×
04.09.2018
218.016.82b4

СПОСОБ ЛЕГИРОВАНИЯ ЖЕЛЕЗА АЗОТОМ

Вид РИД

Изобретение

Юридическая информация Свернуть Развернуть
Краткое описание РИД Свернуть Развернуть
Аннотация: Изобретение относится к металлургии, а именно к легированию железа азотом. Способ легирования расплава железа азотом включает получение порошковой смеси путем перемешивания порошка железа с порошками нитридов бора или алюминия, полученную порошковую смесь прессуют в брикеты при давлении 30-40 МПа. Спрессованные брикеты помещают в тигель и загружают в вакуумную печь, откачивают до остаточного давления 1-10 Па, напускают азот до атмосферного давления и нагревают в атмосфере азота до температуры 1550-1600°C с расплавлением и выдержкой расплава при этой температуре в течение 60-180 мин. Изобретение обеспечивает повышение содержания азота в объеме железного слитка. 2 ил., 3 пр.
Реферат Свернуть Развернуть

Изобретение относится к металлургии, а именно, к легированию железа азотом. При азотировании железа с образованием нитрида железа Fe8N последующей термообработкой может быть получен метастабильный нитрид Fe16N2. Это дает возможность реализовать высокие магнитные характеристики на азотированном железе и его сплавах (Bulk Fe16N2 compound permanent magnet with 20 MGOe magnetic energy product and beyond mag-net / J.P. Wang, Y. Jiang, Md A. Mehedi, J.M Liu // Rare-Earth and future permanent magnets and their application (REMP 2016). Darmshtad, 2016, 28.08 - 01.09.2016 (013-1430) P. 234-240; P. 235).

Известны способы азотирования железа, которые могут быть разделены на поверхностные (химико-термическая обработка: газовое азотирование при атмосферном или повышенном давлении, ионное азотирование и т.д.) и собственно металлургические; в этом, последнем, случае азот вводится в объем слитка. Настоящее изобретение относится к случаю объемного легирования железа азотом.

Стехиометрический состав нитрида Fe8N (азотистый мартенсит: α' - фаза) соответствует содержанию азота около 3 массовых процентов. Следовательно, задача сводится к тому, чтобы ввести такое количество азота в железо.

Известны способы легирования железа азотом. Так, при магнетронном распылении железа в азотосодержащей среде образуются тонкие (до 40 нм) пленки, состоящие из разных фаз системы Fe=N (Чеботкевич Л.А, Воробьев Ю.Д., Писаренко И.В. Магнитные свойства пленок нитрида железа, полученных реактивным магнетронным распылением / ФТТ, 1998, Т.40, №4, С. 706-707). Естественным недостатком такого способа является малая толщина зоны нитридов железа.

Наиболее близким по технической сущности является патент РФ 2394107 С2 МПК C21C 7/00 "Способ легирования сталей азотом". В этом патенте предложено в качестве поставщика азота применять азотированный феррохром плотностью 4…6,5 г/см3. По материалам патента содержание азота после применения этого способа не превышало 0,062%.

Таким образом, во-первых, содержание азота в способе - прототипе оказывается существенно меньшим необходимого количества азота для образования нитридных соединений, а, во-вторых, введение азотированного феррохрома, плотностью существенно меньшей плотности расплава железа (Еланский Г.Н., Кудрин В.А. Свойства и строение расплавов на основе железа / Вестник ЮУрГУ. Серия "Металлургия", 2015, Т. 15, №3, С. 11-19; С. 12), накладывает серьезные требования к составу и размерам шихты вводимого феррохрома, что связано с возможностью гравитационного расслоения расплава. Собственно, на это указывают и сами авторы способа - прототипа (С. 5-6 указанного Патента).

Задача настоящего изобретения состоит в разработке способа легирования железа азотом в количестве, достаточном для образования нитридов железа.

Поставленная задача решается тем, что для осуществления заявляемого технического решения получают порошковую смесь путем перемешивания порошка железа с порошками нитридов, например, бора или алюминия, отличающийся тем, что полученная порошковая смесь прессуется в брикеты при давлении 30…40 МПа, а спрессованные брикеты помешают в вакуумную печь, откачивают до остаточного давления 1…10 Па, напускают азот до атмосферного давления и нагревают в атмосфере азота до температуры 1550…1600°C с выдержкой при этой температуре в течение 60…180 мин.

Выбранные диапазоны параметров настоящего изобретения обусловлены следующими соображениями.

При давлении меньшим 30 МПа не удается получить прочный брикет (а, значит, порошковая смесь будет обладать низкой теплопроводностью), а повышение давления выше 40 МПа является избыточным и уменьшает ресурс пресс-формы. Откачка до давления 1…10 Па позволяет избавиться от газов, адсорбированных поверхностью порошков. Поскольку нагрев ведут в атмосфере азота, снижение остаточного давления ниже значений 1…10 Па не целесообразно. Выбор температуры и времени связан с тем обстоятельством, что проходящий через "каркас" нитридов расплав железа должен обладать относительно высокой вязкостью, чтобы успевали пройти реакции, связанные с растворением нитридов в расплаве железа; такое растворение в зависимости от состава порошковой смеси и температуры полностью протекает в течение 60…180 мин.

