От достигнутых целей к новым горизонтам

Публикации

01.09/2017

Разработки АО "ПОЛЕМА"

В течение 2015 г. на АО «ПОЛЕМА» были проведены исследовательские работы по получению порошка сплава тройной системы кобальт-хром-молибден марки КХ28М6 для аддитивных технологий

Подробнее

20.12/2016

Совершенствование технологии производства порошков для защитных покрытий и ремонта литейных форм.

Боголюбов Н.В ОАО «ПОЛЕМА». «Совершенствование технологии производства порошков для защитных покрытий и ремонта литейных форм. Производство молибденовых электродов для стекловаренных печей». (Доклад на Международном форуме «СТЕКЛО и СОВРЕМЕННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ- XXI» 19.11.2014, г. Москва)

Подробнее

Документы

» Главная » Публикации » Совершенствование технологии производства порошков для защитных покрытий и ремонта литейных форм.

Совершенствование технологии производства порошков для защитных покрытий и ремонта литейных форм.

Боголюбов Н.В ОАО «ПОЛЕМА».
 «Совершенствование технологии производства порошков для защитных покрытий и ремонта литейных форм. Производство молибденовых электродов для стекловаренных печей».
(Доклад на Международном форуме «СТЕКЛО и СОВРЕМЕННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ- XXI» 19.11.2014,  г. Москва)

ОАО ПОЛЕМА - ведущий мировой производитель изделий из хрома, молибдена, вольфрама, металлических порошков и композиционных материалов. Компания поставляет ежегодно продукцию 430-450-и  предприятиям и организациям РФ, а также на экспорт, охватывая все ключевые рынки в 30 странах: США, Китае, Тайване, Корее, Японии, странах ЕЭС и др.  Доля ПОЛЕМА в структуре экспорта РФ высокотехнологичной продукции из тугоплавких металлов  составляет: 99,99% в поставках   электролитического хрома и изделий из хрома высокой чистоты, 95% - молибдена, 80% - вольфрама от суммарного объема экспорта этих групп товара. Изготавливаются мишени для покрытий, в т.ч. хромовые для зеркал и молибденовые для электронной промышленности.

Производство металлических порошков - одно из важнейших направлений деятельности компании. Предприятие выпускает около 250 марок порошков чистых металлов и легированных сплавов для применения в следующих областях: порошковая металлургия хрома, молибдена и вольфрама, деталей конструкционного назначения, электротехника, электроника, отрасль боеприпасов, авиакосмическая отрасль, производство деталей ракетной техники из жаропрочных сплавов, производство распыляемых мишеней и испаряемых источников для технологий вакуумного осаждения тонких пленок и многофункциональных покрытий, производство инструмента из порошковых сталей,  в технологиях пайки,  наплавки и напыления износостойких, жаростойких и устойчивых к химической коррозии покрытий в десятках отраслях промышленности, включая авиационное моторостроение,  энергетическое машиностроение, нефтегазовый комплекс, арматуростроение, транспорт, горно-металлургическую, стекольную и химическую отрасли.  Многие виды получаемых в компании порошков применяются также для собственных нужд – в производстве изделий из тугоплавких металлов, распыляемых мишеней, материалов электротехнического назначения, псевдо- и тяжелых сплавов, газопоглотителей и др.

В 80-е годы в ПОЛЕМА по решению правительства был построен крупнейший в стране комплекс мощностью 3000 т по производству порошков чистых металлов и легированных сплавов для обеспечения различных отраслей промышленности современными порошковыми материалами.

 

Промышленные технологии получения порошков в ОАО «ПОЛЕМА»

Методы получения и характерные свойства  порошков

Таблица 1

Метод

Получаемые порошки

Характеристики порошков

Области применения

Восстановление водородом оксидов  металлов в толкательных печах

Вольфрамовые ПВ1, ПВ2

W не менее 99,95%,

Средний размер частиц:

ПВ1-от 0,8 до 1,7 мкм;

ПВ2-от3,8 до 6,0 мкм

Листы, пластины, распыляемые мишени, прутки, тигли, электро-контакты, псевдоспла-вы, тяжелые сплавы.

Молибденовый ПМ99,95

Мо не менее 99,95%,

Средний размер частиц

2-4,5 мкм

Листы, пластины, рас-пыляемые мишени, прутки, электроды, тигли, экраны, лодоч-ки, сплавы с вольфра-мом,  с оксидом лантана и др.

