气雾化N-i Mn-Co合金粉末触媒制备及其合成金刚石
发布时间:2020-05-05 06:27

  金刚石触媒的形态众种众样,但具有工业应用价钱的首要是片状和粉状.采用粉末触媒合成金刚石,具有单产高、原辅原料消磨小、质地好等便宜,加倍是能够合成出粗颗粒和上等第金刚石.德邦Winter公司从80年代初期入手切磋,率先开拓获胜粉末触媒合成金刚石工艺.90年代今后,DeBeers正在收购Winter后与GE均采用粉末触媒举办粗颗粒高强度金刚石出产,并垄断了寰宇金刚石的市集,但出产技能苛苛保密.

  我邦事寰宇金刚石出产大邦,年产量达140t(7亿克拉),可是种类简单,等第属中低档,且豪爽应用NiMn25Co5片状触媒.片状触媒出产工序长,能耗大,原料行使率不高,因素偏析显著,倒霉于金刚石的孕育.邦内自70年代末先后采用单质粉夹杂、车削粉屑和水雾化粉等,切磋粉末触媒工艺,首要是用于合成小于150Lm的细颗粒金刚石,未正在全体行业中获得范围行使.正在90年代后期,因为我邦金刚石行业不景气,采用粉末触媒合成金刚石,加倍是粗颗粒、高强度金刚石,技能再次受到珍爱,但平素未有大的冲破,粉末触媒的质地不高是合节来因之一,象水雾化触媒合金粉末的氧含量高达2000@10-6.王志法等正在NiMn25Co5片状触媒合成编制中,切磋了氧含量对金刚石合成成就的影响,觉察跟着氧含量的推广,金刚石单产显著消重,当氧含量越过2000@10-6后,合成块中没有获得金刚石,是以提出应将氧含量左右正在1000@10-6以下.北京有色金属切磋总院自1997年入手切磋开拓高质地的NiMn25Co5粉末触媒,至今已进入范围化出产和推论行使阶段.本文扼要先容NiMn25Co5粉末触媒的制备形式及其基础物理化学特色,以及正在六面顶压机合成金刚石的特征.

  速捷凝集气雾化技能制备合金粉末的道理是将熔融金属注入底漏坩埚,正在底漏坩埚的下方置有气体雾化喷嘴,当熔融的金属液通过导流嘴流经喷嘴时,被喷嘴射出的高速气体雾化成小液滴,随后合金液滴正在雾化气体中航行时敏捷凝集冷却成粉.速捷凝集气雾化技能与古板熔铸技能比拟,具有显著的上风:1)构制微小,因素偏析小;2)可增加元素的固溶度,并可爆发少少亚稳相或新相;3)具有直接制备出粉末的大范围贸易化出产上风,粉末氧含量低,污染小,工艺简易.是以,采用真空/惰气雾化工艺,可制备低氧含量、因素匀称、构制微小的高质地触媒合金粉末.采用电解Ni、Mn、Co原料,按w(Ni)=70%,w(Mn)=25%,w(Co)=5%配比,思考Mn的烧损,经真空感想熔炼并浇铸成锭,合金锭重熔后被Ar气雾化成粉.雾化工艺参数为:雾化压力115MPa,过热度250e,导流嘴内径3.5mm.合金粉末过30Lm和63Lm筛后,用于测试理解和合成金刚石试验.

  采用X射线仪理解粉末触媒的相组织,金相显微镜参观触媒的构制,扫描电镜理解粉末触媒及合成的金刚石样子,并检测了合成的金刚石的抗压强度、室温挫折强度和高温挫折强度(900e、1100e)等功能.

