Spôsob výroby Fe-Cu práškov s obsahom medi 2 až 20 % hmotn. z technických elektrolytov obsahujúcich meď

Číslo patentu: 281032

Dátum: 07.10.1998

Autori: Molnár František, Bureš Radovan, Dudrová Eva, Šimko Ján

Stiahnuť PDF súbor.

Zhrnutie / Anotácia

Je opísaný spôsob výroby Fe-Cu práškov s obsahom medi 2 až 20 % hmotnostných z technických elektrolytov obsahujúcich meď vycementovaním medi na časticiach železného prášku pri minimalizovaní alebo úplnom potlačení znečistenia vyrobeného Fe-Cu prášku prímesovými prvkami z elektrolytu tak, že takýto Fe-Cu prášok je vhodný na výrobu spekaných konštrukčných súčiastok práškovou metalurgiou.

Text

Pozerať všetko

Dátum podania 30.08.1996 (13) Druh dokumentu B 6 Číslo prioritnej prihlášky (51) Int. C 17 95 mm PTÍOYÍWI B 22 F 1/02 Krajina priority C 25 C 5/02 Dátum zverejnenia 07.10.1998ÚRAD Dátum zverejnenia udeleniapmEMysELNÉHo vo Vestníku 07.11.2000SLOVENSKEJ REPUBLIKY Číslo PCT(73) Majiteľ patentu Ústav materiálového výskumu SAV, Košice, SK(72) Pôvodca vynálezu Dudrová Eva, doc. Ing., CSc., Košice, SK Molnár František, doc. Ing., CSc., Košice, SK Bureš Radovan, Ing., CSc., Košice, SK Šimko Ján, Ing., CSc., Krompachy, SK(54) Názov vynálczu Spôsob výroby Fe-Cu práškov s obsahom medi 2 až 20 /- hmotn. z technických elektrolytov obsahujúcich medJe oplsaný spôsob výroby Fe-Cu práškov s obsahom medi 2 až 20 hmomostných z technických elektrolytov obsahujúcich med vycementovanlm medi na časticiach železného prášku pri minimalizovani alebo úplnom potlačení znečistenia vyrobeného Fc-Cu prášku prímesovými prvkami z elektrolytu tak, že takýto Fe-Cu prášok je vhodný na výrobu spekaných konštrukčných súčiastok prâškovou metalurgiou.Vynález sa týka hydrometalurgie a práškovej metalurgie. Ide o využitie technických elektrolytov obsahujúcich meď na výrobu železnćho prášku povlakovanćho meďou(F e-Cu prášok). Takýto prášok sa použije na výrobu spekaných konštrukčných súčiastok.V technickej praxi sa vyskytujú elektrolyty obsahujúce med vo forme rozpustných solí, napríklad síranov a chloridov. Po dosiahnutí takého chemického zloženia elektrolytu,ktoré je nevhodné pre danú technológiu, sa elektrolyt alebo chemicky regeneruje, alebo sa vylúči z ďalšieho použitia v danej technológii. Napriklad pri elektrolytickej raíinácii medi sa používa elektrolyt obsahujúci síran meďnatý. Ak koncentrácia niklu v takomto elektrolyte dosiahne hodnotu 20 g/ l Ni dôjde k pasivácii anódy a elektrolyt sa stáva nevhodný na ďalšiu elektrolytickú rafmáciu medi. V takomto elektrolyte je okrem niklu pomeme vysoký aj obsah ďalších prvkov, a to arzenu, antimónu, bizmútu, olova a zinku, čo tiež prispieva k tomu, že takýto elektrolytje ďalej nepoužiteľný na ďalšiu elektrolýzu. Tento problém sa rieši tak, že určité množstvo takéhoto elektrolytu sa odoberie a nahradí sa novým elektrolytom tak, aby klesla hodnota koncentrácie niklu (Nízl) a uvedených prvkov na hodnoty vhodné na ďalšiu elektrolýzu. V odobratom elektrolyte je koncentrácia niklu 20 g/ l Ni alebo viac a koncetrácia medi 15 až 45 g/ l CU. Z odobratčho elektrolytu, ktorý z hl diska elektrolytickej rafmácie predstavuje odpadový materiál sa ešte môže získať med, a to elektrolýzou s použitím olovenej anódy, a to až do koncentrácie medi 0,5 g/ 1 Cu v elektrolyte. Takto získaná med obsahuje prímesové prvky z elektrolytu a musí byť spracovaná opätovnou rañnáciou. Zo zvyšku elektrolytu sa odparovanim a