Способ получения титановых микросфер узкого гранулометрического состава с содержанием карбида титана



B22F2301/205 - Порошковая металлургия; производство изделий из металлических порошков; изготовление металлических порошков (способы или устройства для гранулирования материалов вообще B01J 2/00; производство керамических масс уплотнением или спеканием C04B, например C04B 35/64; получение металлов C22; восстановление или разложение металлических составов вообще C22B; получение сплавов порошковой металлургией C22C; электролитическое получение металлических порошков C25C 5/00)

Владельцы патента RU 2688001:

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Владимирский государственный университет имени Александра Григорьевича и Николая Григорьевича Столетовых" (ВлГУ) (RU)

Изобретение относится к получению содержащих карбид титана титановых микросфер. Проводят обработку поверхности титановой заготовки лазерным излучением. В качестве титановой заготовки используют титановую пластину. Обработку поверхности ведут под слоем жидкого углеводорода в изолированном от атмосферного воздуха объеме фемтосекундным сканирующим лазерным излучением ближнего инфракрасного диапазона с плотностью мощности порядка 1016-1017 Вт/м2 с обеспечением коагуляции продуктов абляции в микросферы. Полученные микросферы имеют сферическую форму, гладкую поверхность и содержат наноразмерные кристаллиты карбида титана. 3 ил.

 

Изобретение относится к области порошковой металлургии, в частности для получения высокодисперсных композиционных порошковых гранул на основе титана, которые могут быть использованы в технологиях аддитивного машиностроения. Способ может быть применен в качестве материала основы, либо легирующей добавки порошковых композиций при изготовлении высокоточных деталей методами порошковой металлургии, например, деталей и узлов газотурбинных двигателей сложной конфигурации с повышенными требованиями к однородности и гранулометрическому составу материала; в технологиях, связанных с прессованием порошковых материалов; различных направлениях нанесения порошковых металлических, композиционных материалов на поверхность изделий различными методами.

Известен способ получения металлических порошков. Способ заключается в нагреве металлического материала до температуры его плавления лазерным излучением, формировании из расплава капель, их охлаждении в свободном полете в среде нейтрального газа до температуры ниже температуры плавления металлического материала и сборе частиц порошка, (см. патент РФ №2604743, МПК B23K 26/00, B22F 9/06, опубл.: 10.05.2017).

Нагрев металлического материала до температуры его плавления лазерным излучением путем прорезывания образца металлического материала с перемещением в сторону нетронутого массива материала со скоростью, обеспечивающей образование в месте контакта с ним зоны расплава. Формирование из расплава капель осуществляют в направлении движения струи плазмы посредством ее напора и/или струи сжатого нейтрального газа. Сбор частиц порошка осуществляют в объеме уловителя порошка, расположенного со стороны образца металлического материала, противоположной размещению лазерной головки.

Недостатком данного метода является неоднородность гранулометрического состава получаемого порошка. Ввиду особенностей метода обработки велика вероятность образования оксидной примеси в результате сложных газодинамических процессов в области обработки. При синтезе порошкового материала данным способом необходимо использование листового металла, что сказывается на большом количестве отходов.

Существует способ получения металлических порошков из жаропрочных никелевых сплавов путем вращения цилиндрической заготовки вокруг горизонтальной оси, оплавлением торца заготовки с изменением расхода газа и перемещением плазмотрона относительно оси вращения. При этом формируется вогнутая полость с диаметром равным диаметру заготовки и глубиной 10-35% от диаметра заготовки. Распыление расплавленных частиц происходит под действием центробежных сил по конической поверхности, образованной касательной к криволинейной поверхности вогнутой полости (см. патент РФ №2361698, МПК B22F 9/08, B22F 9/10, опубл.: 19.03.2008). Метод позволяет получить металлические порошки из жаропрочных никелевых сплавов с размером частиц не превышающим 50 мкм.

Недостатком метода является получение порошка широкого фракционного состава - частицы получаемого порошка обладают поверхностью со сложным рельефом. Для данного метода характерна выраженная неоднородность форм частиц порошка, получаемая за счет контакта порошка со вспомогательными продуктами, а также между собой в процессе синтеза.

