сотрудник
Москва, г. Москва и Московская область, Россия
Москва, г. Москва и Московская область, Россия
сотрудник
Москва, г. Москва и Московская область, Россия
аспирант
Москва, г. Москва и Московская область, Россия
Москва, г. Москва и Московская область, Россия
УДК 62 Инженерное дело. Техника в целом. Транспорт
ГРНТИ 55.13 Технология машиностроения
ГРНТИ 55.20 Электрофизикохимическая обработка
Рассмотрена возможность получения нового керамического материала из сплава В95 путем химического диспергирования стружки и спекания полученного порошка гидроксида алюминия. Изучены реологические свойства полученного порошка, с помощью лазерного анализатора определены средний размер и удельная поверхность частиц, проведен рентгеновский фазовый анализ.
химическое диспергирование, гидроксид алюминия, сплав В95, средний размер частиц, удельная поверхность, реологические свойства
Введение
Объективные потребности развития различных отраслей техники стимулируют поиск путей создания новых материалов с улучшенными, а подчас и с абсолютно новыми эксплуатационными качествами. Рост требований к ассортименту и качеству используемых материалов неизбежно заставляет пересматривать традиционные способы их получения и предлагать новые, альтернативные подходы. В последние десятилетия значительно возросло количество разработок, направленных как на улучшение уже имеющихся типов материалов, так и на создание принципиально новых функциональных материалов для использования в условиях с повышенными эксплуатационными требованиями.
Разработка порошков для производства керамических материалов является важной частью современного материаловедения. Метод химического диспергирования различных алюминиевых сплавов может быть использован как альтернативный метод производства исходных порошков [1; 2]. Это стало возможным благодаря тому, что химическое диспергирование сплавов алюминия позволяет получать наноструктурированный легированный бемит, который в процессе последующей термообработки способствует образованию специальных фаз, придающих керамике уникальные свойства, зависящие от вида легирующего элемента [3].
Поэтому актуальной стала задача расширения номенклатуры используемых для диспергирования сплавов и разработки новых керамических материалов на основе полученного гидроксида алюминия. В частности, в данной работе рассматривается возможность получения нового керамического материала из сплава В95 путем химического диспергирования стружки. В результате одновременно решаются проблемы утилизации цинкосодержащей стружки и получения керамических материалов, имеющих необходимые функциональные свойства.
Химическое диспергирование сплава В95
Химическое диспергирование сплава В95 осуществляли путем его обработки 20%-м водным раствором едкого натра. Полученный осадок промывали дистиллированной водой и фильтровали путем вакуумной фильтрации.
Для снижения уровня pH и стабилизации раствора, а также снижения вредных связанных ионов Na+ было необходимо отмыть осадок. Для этого применялась технология многократной промывки осадка методом декантации.
Отмывка осадка проводилась многократно до минимально достижимого уровня pH среды. При этом после каждой стадии отмывки измерялся уровень pH (рис. 1). По достижении этого уровня декантация осадка считалась завершенной. Влияние качества промывки и степень загрязнения продуктов диспергирования водопроводной водой оценивали дополнительно.
Рис. 1. Изменение показателя pH среды для осадка на различных этапах декантации
Конечное значение рН среды при отмывке порошка, полученного в результате химического диспергирования сплава В95, равно 8,32 и достигнуто на 19-й стадии декантации.
Отмытый путем декантации и высушенный (при 60 °С) осадок мелкой фракции легко растирается пестиком в ступке с целью получения сыпучего порошкового продукта, который имеет серый цвет (рис. 2).
Для определения распределения по размерам частиц порошка В95 использовали метод дифракции лазерного луча с помощью прибора Analyzette 22 Nanotec фирмы Fritsch. Результаты изучения распределения по размерам частиц в интегральной и дифференциальной формах представлены на рис. 3 и в таблице.
Рис. 2. Вид порошка после сушки
Рис. 3. Дифференциальная диаграмма размера частиц порошка В95
Таблица
Средний размер и удельная поверхность частиц порошка В95
|
|
Модальный диаметр, мкм |
Удельная поверхность, см2/см3 |
Средний диаметр, мкм |
Размах (d90-d10)/d50 |
|
|
6,54 |
31353 |
5,6 |
2,07 |
Исследование порошка на лазерном анализаторе частиц показало, что порошок на 30 % (об.) состоит из частиц меньше микрона, а большая часть частиц порошка находится в диапазоне от 1 до 8 мкм. Здесь необходимо дополнить, что данный метод определяет распределение по размерам не частиц, а агломератов. Поэтому при промывке порошка дистиллированной водой может происходить процесс агломерации.
Рентгенофазовый анализ
Фазовый состав порошка определяли на приборе D2 PHASER фирмы Bruker (излучение Cu Kα, фильтр - Ni, режим трубки (Cu) - 10 мА, 30 кВ). Расшифровка дифрактограммы проведена c применением специализированной программы HighScore и базы данных PDF-2.
Видно, что основной фазой порошковой пробы является гиббсит γ-Al(OH)3 (моноклинная сингония), вторыми фазами с рентгеновскими линиями слабой интенсивности являются байерит α-Al(OH)3 (моноклинная сингония) и предположительно водный карбонат Zn и Al (ромбоэдрическая сингония).
Рис. 4. Результаты РФА
Заключение
Полученные частицы фракции меньше 50 мкм являются мелкодисперсными и укладываются в микронный и субмикронный размерный диапазон (эти частицы представлены металл-гидроксидной фазой). По данным проведенных исследований порошка можно предварительно предположить, что при его спекании получится керамический материал с определенным комплексом физико-механических свойств - за счет образования новых фаз, таких как водный карбонат Zn и Al (ромбоэдрическая сингония).
1. Шляпин А.Д., Тарасовский В.П., Омаров А.Ю., Никольский В.С., Курбатова И.А. Исследование структуры и фазового состава алюмооксидных порошков, полученных методом химического диспергирования алюминиевого сплава с различным содержанием магния // Стекло и керамика. 2013. № 12.
2. Шляпин А.Д., Иванов Д.А., Омаров А.Ю. Свойства гидроксида алюминия, получаемого при производстве водорода // Машиностроение и инженерное образование. 2011. № 2. С. 48-51.
3. Шляпин А.Д., Омаров А.Ю., Хайри А.Х., Трифонов Ю.Г. Изучение порошков гидроксида алюминия, полученных методом химического диспергирования алюминия и его сплавов // Новые огнеупоры. 2012. № 10. С. 27-32.
