ОБРАБОТКА МЕТАЛЛОВ
ТЕХНОЛОГИЯ • ОБОРУДОВАНИЕ • ИНСТРУМЕНТЫPrint ISSN: 1994-6309 Online ISSN: 2541-819X
Введение. Тугоплавкие материалы являются привлекательными для высокотемпературных применений в аэрокосмической, ядерной и военной промышленности, поскольку они обладают высокой температурой плавления (> 2000 °C). Молибден (Мо) относится к числу таких материалов, представляющих большой интерес для эксплуатации при высоких температурах благодаря своим уникальным свойствам, таким как хорошая теплопроводность, высокая жесткость и ударная вязкость. Производство молибдена затруднено ввиду его высокой температуры плавления и температуры вязкохрупкого перехода, поэтому при производстве этого металла в основном применяются методы порошковой металлургии. Для этой технологии, необходимо иметь порошки молибдена высокого качества, особенно высокую степень чистоты и гомогенность распределения частиц по размеру. Одним из способов обработки, позволяющим получить частицы нано- и микроразмеров, является высококинетическое энергетическое измельчение порошков. Данная экономически эффективная технология основана на трении и высокоэнергетическом столкновении частиц и измельчительных шаров. Поэтому целью текущей работы является оптимизация параметров высокоэнергетического кинетического размола порошка молибдена. Оптимизация параметров обработки имеет значительное влияние на ускорение процесса формирования продукта, на последующее спекание и достижение наилучших механических свойств конечного продукта. Оптимизация режимов размола порошка молибдена была достигнута путем изменения параметров обработки: скорости вращения шпинделя, соотношения массы шаров к массе порошка (BPR) и времени измельчения. В первую очередь была определена скорость вращения шпинделя. Эта величина варьировалась в диапазоне от 600 до 1200 об/мин. После этого была произведена оценка влияния времени измельчения и отношения массы шаров к массе порошка. В ходе проведения исследований время измельчения составляло от 2 до 60 мин, соотношение массы шаров к массе порошка 100:3 и 200:3. После этого было проведено исследование влияния измененных параметров обработки на морфологию частиц порошка и их распределение по размеру. В работе был использован порошок молибдена с фракцией ~100 мкм. Методы исследования: для оценки распределения частиц по размеру были использованы методы растровой электронной микроскопии и лазерной дифракции. Результаты и обсуждение. В результате было выявлено, что размер частиц понизился со 100 до 4 мкм с увеличением времени измельчения с двух до 60 мин. Однако в каждой партии было обнаружено некоторое количество холодносваренных частиц размером 200…400 мкм. Как результат, оптимальными режимами размола были: скорость вращения шпинделя 900 об/мин, BPR (200:3) и время размола 60 мин.
Дворжак Карел
Менелаоу Мелита
Челко Ладислав
1. Handbook of non-ferrous metal powders: technologies and applications / O. Neikov, S. Naboychenko, I.B. Murashov, A. Yefimov, G. Dowson. – Amsterdam: Elsevier Science, 2009. – P. 464–470.
2. Dean J.A. Lange’s handbook of chemistry. – New York: McGraw-Hill Professional, 1998.
3. Heat resistant materials / ed. by J.R. Davis. – Materials Park, Ohio: ASM International, 1997. – P. 361–364. – (ASM Speciality handbook).
4. Densification behavior of pure molybdenum powder by spark plasma sintering / R. Ohser-Wiedemann, U. Martin, H.J. Seifert, A. Müller // International Journal of Refractory Metals and Hard Materials. – 2010. – Vol. 28, iss. 4. – P. 550–557. – doi: 10.1016/j.ijrmhm.2010.03.003.
5. Rheological and sintering behaviors of nanostructured molybdenum powder / Y. Kim, S. Lee, J.-W. Noh, S.H. Lee, I.-D. Jeong, S.-J. Park // International Journal of Refractory Metals and Hard Materials. – 2013. – Vol. 41. – P. 442–448. – doi: 10.1016/j.ijrmhm.2013.06.001.
6. Sheng Y., Guo Z., Hao J. Characterization of spherical molybdenum powders prepared by RF plasma processing // Advanced Materials Research. – 2012. – Vol. 482–484. – P. 2563–2567. – doi: 10.4028/www.scientific.net/AMR.482-484.2563.
7. Spheroidization of molybdenum powder by radio frequency thermal plasma / X.-P. Liu, K.-S. Wang, P. Hu, Q. Chen, A. Volinsky // International Journal of Minerals, Metallurgy and Materials. – 2015. – Vol. 22, iss. 11. – P. 1212–1218. – doi: 10.1007/s12613-015-1187-7.
8. Garg P., Park S.-J., German R.M. Effect of die compaction pressure on densification behavior of molybdenum powders // International Journal of Refractory Metals and Hard Materials. – 2007. – Vol. 25, iss. 1. – P. 16–24. – doi: 10.1016/j.jrmhm.2005.10.014.
9. On grain boundary segregation in molybdenum materials / K. Leitner, P.J. Felfer, D. Holec, J. Cairney, W. Knabl, A. Lorich, H. Clemens, S. Primig // Materials & Design. – 2017. – Vol. 135. – P. 204–212. – doi: 10.1016/j.matdes.2017.09.019.
10. Mechanical properties of molybdenum products prepared by using molybdenum powders with different micro-morphologies / G. An, J. Sun, R.-Z. Liu, J. Li, Y.-J. Sun // Rare Metals. – 2015. – Vol. 34, iss. 4. – P. 276–281. – doi: 10.1007/s12598-013-0194-y.