Известен способ непрерывного получения металлического порошка путем оплавления торца литой заготовки плазменной струей. В данном способе осуществляется центробежное распыление расплава посредством вращающегося диска с центральным отверстием, через которое подают заготовку под плазменную струю, вращающуюся вокруг своей оси в одном направлении с диском. Полученные частицы охлаждают в газе. Диск подогревают отработавшей плазменной струей с подмешиванием к ней холодного газа. К не оплавляемому торцу распыляемой заготовки пристыковывают следующую заготовку (см. патент РФ №2475336, МПК B22F 9/06, B22F 9/10 опубл.: 19.09.2011). Метод позволяет получить металлический порошок из никеля с размером частиц до 140 мкм.

Недостатком данного метода является относительно крупные размеры частиц и широкий фракционный состав получаемых гранул. Так же в результате контакта оплавленных поверхностей частиц между собой не исключено их слипание.

Наиболее близким по технической сущности является способ изготовления металлического порошка, который включает нагрев металлической заготовки до температуры ее плавления, формирование из нее капель металла и их охлаждение в среде нейтрального газа и сбор порошка, (см. Патент РФ №2604079 МКП B23K 26/00, B22F 9/06, опубл.: 10.05.2017 (прототип)). Поверхность заготовки нагревают лазерным излучением, которое перемещают в пределах площади поверхности образца со скоростью, достаточной для формирования локализованной ванны расплава, объем которой составляет от 10-5 до 10 мм3. Объем расплавленного металла из ванны расплава дробят и выдувают струей сжатого нейтрального газа с обеспечением свободного полета капель металла до их охлаждения ниже температуры плавления, при этом частицы порошка собирают в объеме уловителя порошка. Размер фракции порошка регулируют изменением мощности лазерного излучения, и/или фокусировкой лазерного луча, и/или скоростью перемещения луча лазера относительно поверхности образца, и/или длительностью воздействия лазерного излучения на образец, и/или давлением и скоростью струи сжатого нейтрального газа. Таким образом, обеспечивается повышение эффективности производства металлического порошка. Данный метод позволяет получать монодисперсные, сферические гранулы металла, применяемые при лазерной или плазменной наплавке, а также в порошковой металлургии. Возможно изготовление порошка с диаметром меньше 50 мкм.

Недостатком данного метода является невысокое качество поверхности получаемых гранул, за счет воздействия струи сжатого воздуха на ванну расплава, в виду газодинамических особенностей обработки не исключено образование оксидов и нитридов обрабатываемого материала, так же не исключено образование слипшихся гранул в виду особенностей способа их синтеза. Заявленный размер гранул велик для использования их в качестве материала для высокоточной обработки.

Техническим результатом заявляемого изобретения является получение титановых микросфер узкого гранулометрического состава с содержанием карбида титана. Образованные в процессе синтеза гранулы обладают высоко сферической формой, гладкой поверхностью, содержат наноразмерные кристаллиты карбида титана.

Технический результат достигается тем, что в способе получения титановых микросфер узкого гранулометрического состава с содержанием карбида титана, титановый образец обрабатывается с использованием лазерного излучения фемтосекундной длительностью импульса, ближней инфракрасной области спектра с импульсной плотностью мощности порядка 1016-1017 Вт/м2 в присутствии жидкого углеводорода, обработка производится в условиях изоляции от воздействия атмосферного воздуха.

На фиг. 1 приведена микрофотография гранулы порошка, полученная с помощью растрового электронного микроскопа (РЭМ). На фиг. 2 представлен спектр комбинационного рассеяния (КР) поверхности микросфер, полученных с применением изобретения. КР-пики, отмеченные стрелками, соответствуют пикам карбида титана, небольшая интенсивность и ширина которых говорят о наличии нанодисперсных зерен карбида титана. На фиг. 3 представлен КР-спектр карбида титана.

Способ реализован следующим образом. Титановый образец помещается в изолированный от атмосферы объем, содержащий некоторое количество жидкого углеводорода, например, н-гексан. На поверхность образца воздействуют фемтосекундным лазерным излучением ближней инфракрасной области (800-1100 нм) с частотой 1-20 кГц, длительностью импульса 30-400 фс, с плотностью мощности лазерного излучения 1016-1017 Вт/м2. Лазерный пучок перемещается по поверхности образца со скоростями 0,5-100 мм/сек.

