Получение композиционных порошков карбонильным методом для использования их в газотермическом напылении и порошковой металлургии тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.07 ВАК РФ

НАЦИОНАЛЬНАЯ АКАДЕМИЯ НАУК КЫРГЫЗСКОЙ РЕСПУБЛИКИ

ИНСТИТУТ ФИЗИКИ

РГ6 од

1 3 ШОН 1905

На правах рукописи

МОЛДОБАЕВ ЭРНИС СОВЕТОВИЧ

ПОЛУЧЕНИЕ КОМПОЗИЦИОННЫХ ПОРОШКОВ КАРБОНИЛЬНЫМ МЕТОДОМ ДЛЯ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ИХ В ГАЗОТЕРМИЧЕСКОМ НАПЫЛЕНИИ И ПОРОШКОВОЙ МЕТАЛЛУРГИИ

Специальность 01.04.07. — физика твердого тела

Автореферат * диссертации на соискание учёной степени кандидата технических наук

*

Бишкек — 1995

Работ? выполнена в Институте металлургии им.А.Й.Байкова Национальной Академии Российской Федерации

Нацчный руководитель - доктор технических наук,

профессор ■ .КУДИНОВ В.В.

Официальные оппоненты - доктор физико-математических наук,

профессор

тазов Л.В.

Ведуцая организация - Кыргызский Технический университет

Защита состоится iÄ__1995r. в часов на

заседании специализированного совета Д 01.94,02 п» присуждению ученых степеней доктора и кандидата наук в институте физики HAH Кыргызской Республики: 720071, г,Бишкек,проспект Чуй 265а. С диссертацией moiho ознакомиться в Центральной наукой библиотеке Национальной Академии Наук Кыргызской Республики.

кандидат физико-математических наук, стариий научный сотрудник МАКАРОВ В.П.

Автореферат разослан " ё?-" L___1995г.

Ячаний секретарь Специализированного Совета, к.ф-м.н.

старсмй научный сотрудник

АННОТАЦИЯ

Настоящая работа посвящена решении научной задачи создания новых эффективных композиционных порошковых материалов карбонильным методом для применения и.исследования их в процессах газотермического напыления и порошковой металлургии.

Для достижения поставленной цели проведено следующее:

- предлонен,теоретически обоснован и экспериментально подтвержден метод формирования композиционных порошков^ путем плакирования дисперсных материалов металлами,газофазным термораспадом карбонилов металлов,реализуемый в процессах взвешенно-фонтанирую-щего слоя и механического перемешивания;

- современными методами анализа исследованы физико-химические и технологические свойства полученных плакированных порошков;

- получены,исследованы и испытаны в процессах газотермического напыления опытные партии термонейтральных порошковых композиций- на основе карбидов и тугоплавких оксидов с карбонильными металлами ( вольфрам,хром,молибден,никель,яелезо),а также в процессах порошковой металлургии опытные образцы металлокерамических порошков.

На защиту выносятся следующие полонения:

- обоснование возможности создания порошковых композиционных материалов.заданного состава карбонильным методом с целью повышения прочностных и эксплуатационных характеристик газотермических покрытий и изделий порошковой металлургии;

- выбор методов проведения пиролиза паров карбонилов _ металлов на дисперсной подложке в зависимости от формы и размеров частиц;

- ¿лияние технологических факторов карбонильного метода плакирования дисперсных частиц на процесс управления составом и свойствами композиционных плакированных порошков в. условиях механического перемешивания порошка и в условиях передвижения порошка во взвешенно-фонтанирукщем слое.

В результате выполненной работы получены композиционные материалы на основе порошков металлов.карбидов,оксидов и ин!ерме-таллидов с плакирующими слоями из вольфрама .хрома,молибдена,железа и никеля,использование которых позволяет улучшать эксплуатационные характеристики защитных покрытий,а также получать качественно новые материалы методами порошковой металлургии.

Работа проводилась в соответствии с Постановлениями СМ СССР N 882 от 20.09.1978г.„РАН СССР N10103271 от 15.04.1980г. в рамках плана научно-исследовательских работ ИМЕТ им.А.А.Байкова АН СССР по проблеме 2.24.2 " Разработка новых композиционных материалов на основе металлов.полимеров и тугоплавких соединений,а такие армированных металлами и металлическими волокнами,с высокими удельными физико-механическими свойствами и физико-механических основ процессов их получения",

1. ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

1.1. Актуальность работы: В настоящее время особое значение для повышения эффективности отечественной и мировой экономики приобретает широкое использование прогрессивных технологий,к которым, несомненно,относятся газотермические методы напыления и методы порошковой металлургии,позволяющие снизить энерго- и материалоемкость производства.

