Способ получения композиционного порошка на основе карбида титана
METHOD FOR PRODUCING COMPOSITE POWDER BASED ON TITANIUM CARBIDE

Изобретение относится к методу получения сферического порошка псевдосплава на основе карбида титана, а именно к способам изготовления композиционных порошков на основе карбида титана, который применяется в качестве износостойкого и коррозионностойкого покрытия, наносимого газопламенным методом.
Материал на основе карбида титана является износостойким, коррозионностойким химически инертным материал. Карбид титана является фазой переменного состава с широкой областью гомогенности по углероду. Относится к группе синтетических, сверхтвердых, жаропрочных материалам с высокой потребностью для производства защитных покрытий, карбидосталей и металлообрабатывающего инструмента.
Известен способ получения композиционных материалов из тугоплавких металлов, при котором исходные порошки смешивают в гравитационном смесителе, затем осуществляют механическое легирование, затем полученный порошок просушивают и классифицируют, после чего проводят низкотемпературную плазменную сфероидизацию с формированием частиц сферической формы (Патент РФ на изобретение №2762897 от 22.12.2020, МПК C01B32/907, C04B35/62615, C22C29/06, опубл. 23.12.2021 бюл.№36).
Недостатком данного способа получения композиционных материалов является организация защитной среды на момент механического легирования с применением аргонового газа, а также отсутствие контроля фракции сферических частиц в связи с тем, что операцию плазменной сфероидизации проводят с использованием разно дисперсного прекурсора с различной морфологией частиц.
Наиболее близким является способ изготовления композиционного порошка, по которому берут исходное сырье в виде порошков, смешивают исходные порошки в смесителе с применением поливинилового спирта до получения суспензии, суспензию подвергают распылительной сушке до получения частиц, и последующую классификацию полученного готового порошка (Патент Китая CN104195492 от 02.09.2014, МПК B22F1/00, C22C29/08, C23C4/04, C23C4/06, C23C4/129, опубл. 10.12.2014).
Недостатками данного способа являются отсутствие термического воздействия на полученные частиц сферической формы, что в свою очередь приведет к их разрушению при механическом воздействии и при транспортировке материала, а также не соответствие насыпной плотности чистого композиционного материала за счет присутствия в составе готового материала остаточной массы поливинилового спирта и за счет образовавшихся пустот в теле частицы после распылительной сушки.
Техническим результатом, на который направлено изобретение является получение частиц сферической формы порошка композиционного материала на основе карбида титана с равномерным гранулометрическим составом, и, следовательно, обладающим высоким качеством сцепления частиц между собой, что благоприятно влияет на получение истираемого покрытия их этих материалов методами плазменного напыления.
Технический результат достигается тем, что при выполнении способа получения композиционного порошка на основе карбида титана сначала смешивают исходные материалы карбид титана (ТC), никель (Ni) и гексагональный нитрид бора (BN) с равным размером частиц не более 1,5 мкм в смесителе- грануляторе с применением поливинилового спирта до получения суспензии, полученную суспензию подвергают распылительной сушке для получения сферических частиц карбида титана с оболочкой из гексагонального нитрида бора и никеля, полученные частицы подвергают плазменной сфероидизации транспортирующим газом в виде газодисперсного потока, затем обработанные частицы классифицируют по размеру 20-45 мкм, при этом порошок с размером частиц меньше 20 мкм отправляют на повторное смешивание в смесителе, а порошок с размером частицы более 45 мкм отправляют на дробление, после которой порошок обратно возвращается на классификацию.
Способ осуществляется следующим образом.
В качестве исходного сырья используют карбид титана (ТC), никеля (Ni) и гексагонального нитрида бора (BN) с равным размером частиц не более 1,5 мкм. Применение исходного сырья с одинаковым размером гранул позволяет повысить качество готового порошкового материала, за счет равномерного распределения частиц, позволяя получить сферические частицы на этапе распыления без существенного градиента разности фракционного размера.