Пример 1.

Распыленный порошок железа ПЖР 3.200.28 производства фирмы "Русский химик" (г. Москва) прессовали в брикеты на гидравлическом прессе при давлении 40 МПа и помешали в тигель из оксида алюминия. Тигель с брикетами загружали в вакуумную электропечь сопротивления с нагревательным блоком из углеродных материалов. После откачки до остаточного давления 1…10 Па, прекращали откачку, напускали в рабочее пространство печи азот и вели нагрев до температуры 1600°С в атмосфере азота. С помощью рентгеновского дифрактометра (здесь и далее рентгеновские исследования проведены на дифрактометре ДРОН-4 в Co - излучении) определяли фазовый состав. Идентифицирована фаза α-Fe.

Пример 2.

Распыленный порошок железа ПЖР 3.200.28 производства фирмы "Русский химик" (г. Москва) смешивали с порошком нитрида бора гексагонального марки Т производства фирмы "Плазмотерм" (г. Москва) в соотношении 95:5 (по массе) в смесителе турбулентном С 2.0 с частотой 40 об/мин. в течение 60 мин. Полученную порошковую смесь прессовали на гидравлическом прессе при давлении 30 МПа и помешали в тигель из оксида алюминия. Тигель с брикетами загружали в вакуумную электропечь сопротивления с нагревательным блоком из углеродных материалов. После откачки до остаточного давления 1…10 Па, прекращали откачку, напускали в рабочее пространство печи азот и вели нагрев до температуры 1550°С в атмосфере азота с выдержкой при этой температуре в течение 180 мин. После окончания выдержки и охлаждения до температуры менее 300°С включали откачку. После охлаждения до комнатной температуры в печь напускали воздух и извлекали образцы (металл, расплав которого вытек из брикета) для последующего рентгеноструктурного анализа На Фиг. 1 приведен фазовый состав полученного металла

На Фиг. 1 по оси абсцисс - угол Брэгга 2θ, по оси ординат - относительная интенсивность. Идентифицированы фазы (обозначены на дифрактограмме - Фиг. 1): 1 - α-Fe; 2 - Fe8N; 3 - Fe2B. Таким образом, количество азота оказалось достаточным для образования нитрид а железа Fe8N (содержание азота в нитриде ≈ 3% по массе).

Пример 3.

Распыленный порошок железа ПЖР 3.200.28 производства фирмы "Русский химик" смешивали с порошком нитрида алюминия марки А 160 производства фирмы "Плазмотерм" в соотношении 80:20 (по массе) в смесителе турбулентном С 2.0 с частотой 40 об/мин. в течение 60 мин. Полученную порошковую смесь прессовали на гидравлическом прессе при давлении 40 МПа и помешали в тигель из оксида алюминия. Тигель с брикетами загружали в вакуумную электропечь сопротивления с нагревательным блоком из углеродных материалов. После откачки до остаточного давления 1…10 Па, прекращали откачку, напускали в рабочее пространство печи азот и вели нагрев до температуры 1600°C в атмосфере азота с выдержкой при этой температуре в течение 60 мин. После окончания выдержки и охлаждения до температуры менее 300°C включали откачку. После охлаждения до комнатной температуры в печь напускали воздух и извлекали образцы (металл, расплав которого вытек из брикета) для последующего рентгеноструктурного анализа. На Фиг. 2 приведен фазовый состав полученного металла.

На Фиг.2 по оси абсцисс - угол Брэгга 2θ, по оси ординат - относительная интенсивность. Идентифицированы следующие фазы (обозначены на дифрактограмме - Фиг. 2): 1 - α-Fe; 4- Fe4N; 5 - AlN. Остальные, неуказанные на Фиг. 2, интерференционные максимумы принадлежат интерметаллиду Al3Fe.

Таким образом, и в этом случае количество азота оказалось достаточным для образования нитрида железа Fe4N (содержание азота в нитриде ≈ 5,9% по массе).

Способ легирования расплава железа азотом, включающий получение порошковой смеси путем перемешивания порошка железа с порошками нитридов бора или алюминия, отличающийся тем, что полученную порошковую смесь прессуют в брикеты при давлении 30-40 МПа, спрессованные брикеты помещают в тигель и загружают в вакуумную печь, откачивают до остаточного давления 1-10 Па, напускают азот до атмосферного давления и нагревают в атмосфере азота до температуры 1550-1600°C с расплавлением и выдержкой расплава при этой температуре в течение 60-180 мин.
СПОСОБ ЛЕГИРОВАНИЯ ЖЕЛЕЗА АЗОТОМ
СПОСОБ ЛЕГИРОВАНИЯ ЖЕЛЕЗА АЗОТОМ
Источник поступления информации: Роспатент