Если ранее развитие газотермических процессов нанесения за-цитных покрытий основывалось на создании высокопроизводительного оборудования и усовериенствовании технологических процессов,то сейчас особую актуальность приобретает создание новых порошковых материалов,обеспечивающих комплекс защитных покрытий при эксплуатации узлов и деталей-машин и механизмов.

Одним из основных направлений совершенствования защитных покрытий является использование для их напыления порошковых композиций, в,которых рационально сочетаются характеристики различных по природе компонентов - металлов .оксидов.боридов,карбидов и т.п. Могут использоваться как несвязанные композиции в виде механических смесей,так и те,в которых компоненты предварительно связывается. Основным достоинством несвязанных композиций^является простота приготовления, основным недостатком - сегрегация композиций при транспортировке к защищаемой.поверхности и активное взаимодействие ее составляющих с окружающей средой. Этих недостатков в значительной степени лишены связанные композиции,получаемые методами конгломерирования,плакирования или комбинированием этих методов.

В связи с этих.создание порошковых композиционных материалов для их аирокого применения в газотермическом напылении и порошковой мвталлургиии,включающее выбор необходимых компонентов и разработку технологических приемов и методов получения таких материалов.является на сегодня весьма актуальной задачей,

1.2, Цель работы. Целью является разработка технологии получения композиционных порошковых материалов заданного состава путем плакирования исходных порояков с широким диапазоном размера частиц от 1 до 500 ыкм газофазным карбонильным методом для их использования в процессах газотермического напыления и порошковой металлургии.

Для достияения поставленной цели необходимо было решить следующие задачи:

- теоретическое обоснование возмояности и выбор способов и приемов карбонильного плакирования исходных порояков с размерами частиц от 1 до 500 мкм;

- разработка технологической схемы,усовершенствование аппаратуры и создание установок,реализующих карбонильный метод плакирования порошков;.

- изучение влияния технологических факторов на скорость пла-рования и качество получаемых композиционных порошков. Исследование структуры и физико-технологических свойств плакированных порошков;

- исследование физико-механических свойств газотермических покрытий и компактных изделий на основе плакированных порояков.

1.3. Научная новизна,

- Разработаны принципы и технологические приемы управления карбонильным процессом нанесения тугоплавких металлических (вольфрамовых,хромовых и молибденовых) покрытий,а такие яелезных и никелевых покрытий на порошковые частицы с размерами от 1 до 500

- впервые установлены зависимости структуры и физико-технологических свойств от технологических факторов процесса карбонильного .¡-плакирования дисперсных частиц,при этом определявшим фактором является температура нагрева поверхности дисперсных частиц;

- на основе разработанной технологии карбонильного плакирования дисперсных материалов создан ряд новых композиционных порошков, в которых основой являются тугоплавкие о,ксиды и карбиды,а плакирующим слоем является карбонильные вольфрам,хром и молибден.

- экспериментально установлено,что,регулируя скорость плйки-рования.мояно получать композиционные порошки заданного состава, тем самым обеспечивая требуемые функциональные свойства газотермических покрытий и спеченных изделий.

1.4. Практическая ценность работы и реализация результатов в промышленности.

Предломены усовершенствованные технологические схемы установок, использующие в своей основе специфические принципы перемешивания порошковых материалов: механическое перемешивание во враща-лцемся барабане и перемешивание во взвеиенно-фонтанирупщем слое.

Определены технологические режимы проведения процесса термического разлояения карбонилов металлов, на порошковых частицах, позволяющие задавать определенную структуру и свойства плакированным пороккам.

Получены плакированные порошки систем: карбид - металл,оксид - металл и проведены испытания их в качестве материалов для плазменного напыления износостойких покрытий в НПО "Тулачермет" и для получения изделий специального назначения методами порошковой металлургии в НИИТйвтопромв и ЦНИИЧермете. Проведен комплекс исследований физико-механических свойств покрытий и опытных изделий,подтвержденный актами этих организаций.

На основе испытаний плакированных гранул СНГ-2 велезом и никелем в качестве катализаторов утилизации отходов химического производства,проведенных совместно с ГИПХ г .Санкт-Петербург.получено авторское • свидетельство N 236455 ГК по делам изобретений и открытий СССР.