При взаимодействии лазерного излучения с поверхностью образца происходит динамичная эрозия поверхностного слоя материала. Образование углерода происходит как в результате разрушения молекул н-гексана при взаимодействии с ультракороткими лазерными импульсами в области каустики, так и в результате взаимодействия «реактивного потока» аблированного вещества непосредственно с молекулами н-гексана в жидком или газообразном агрегатном состоянии. Стремительная потеря энергии плазменного факела сопровождается коагуляцией продуктов абляции в макротела, которые в процессе дальнейшего остывания формируются в тело с наименьшей площадью внешней поверхности, таким образом, приобретая форму сферы, состоящую из титана и нанодисперсного карбида титана. В процессе остывания образуются кратковременные благоприятные условия для образования химических связей титан-углерод и роста зерен карбида титана. Получаемые титановые микросферы так же содержат наноразмерные зародыши кристаллитов карбида титана и титана. Образованные гранулы обладают гладкой поверхностью, размер составляет 1-5 мкм, причем порядка 80% микросфер лежат в размерном диапазоне от 1,5 до 2,5 мкм. В виду особенностей обработки, в качестве сырья для синтеза микросфер может быть использован титан различного сортамента (пластины, проволоки, прутки, прессованная стружка) или сплавы на основе титана с незначительным содержанием легирующих элементов.

Способ получения содержащих карбид титана титановых микросфер, включающий обработку поверхности титановой заготовки лазерным излучением, отличающийся тем, что в качестве титановой заготовки используют титановую пластину, при этом обработку поверхности заготовки ведут под слоем жидкого углеводорода в изолированном от атмосферного воздуха объеме фемтосекундным сканирующим лазерным излучением ближнего инфракрасного диапазона с плотностью мощности порядка 1016-1017 Вт/м2 с обеспечением коагуляции продуктов абляции в микросферы.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к металлургии, а именно к высокотемпературным композиционным материалам на основе интерметаллидной матрицы для обеспечения двигателей повышенной мощности и ресурса.

Изобретение относится к получению тройного сплава Ni-Cr-C. Способ включает нагрев исходной смеси порошков микронных размеров, состоящей из 25-45 мас.% хрома, 3-5 мас.% графита и остальное никеля, и ее последующее охлаждение.
Изобретение относится к области металлургии, в частности к литым композиционным материалам на основе алюминиевого сплава. Литой композиционный материал на основе алюминиевого сплава содержит, мас.

Изобретения относятся к области порошковой металлургии, в частности к получению антифрикционных материалов из металлических порошков, и могут быть использованы для изготовления узлов трения высоконагруженных деталей различных механизмов.
Изобретение относится к способу изготовления детали часов или ювелирных изделий из композиционного материала. Способ изготовления детали из композиционного материала, содержащей пористую керамическую часть и металлический материал, заполняющий поры керамической части, включает обеспечение пористой керамической преформы детали, обеспечение металлического материала, нагревание металлического материала до температуры выше температуры плавления металлического материала, заполнение пор керамической преформы расплавленным металлическим материалом, охлаждение металлического материала и керамической преформы для получения затвердевшего в порах керамической преформы металлического материала и финишную обработку для получения детали из композиционного материала, при этом пористая керамическая преформа состоит из материала, выбранного из группы, состоящей из Si3N4, SiO2 и их смесей, а металлический материал выбирают из группы, состоящей из металлического золота, платины, палладия и сплавов этих металлов.

Изобретение относится к композиционным материалам с матрицей из алюминиевого сплава. Композитный материал на основе алюминиевого сплава содержит матрицу из алюминиевого сплава, содержащего, мас.%: Si 0,50-1,30, Fe 0,2-0,60, Cu 0,15 максимум, Mn 0,5-0,90, Mg 0,6-1,0, Cr 0,20 максимум, остальное - алюминий и неизбежные примеси, и частицы присадочного материала, диспергированные в матрице, причем присадочный материал содержит керамический материал.

