Спосіб одержання розпиленого дисперснозміцненого порошку на мідній основі

1. Спосіб одержання розпиленого дисперснозміцненого порошку на мідній основі, який включає операції одержання розплавленої суміші міді і домішок та розпилення одержаного розплаву в порошок, який відрізняється тим, що в розплав міді вводять домішки, що обмежено розчиняють в вказаному розплаві, розплав нагрівають на 50-150°С вище температури плавлення домішок та витримують розплав в печі при постійному перемішуванні до повного їх розчинення. 2. Спосіб за п. 1, який відрізняється тим, що як домішки в розплав міді вводять сплав Fe-Cr-C. 3. Спосіб за будь-яким з пп. 1 або 2, який відрізняється тим, що домішки вводять в розплав міді в кількості 3-10мас.%. 4. Спосіб за п. 1, який відрізняється тим, що домішки і мідь розплавляють одночасно. 5. Спосіб за будь-яким з пп. 1-3, який відрізняється тим, що після одержання розплаву міді на поверхню його дзеркала наводять покривний флюс. (19) UA (21) a200710237 (22) 14.09.2007 (24) 27.10.2008 (46) 27.10.2008, Бюл.№ 20, 2008 р. (72) БОГАТОВ ОЛЕКСІЙ СЕРГІЙОВИЧ, UA, КІРІЄВСЬКИЙ БОРИС АБРАМОВИЧ, UA, МЕЛЕШКО ІГОР ВОЛОДИМИРОВИЧ, UA, САХНЕНКО ОЛЕКСАНДР ВОЛОДИ МИРОВИЧ, UA, С АХНЕНКО СЕРГІЙ ОЛЕКСАНДРОВИЧ, UA, ХРИСТЕНКО ВАДИМ ВОЛОДИМИРОВИЧ, UA (73) БОГАТОВ ОЛЕКСІЙ СЕРГІЙОВИЧ, UA, КІРІЄВСЬКИЙ БОРИС АБРАМОВИЧ, UA, МЕЛЕШКО ІГОР ВОЛОДИМИРОВИЧ, UA, САХНЕНКО ОЛЕКСАНДР ВОЛОДИ МИРОВИЧ, UA, С АХНЕНКО СЕРГІЙ ОЛЕКСАНДРОВИЧ, UA, ХРИСТЕНКО ВАДИМ ВОЛОДИМИРОВИЧ, UA (56) SU, 990 415, A, 23.01.1983 SU, 1 748 949, A1, 23.07.1992 UA, 61 959, C2, 15.03.2001 UA, 62 897, A, 15.12.2003 RU, 2 058 219, C1, 20.04.1996 RU, 2 064 368, C1, 27.07.1996 EP, 0 229 077, B1, 31.12.1986 US, 3 993 478, A, 23.11.1976 C2 2 (11) 1 3 84516 Найбільш близьким до рішення, яке заявляється, є спосіб одержання дисперснозміцненого оксидом металу порошкового мідного сплаву по [заявці Японії №58-204106, B22F1/00, який опублікований в ИСМ №7, 1990р.]. В способі диспергування оксиду металу в міді чи мідному сплаві при температурах, які перевищують температур у плавлення міді та мідного сплаву, в розплав мідного сплаву, додають оксид міді 1 чи оксид міді 2, далі провадять селективне окислення легуючої домішки, механічне перемішування розплаву та розпилення дисперснозміцнених порошків мідного сплаву, який вміщує 0,1-5% легуючи х домішок в перерахунку на оксид. Недоліками даного способу є наявність операції окислення легуючих домішок Al, Si чи Sn оксидами Cu, які вводять в розплав міді чи мідного сплаву, при цьому, важко отримати рівномірний розподіл в розплаві окислюючих домішок і, таким чином, утворених дисперснозміцнених оксидів Al, Si чи Sn в розпиленому порошку. Одночасно, неоднорідність розподілу цих оксидів в розплаві успадковується отриманим порошком, внаслідок чого неоднорідна і структура, та зв'язані з нею фізико-механічні характеристики, як порошкового матеріалу, так і виробів з нього. Завдання, яке вирішується теперішнім винаходом, полягає в розробці способу одержання дисперснозміцнених порошків на основі міді з однорідно розподіленими в кожній частці дисперсними включеннями. Матеріали та вироби з таких порошків володіють підвищеними механічними та триботехнічними характеристиками при високих тепло- та електропровідності. Поставлена задача вирішується тим, що спосіб одержання розпиленого дисперснозміцненого порошку на мідній основі, який включає операції одержання розплавленої суміші міді і домішок та розпилення одержаного розплаву .