kryštalizáciou získava kryštalický síran nikelnatý.lným vhodnejším spôsobom využitia technického elektrolytu obsahujúceho okrem medi aj ďalšie nežiaduce prlmesové prvky je výroba Fe-Cu prášku povlakovaním častíc želemého prášku meďou postupom chemickej cementácie medi z elektrolytu železom. Pri vytvorení povlaku medi na železnom prášku s minimálnym alebo žiadnym obsahom nežiaducich prímesových prvkov, ako je arzćn, antimón,bizmút, olovo a zinok sa získa Fe-Cu prášok s homogénnym rozložením medi v objeme Fe-Cu prášku. Výhodou je,že homogćnne rozloženie medi bez jej segregácie sa zachováva pri preprave, skladovaní a manipulácii s práškom, ako aj počas lisovania a spekania výliskov technológiami práškovej metalurgie. Rovnomerné rozloženie medi zabezpečí homogénnu štruktúru, výhodné vlastnosti spekaného želem legovanćho meďou a ich reprodukovateľnosť. Takýto Fe-Cu prášok je preto vhodnejší na výrobu spekaných súčiastok práškovou metalurgiou ako iné druhy Fe-Cu práškov, napriklad zmes práškového železa a práškovej medi Bocchíni G.F., Marchin A. Dímensional Changes in Sintering Iron-Copper Materials, In Modern Developements in PM, V.7, Special Materials, APMI, Princenton, New Jersey 1985, p.767, alebo aj difúzne predlegovane Fe-Cu prášky Arbstedt P.G., Metal Powder Report, 35, 3, 1980,p.99 Höganäs AB, Diñusion Legierte Pulver Distaloy AB,AE, SA, SE, 1985 Mannesmann Münchengladbach Iron and Steel Powders for Sintered Compacts, 1985.Podstata vynálezu spočíva vo využití technických elektrolytov obsahujúcich okrem medi koncentrácie od 15 do 45 g/ l aj ďalšie prímesové prvky, ktorých obsahy môžu byť nasledovne 20 g/ l a viac niklu, arzénu do 2,0 g/l, antimónu do 0,7 g/l, bizmútu do 8,2 mg/l, olova do 12,5 g/l, železa 2,4 g/ l na výrobu železného prášku povlakovaného meďou, tak že tento Fe-Cu prášok môže obsahovať od 2 až do 20 hmotnostných medi a obsah prímesových prvkov z elektrolytu neprevyšuje v takomto Fe-Cu prášku 0,02 hmotnostných niklu, 0,05 hmotnostných arzćnu 0,03 hmotnostných antimónu, len stopový obsah (pod hranicou stanoviteľnosti) bizmútu, menej ako 0,003 hmotnostných olova a 0,001 hmotnostných síry.Požadovaný obsah medi v rozsahu od 2 až do 20 hmotnostných v Fe-Cu prášku sa dosiahne výpočtom potrebnej hmotnosti železného prášku na množstvo elektrolytu s definovanou koncentráciou medi. optimálna koncentrácia medi v elektrolyte je 10 g/ l Cu. Výpočet vyplýva zo stechiometrie chemickej rovnieeMinimalizovanie znečistenia medi vycementovanej na povrchu častíc železnćho prášku spočíva v tom, že cementáeia sa ukončí pred dosialmutím stavu termodynarnickej rovnováhy, pretože ako vyplýva z termodynamických výpočtov, prímesi As, Sb, Bi a Pb sa vylučujú na konci cementácie, ked koncentrácia medi v elektrolyte klesne na hodnotu začiatku vylučovania jednotlivých prímesových prvkov.Z chemickej rovniee č. 1 vyplýva, že pri cementácii je jeden mol železa nahradený jedným molom medi. Memá hmotnosť medi je oproti železu o 13,8 vyššia. Z uvedených dôvodov je nutné cementáciu prerušiť vtedy, keď koncentrácia medi v elektrolyte - v cementačnom roztoku - dosiahne hodnotu zodpovedajúcu 13.8 koncentrácie medi na začiatku cementácie. V pripade elektrolytu s koncentráciou medi 10 g/l Cu to znamená, že cementáciu je treba ukončiť, keď koncentrácia medi v elektrolyte - v cementačnom roztoku - klesne na 1,38 g/ 1 CU. Ukončenie cementácie sa určí sledovaním poklesu koncentrácie