При этом, если исходный размер гранул будет больше 1,5 мкм, то частицы при распылении образуют неравномерное распределение внутри одной гранулы, что снижает качество.
Затем исходные материалы смешивают в смесителе-грануляторе с применением поливинилового спирта до получения суспензии. Смешивание суспензии более 24 часов позволяет получить однородную дисперсную систему, из которой получается однородной структурой композиционный материал. Если смешивание производить менее 24 часов, то однородности суспензии не достичь, то есть и не получить равномерного покрытия.
Затем полученную суспензию подвергают распылительной сушке для получения сферических частиц.
Поученные частицы направляют на плазменную сфероидизацию для уменьшения внутренних зазоров в порошке и получения продукта более высокого качества. Кроме того, плазменная сфероидизация улучшает сферичность частиц что в 1,7 раз превышает, чем необработанного порошка.
При этом транспортирующий газ подается в виде газодисперсного потока в плазменную струю, воздействующую на частицы, в результате чего получается уплотненные частицы порошка сферической формы с конечной пористостью не более 1,5% с полным удалением связующего (поливинилового спирта) в момент сгорания в пламенном потоке и усадкой фракционного размера от 8 до 11%, что в свою очередь повышает качество готового композиционного материала за счет повышения характеристик насыпной плотности не менее чем в 1,5 раза и текучести полученного композиционного порошка не менее чем в 2 раза.
Плазменная обработка ослабляет остаточные напряжения в порошке исходя из того, что плазменная обработка дает более сферическую форму частиц с наименьшим количеством зазоров и деформации в порошке, что делает наиболее подходящим для нанесения защитных газотермических покрытий и аддитивного производства.
При последующей классификации частицы с размером меньше 20 мкм отправляют на повторное смешивание в смесителе-грануляторе, а частицы с размером более 45 мкм отправляют на дробление, после которой частицы обратно возвращаются на классификации.
Таким способом получают частицы порошкового композиционного материала в качестве основы у которого является карбид титана, а оболочка каждой частицы выполнена из гексагонального нитрида бора и никеля с размером гранул 20-45 мкм.
Данный способ позволяет повысить сцепление материалов внутри частицы, за счет уменьшения внутренних зазоров в порошке, и, следовательно, повысить качество и работоспособность композиционного материала с полученными частицами при эксплуатации в виде истираемого покрытия.
Пример осуществления способа.
Исходные материалы: карбид титана размер частиц 1.5 мкм, Никель размер частиц 1,2 мкм, Гексагональный нитрид бора размер частиц 1,3 мкм.
Смешивание исходных материалов осуществляется в смесителе распылительной сушильной установки марки БРС-10.
После распылительной сушки частицы направляют в плазменную установку для сфероидизации металлических порошков в потоке термической плазмы.
После классификации получили композиционный порошка, в качестве основы у которого является карбид титана, а оболочка каждой частицы выполнена из гексагонального нитрида бора и никеля с размером гранул 20-45 мкм.
Благодаря тому, что в способе получения композиционного порошка на основе карбида титана сначала смешивают исходные материалы карбид титана (ТC), никель (Ni) и гексагональный нитрид бора (BN) с равным размером частиц не более 1,5 мкм в смесителе- грануляторе с применением поливинилового спирта до получения суспензии, затем полученную суспензию подвергают распылительной сушке для получения сферических частиц карбида титана с оболочкой из гексагонального нитрида бора и никеля, полученные частицы подвергают плазменной сфероидизации транспортирующим газом в виде газодисперсного потока, затем обработанные частицы классифицируют по размеру 20-45 мкм, при этом порошок с размером частиц меньше 20 мкм отправляют на повторное смешивание в смесителе, а порошок с размером частицы более 45 мкм отправляют на дробление, после которой порошок обратно возвращается на классификацию достигается равномерный гранулометрический состав готового композиционного порошка, обладающим высоким качеством сцепления частиц между собой, что благоприятно влияет на получение истираемого покрытия их этих материалов методами плазменного напыления.