у порошок, і відрізняється тим, що згідно винаходу, домішки обмежено розчиняють в розплаві міді, розплав нагрівають на 50-150°C вище температури плавлення домішок, та витримують розплав в печі при постійному перемішуванні до повного розчинення. Спосіб також відрізняється тим, що в якості домішки в розплав міді вводять сплав Fe-Cr-C в кількості 3-10мас%. Крім того, спосіб відрізняється тим, що мідь і домішки розплавляють одночасно, а також тим, що після одержання розплаву на поверхню дзеркала розплаву міді, наводять покровний флюс після введення домішки. Спосіб, який заявляється, дозволяє отримувати дисперснозміцнені порошки на мідній основі з однорідно розподіленими в кожній частці дисперсними включеннями , за рахунок дисперсного зміцнення міді чи мідних сплавів дисперсними частками, які утворюються в рідинному розплаві, внаслідок емульгування розплаву. В якості дисперсних зміцнюючих добавок використовують сплави, які характеризуються обмеженою розчинністю в рідинній міді, наприклад, сплав системи Fe-Cr-C. В даному способі, утворення зміцнюючих включень в розплаві, тобто, джерелом фази, яку зміцнюють, є розплав, а компоненти, які складають 4 основу зміцнюючої фази, мають мінімальну розчинність та дифузійну рухливість в мідній матриці і це зберігається, як в діапазоні температур рідкого стану, так і в твердофазному стані матеріалу. Отримання однорідних дисперсних включень досягається в емульсії при температурі, яка вище температури незмішування, тобто, температури біноделі. Однак, досягнення таких високих температур зв'язано з рядом металургійних труднощів, наприклад, стійкість футеровки, підвищена витрата електроенергії та інше. При постійному перемішуванні розплаву, можливо зниження температури розпилу ,до значень на 50-150°C вище температури плавлення домішки. Зниження температури розпилу нижче вказаної неможливо, так як в зв'язку з неоднорідністю температурного поля в об'ємі плавильної пічі, а також втратою температури при переливі розплаву в ковші, можлива поява крупних твердих включень, що суттєво знижує дисперсність та однорідність їх роз'поділу. Перегрів вище 150°C температури І плавлення домішки, спричиняє до збільшення витрат електроенергії без помітного поліпшення параметрів зміцнюючої фази. При вводі менш ніж 3% домішки, не забезпечується необхідне зміцнення міді, а при вводі більш 10%, утворюються великі зміцнюючі включення. Розмір та розподіл в розплаві включень наслідується структурою розпилених порошків, а наявність їх, в тому числі, і на поверхні діспергуємих капель, підвищує в'язкість розплаву, що сприяє утворенню часток зернистої форми. Перевагами способу, який заявляється, є: - висока економічність та простота здійснення способу отримання порошків міді та її сплавів, зміцнених дисперсними домішками; - підвищені фізико-технологічні характеристики порошків, які забезпечуються дисперсністю зміцнюючих часток та високою ступінню однорідності їх розподілу в частках порошку; - підвищена пресуємість (ущільненість), яка визначається зернистою формою часток та наявністю на їх поверхні зміцнюючої фази. Загальними ознаками прототипу та винаходу є операції одержання розплавлення суміші міді і домішок та розпилення одержаного розплаву у порошок. Відмінними ознаками є те, що домішки обмежено розчиняють в розплаві міді, розплав нагрівають на 50-150°C вище температури плавлення домішок, та витримують розплав в печі при постійному перемішуванні до повного розчинення, в якості домішки в розплав міді вводять сплав Fe-Cr-C в кількості 3-10мас.