Восстановление оксидов металлов гидридом кальция

Хром, титан, Ti-Zr, Ti-Al, Ti-V, Ti-Ni, Ni-Al сплавы и интерметаллиды, нержавеющие стали, нихромы, жаростойкие сплавы на основе Ni и Fe 

Низкое содержание С, N, S, P Регламен-тированные размеры частиц.  Иррегурярная форма частиц, низкая насыпная плотность, отличная прессуемость.

 

Газопоглотители (титан и его сплавы с V, Zr, Al), пиротехнические средства, импланты (титан), фильтры, (титан, нержавеющие стали), спеченные детали энергетического обору-дования, жаростойкие и износостойкие покрытия, припои  

Распыление расплавов металлов газом

Стали и сплавы на основе Fe, Ni, Cu,  Al, Zn, Sn. 

Однородные по  химическому составу, структуре,  полидиспер-сные порошки размерами от 15(20) до 800 мкм, классифици-рованные на фракции. Сферическая форма частиц, высокая насыпная плотность.

Напыление и наплавка покрытий газотермичес-кими и газодинами-ческими методами.  Спеченные детали кон-струкционного назна-чения. Припои.

Распыление  расплавов водой высокого давления

Нержавеющие стали, никель, бронзы, латуни

Однородные по  хими-ческому составу, структуре,  полидиспер-сные прессуемые порошки размерами от 10 до 630 мкм, классифицированные на фракции. Неправильная форма частиц.

Спеченные детали конструкционного назначения.

Агломерирование порошковых смесей

Композиционные порошки

ПГ-Ю5-Н,

ПГ-Ю10-Н,

ПГ-Ю-НХ15СР2,

ПГ-Ю-НХ16СР3.

 

Экзотермически реагируют в процессе нагрева (при газоте-рмическом напылении).

Хорошие текучесть, адгезионные свойства, износостойкость в покрытиях.

 

Напыление покрытий газотермическими методами.

Электролиз раствора хромового ангидрида

Электролитический хром ЭХ

Содержание основного элемента

Cr 99,95-99,98%. Чешуйчатая форма частиц. Рафинируется высокотемпературным отжигом в водороде и в вакууме. Измельчается в порошок ПЭРХ

ПЭРХ - для легирования суперсплавов, изготов-ления распыляемых мишеней и испаряемых источников для вакуумного осаждения тонких пленок и покрытий

Диспергирование расплава на охлажда-емом барабане- спинингование

 

Никель-марганцевый сплав ПР-ГН40

Чешуйчатая форма частиц.

Катализатор синтеза алмазов

Механическое измельчение

Гранулы и порошки Ni-Al сплавов, порошок гидрида титана

Полидисперсные порошки с осколочной формой частиц

Скелетные катализаторы для гетерофазных химических процессов (Ni-Al сплавы).

 

Усовершенствованная технология диспергирования расплава газом

На внутреннем рынке металлических порошков для покрытий предприятие  действует в условиях жесткой конкуренции со стороны ведущих зарубежных компаний. Потребительские оценки порошков для покрытий акцентируются на соответствии  качества порошковых материалов функциональным требованиям получаемых из них покрытиям и на возможностях получения покрытий с наименьшими издержками.   С целью повышения конкурентоспособности порошковых материалов для покрытий было проведено совершенствование технологии диспергирования газом, с целью получения порошков с улучшенной морфологией (пониженное содержание сателлитов и частиц неправильной формы), с повышенными текучестью, коэффициентом использования и качеством наплавленных покрытий из никелевых самофлюсующихся сплавов. Усовершенствованная схема диспергирования расплава включает модифицированный форсуночный узел и термостойкий, устойчивый к расплаву металла многоразовый керамический дозатор, формирующий узкую струю жидкого металла.   В настоящее время потребителям   поставляются порошки никелевых самофлюсующихся сплавов, полученные по усовершенствованной  технологии, с улучшенной  формой частиц,  пониженным количеством сателлитов с повышенной текучестью, - с характеристиками, близкими к зарубежным аналогам.  На рисунках приведены снимки частиц порошков, полученных по «старой» и «новой» технологии.

 

  а)    

 б)

Рис.3 Форма частиц никелевого самофлюсующегося сплава ПР-НХ17СР4 (Ni-Cr-B-Si) фракции 40-100 мкм:

(а) полученный по «старой» технологии распыления расплава газом порошок с множеством сателлитов, относительно низкой текучестью и повышенным уровнем пористости покрытий после оплавления;

(б) полученный по усовершенствованной технологии распыления расплава газом порошок с сферической гладкой формой частиц, высокой текучестью и обеспечивающий плотные однородные покрытия при оплавлении.