  311NiMn25Co5粉末触媒的特征及构制组织采用气雾化形式制备的N-iMn-Co合金粉末样子为球形,如图1所示.因为正在真空下熔炼,采用惰气雾化,是以制备的N-iMn-Co合金粉末触媒氧含量很低,30~63Lm粉末的氧含量为160@10-6,小于30Lm方针为220@10-6.氧含量是划分粉末触媒质地崎岖的紧要目标之一,由于触媒粉末中的氧将对金刚石的合成爆发倒霉影响.酿成这种倒霉影响的来因也许来自两方面:一是,因为N-iMn-Co合金中的氧首要以氧化锰的格式存正在,氧化锰的酿成将低落粉状触媒的皮相活性,省略粉状触媒与石墨的接触面积,低落其对石墨的潮湿性等,影响碳正在粉状触媒中的融化和扩散,倒霉于金刚石形核;二是,

  触媒氧化将导致其晶格常数变大,以至粉碎触媒组织的对应相干而落空触媒的效力.N-iMn-Co合金粉末的物理特征睹外1,不难看出,粉末触媒具有充分的比皮相,有利于进步触媒与石墨的接触面积,进步金刚石形核率和合成单产,低落出产本钱.

  合金粉末的金相显微构制呈微小树枝晶(睹图2).因为合金粉末正在气雾化进程中,凝集冷速很高,所以其显微构制要比常例锻制轧制工艺出产的N-iMn-Co合金细得众,大大省略了因素偏析,并改观了构制的匀称性,不存正在片状触媒的轧制织构题目,有利于金刚石的匀称形核和长大,以及进步晶体的完好性.

  气雾化Ni70Mn25Co5触媒合金粉末X射线衍射理解结果剖明:合金相组织为好似Ni的简单壁心立方固溶体,如图3所示.

  312N-iMn-Co粉末触媒的合成金刚石工艺特色用523mm@16mm的响应腔体,永诀举办粉末触媒与片状触媒合成金刚石的试验,情状比照睹外2.可睹,粉末触媒合成的金刚石完好率高,合成单产推广,粗颗粒金刚石数目推广,抗压强度大幅度进步.别的,采用粉末触媒比用片状触媒合成电流低落20%,减小了通电硬质合金顶锤的电流密度,进步了顶锤的寿命,均匀每合成2000g金刚石,锤耗低落到2~3kg.触媒与石墨的消磨比例也大大变更,可勤俭触媒合金约30%.

  别的,采用粉末触媒还可合成高产磨料级金刚石.关于523mm响应腔体合成高产磨料级金刚石,单产均匀到达312g,此中金刚石等第正在MBD4和MBD6以上的占90%.可睹,粉末触媒的推论行使,将有力鼓舞我邦金刚石行业的技能更新和发展,必将爆发庞大的经济效益和社会效益.粉末触媒合成的金刚石样子睹图4,可睹,金刚石单晶以六-八面体为主,晶型完好率高,晶体内较为纯净包裹体总量不众,分散较为微小弥散.经检测,合成的金刚石具有杰出的室温和高温挫折强度(TI、TTI),检测结果睹外3.

  粉末触媒与石墨呈空间三维分散,能爆发较为均一的温度场和压力场,给金刚石的孕育创建了较好的条款,是以金刚石晶型可能对称孕育,晶型较为完好;况且碳源的需要正在/粉末工艺0下慢而匀称,/片状工艺0下则敏捷而不屈均,是以粉状触媒合成的金刚石晶体纯净,包裹体总量不众,搀杂物和气泡更少.是以,粉状触媒合成的金刚石对称性高,晶型完好,晶体纯净,从而具有较高的抗压强度和杰出的冷热挫折强度.

  1)采用气体雾化形式制取的NiMn25Co5触媒合金粉末因素匀称,颗粒呈球形,晶粒微小且各向同性,具有好似Ni的简单壁心立方固溶体组织,30Lm粉末氧含量200@10-6;

  2)粉末触媒合成的金刚石晶型完好率高,晶体纯净,包裹体总量不众,搀杂物和气泡少,具有较高的抗压强度和杰出的冷热挫折强度;

  3)采用粉末触媒合成金刚石,可进步合成单产,勤俭原辅原料,大大低落金刚石的出产本钱,而且不但能合成高产磨料级金刚石,还可能大大进步粗颗粒和上等第金刚石的比例.上一篇:新钎料的实用局限

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