Группа изобретений относится к получению содержащего нитрид хрома порошка для термического напыления покрытий в виде спекшихся агломератов. Способ включает следующие стадии: a) приготовление порошковой смеси (А), содержащей порошок (В), содержащий по меньшей мере один компонент, выбранный из группы, включающей хром (Cr), CrN и Cr2N, и порошок (С), содержащий по меньшей мере один компонент, выбранный из группы, включающей никель, кобальт, никелевый сплав, кобальтовый сплав и железный сплав, b) спекание порошковой смеси (А) при парциальном давлении азота выше 1 бар с получением спекшихся агломератов, при этом обеспечивают неизменное содержание химически связанного азота или увеличение содержания химически связанного азота по сравнению с порошковой смесью (А).
Группа изобретений относится к получению композиционного материала, содержащего металлическую матрицу из алюминиевого сплава и упрочняющие частицы карбида титана.
Группа изобретений относится к композитам с алюминиевой матрицей и упрочняющими наночастицами карбида титана. Композит содержит упрочняющие наночастицы карбида титана округлой формы размером 5-500 нм в количестве 1-50 об.
Изобретение относится к порошковой металлургии, в частности к спеченным конструкционным композиционным материалам на основе алюминия, используемым в различных областях промышленности, в частности в транспортных и космических сферах.
Изобретение относится к металлургии титана и может быть использовано для получения искусственного рутила из титансодержащего сырья, в частности из ильменитовых концентратов.

Группа изобретений относится к электролизу солевого расплава. Электролизер содержит металлосборную камеру, электролизную камеру и по меньшей мере две электролитических ячейки в электролизной камере.

Изобретение относится к способу извлечения ванадия, титана и железа из концентрата на основе ванадия-титана-железа в одну стадию. Способ включает следующие стадии.

Изобретение относится к области металлургии, в частности к способу переработки ильменитовых концентратов для производства титановых шлаков, являющихся сырьем для получения диоксида титана и металлического титана.
Изобретение может быть использовано в производстве сорбентов для очистки жидких стоков от тяжелых металлов и радионуклидов, наполнителя для лакокрасочных и строительных материалов.
Изобретение может быть использовано в производстве сорбентов для очистки жидких стоков от тяжелых металлов и радионуклидов, наполнителя для лакокрасочных и строительных материалов.

Изобретение может быть использовано в химической промышленности. Способ улучшения качества титансодержащего сырья включает окисление титансодержащего сырья с использованием газообразного кислорода и одновременное селективное хлорирование примесных металлов в титансодержащем сырье.

Изобретение может быть использовано в химической промышленности. Способ улучшения качества титансодержащего сырья включает окисление титансодержащего сырья с использованием газообразного кислорода и одновременное селективное хлорирование примесных металлов в титансодержащем сырье.

Изобретение относится к способу получения четыреххлористого титана путем хлорирования минерального титансодержащего сырья в реакторе кипящего слоя и может быть использовано в технологии получения титановой губки и пигментного диоксида титана.

Изобретение относится к технологиям переработки рудного сырья и может быть использовано для переработки титаномагнетитового рудного сырья. Способ переработки титаномагнетитового рудного сырья включает дробление исходной руды с последующим выделением ванадийсодержащего концентрата.

Изобретение относится к керамической технологии и порошковой металлургии и предназначено для получения высокодисперсных гетерофазных порошковых композиций, которые могут быть использованы для производства керамических бронеэлементов, материалов, работающих в условиях абразивного износа, изделий, применяемых в машиностроении, в энергетических и химических технологиях, в аэрокосмической технике.

Изобретение относится к получению содержащих карбид титана титановых микросфер. Проводят обработку поверхности титановой заготовки лазерным излучением. В качестве титановой заготовки используют титановую пластину. Обработку поверхности ведут под слоем жидкого углеводорода в изолированном от атмосферного воздуха объеме фемтосекундным сканирующим лазерным излучением ближнего инфракрасного диапазона с плотностью мощности порядка 1016-1017 Втм2 с обеспечением коагуляции продуктов абляции в микросферы. Полученные микросферы имеют сферическую форму, гладкую поверхность и содержат наноразмерные кристаллиты карбида титана. 3 ил.

Наверх