Но, несмотря на существенное улучшение характеристик, полностью исключить образование сателлитов и несферических частиц пока не удалось. Это является основным напрвлением работ предприятия на предстоящий период. Речь об этом идет ниже.

  Особый интерес представляют аналоги порошков Colmonoy 226 для ремонта литейных форм для стекла. Порошки, изготовленные по старой схеме, да и по усовершествованной технологии, не позволяют стабильно поддерживать заданный уровень качества. Это относится к распределению частиц, наличию пылевидной фракции и частиц неправильной формы. Для решения поставленных задач на 2015г запланировано приобретение новой установки распыления, которая позволит повысить качество материала с выходом на среднемировой уровень.

Установка имеет герметичную плавильную камеру с системой слива расплава через подогреваемый металлоприемник, специальной форсункой с соплами Лаваля, позволяющей распылять металл различными газами с регулируемым давлением и расходом газа носителя, вакуумируемой рабочей камерой и системами подогрева газа и предотвращения образования сателлитов и частиц неправильной формы. Применение этих опций позволит получать сферические порошки с узким распределением частиц. Основой  для выбора данной схемы послужили эксперименты, проведенные в 2012-2014г совместно с заводом «Красное эхо», и  давшие обнадеживающие результаты. Были выработаны требования к порошкам, которые заложены в ТЗ на приобретаемую установку.

После внедрения новой установки качество порошков произведенных в ОАО «ПОЛЕМА» будет соответствовать лучшим мировым образцам.

Также можно будет существенно расширить ассортимент выпускаемых порошков, освоив марки, содержащие высокоактивные компоненты, такие как иттрий, церий, гафний и др.

 

Совершенствование производства молибденовых электродов для стекловаренных печей.

 

            

Данная продукция является уже продукцией массового производства. Мы выпускает электроды их молибдена марки М-МП от 30 до 110мм диаметром  с механической обработкой и, при необходимости, резьбой на концах. Но стоит задача повышения стойкости электродов как против ползучести при эксплуатации, так и химического износа в зоне входа электрода в расплав. По первому направлению мы добились серьезных успехов, за счет совершенствования термо-временных параметров деформации, которые позволили формировать структуру металла с высокой разнозеренностью. Крупные зерна предотвращают развитие зерно-граничной ползучести, а мелкие обеспечивают хорошие механические характеристики и обрабатываемость.

Для повышения химической стойкости используются различные пути: ХТО, напыленные покрытия, сплавообразование. Мы выбрали путь именно сплавообразования. Предполагаем , что сплавы типа МЛ (лантанированный молибден) и ЦМ-2А, осваиваемые в настоящее время, позволят существенно повысить указанный параметр, одновременно повысив стойкость электродов к механическому воздействию. Указанные материалы (аналоги) рекомендуют и ведущие изготовители электродов в мире.

Большой объем потребления составляет молибденовая продукция для литья и формовки стекла. Это лист для конических дозаторов, литейные дюзы. Их успешно применяют в Саранске. К сожалению, имеется и неудачный опыт применения наших материалов на з-де им.Дзержинского. Там оказалось, что использовать молибден с повышенным содержанием вольфрама, а уж тем более молибден-вольфрамовые сплавы, в их условиях нельзя. Это связано с изменением энергии Гиббса для реакции окисления  вольфрама при температурах переработки кварцевого сырья. При этой температуре за счет образования газообразных оксидов вольфрама реакция начинает сдвигаться в сторону окисления, а при снижении температуры идет обратный процесс. При этом формируется чернота в кварцевой отливке. При исследовании образцов с характерной чернотой на сканирующем электронном микроскопе с приставкой для рентгеновского контроля химического состава ничего кроме чистого вольфрама и кварца не обнаружено.

Все электроды, поковки и другая продукция для стекольной промышленности, производимая в ОАО ПОЛЕМА, проходит тщательный многоступенчатый контроль, позволяющий предотвращать поступление продукции с отклонениями в адрес заказчика. Это и контроль химического состава, технологический контроль на переделах от получения порошка до механической обработки готового изделия, неразрушающие методы контроля для выявления скрытых дефектов, контроль микроструктуры и механических характеристик.

 

Мы надеемся, что наши материалы заинтересуют стекольную промышленность для взаимовыгодного сотрудничества.