1.5. Апробация работы. Основные результаты диссертационной работы докладывались и обсувдались на:

- IU Московской конференции по органической химии и технологии / Москва, 1985г./;,

- К Всесоюзном совецании "Теория и практика газотермического нанесения покрытий" / Дмитров,1985г./;

- Всесовзной конференции "Химия и технология редких,,цветных металлов и солей" / Фрунзе,1986г./;

- Всесовзнои совеланим "Применение MDC для получения покрытий, пленок и твердых материалов" / Горький,1987г./;

- Uli Всесовзнои совещании по физико-химическому анализу / •рунзе,1988г./;

- I Украинской республикансой конференции "Газофазное получение новых Функциональных материалов и пленок" / 9«го-род,1989г./;

- коллоквиумах лаб.25 "Материалов и технологии покрытий" Института металлургии ии.Й.А.Байкоеа ОН СССР / Москва. 1984-1986,1 990гг./;

- коллоквиумах лаб.31 ГНИИХТЭОС / Москва,1986,1990гг./.

б

1.6. Публикации. По теме диссертации опубликовано 8 печатных работ и получено 1 авторское свидетельство.

1.7. Объем и структура работы, Диссертация изложена на 138 страницах машинописного текста, содеряит 17 таблиц и иллюстрирована 45 рисунками," состоит из введения,пяти глав,выводов,списка использованных литературных источников, насчитывающего 140 наименований, и приложения.

2. С0ДЕР8АНИЕ РАБОТЫ

2.1. Во введении обоснована актуальность работы, определены цели и задачи диссертационной работы..

2.2. В первой главе излояены литературные сведения, касающиеся вопросов создания порошковых композиционных материалов. Рассмотрена классификация композиционных порошков и показано, что для их получения применяют методы конгломерирования (формирование крупных частиц из тонкодисперсных исходных компонентов путем использования органических или других связующих), плакирования (нанесение на ядро основного материала оболочки из другого компонента), а также путем комбинирования первых двух. Отмечено, что, плакированные порошки в силу особенностей своего строения, наиболее выгодны для использования их в газотермическом напылении по сравнению с конгломератными.

Проведен критический анализ различных технологических процессов получения плакированных порошков, позволивших выявить достоинства и недостатки существующих способов плакирования.Показано. что среди методов плакирования во многом перспективен карбонильный метод получения плакированных порошков, основанного на процессе термического разложения карбонилов металлов на нагретой поверхности порошковых частиц и осаждений металлического покрытия по реакции:

Мех(С0)у = хНе + уСО

Излояены литературные данные, относящиеся к карбонильному методу металлизации различных подложек, включая и металлизации дисперсных частиц. Следует отметить, что наиболее характерным свойством карбонилов металлов является их высокая летучесть.'Это объясняется симметричной конфигурацией полей в молекулах. Расстояния мекду атомами металла и углерода лигандов СО значительно превышают расстояния между атомами углерода и кислорода, поэтому карбонилы металлов могут переходить в газовую фазу как из твердого, так и из жидкого состояния.

Показано, что к преимуществам карбонильного метода плакирования дисперсных материалов следует отнести низкую температуру процеса, отсутствие агрессивных газов, коррозирующих аппаратуру, отсутствие жидкой фазы, а также возможность осуществления экологически замкнутого процесса и полностью безотходного производства,

2.3. Во второй главе приводятся сведения о физико-технологических свойствах используемых материалов и методах их исследования.

В качестве исходных порошковых материалов использовались порошки карбидов бора, хрома, ванадия, титана, вольфрама; оксидов алюминия и циркония; интерметаллиды системы никель-титан отличающиеся друг от друга дисперсностью и формой частиц.. Определены их гранулометрический состав, насыпной вес и текучесть. Для анализа физико-химических свойств исходных и плакированных порошков использовались современные методы исследования: рентгеновский микроанализ; электронная и оптическая микроскопия.

2.4. В третьей главе представлено аппаратурно-технологи-ческое обеспечение карбонильного метода плакирования порошковых материалов.