11. Preparation of molybdenum powder from molybdenite concentrate through vacuum decomposition-acid leaching combination process / Ch. Yang, Y. Zhou, D. Liu, W. Jiang, F. Liu, Z. Liu // Rare Metal Technology. – Cham: Springer, 2017. – P. 235–246.
12. Bolitschek J., Luidold S., O’Sullivan M. A study of the impact of reduction conditions on molybdenum morphology // International Journal of Refractory Metals and Hard Materials. – 2018. – Vol. 71. – P. 325–329. – doi: 10.1016/j.ijrmhm.2017.11.037.
13. Rheological and sintering behaviors of nanostructured molybdenum powder / Y. Kim, S. Lee, J.-W. Noh, S.H. Lee, I.-D. Jeong, S.-J. Park // International Journal of Refractory Metals and Hard Materials. – 2013. – Vol. 41. – P. 442–448. – doi: 10.1016/j.ijrmhm.2013.06.001.
14. Densification and crack suppression in selective laser melting of pure molybdenum / D. Wang, Ch. Yu, J. Ma, W. Liu, Z. Shen // Materials and Design. – 2017. – Vol. 129. – P. 44–52. – doi: 10.1016/j.matdes.2017.04.094.
15. Ghayour H., Abdellhi M., Bahmanpour M. Optimization of the high energy ball-milling: modeling and parametric study // Powder Technology. – 2016. – Vol. 291. – P. 7–13. – doi: 10.1016/j.powtec.2015.12.004.
16. Microstructure and thermal stability of MoSi2-CoNiCrAlY nanocomposite feedstock prepared by high energy ball milling / M. Liu, X. Zhong, J. Wang, Z. Liu, W. Qui, D. Zeng // Surface and Coatings Technology. – 2014. – Vol. 239. – P. 78–83. – doi: 10.1016/j.surfcoat.2013.11.022.
17. Harris J.R., Wattis J.A.D., Wood J.V. A comparison of different models for mechanical alloying // Acta Materialia. – 2001. – Vol. 49, iss. 19. – P. 3991–4003. – doi: 10.1016/S1359-6454(01)00302-0.
18. Analysis of mechanical milling in simoloyer: an energy modeling approach / B. Karthik, G.S. Gautam, N.R. Karthikeyan, B.S. Murty // Metallurgical and Materials Transactions A. – 2012. – Vol. 43, iss. 4. – P. 1323–1327. – doi: 10.1007/s11661-011-0946-y.
19. Effect of high energy ball milling on structure and properties of 95W-3.5Ni-1.5Fe heavy alloys / M. Debata, T.S. Acharya, P. Sengupta, P.P. Acharya, S. Bajpai, K. Jayasankar // International Journal of Refractory Metals and Hard Materials. – 2017. – Vol. 69. – P. 170–179. – doi: 10.1016/j.ijrmhm.2017.08.007.
20. Suryaanarayana C. Mechanical alloying and milling // Progress in Materials Science. – 2001. – Vol. 46, iss. 1–2. – P. 1–184. – doi: 10.1016/S0079-6425(99)00010-9.
21. Ebrahimi-Kahrizsangi R., Abdellahi M., Bahmanpour M. Ignition time of nanopowders during milling: a novel simulation // Powder Technology. – 2015. – Vol. 272. – P. 224–234. – doi: 10.1016/j.powtec.2014.12.009.
22. High energy milling on tungsten powders / U.R. Kiran, M.P. Kumar, M. Sankaranarayana, A.K. Singh, T.K. Nandy // International Journal of Refractory Metals and Hard Materials. – 2015 – Vol. 48. – P. 74–81. – doi: 10.1016/j.ijrmhm.2014.06.025.
23. Abdellahi M., Bhmanpour M., Bahmanpour M. Optimization of process parameters to maximize hardness of metal/ceramic nanocomposites produced by high energy ball milling // Ceramics International. – 2014. – Vol. 40, iss. 10. – P. 16259–16272. – doi: 10.1016/j.ceramint.2014.07.063.
24. Biyik S., Aydin M. The effect of milling speed on particle size and morphology of Cu25W composite powder // Acta Physica Polonica A. – 2014. – Vol. 127. – P. 1255–1260.
25. Rzavi-Tousi S.S., Szpunar J.A. Effect of ball size on steady state of aluminum powder and efficiency of impacts during milling // Powder Technology. – 2015. – Vol. 284. – P. 149–158. – doi: 10.1016/j.powtec.2015.06.035.
26. Investigation of milling characteristics of alumina powders milled with a newly designed vibratory horizontal attritor / Y. Kilinc, S. Öztürk, B. Öztürk, I. Uslan // Powder Technology. – 2004. – Vol. 146. – P. 200–205. – doi: 10.1016/j.powtec.2004.09.031.
Финансирование:
Финансовая поддержка данной работе была оказана Министерством образования, молодежи и спорта Чешской Республики по проекту CEITEC2020 (LQ1601).
Благодарности:
Мы выражаем благодарность CEITEC Nano Research Infrastructure (ID LM2015041) за предоставление доступа к растровому электронному микроскопу.
Оптимизация режимов размола порошка молибдена / Л. Дичкова, П. Комаров, М. Ремешова, М. Дичка, К. Дворжак, М. Менелаоу, Л. Челко // Обработка металлов (технология, оборудование, инструменты). – 2018. – Т. 20, № 3. – С. 109–122. – doi:10.17212/1994-6309-2018-20.3-109-122.
Dycková L., Komarov P., Remešová M., Dycka M., Dvorák K., Menelaou M., Celko L. Optimization of molybdenum powder milling parameters. Obrabotka metallov (tekhnologiya, oborudovanie, instrumenty) = Metal Working and Material Science, 2018, vol. 20, no. 3, pp. 109–122. doi: 10.17212/1994-6309-2018-20.3-109-122. (In Russian).
