твердость 270±10 МПа, предел текучести 250±10 МПа, пористость 6±1%, предел прочности на растяжение 600-700 МПа.
1. Способ получения металлического фидстока, включающий механическое смешивание металлического порошка и связующего, отличающийся тем, что в качестве порошка используют порошки на основе металла, выбранного из группы: Fe, Ti, Al, а в качестве связующего используют парафин и воск при следующем соотношении компонентов, мас.%:
| порошок на основе металла, | |
| выбранного из группы: Fe, Ti, Al | 95-97 |
| связующее | 3-5, |
при этом парафин и воск берут в соотношении от 95:5 до 90:10.
2. Способ по п.1, отличающийся тем, что металлический порошок предварительно подвергают механической активации в течение 24 ч с добавлением стеариновой кислоты в количестве 5 мас.% от связующего.
3. Способ по п.1, отличающийся тем, что смешивание исходных компонентов проводят при температуре кипения воды в условиях паровой бани.
