Способ получения дисперсного абразивного материала

ИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИ К ПАТЕНТУ Комитет Российской Федерации по патентам и товарным знакам(54) СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ДИСПЕРСНОГО АБРАЗИВНОГО МАТЕРИАЛА(57) Использование: абразивные материалы в видепорошка на основе неорганических веществ. Сущность изобретения: повышение абразивной износостойкости и увеличение выхода годного порошкадостигается тем, что способ включает смешиваниетехнического углерода с порошком дегидратированных железомарганцевых конкреций (ЖМК) и(19) КС (11) 2001935 С 1 (51) 5 С 09 КЗ 14 борной киаютой при соотношении компонентов, мас 96: ЖМК 45 - 60; Н ВО 35 - 15; техническийз зуглерод - остальное, синтез путем термообработки смеси в среде водорода разделение продуктов синтеза по фракциям с выделением фракции 3 - 5 мкм, обработку ее раствором ппавиковой 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 з.л. ф-лы.4 таблИзобретение 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), прес- сование 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 тех 55 ты в течение 1,5-3,0 ч для растворения стеклофазы.В качестве основы абразивного материала использованы тихоокеанские ЖМК, содержащие следующие компоненты (см, табл, 1), мас, : гидроксиды марганца 42 - 46, железа 6 - 10, оксиды кремния 12-18, алюминического 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, бор ная кислота 35 - 15, технический углерод -остальное. термообработку смеси ведут в среде водорода и выделенную фракцию продукта синтеза 3 - 5 мкм обрабатывают раствором плавиковой кислоты; дополни тельно используют фракцию ЖМК 0,5-5,0мкм и их дегидратацию проводят на воздухе при 200 - 300 С в течение 4,8 - 7,2 мин; термообработку в среде водорода проводят при 1300-1400 С в течение 20 - 60 мин и обра ботку продукта крупностью 3-5 мкм ведут20-40 раствором плавиковой кислоты в течение 90 - 180 мин,Основные отличия предложенного способа заключаются в том, что в смесь допол нительно вводят борную кислоту приследующем соотношении компонентов в смеси, ма; железомарганцевые конкреции 45-60. борная кислота 15-35. технический углерод - остальное. термообработку 30 смеси ведут в среде водорода и выделеннуюфракцию продукта синтеза 3-5 мкм обрабатывают раствором плавиковой кислоты.Преимущество способа заключается втом, что установлена высокая, на уровне ал мазных паст, абразивность содержащихЖМК материалов, полученных при термосинтезе в среде водорода, причем выход годного абразивного материала может быть увеличен путем обработки плавиковой кис лотой. 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 200- 45 300 С в течение 0,8 - 1,2 ч, смешивание ЖМКс борной кислотой и сажей в определенном соотношении компонентов, термосинтеэ в среде водорода при температуре 1300- 1400 С в течение 20 - 60 мин, отделение 50 фракции продукта синтеза крупностью 3-5мкм для получения абразивного порошка и обработку этой фракции продукта синтеза 20-40 -ным раствором плавиковой кисло 200193551015 20 25 30 35 40 45 50 55 ния 4-6, никеля 1,3-1,5, а также оксиды кальция, титана, бария, меди, кобальта и редкоземельные элементы (РЗМ) - остальное,П р и м е р 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 порошо, содержащий бориды и карбиды марганца и железа. разделяли по 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 АСМ 5/3 НОМГ (ТУ-037-506-85) представлены в табл, 2.П р и м е р 2. Получали абразивный порошок по технологии примера 1 с использованием ЖМК первой пробы и соотношением ЖМ К, сажи, борной кислоты, мас,%: 44 : 19: 37.П р и м е р 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,П р и м е р 6. Абразивный порошок получали по технологии примера 1 с соотношением ингредиентов ЖМК (вторая проба), сажа, борная кислота, мас: 53: 23, 5: 23,5,П р и м е р 7, Получали абразивный порошок по технологии примера 1 с использованием ЖМК третьей пробы и соотношением ЖМК; С: НЗВОз, мас.о : 52; 23,5: 23,5.П р и м е р 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).П р и м е р 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,П р и м е р 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 8- 12 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,П р и м е р 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 30 ф-ным раствором плавиковой кислоты в течение соответственно 1, 2, 3 и 4 ч, Результаты испытаний приведены в табл. 3 и 4,П р и м е р 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. : ЖМ К 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 количества2001935 Таблица 1 Таблица 2 Состав шихты и абразивная способность синтезированных порошков без обработки плавиковой кислотойсвободного углерода, что также снижает абразивность (пример 5).Обработка синтезированных порошков 20-40-ной плавиковой кислотой в течение 1.5-3,0 ч повышает абразивность материала в среднем на 30 - 50 (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 нижестоимости алмазов и алмазных порошков.Важным преимуществом способа является возможность разрешения противоречия между достижением высоких 10 абразивных свойств материала и высокойстоимостью сложной аппаратурно-технической схемы его получения,15 (56) Патент США М 4788018, кл. С 04 В 35/56, 1988,Авторское свидетельство СССР20 М 644728, кл. С 01 В 31/30, 1979.10 2001935 Продолжение табл,2 аблнца Э Состав продукта / алого порошка/ в зависимости от ранима обработки и концентрвцнтт плавиковой кислоты /сосгав шикты. мас.5: ЖМК.50. С.20. НзВОз/ Продолжительность обреботки НГ, ч Состав продукта, мас. ф мпературантеза, С нце мпервтура Мп Мз 51 Вк Ге 510 з Мл 101 5 детидрата- сиции, С: ГеЗЮзфА 1510 з Примеси: окснды меди, никеля, кремния, кальция, кобальт имечание Стекл лица браэивная способность и выход годного порошка при обрабо плавиковой кислотой / по отношению к примеру 8/ 12 13 14 5 1 Ь 17 19 20 21 22 23 1350 1 Э 50 1350 1350 1350 1 ЭОО 1400 1450 1350 1350 1350 1 Э 50 1350 30 ЭО ЭО 30 30 1 О 19 20 24 25 25 1 О 12 12 6 122001935 12 Продолжение табл,4 Примечание. Нерастворенная стеклофаза: ГеЯ Оэ+ АЫОз / см.табл,3/ Формула изобретения 45- б 015-35 10Остальное Составитель С.КотяшкинТехред М,Моргентал Корректор М.Петрова Редактор Т,Пилипенко Тираж Подписное НПО "Поиск" Роспатента113035, Москва, Ж, Раушская наб 4/5 Заказ 3155 Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул,Гагарина, 101 1, СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ДИСПЕРСНОГО АБРАЗИ 8 НОГО 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 конкрецииБорная кислотаТехнический 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 200- 300 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.