Показано; что основным требованием при осуществлении процессов плакирования порошковых материалов является равномерность нанесения покрытий на поверхность отдельных частиц, а также всей массы порошка. Так, при реализации процессов плакирования из газовой фазы необходимо создать такие условия для плакирования,чтобы каждая частица во всей массе порошка находилась в равных условиях во время процесса плакирования, т.е. нагревалась бы до одинаковой температуры и имела бы доступ ко всей'поверхности реакционным парам одинаковой концентрации. Установлено, что такие условия достигаются в случае эффективного перемешивания частиц и природы материала .эта задача решается неодинаково: для. порошков с размерами частиц от 50 до 100 мкм эффективно перемешивание порошка газом в аппаратах с псевдоожишенным слоем: для порошков с более мелкими и более крупными частицами целесообразно использовать механическое перемешивание порошка.

Из анализа евления псевдоояижения установлено, что наиболее «дачным среди разновидностей структур псевдоожиженного слов для использовании в процессе плакирования порошковых частиц из газовой фазы является фонтанирующий слой. & этом случае, восходящий гаэьимй поток, насыщенный парами металлосодержащего соединения, проходя вдоль оси аппарата вступает в контакт с наг-

ретыми частицами, на которых и разлагаются эти соединения, образуя плакирующий слой. Поскольку эти процессы экзотермичны, покрываемые частицы охлаждаются и захватываются газовым потоком и выносятся к периферии, где при движении вниз вдоль нагретых стенок вновь нагреваются и вступают в контакт с реакционной смесью. В этом процессе задействована вся масса порошка и в результате достигается большой эффект равномерности покрытия. Существенным в этом режиме перемешивания является тот факт, что вносимые в реактор металлосодериащиеся соединения не вступают в контакт с нагретыми стенками реактора и практически полностью разлагаются на частицах порошка.

Установлено, что для тонкодисперсных и крупнозернистых порошков фонтанирующий слой неприемлем вследствие выброса мелких частиц газовым потоком из реактора или невозможностью создать "кипящий слой" из более крупных частиц. Визгом случае наиболее выгодно использовать механическое перемешивание. При выборе конструкций аппарата для плакирования порошковых материалов за основу взят смеситель барабанного типа биконический горизонтальный с осью вращения, совпадающий с осью корпуса.

Кроме разработок реакторов- для плакирования порошковых частиц разработаны разные конструкции испарителей для жидких карбонилов и сублиматоров для твердых карбонилов металлов; способы нагрева порошковых частиц и его нагрев; способы обезвреживания отходящих газов от паров карбонилов металлов и уничтожения оксида углерода. Последнее особенно важно, т.к. при рассмотренном способе обезвреживания отходов совершенно исключается попадание паров карбонилов металлов и продуктов их разложения в атмосферу, что позволяет считать карбонильной метод плакирования порошков экологически чистым.

Процесс термического разложения карбонилов металлов на дисперсных подложках является достаточно сложным механизмом, поэтому для реализации его необходимо было рассмотреть все состав- . ные части этого механизма. Каждая конструктивная часть карбонильной технологии плакирования играет свою ответственную роль и разработка их имело принципиальное значение.

На основе технологических исследованиях отдельных частей процесса карбонильного плакирования порошковых частиц представлены две усовершенствованные экспериментальные установки: аппарат типа "вращающийся барабан" и аппарат типа "взвешенно-фонта-нирующий слой", '

1'ис.1. Технологнчеимя схема Жшарата типа "вращающийся барабан": I рраитир.З-суОлиматир.З-ротаметр,4-тер-мостатироплпппя трцбиа,Я-электропечь,0-злетродвигатель и рпдикгпр.'Л-липучки,0-печи дорпзлоиепия иарип ицМчтиш метлян.Э-шлтщпинец', 10-термостат.

1'ис.2, Технологическая схема аппарата типа "изнешеиии-фоп-танируюниП слой": I -рвпктир ,2-сцблимлтир, З-исплри-тель, ^ротаметр.П-пигеицниметр.О-ловуиг.и.У-^ечь до-раэломения паров карбшшлио металлов. 1)-горелиа лля печи сишания Г,0. Э-электроспнраль, Ю-буикер для сбора иоромиа.

2.5. В четвертой главе нриведеии результат« зксперимепталь-ммк нсследооапнА процаспа карбонильного плакирования пиромкопнх материалов. внявленн закономерности п особенности этого процесса.

В качестве карбонилов металлов использованы твердые кристаллические карбанилы вольфрама, хрома и молибдена и жидкие карбо-нилы железа и никеля, выпуск которых освоен химической промышленностью. В качестве газа-носителя служил инертный газ - аргон, выбор которого обусловлен исключением какого-либо химического взаимодействия между газоносителем и подложкой или наносимым металлом, которое может наблюдаться при применении более дешевых, но реакционных газов, таких, как водород, азот, аммиак.

