Способ получения дисперсного абразивного материала

 

Использование абразивные материалы в виде порошка на основе неорганических веществ Сущность изобретения повышение абразивной износостойкости и увеличение выхода годного порошка достигается тем, что способ включает смешивание технического углерода с порошком дегидратированных железомарганцевых конкреций (ЖМК) и борной кислотой при соотношении компонентов. мас% ЖМК 45 - 60; Н ВО 35-15, технический зз углерод - остальное, синтез путем термообработки смеси в среде водорода разделение продуктов синтеза по фракциям с выделением фракции 3-5 мкм, обработку ее раствором плавиковой кислоты, используют порошок ЖМК фракции 0.5 - 5,0 мкм, дегидратацию проводят на воздухе при 200 - 300° С в течение 0,8 - 12, термообработку смеси в среде водорода проводят при 1300 - 1400° С в течение 20-60 мин, для обработки берут 20 - 40%-ный раствор плавиковой кислоты, обработку которой проводят в течение 1,5 - 3,0 ч 3 зп ф-лы 4табл

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИ

К ПАТЕНТУ

Комитет Российской Федерации по патентам и товарным знакам (21) 5002452/04 (22) 30.07.91 (46) 30.10.93 Бюл. Ма 39-40 (7б) Виноградов Виктор Владимирович: Кот яшкин

Сергей Иванович: Кулындышев Владимир

Александрович (54) СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ДИСПЕРСНОГО АБРАЗИВНОГО МАТЕРИАЛА (57) Использование: абразивные материалы в виде порошка на основе неорганических веществ. Сущность изобретения: повышение абразивной износостойкости и увеличение выхода годного порошка достигается тем, что способ включает смешивание технического углерода с порошком дегидратированных железомарганцевых конкреций (ЖМК) и (в) RU (и) 2001935 Cl (51) 5 C09 К3 14 борной кислотой при соотношении компонентов, мас96; ЖМК 45 — 60; Н BO 35 — 15; технический з з углерод — остальное, синтез путем термообработки смеси в среде водорода разделение продуктов синтеза по фракциям с выделением фракции 3 — 5 мкм, обработку ее раствором плавиковой кислоты, используют порошок ЖМК фракции 0,5 — 5,0 мкм, дегидратацию проводят на воздухе при 200—

300 С в течение 0,8 — 12, термообработку смеси в среде водорода проводят при 1300 — 1400 С в течение 20 — 60 мин, дпя обработки берут 20—

40%-ный раствор плавиковой кислоты, обработку которой проводят в течение 1,5 — 3,0 ч. 3 зп ф-лы.

4 табл.

2001935

15

25

35

45

55

Изобретение относится к способам получения дисперсных абразивных материалов (в виде порошка) на основе неорганических веществ.

Известен способ получения абразивного материала, включающий смешивание компонентов: порошка карбида кремния, соединения бора и связующего, прессование смеси и синтез посредством термообработки до 1000 — 2000 С и до 2300 С в инертной атмосфере.

Однако этот способ вследствие недостаточной твердости, а следовательно, недостаточной абразивной износостойкости получаемого материала не может полностью удовлетворить все потребности народного хозяйства в высокоэффективных и недорогих абразивах.

Таким образом, противоречие между необходимостью получения абразивных материалов с высокими характеристиками и достижением приемлемой стоимости технологии является основным препятствием при создании новых способов получения абразивов. Кроме того, весьма актуальным является увеличение выхода абразивного порошка при минимальном изменении технологии его изготовления и ее стоимости.

Известен способ получения абразивных порошков, наиболее близкий по технической сущности, включающий смешивание компонентов: металлического порошка титана и технического углерода (сажи), прессование смеси, термосинтеэ под давление, последующее охлаждение, измельчение материала и разделение пофракциям крупности.

Однако абразивная износостойкость получаемых при реализации известного .способа материалов в ряде случаев является недостаточной, выход абразивного материала в процессе технологии остается неизменным, а сама технология с термосинтезом в специальных камерах при высоких температуре и давлении является сложной, энергоемкой и дорогостоящей.

Цель изобретения — повышение абразивной износостойкости получаемого материала при одновременном упрощении технологии изготовления и увеличение выхода годного порошка за счет растворения стеклофаэы. Изобретение направлено на устранение укаэанного противоречия при получении (изготовлении) максимального количества абразивного материала с высокими характеристиками при несложной и приемлемой по стоимости технологии.