Показаны записи 1-2 из 2.
23.08.2018
№218.016.7e90

Способ пайки изделий из оксида алюминия

Изобретение относится к технологии производства алундовой и корундовой керамики и позволяет изготовить длинномерные изделия или изделия сложной формы. Способ пайки изделий из оксида алюминия включает приготовление шликера, нанесение его на обе спаиваемые поверхности, сушку и нагрев соединенных...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002664561
Дата охранного документа: 21.08.2018
24.01.2019
№219.016.b32c

Способ изготовления деталей высокотемпературного нагревателя вакуумной электропечи сопротивления из карбида тантала

Изобретение относится к металлургии, в частности к способу изготовления высокотемпературного нагревателя из карбида тантала для высокотемпературных вакуумных печей сопротивления. Проводят цементацию деталей из тантала в графитовом порошке или в вакууме в среде ацетилена при давлении 2-10 мм...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002677824
Дата охранного документа: 21.01.2019
Показаны записи 1-10 из 13.
20.05.2014
№216.012.c5d6

Углеродный материал с покрытием из карбида тугоплавкого металла и способ его получения

Изобретение относится к области получения на углеродных материалах защитных покрытий и может быть использовано при изготовлении элементов (нагревателей, держателей) высокотемпературных печей для реализации процессов карбо- или металлотермического восстановления металлов из их окислов. Согласно...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002516405
Дата охранного документа: 20.05.2014
20.12.2014
№216.013.1278

Способ спекания радиопоглащающих магний-цинковых ферритов

Изобретение относится к порошковой металлургии, в частности к получению радиопоглощающих ферритов. Может использоваться в электронной и радиопромышленности. Ферритообразующие оксиды магния, цинка и железа смешивают и синтезируют ферритовый порошок в печах в воздушной среде. Затем измельчают,...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002536151
Дата охранного документа: 20.12.2014
20.04.2015
№216.013.41cf

Способ получения ферритовых изделий

Изобретение относится к порошковой металлургии. Способ получения ферритовых изделий включает приготовление пресс-порошка, содержащего ферритовый материал и легирующую добавку, прессование заготовок, радиационно-термическое спекание заготовок путем их нагрева до температуры спекания облучением...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002548345
Дата охранного документа: 20.04.2015
10.08.2015
№216.013.6ac1

Способ синтеза нанокомпозита coni/c на основе полиакрилонитрила

Изобретение относится к области химии и нанотехнологии. Сначала при температуре 25÷50°C готовят раствор, содержащий, мас.%: полиакрилонитрил - 4,58; CoCl·6HO - 1,86; NiCl·6HO - 1,86; диметилформамид - 91,7, и выдерживают до полного растворения всех компонентов. Затем удаляют диметилформамид...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002558887
Дата охранного документа: 10.08.2015
20.01.2016
№216.013.a041

Установка для металлотермического восстановления щелочно-земельных металлов

Изобретение относится к металлургии. Установка включает реакционную камеру, с противоположных сторон которой расположены камера загрузки сырьевых брикетов и камера разгрузки обработанных брикетов. Теплоизоляционный корпус реакционной камеры соединен с первым механизмом вертикального перемещения...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002572667
Дата охранного документа: 20.01.2016
13.01.2017
№217.015.9070

Способ получения лигатур для постоянных магнитов на основе неодима

Изобретение относится к металлургии, в частности к получению лигатур для постоянных магнитов на основе неодима. В способе смешивают оксид неодима с графитовым порошком и порошком железа или чугуна, полученную смесь прессуют в брикеты при давлении 80-120 МПа, укладывают брикеты в графитовый...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002603931
Дата охранного документа: 10.12.2016
29.12.2017
№217.015.f8c5

Способ получения кальцийсодержащей проволоки для обработки металлических расплавов

Изобретение относится к металлургии, в частности к средствам ввода в металлургические расплавы реагентов для получения металла с улучшенными характеристиками, и может быть использовано для раскисления, десульфации и модификации стали. Способ включает формирование металлической оболочки...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002639742
Дата охранного документа: 22.12.2017
20.01.2018
№218.016.1483

Способ получения металлического неодима из его оксида

Изобретение относится к способу получения металлического неодима из его оксида. Способ включает смешивание оксида неодима с графитовым порошком с последующим прессованием полученной смеси в брикеты и нагревом полученных брикетов в вакуумной или вакуумно-водородной печи для восстановления...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002634820
Дата охранного документа: 03.11.2017
17.08.2018
№218.016.7c51

Способ получения кластеров из наночастиц магнетита

Изобретение может быть использовано в биомедицине. Способ получения кластеров из наночастиц магнетита включает нагревание раствора соединения железа в высококипящем органическом растворителе в атмосфере инертного газа в присутствии 1,2-гексадекандиола и органической кислоты и последующее...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002664062
Дата охранного документа: 14.08.2018
23.08.2018
№218.016.7e90

Способ пайки изделий из оксида алюминия

Изобретение относится к технологии производства алундовой и корундовой керамики и позволяет изготовить длинномерные изделия или изделия сложной формы. Способ пайки изделий из оксида алюминия включает приготовление шликера, нанесение его на обе спаиваемые поверхности, сушку и нагрев соединенных...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002664561
Дата охранного документа: 21.08.2018
+ добавить свой РИД