Основными факторами, определяющими механизм • осаждения, структуру и свойства формирующегося покрытия, являются температура реакционной зоны или температура нагрева порошка, концентрация паров карбонила металла, объемная скорость газоносителя.

Экспериментально определено влияние температуры реакционной зоны на скорость плакирования порошковых частиц. Характерной особенностью такого влияния является то, что имеется максимум скорости осаждения при определенной температуре реакционной зоны в. зависимости от используемого карбонила металла. При большем увеличении температуры происходит объемное разложение паров карбонила металла, в случае уменьшения температуры реакционной зоны происходит частичный проскок паров карбонила металла и выноса их из реактора (рис.3).

Количество осажденного металла определялось по формуле: Нме = Ипп - Мип, где Мме - количество осажденного металла, Мпп -количество плакированного порошка, Нип - количество исходного порошка. Скорость плакирования порошка определялась как: где -О) скорость плакирования, г/мин; ММв/ь = и)

- вреия процесса плакирования, „ мин. Установлено,

что

I

0(О 7

~ 0.05

0.0 3

2.10 г50 290 330 37О 410 Т, О

Рис.3. Зависимость скорости плакирования от температуры реакционной зоны: 1-кривая осаждения вольфрама, 2-кри-вая осаждения молибдена, 3-кривая осаждения хрома.

максимальные скорости плакирования наблюдаются при температурах 330°С, 300°С, 2Э0°С, 260°С и 220°С соответственно при плакировании порошковых частиц вольфрамом, молибденом, хромом, железом и никелем в аппарате типа "вращающийся барабан".

Эксперименты по выявлению скорости потока несущего газа на скорость плакирования выявили следующую общую закономерность: при увеличении расхода аргона наблюдается увеличение скорости плакирования, но при определенной величине газового потока скорость плакирования замедляется. Это связано с тем, что при дальнейшем повышении подачи аргона увеличивается вероятность проскока паров карбонила металла, что и приводит к замедлению скорости плакирования.

Следует отметить, что влияние технологических факторов на процесс плакирования, как и в случае использования фонтанирующего слоя, так и в случае механического перемешивания порошка, проявляется одинаковым образом. Отличие лишь в том, что в первии случае величины скоростей плакирования приблизительно в 2 раза выше, чем во втором, что связано с большей концентрацией паров карбонила металла, вносимых в реактор повышенным потоком аргона.

Определен характер изменения насыпной плотности плакированного порошка от количества металла, осажденного в условиях различной температуры реакционной зоны (Тч6/. 1).

Таблица 1.

. Изменение насыпной плотности плакированного вольфрамом диоксида циркония

4

кол-во осааденного

вольфрама 19,69 20,8В 23,62 25,23 26,24

>

температура реакц.

зоны, °С 260 270 280 305 320

насыпная плотность,

г/см 2,35 2,39 2,43 2,40 2,27

Снишение насыпной плотности плакированного порошка, полученного при тем^ратурах реакционной зоны 305°С и 320°С, т.е. в тех условиях, когда наблюдаются почти максимальные скорости пла-

12 "

с

кирования, объясняется морфологическими особенностями поверхности покрытых частиц, Изучение морфологии поверхности растровой электронной микроскопией "}Зт-иЗ" показало, что при этих режимах темратур металлическое покрытие обладает бугристым характером поверхности, состоящая из множества сфероидных осадков. Именно наличие бугорчатого рельефа уменьшает насыпную плотность плакированного порошка.

Установлена зависимость содержания углерода в покрытиях на частицах порошка от температуры реакционной зоны. Данное исследование проводилось в связи с тем, что в покрытиях, полученных карбонильным методом, помимо чистых металлов могут содержаться и различные примеси в частности, свободный углерод и карбидные фазы. Определение количества углерода в покрытии может иметь немаловажное значение для прогнозирования свойств изделий и напыленных покрытий, полученных использованием плакированных порошков. Для этого служили оксидные порошки 2г0^и Й1£ 05 , плакированные храмом, молибденом и вольфрамом. Показано, что с увличением температуры реакционной зоны содержание углерода в покрытиях уменьшается (рис,4). Проведенный рентгенофазовый анализ плакирующих слоев показал, что наряду с карбонильными металлами в покрытиях существуют метастабильные карбиды этих металлов. Последующей термообработкой плакированных порошков в токе водорода мошно снизить содержание углерода до минимума.