Цель достигается предлагаемым способом получения дисперсного абразивного материала, включающим смешивание технического углерода с порошком металлсодержащей основы, синтез посредством термообработки и разделение по фракциям крупности, в котором в качестве порошка металлсодержащей основы используют дегидратированные железомарганцевые конкреции (ЖМК), дополнительно вводят борную кислоту при следующем соотношении компонентов, мас. : ЖМК 45 — 60, борная кислота 35 — 15, технический углерод— остальное. термообработку смеси ведут в среде водорода и выделенную фракцию продукта синтеза 3 — 5 мкм обрабатывают раствором плавиковой кислоты; дополнительно используют фракцию ЖМК 0,5-5,0 мкм и их дегидратацию проводят на воздухе при 200-300 Ñ в течение 4,8 — 7,2 мин; термообработку в среде водорода проводят при

1300 — 1400 С в течение 20 — 60 мин и обработку продукта крупностью 3 — 5 мкм ведут

20-40 раствором плавиковой кислоты в течение 90 — 180 мин, Основные отличия предложенного способа заключаются в том, что в смесь дополнительно вводят борную кислоту при следующем соотношении компонентов в смеси, ма g,: железомарганцевые конкреции 45-60. борная кислота 15-35. технический углерод — остальное. термообработку смеси ведут в реде водорода и выделенную фракцию продукта синтеза 3 — 5 мкм обрабатывают раствором плавиковой кислоты.

Преимущество способа заключается в том, что установлена высокая, на уровне алмазных паст, абразивность содержащих

ЖМК материалов, полученных при термосинтезе в среде водорода, причем выход годного абразивного материала может быть увеличен путем обработки плавиковой кислотой. Способ получения абразивного материала в виде порошка включает следующие технологические операции, измельчение

ЖМК до крупности 0,5 — 5.0 мкм, дегидратацию ЖМК на воздухе при температуре 200300 С в течение 0,8 — 1,2 ч, смешивание ЖМК с борной кислотой и сажей в определенном соотношении компонентов, термосинтеэ в среде водорода при температуре 1300—

1400 С в течение 20 — 60 мин, отделение фракции продукта синтеза крупностью 3-5 мкм для получения абразивного порошка и обработку этой фракции продукта синтеза

20-40 (,-ным раствором плавиковой кислоты в течение 1,5-3,0 ч для растворения стеклофазы.

В качестве основы абразивного материала использованы тихоокеанские ЖМК, содержащие следующие компоненты (cM. табл, 1), мас. : гидроксиды марганца 42 — 46, железа 6 — 10, оксиды кремния 12-18, алюми2001935

40

55 ния 4-6, никеля 1,3-1,5, а также оксиды кальция, титана, бария, меди, кобальта и редкоземельные элементы (P3M) — остальное, Пример 1. Измельченные до крупности 0,5-5,0 мкм и дегидратированные на воздухе при температуре 250 С в течение часа ЖМК первой пробы табл. 1 смешивали с сажей (С) и борной кислотой в соотношении, мас. : (ЖМК: С: НзВОз) 53: 23, 5;

23,5, нагревали до температуры 1350 С в среде водорода и выдерживали в течение одного часа, Полученный в результате термосинтеза композиционный порошок, содержащий бориды и карбиды марганца и железа. разделяли IlO фракциям и использовали фракцию крупностью 3-5 мкм в качестве абразивного материала, который исследовали на абразивную способность в сравнении с алмазной пастой зернистостью

3 — 5 мкм, Измеренные значения абразивных свойств полученного материала по сравнению с алмазной пастой ACM 5/3 НОМГ (TY2-037-506-85) представлены в табл, 2.

Пример 2. Получали абразивный порошок по технологии примера 1 с использованием ЖМК первой пробы и соотношением ЖМ К, сажи, борной кислоты, мас,%: 44

: 19: 37.

Пример ы 3 — 5. Абразивный порошок получали по технологии примера 1 с соотношением ингредиентов, мас.%, ЖУК(первая проба): С: НзВО соответственно;

Пример 3 62: 28: 10;

Пример 4 40: 17: 43;

Пример 5 66: 30: 04.

Пример 6. Абразивный порошок получали по технологии примера 1 с соотношением ингредиентов ЖМК (вторая проба), сажа, борная кислота, мас. : 53: 23, 5: 23,5.

Пример 7. Получали абразивный порошок по технологии примера 1 с использованием ЖМК третьей пробы и соотношением ЖМК; С: НзВОэ, мас. : 52; 23,5: 23,5.

Пример 8. Абразивный порошок получали по технологии примера 1 с использованием ЖМК третьей пробы и соотношением ингредиентов 50; 20; 30.

В табл. 2 представлены результаты исследования абразивных свойств материалов, полученных предлагаемым способом до обработки плавиковой кислотой для трех типов (проб) ЖМК и для шести соотношений составляющих компонентов (ЖМК, С, НзВОз).

Пример ы 9-12, Измельченные до крупности 1,0-5,0 мкм. ЖМК гидратировали при различных температурах (в примере 9 дегидратация не проводилась, в примерах

10 — 12 температуру дегидратации устанавливали соответственно 200, 300 и 400 С).

Обработанные ЖМК третьей пробы смешивали с сажей (С) и борной кислотой в соотношении, мас. : 50: 20; 30(см. пример 8), нагревали в среде водорода до температуры

1350 С и выдерживали в течение 1 ч. Далее фракцию продукта синтеза крупностью 3-5 мкм обрабатывали 30 -ным раствором плавиковой кислоты в течение 2 ч. Состав полученного порошка приведен в табл. 3, а абразивная способность и выход годного порошка при обработке плавиковой кислотой — в табл. 4.

