Исследование и создание композиций на основе порошков металлов, их оксидов и углерода для получения фасонных заготовок с заданными свойствами - Автореферат

Однако значительные затраты на используемые высокодисперсные металлические порошки, многофункциональное и сложное дорогостоящее оборудование потребовали применения более современных технологий, в которых в качестве исходных материалов служат высокодисперсные композиции на основе порошков металлов, их оксидов и углерода. Разработка научного обоснования технологии получения металлозаготовок из композиций, содержащих высокодисперсные порошки металлов, их оксидов и углерода для получения фасонных сложных металлоизделий с заданными свойствами. Методы исследования обусловлены системными и физическими особенностями объекта исследований - композиций «металлы - оксиды металлов - углерод» на всех стадиях технологического передела - от дозировки исходных компонентов до определения физико-механических свойств материалов заготовок различного назначения и включают в себя: - физическое и математическое моделирование с аналитическим анализом параметров изменения вязкости композиций; параметров, определяющих химический состав конечного продукта и его физико-механические свойства; параметров, определяющих размерную точность заготовок; Установлены физические закономерности двухстадийной кинетики процесса изменения дисперсности продуктов реакционного размола композиций отличающейся скоростью роста гранул, размер которых линейно зависит от времени на каждой из стадий, что позволяет на основе разработанной физической модели, во-первых, определять размеры гранул в зависимости от времени реакционного размола и, во-вторых, в зависимости от особенностей протекания режима реакционного размола и термической обработки композиций формировать высокодисперсные фазы с учетом особенности влияния углерода как восстановителя оксидов матричного металла и регулятора размеров гранул. Для получения фасонных заготовок разработаны композиции «порошки металлов - порошки оксидов - фенолформальдегидная смола», изготавливаемые механическим смешиванием, а для получения жаропрочных дисперсно-упрочненных материалов - композиции (гранулы) из порошков металлов, порошков оксидов и углерода, изготавливаемые реакционным размолом.Анализ литературных данных, результаты предварительных экспериментов и расчетов позволили сделать вывод, что реакционный размол как метод получения высокодисперсной твердой фазы в композициях, предназначенных для получения фасонных заготовок, целесообразно применять для материалов на основе железа и нецелесообразно для материалов на основе меди, поскольку при реакционном размоле меди преобладают процессы консолидации частиц, а при реакционном размоле железа - процессы деконсолидации. Методы расчетов фазового состава композиций, состоящих из размолотого порошка железа, его оксида и ФФС, аналогичны изложенным ранее с учетом необходимости внесения поправок на изменение количества углерода и кислорода при реакционном размоле. При определении количества углерода, вводимого в композиции, подвергаемых реакционному размолу, необходимо учитывать двоякую роль, которую играет углерод в рассматриваемой технологии. Если композиции предназначены для получения дисперсно-упрочненных материалов с применением реакционного размола, термическая обработка должна обеспечить завершение окисления алюминия и восстановление оксида меди углеродом. Таким образом, установлено, что при использовании в качестве окислителя кислорода, образующегося в результате деформационного растворения при реакционном размоле оксида меди, а в качестве восстановителя - образующегося при реакционном размоле высокодисперсного углерода и при применении отжига композиций после реакционного размола в течение определенного времени, обеспечивается получение материала на основе меди с «чистой» матрицей с субмикрокристаллической структурой и дисперсно-упрочненной наноразмерными частицами , что гарантирует высокий уровень физико-механических свойств материалов металлоизделий.На основе материаловедческого анализа, физического и математического моделирования, экспериментальных исследований, разработки и внедрения в производство металлоизделий создан новый тип композиций, состоящих из порошков металлов, их оксидов, углерода и термореактивных фенолформальдегидных смол, отличающихся высоким уровнем физико-механических и технологических свойств при меньшей на 20 - 30% стоимости сырья по сравнению с материалами (МИМ-фидстоками), применяемыми в настоящее время для этих же целей. Установлен оптимальный режим низкотемпературного, в интервале , вакуумного восстановления оксидов, расположенных в матрице из металлических частиц углеродом, полученным при термическом разложении фенолформальдегидной смолы, при котором обеспечивается минимальный расход углерода в количестве 0,56 на единицу массы кислорода в композиции (или в 2,5-3 раза меньше, чем в существующих технологиях получения губчатого железа) и значительное сокращение времени восстановления. Установлены физические закономерности двухстадийной кинетики процесса изменения дисперсности продуктов реакционного размола композиций отличающейся скоростью рос

Общее объемное содержание в композиции твердой фазы ( ) будет составлять