%. Крім того, мідь і домішки розплавлюють одночасно, а на поверхню дзеркала розплаву міді наводять покровний флюс після введення домішки. Вказані ознаки є суттєвими, так як порівняння рішення, яке заявляється з іншими відомими технічними рішеннями в даній галузі техніки, не дозволило знайти в них ознаки, які аналогічні рішенню, яке заявляється. Критеріями оцінки способу є слідуючі фізикотехнологічні характеристики порошку: 5 84516 - насипна густина, яка визначалась згідно ISO 3923; - плинність, яка визначалась згідно ISO 4490; - пресуємость, яка визначалась згідно ISO 3927 - форма часток, розподіл та розмір дисперсної фази, які визначались на скануючому мікроскопі Стереоскан з аналізатором Хітачі. Суть винаходу полягає у наступному: В об'єм графітового тиглю індукційної плавильної пічі вводять мідь, яку розплавляють, а потім додають дисперснозміцнюючу домішку, наприклад, сплав системи Fe-Cr-C (хромистий чавун ). Після повного отримання розплаву, наводять покровний флюс, наприклад SiO2. Можливо вводити хромистий чавун в піч разом з міддю. Отриманий розплав нагрівають до температури 1440-1590°C, що на 50-150° вище температури плавлення домішки, видаляють флюс та провадять розпил порошку. Приклад здійснення винаходу 1. B ванну з рідкою міддю загружають куски хромистого чавуну, попередньо розрізаного на куски розміром приблизно (100x100x100)мм, в кількості до 6,5мас.%. Після нагріву до температури 1515°С, та витримки на протязі 10-15хв., що визначається повним розплавленням домішки при постійному індукційному та механічному перемішуванні, розплав розпилюють до отримання порошку. Фізико-технологічні параметри отриманого порошку наступні: насипна густина - 3,4г/см 3, плинність - 38,5с-1, пресуємість (ущільненість) при Р=4,0 MПa-79,5%, форма часток - зерниста, розподіл дисперсної фази-однорідний, розмір дисперсної фази-1-5мкм. 6 2. В ванну загружають суміш лому міді і кусків хромистого чавуну, попередньо розрізаного на куски розміром приблизно (100x100x100)мм в кількості 10мас.%. Після нагріву до температури 1590°C, та витримки на протязі 10-15хв., що визначається повним розплавленням суміші при постійному індукційному та механічному перемішуванні, розплав розпилюють у порошок. Фізико-технологічні параметри отриманого порошку наступні: насипна густина - 3,5г/см 3, плинність - 39,0с-1, пресуємість (ущільненість) при Р=4,0МПа-82,0%, форма часток - зерниста, розподіл дисперсної фази - однорідний, розмір дисперсної фази - 1-5мкм. Інші приклади здійснення способу показані в таблиці. Аналіз наведених в таблиці даних показує, що запропонований економічний та простий в реалізації спосіб, дозволяє отримувати дисперснозміцнені порошки на мідній основі з підвищеними фізико-технологічними характеристиками, а саме, достатньою насипною густиною, а перевершені в зрівнянні з прототипом характеристики плинності та ущільненісті, а також зерниста форма часток порошку з рівномірним розподілом зміцнюючої фази розміром 1-5мкм, зумовлює достатню формуємість порошків, в тому числі, і на автоматичних лініях. Запропонований спосіб дозволяє одержувати цілий ряд композиційних дисперснозміцнених порошків та на їх основі матеріали та вироби конструкційного, антифрикційного, ущільнюючого, контактного та іншого призначень з експлуатаційними характеристиками, які перевершують існуючі аналоги. Таблиця Состав порошків, мас. % Технологічні характеристики порошків Насипна Плинність, № Дисперсна Ущільненість, g, Основа, Сu фаза, Fe-Сr-С густина, С-1 % 3 г/см 1 -//2,5 3,20 36 75,0 2 -//3,0 3,35 37-38 76,5 3 -//6,5 3,40 38,5 79,5 4 -//10 3,50 39 82,0 5 -//11 3,55 40 82,2 Сu (прото6 3% АІ2 О3 2,80 28 65,0 тип) Комп’ютерна в ерстка В. Клюкін Підписне Структурні характеристики порошків Дисперсна фаза Форма Розмір, часток Розподіл мкм сферична неоднорідний 1-8 зерниста однорідний 1-3 зерниста однорідний 1-5 зерниста однорідний 1-5 вузловата однорідний 1-10 сферична неоднорідний Тираж 28 прим. Міністерство осв іт и і науки України Держав ний департамент інтелектуальної в ласності, вул. Урицького, 45, м. Київ , МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислов ої в ласності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 1-10