Пример ы 13 — 16. Измельченные до крупности 1,0-5,0 мкм и дегидратированные при температуре 250 С ЖМК смешивали с сажей и борной кислотой в соотношении ингредиентов по примерам 812 и вели термосинтез продуктов при различных температурах (1250, 1300, 1400, 1450 С соответственно) с последующей обработкой 30 -ной плавиковой кислотой в течение 2 ч. Результаты испытаний приведены в соответствующих графах табл. 3 и 4, Пример ы 17 — 20, Продукты синтеза, полученные по технологии примеров 13-16 (дегидратация ЖМК при температуре 250"С и синтез порошка при температуре 1350 С), обрабатывали 30ф-ным раствором плавиковой кислоты в течение соответственно 1, 2, 3 и 4 ч. Результаты испытаний приведены в табл. 3 и 4, Пример ы 21-24. Продукты синтеза, полученные по технологии примеров 17 — 20 (дегидратация ЖМК при температуре 250 С и синтез порошка при температуре 1350 С), обрабатывали в течение 2 ч плавиковой кислотой с концентрацией 10, 20, 40 и 50 соответственно. Состав полученного абразивного порошка приведен в табл. 3, а абразивная способность и выход годного порошка при обработке плавиковой кислотой — в табл, 4.

Как видно из табл, 2 и 4, абразивные свойства синтезированного предложенным способом материала выше, чем у алмазной пасты, при соотношении ингредиентов (ЖМК, сажа, НзВОз). мас. : ЖМК 45-60, сажа 20 — 25. борная кислота 35-15 (примеры

1-3: 6-8). Снижение содержания ЖМК и углерода при повышении содержания борной кислоты ведет к ухудшению абразивных свойств (пример 4). Повышение содержания

ЖМК и сажи при снижении содержания борной кислоты ведет к уменьшению количества боридов и увеличению количества

2001935

Таблица 1

Таблица 2

Состав шихты и абразивная способность синтезированных . порошков без обработки плавиковой кислотой свободного углерода, что также снижает абразивность (пример 5).

Обработка синтезированных порошков

20-407-ной плавиковой кислотой в течение

1.5-3,0 ч повышает абразивность материала в среднем на 30 — 507(, (табл. 3, 4) за счет растворения стеклофазы, при этом выход годного порошка увеличивается в среднем на 25 .

Предлагаемый способ получения абразивного материала с применением ЖМК в качестве минеральной основы может применяться для производства материалов с абразивной износостойкостью, в 1,5-2 раза превышающей абразивность известных алмазных паст (см. табл. 2 и 4).

Кроме того, способ повышения абразивной износостойкости за счет использования ЖМК в качестве минеральной основы материала является более экономичным по сравнению с известными способами получения абразивов, поскольку не требует сложной энергоемкой и дорогостоящей технологии, а стоимость ЖМК (запас которых велик как в океанах, так и в морях, включая

5 Черное море) более чем на порядок ниже стоимости алмазов и алмазных порошков.

Важным преимуществом способа является возможность разрешения противоречия между достижением высоких

10 абразивных свойств материала и высокой стоимостью сложной аппаратурно-технической схемы его получения, 15 (56) Па ент США

М 4788018, кл. С 04 В 35/56, 1988, Авторское свидетельство СССР

20 % 644728, кл. С 01 В 31/30, 1979.

11

Состав шихты, мас.

ЮЮ "

53WWWW

Паста алмазная ACM 5/3 НОМГ/ТУ-2-027-506-85

° ° ° °

2001935

Продолжение табл.4

Примечание. Нерастворенная стеклофаза: FeSIOa+ AlgSiOg / см.табл.3/

Формула изобретения

45- б0

15-35 10

Остальное

Составитель С.Котяшкин

Техред M.Moðãåíòàh Корректор М.Петрова

Редактор Т.Пилипенко

Тираж Подписное

НПО "Поиск" Роспатента

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб.. 4/5

Заказ 3155

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101

1, СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ДИСПЕРСНОГО АБРАЗИ8НОГО МАТЕРИАЛА, включающий смешивание технического углерода с порошком металлосодержащей основь, синтез посредством термообработки и разделение продукта синтеза по фракциям, отличающийся тем, что в качестве порошка металлосодержащей основы используют дегидратированные желеэомарганцевые конкреции, в смесь дополнительно вводят борную кислоту при 5 следующем соотношении компонентов в смеси. мас. $:

Желеэомарганцевые конкреции

Борная кислота

Технический углерод термообработку смеси ведут в среде водорода и выделенную фракцию продукта синтеза 3 - 5 мкм обрабатывают раствором плавиковой кислоты, 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что используют порошок желеэомарганцевых конкреций фракции 0,5 - 5,0 мкм и дегидратацию проводят на воздухе при 200300 С в течение 48 - 72 мин.

3, Способ по пп,1 и 2, отличающийся тем, что термообработку смеси в среде водорода ведут при 1300 - 1400 С в течение

20 - 60 мин, 4. Способ по пп.1 - 3, отличающийся тем, что обработку продукта синтеза фракции 3 - 5 мкм ведут 20 - 40 -ным раствором плавиковой кислоты в течение 90 - 180 мин.