Следует отметить, что проведение процесса плакирования в условиях оптимальных технологических параметрах покрытия на частицах порошка получаются равномерные и сплошные по всей поверхности.

Таким образом, результаты экспериментальной работы позволяют заключить вывод, что регулированием технологических параметров можно получать плакированные порожки заданного состава и качества.

2.5. В пятой главе приведены результаты ..¡спериментальной работы по использованию плакированных порошков в процессах гаэо-термического напыления и порошковой металлургии;

Плакированные карбонильным методом карбиды использовались как материалы для плазменного получения износостойких покрытий, Напыление плакированных карбидов проводилось на плазменной установке системы "СНЕКЙЙ". Металлографический анализ "порошков н покрытий осуществлялся на оптических микроскопах "Неофот" и "Вертивал" и на растровом электронном микроскопе "]5Н-И3". Микроструктуру покрытий выявляли травлением в "царской водке" в те1

чении нескольких секунд. Структуру карбидов выявляли в свежеприготовленном растворе 20'/. красной кровяной.соли +20'/. р/рМаОН. Рентгенофазовый анализ проводили на ДРОН-2 в медном излучении с никелевым фильтром. Уикротвердость порошков измеряли на приборе ПМТ-3 при нагрузке 50 г. Закрытую пористость покрытий исследовали с помощью структурного анализатора "Зпиквант".

0.5

ОМ ** „

§

^ 0.2 с_Г

0./

200 250 300 350 400 450 Т°С

Рис.4. Зависимость содержания углерода в покрытиях на оксидных частицах от температуры реакционной ' зоны: 1-молибденовое покрытие, 2-вольфрамовое покрытие, 3-хромовое покрытие.

Результаты физико-механических свойств плазменных покрытий напыленных на основе плакированных карбидов приведены в таблице 2.

Анализ микроструктуры напыленных покрытий и плакированных частиц карбидов показал, что защитный слой никеля, имеющий толщину свыше В мкм плотно обволакивает частицу и в процессе напыления предохраняет ее от выгорания углерода.

Применение плакированных карбидов позволяет получить плазменные покрытия с улучшенной адгезионной прочностью и плотностью при высоком коэффициенте использования порошка. Такие материалы могут быть успешно использованы в области восстановления изношенных деталей, что подтверждено актом НПО "Тулачермет".

Плакированный вольфрамом порошковые частицы диоксида циркония, Количество осажденного вольфрама составляло 45-55 /(вес. Толщина плакирующего слоя - 8-10 мкм.

Микроструктурными исследованиями показано, что карбонильный метод позволяет получать равномерные и сплошные покрытия на частицах диоксида циркония (рис.5). В плазменных поярытиях из порошка диоксида циркония, плакированного карбонильным вольфрамом, структура достаточно совершенна, вольфрам почти равномерно распределен по всей толщине покрытия (рис.В),

14

Таблица 2.

Покрытие Фазовый микротвер- пористость прочность

N подслой состав дость ,кг/мм 7. сцепления

покрытия кгс/мм

1. НС/Ш И 190

Н2С • 294 5 5

Н13Й1 - 285

2. ис/ш ис 1265

и0,з 500 7 2

Ш-Сг 304

3. ВцС/М ВЦ С 2439

Ш-Сг - 255 5 2

4. Т1С/Сг

• Н13А1 8 5

Опытные партии порошка диоксида циркония, плакированного карбонильный вольфрамом, помимо плазменного напыления, были использованы для компактирования с целью получения «аростойкого изделия. Показана принципиальная возмояность изготовления метал-локерамического псевдосплава, позволяющий экономить до 90 X дефицитного вольфрама, снизить массу готового изделия в 2-2,5 раза, Результаты опробывания работоспособности изделия'в соответствующих условиях показали его высокие слу«ебные характеристики, что подтвермдено заключенней ИПН ЦНИИчермета.

• Результаты испытаний плакированных гранул СНГ-2 и плакированных порооков карбида кремния и оксида алюминия показали их высокую каталитическую активность в химических реакциях утилизации отходов химического производства и реакции получения трих-лорсилана гидрированием четыреххлористого кремния водородом в присутствии кремния.

Комлозиционный материал СНГ-2/желеао защищен авторским свидетельством Н 236455 ГК СССР по делам изобретений и открытий.