medi v cementačnom roztoku, na základe ktorého sa určí čas cementácie zodpovedajúci poklesu koncentrácie medi v cementačnom roztoku na vypočitanú hodnotu. Takto určený čas cementácie je jedna až maximálne päť minút.Na výrobu takéhoto Fe-Cu prášku použijeme vodou alebo vzduchom rozstrekovaný železný prášok, hubovitý železný prášok, alebo mechanickým mletím vyrobený železný prášok, najvýhodnejšie ale vodou rozstrekovaný železuý prášok s veľkosťou častíc pod 0,160 mm. Ďalej použijeme preñltrovaný elektrolyt a upravený tak, že obsah medi je 10 y l a pH elektrolytu je menšie alebo sa rovná 2,5. Železný prášok vypočítanej hmotnosti sa za stáleho miešania vsype do elektrolytu a za stáleho miešania počas maximálne 5 minút, dôjde k vycementovaniu povlaku medi na časticiach železnćho prášku.Po ukončení cementácie sa Fe-Cu prášok oddelí od cementačnćho roztoku liltráciou. Fe-Cu prášok sa premýva vodou upravenou na pH - 2,5, a to až do prakticky úplného odstránenia vo vode rozpustných zlúčenín. Po ukončení premývania sa Fe-Cu prášok oddelí od premývacej vody tiltráciou. Takto pripravený Fe-Cu prášok sa alebo pasivuje vodným roztokom vínanu sodno-draselného, najlepšie 0,2 -ným, po oddeleni Fe-Cu prášku od pasivačnćho roztoku odstrederííní, sa prášok suší pri teplote 120 až 150 °C na vzduchu, alebo sa redukčne vyžíha v atmosfére obsahujúcej 25 až 100 objemových vodíka pri teplote 600 až 700 °Cpri výdrži na teplote 30 až 60 minút. Takto vyrobený Fe-Cu prášok sa uskladňuje, najlepšie do vzduchotesných nádob,alebo sa priamo použije na výrobu výliskov postupmi práškovej metalurgie. Z takto vyrobeného Fe-Cu prášku sa vylisujú surové výlisky hustoty 6,6 až 7,2 g.cm 3, najlepšie tlakom 400 až 600 MPa. Surovć výlisky sa spekajú pri teplote 1090 až 1250 C v ochrannej atmosfére, najlepšie v redukčnej s obsahom 25 až 100 vodíka počas 30 až 90 minút. Spekaný produkt označujeme ako spekaný Fe-Cu materiál. Spekané Fe-Cu materiály napriklad s obsahom 6 hmotnostných medi, bez pridavku gratitu a iných legúr,dosahujú medzu pevnosti v ťahu od 350 do 400 MPa, ťažnosť A 5 od 2 do 4 , tvrdosť od 80 do 150 HB a lineámu zmenu rozmerov od 0,l do l,5 .Príklad č. 1 Výroba meďou povlakovaného železného prášku s obsahom 6 hmotnostných medi (Fe-6 Cu) a vlastnosti z neho pripravených spekaných výliskovPoužijerne technický elektrolyt zloženia 43,07 g/ 1 medi, 2,215 gl niklu, 0,210 g/l antimónu, 0,670 g/l arzćnu,0,014 g/l olova, 0,005 l g/l bizmútu a 150 g/1 kyseliny sírovej. Filtrovaním elektrolytu sa odstráni zrazenina tvorená slranom vápenatým, olovom, a oxidom olovičitým. Použijeme vodou rozstrekovaný železný prášok typu WPL 200 s veľkosťou častíc pod 0,160 mm. Na 100 g železnćho prášku použijeme 600 ml elektrolytu upraveného riedením vodou na koncentráciou medi 10 g/ 1 Co. Kontrolujeme pH cementnčného elektrolytu tak, aby sa rovná 2,5. Do pripravenćho elektrolytu sa za stáleho miešania vsype železný prášok. Po 5 minútach cementáciu ukončíme a železný prášok povlakovaný meďou (Fe-Cu prášok) oddelíme filtráciou od cementačneho elektrolytu. Prášok premývame vodou upravenou kyselinou slrovou na pH - 2,5. Premývanie opakujerne štyrikrát. Pri štvrtom premývaní pasivujeme prášok 0,2 -ným roztokom vlnanu sódno-draselneho. Po pasivovani oddelíme prášok od pasivačnćho roztoku odstredením. Takto pripravený Fe-Cu prášok sušíme 20 minút pri teplote 150 °C na vzduchu vo vibračnej sušičke. Takto sa získa Fe-Cu