Способ получения металлического порошка из отходов инструментальной стали в воде
METHOD FOR OBTAINING METAL POWDER FROM TOOL STEEL WASTE IN WATER

Предлагаемое изобретение относится к области порошковой металлургии, а именно к получению порошковых материалов.
Существует большое количество методов получения порошковых материалов, которые основываются на механических и физико-химических процессах.
Наиболее близким техническим решением, который выбран в качестве прототипа, является «Способ получения металлического нанопорошка из отходов быстрорежущей стали в керосине» (патент Российской Федерации № RU2590045C2, 2016) основанный на получении порошка из стали Р6М5. Способ представляет собой разрушение материала из стали Р6М5 под воздействием электрических разрядов между электродами.
Недостатком вышеуказанного способа является: пожароопасность способа получения, вредные выбросы, относительно высокая стоимость керосина.
Техническая задача предлагаемого изобретения состоит в том, чтобы получать порошковые материалы из отходов стали Р18 экологически чистым, недорогим и безопасным способом, с применением дистиллированной воды.
Поставленная задача достигается тем, что способ получения металлического порошка из отходов инструментальной стали, заключается в проведении электроэрозионного диспергирования отходов инструментальной стали  в воде при частоте следования импульсов 40 Гц до 80 Гц, напряжение на электродах от 200 В до 220 В, емкость конденсаторов от 35 мкФ до 55 мкФ
На фигуре 1 представлена схема процесса ЭЭД, на фигуре 2 - показаны результаты исследований размеров частиц, на фигуре 3 - представлены снимки с растрового электронного микроскопа «Quanta 200 3D, на фигуре 4 - представлена дифрактограмма образца из порошка, полученного из отходов инструментальной стали Р18 , на фигуре 5 - основные фазы полученного металлического порошка.
Процесс получения металлического порошка из отходов инструментальной стали представлен в следующей последовательности.
На начальном этапе проводился сбор и очистка отходов стали, после этого в эксикатор-реактор загружали полученные отходы стали и заполняли его рабочей жидкостью - дистиллированной водой. Далее подготовленные электроды подключали к генератору импульсов. Устанавливали определенные параметры для осуществления процесса электроэрозионного диспергирования.
На следующем этапе, происходил сам процесс получения металлического порошка из отходов инструментальной стали при помощи экспериментальной установки электроэрозионного диспергирования, который схематически показан на фигуре 1. Напряжение импульсов генератора следует к электродам, а затем к отходам инструментальной стали Р18. С повышением напряжения до необходимой величины осуществляется электрический пробой в рабочей среде, межэлектродного пространства, с появлением разряда.  В результате большой концентрации энергии, отходы металла в точке разряда  плавятся и частично испаряются, рабочая среда тоже начинает испаряться и окружать канал разряда газовым пузырем. Из-за возникших в канале разряда и газовом пузыре большого количества динамических сил, частицы расплавленного металла вырываются за пределы зоны разряда в рабочую среду и застывают. В итоге образовывается осадок в виде частиц металлического порошка на дне реактора. на фигуре 2 - показаны результаты исследований размеров частиц, на фигуре 3 - представлены снимки с растрового электронного микроскопа «Quanta 200 3D, на фигуре 4 представлена дифрактограмма образца из порошка, полученного из отходов инструментальной стали Р18. На фигуре 5 представлены основные фазы порошка исследуемого порошка.
На заключительном этапе осуществляли выгрузку отходов инструментальной стали из реактора, далее выпаривание рабочей жидкости - дистиллированной воды и взвешивание, полученного металлического порошка.
Пример 1
На экспериментальной установке в воде дистиллированной проводили диспергирование отходов инструментальной стали Р18. При этом изменяли электрические параметры установки: частота следования импульсов от 40 Гц до 80 Гц, напряжение на электродах от 200 В до 220 В, емкость конденсаторов от 35 мкФ до 55 мкФ.
Исследование размера частиц металлического порошка, из отходов стали Р18, проводили на лазерном анализаторе размеров частиц Analysette 22 NanoTec. Данная установка определяет распределение по размерам частиц в суспензиях, эмульсиях и аэрозолях. Исследование проводилось диспергированием в жидкости с ультразвуком. Было установлено, что D50 (50% of particles) - 44,13 мкм, то есть частиц, размером меньше или равно 44,13 мкм в порошке содержится 50,0% от общего объема, а именно микрочастиц размером от 22,8 до 56,4 мкм содержится 56,76%.
Технологические свойства металлического порошка напрямую зависят от состояния поверхности его частиц. Исследование электроэрозионного порошка из отходов инструментальной стали Р18, проводилось с помощью растрового электронного микроскопа  «Quanta 200 3D». На основании представленных результатов, электроэрозионный порошок из отходов инструментальной стали Р18, в основном состоит из частиц правильной сферической формы (или эллиптической). Частицы сферической формы легко поддаются обработке, поэтому применяется во многих областях, для создания: коррозийностойких, жаропрочных, жаростойких, легированных металлов, сплавов и их покрытий.
Исследование рентгеноспектрального микроанализа частиц электроэрозионного  порошка  Р18, проводилось при помощи энерго-дисперсионного анализатора рентгеновского излучения фирмы EDAX, встроенного в растровый электронный микроскоп «QUANTA 200 3D», он позволил определить элементный состав микрообъектов частиц порошков, которые были получены методом электроэрозионным диспергированием из отходов твердого сплава марки Р18 по возбуждаемому в них характеристическому рентгеновскому излучению. Исследуемый образец порошка марки Р18, полученный методом электроэрозионного диспергирования, содержит из следующих элементов: углерода, кислорода, молибдена, ванадия, хрома, железа и вольфрама.
При помощи рентгеновского дифрактометра Rigaku Ultima IV был проведен рентгеноструктурный (фазовый) состав электроэрозионного порошка из отходов инструментальной стали Р18. Был определен фазовый состав исследуемого порошка.
Металлические порошки,  из отходов инструментальной стали Р18, полученные методом электроэрозионного диспергирования, могут быть использованы как в композициях с другими видами порошков, для корректировки получения необходимых свойств материалов и сплавов, а также эффективно применяться для повышения качества восстанавливаемых и упрочняемых деталей различными методами наплавки, методом напыления, использование при нанесении гальванических покрытий.