а, х 1000 б. х 1000 в. х 1000

Рис,5. Микрофотографии порошка диоксида циркония, плакированного вольфрамом карбонильным методом; атобщий вид, б-распределение вольфрама, в-распределение циркония

Рис.6, Микроструктура плазменных покрытий из порошка диоксида циркония, планированное вольфрамом карбонильным методом; а,б - общий.вид, в - распределение вольфрама

' ОБРЕ ВЫВОДЫ.

1. Сформулированы основные принципы конструирования и классификации композиционных порошков. Выполнен сравнительный анализ различных технологических процессов получения композиционных порошков и показаны преимущества карбонильного метода металлизации различных подложек.

2. Рассмотрены условия перемешивания дисперсных материалов в реакционной зоне. При этом показано,что для порошков с размерами частиц от50 до 100 мкм ниболее эффективно перемешивание порошка

газом в аппарата с псевдоожикеним слоек,наиболее подходящим вариантом которого является фонтанирующий слой. Для тонкодисперсных порошков и крупных порошков возможно применить механическое перемешивание,при этом на основе исследования процесса механического перемешивания предложен смеситель барабанного типа биконический горизонтальный с осью вращения,совпадающей с осью корпуса.

3. На основе усовершенствования аппаратов,предназначенных для реализации карбонильного метода,предложена технологическая схема,позволяющая вести процесс плакирования в полунепрерывном режиме. Разработаны и созданы две экспериментальные установки: установка типа "вращающийся барабан" и установка типа "взвешен-но-фонтанирующий слой".

4. Проведены экспериментальные исследования по влиянию технологических факторов (температура реакционной зоны,скорость несущего газа аргона) на процесс плакирования и качество получаемых плакирующих слоев. Установлено,что на процесс плакирования главным образом влияет температура реакционной зоны. В зависимости от используемого карбонила металла определены величины максимальных температур,при которых набдаются нибольшие скорости осаждения металла на дисперсные частицы: это 330°С, ЗОО'С, 290°С, 260'С и 220"С соответственно при плакировании порошковых частиц вольфрамом,молибденом,хромом,железом и никелем. Также определены величины скоростей несущего газа аргона, позволяющие поддерживать максимальные скорости плакирования,

5. Исследовано влияние температуры реакционной зоны на количественное содержание углерода в хромовых,вольфрамовых и молибденовых покрытиях. Показано,что с увеличением температуры реакционной зоны содержание общего углерода уменьшается. Рентгенофазовым анализом установлено,что после проведения процесса плакирования в покрытиях кром? карбонильного металла содержатся также и метаста-бильные карбиды этих металлов. Термообработка плакированных порожков снижает количество углерода до минимума.

6. Исследованы плазменные покрытия,полученные напылением карбонильных плакированных карбидов и оксидов. Показано,что покрытия в структурном значении сравнительно соверженнв.име^т высокую адгезионную прочность и низкую пористость.

7. По карбонильной технологии разработан металлокерамическиА псевдосплав Н - Си, в котором за счет равномерного и сплошного вольфрамового покрытия всех зерен диоксида циркония достигается необходимая пропитка легкоплавкой меДьв. Изделия на это^ основе обладают необходимыми теплофиэичесними свойствами,что позволит эксплуатировать их в экстремальных условиях.

В. Проверена каталитическая способность плакированных карбо-порошков на базе реакции гидрирования четыреххлористого кремния. Установлено,что плакированные карбонильные порошки определенного состава могут выступать в роли катализаторов химической реакции.

Основное содеряание диссертации опубликовано в следующих работах:

1. Уэльский fl,ft., Сыркин В.Г., Молдобаев З.С. и др. Использование карбонилов металлов UI и Ulli групп для металлизации углеродных волокон и порошков.//Тезисы докл. IU Моск. конф. по орг. химии и технологии,- М.1985,- С.119.

2. Щегодева Г.Й., Раснюк Н.И., Пимкин В,Г., Уэльский fl.fi., Сыркин В.Г,, Молдобаев Э,С. Авторское свидетельство N236455, 1986 ч

3. Молдобаев Э.С..Уэльский A.A., Сыркин В,Г, и др. Физико-химические свойства карбонильных покрытий на порошковых материалах. //Тезисы докл. Uli Всес.сов, по ФХА. - Фрунзе.,-1988,

4. Кудинов В.В., Савватеева С.М,, Катинова Л.В., Иислова О,К). Казначеева Г,И., Молдобаев З.С. Оптимизация структуры и свойств композиционных термореагирунщих покрытий системы никель-алюминий // Шизика и химия обработки материалов. -1988.,-N2.-С.44-50,

5. Уэльский Й.Й.. Сыркин В.Г., Савватеева С.М., Молдобаев З.С. Некоторые свойства порошковых материалов плакированных карбонильным методом.//Тезисы I Укр,респ.конф. "Газофазное получение новых функциональных материалов и пленок",-Уяго-род.,-1989.,-вып.11-С,2?.