prášok s obsahom 6,33 i 0,48 hmotnostných medi, 0,029 hmotnostných níldu, 0,0048 hmotnostných S, 0,032 hmotnostných Sb, 0.018 hmotnostných As, menej ako 0,0003 hmotnostných olova, s obsahom bizmútu v stopovom množstve a s obsahom 0,I 52 hmotnostných kyslíka. Takýto Fe-Cu prášok ballme do vzduchotesných nádob alebo z takéhoto prášku bez prídavku grañtu a bez prídavku mastiva vylisujeme za studena tlakom 600 MPa surové výlisky hustoty 6,96 i 0,02 g.crn 3. Surove výlisky spekáme pri teplote 1120 °C počas 90 mínút v štiepenom čpavku s rosnou teplotou -20 °C. Takto vyrobené spekanć výlisky majú hustotu 6,88 i 0,0 l g.cm 3, lineárna zmena rozmerov po spekanl je 0,55 k 0,03 V). Spekané výlisky obsahujú 6,0 l 0,50 hmotnosmých medi, pod 0,06 hmotnostných niklu, 0,002 hmotnostných síry, pod 0,02 hmotnostných antimónu, 0,018 hmotnostných arzenu, menej ako 0,0003 hmotnostných olova,bizmút v stopovom množstve a 0,08 hmotnostných kyslíka. Takto vyrobené spekané výlisky majú medzu pevnosti v ťahu 351 x ll MPa, ťažnosť A 5 4,0 i 0,4 , tvrdosť 97 t 4 HB, elektrickú vodivosť 6,27 0,19 mšľĺmrnz.Príklad č. 2 Zelezný prášok povlakovaný meďou s obsahom 6 hmotnostných medi pripravíme rovnakým postupom ako vpríklade č. l až po oddelenie Fe-Cu prášku filtráciou od vody po štvomásobnom premývaní. Prášok Fe-Cu redukčne žíhame v atmosfére štiepenćho čpavku pri teplote 650 °C s výdržou 1 hodina. Takto vyrobený prášok balíme alebo spracujeme na spckanć výlisky rovnakým postupom ako v príklade č. l.Železný prášok povlakovaný meďou s obsahom 6 hmotnostný/ch medi pripravíme rovnakým postupom ako v príklade č. 2. K vyrobenému Fe-6 Cu prášku pridáme 0,6 hmotnosmých práškového gañtu, typ CR 12 s veľkosťou častíc pod 0,040 mm. Zmes miešame v mechanickom miešači typ Turbula. Z takto pripravenej práškovcj zmesi vyroblme výlisky lisované a spekanć za rovnakých podmienok ako v príklade č. 1. Takto vyrobené spekanć výlisky majú hustotu 6,703 t 0,02 g.cm 3, lineàma mena rozmerov po spekaní je 0,22 i 0,0 . Obsah kyslíka po spekanl je 0,06 hmotnosmých . Takto vyrobené spekané výlisky majú medzu pevnosti v ťahu 455 t ll MPa, ťažnosť A 5 3,0 i 0,5Spôsob výroby Fe-Cu práškov s obsahom medi 2 až 20 hmotnostných z technických elektrolytov obsahujúcich meď, ktoré sú vhodné na výrobu konštmkčných súčiastok postupmi práškovej metalurgie, v y z n n č u j ú c i s a t ý m , že železný prášok povlakujeme me ďou cementáciou z technického elektrolytu s koncentráciou.medi 10 g/ 1 maximálne do poklesu koncentrácie medi na1,38 g/ l V elektrolyte, čo zodpovedá času cementácie ma» ximálne 5 minút za stáleho miešania pri teplote okolia a ná sledným premývaním Fe-Cu prášku vodou s pH 2,5 a následnou pasíváciou 0,2 -ným vodným roztokom vinanu sódno-draselnćho a následným sušenim pri teplote 120 až 150 °C na vzduchu, alebo po premytí vodou a následným redukčným žíhaním Fe-Cu prášku pri teplote 600 až 700 °C v atmosfére obsahujúcej 25 až 100 objemových vodika

MPK / Značky

MPK: C25C 5/02, B22F 1/02

Značky: obsahom, technických, spôsob, fe-cu, hmotn, práškov, obsahujúcich, výroby, elektrolytov

Odkaz

<a href="http://skpatents.com/3-281032-sposob-vyroby-fe-cu-praskov-s-obsahom-medi-2-az-20-hmotn-z-technickych-elektrolytov-obsahujucich-med.html" rel="bookmark" title="Databáza patentov Slovenska">Spôsob výroby Fe-Cu práškov s obsahom medi 2 až 20 % hmotn. z technických elektrolytov obsahujúcich meď</a>

Podobne patenty