6. Елисеева Л.Е., Рогояин ft,В., Молдобаев З.С. Применение металлизированных порошков в качестве катализаторов гидрирования. //Тезисы I Укр. респ.конф. "Газофазное получение новых функциональных материалов и пленок",- Ужгород.,- 1989., - вып.II -С.7. '

7. Молдобаев Э.С..Савватеева С,М.,Кудинов В.В. и др. Получение и свойства композиционных порошков на основе карбидов и оксидов металлов и области их применения.//Тезисы äokji.XUI Всес.н.-т.конф. Свердловск.-1989.,-ч.1.-С.133.

8._ Кудинов В.В,, Савватеева С.М..Молдобаев З.С. и др. Использование плакированных порошков для газотермического напыления. //Тезисы X Всес.сов. "Теория и практика газотермйческого нанесения покрытий.-Дмитров,-1985,,-С.125-126

9. Кудинов В.В., Савватеева С.М., Уэльский fi.fi., Сыркин В.Г., Молдобаев Э.С. Свойства плакированных порошков, полученных карбонильным методом.//Тезисы докл. .III Всес.сов, '"Применение КОС для получения покрытий, пленок и твердых материалов,-Горький.-1987.

Диссертант выражает искреннюю благодарность за оказанную помощь в работе над темой кандидатам технических наук, старшим научным сотрудникам Савватеевой С.М. и Уэльскому А.А.

РЕЗЮМЕ

Бул иш карбонилдак ыкманы колдонуу менен эффектовдуу капы компо-зициялык кукум материалдарын алуу маселелерине багышталган. МЬщдвй композициялык материалдар кукум металлургиясында хана газ-термиквлык чавдаппырууда коодонулат. Карбонилдак ыкма металл карбонилинин I мвхссозу 1 бууларын термикалык хол менен ахыратып, металвды кукум белукчелерунун ысытаяган бетине каптоого негизделген.

Кукум материаадарын карбонилдик ыкмв менен каптоо учун "айлану-учу барабан" хана "фонтан болуп атырылуучу катеарлуу" реакторлору бар эки установка хасалган. Вулардын хардамы менен технологиялык факторлордун [кукум белукчелерунун ьюуу температурасы *е реакция ху-руучу зонанын температурасы, бууну алып хуруучу газдын(Ат) сарпталы-шы| алынуучу композициялык кукувдердун составына хана касиеттерине тийгизген твасирин изилдэе бошча дкспериментгер жургузулген.

Анализдан азыркы ыкмаларын колдонуу менен композициялык кукум-дердун физико-химиялын хана технологияльк касиетгери изилденген. Иш-телип чыккан кврбонилдик технология металвдардан. 'Карбидцердин. кыч-кыддардын жена интерметаллиддердин вольфрам, хром, молибден, темир хана никель катмарлары менен болгон кукумдэрунун негизивдеги кукум материалдарын алууга мумкунчулук берет хана аларда колдонуу сактык катмарларлын эксплуаташялык мунездемелерун арттырат, ошовдой еле кукум металлургия ыкмалары менен сапаттык хактан ханы материалдврды алууга мумкундук берет.

ABSTRACT

The present, work devotes the solution of • scientific task of creation the new effecting composite powders. They were received carbonyl-process and »re used in piasmi technology and powderous metal 1 urgy.

Carbonyl-process based on the disintegration of vaporous carbonyl metal Me^CCOJy and precipitate metal on the heat surface of powders. It was created apparatus "revolving drum" and apparatus "weigh oneself-fountained layer" for coated powders.

It was experimental research of influence technological factors (temperature of heat surface powders or temperature of reacting zone, expenditure carrying gas argon} upon process of control composition and property coated powders.

-It was used contemporary methods of studing of physical, chemical and technological properties coated powders. The carbonyl technology allowed to receive composite powders based on metal, carbides, oxides and intermetals with metallic • coatesCtungstain, molibdenum,.chrone, iron, nickel}. The coated powders, possessing qualitative characteristics, was emploied in plasma coating and powder mtallurge.