CC BY
2
28 СОВРЕМЕННЫЕ МАТЕРИАЛЫ, ТЕХНИКА И ТЕХНОЛОГИИ, №1 (46), 2023 УДК 621.762
ФАЗОВЫЙ СОСТАВ ЭЛЕКТРОКОРУНДА, СПЕЧЕННОГО ИЗ ДИСПЕРГИРОВАННЫХ ОТХОДОВ АЛЮМИНИЯ МАРКИ АД0Е* Новиков Евгений Петрович, к.т.н., с.н.с.
Кругляков Олег Викторович, к.т.н., доцент Агеева Анна Евгеньевна, студент E-mail: [email protected] Юго-Западный государственный университет, г.Курск, Россия
Представлены результаты изучения фазового состава электрокорунда, спеченного из диспергированных отходов алюминия марки АД0Е. Анализ фазового состава исследуемых сплавов показал наличие в них оксидной фазы Al2O3 и фазы чистого металла Al, что соответствует фазовому составу исходной шихты.
*Работа выполнена при поддержке гранта Президента РФ (МК-2539.2022.4).
Ключевые слова: отходы алюминия марки АД0Е, электроэрозионное диспергирование, вода, порошок, искровое плазменное спекание, фазовый состав.
В настоящее время алюминий получил широкое распространение в су-до-, автомобиле- и авиастроении, в пищевой и холодильной промышленности, в изготовлении бытовых предметов и многое другое. Помимо этого, алюминий является популярным материалом в строительстве. Это объясняется его преимуществами, отличительными характеристиками и высоким качеством. Среди преимуществ стоит выделить то, что этот металл отличается небольшим весом, устойчивостью к атмосферным влияниям, также он не подвержен коррозийным процессам.
С экономией алюминия тесно связаны мероприятия по сбору отходов алюминиевых сплавов и их переработка [1-3]. В отечественной и зарубежной промышленности в настоящее время применяют несколько методов переработки отходов алюминия, которые в большинстве своем характеризуются крупнотоннажностыо, энергоёмкостью, большими производственными площадями, малой производительностью, а также экологическими проблемами. Одним из перспективных методов получения порошка, практически из любого токопроводящего материала, в том числе отходов алюминия, отличающийся относительно невысокими энергетическими затратами и экологической чистотой процесса, является метод электроэрозионного диспергирования (ЭЭД) [4-9].
Для разработки технологий для получения электрокорунда из отходов алюминия и оценки эффективности их практического применения требуется проведение комплексных теоретических и экспериментальных исследований [10-14].
Верхний пу писан (.электрод)
Система управления - давление, - температура,
- бодяное охлаждение,
- атмосфера (Вакуум,- АН
Графитобпя прессформа б)
Рисунок 1 - Схема сплавления электроэрозионной шихты: а) принципиальная схема; б) схема нагрева
Целью данной работы являлось изучение фазового состава электрокорунда, спеченного из диспергированных отходов алюминия марки АД0Е.
Электродиспергирование отходов алюминия марки АД0Е осуществляли в дистиллированной воде на оригинальной установке при ёмкости разрядных конденсаторов 65,5 мкФ, напряжении на электродах 200 В, частоте следования импульсов 200 Гц [15-20].
В результате воздействия кратковременных электрических разрядов в воде образовывались частицы электроэрозионного порошка различного размера [21-29].
Далее проводили сплавление электроэрозионной шихты в системе искрового плазменного сплавления SPS 25-10 «Thermal Technology» (США) при давлении 30 МПа, температуре 560 °С и времени выдержки 3 минуты.
Процесс сплавления электроэрозионной шихты схематически приведен на рисунке 1.
Электроэрозионную шихту размещали в матрице из графита, помещаемую под пресс в вакуумной камере. Электроды, интегрированные в механическую часть пресса, подводили электрический ток к матрице и создавали искровые разряды между сплавляемыми частицами шихты, обеспечивая интенсивное взаимодействие.
Фазовый анализ сплавов выполняли на рентгеновском дифрактометре «Rigaku Ultima IV» (Япония). Исследование фазового состава образцов проводили методом рентгеновской дифракции в излучении Cu-Ka (длина волны X = 0,154178 нм) с использованием щелей Соллера. Съемку дифракционного спектра для фазового анализа проводили по схеме 0-2© сканирования с фокусировкой по Брегу-Брентано в интервале углов 5...100 град. 2©. Съемку осуществляли в поточечном режиме с шагом сканирования Д(2©) = 0,02 град, скоростью 0,6 град/мин, рабочее напряжение 45 кВ, ток 200 мА. Для уточнения профиля экспериментальных рентгенограмм использовали программный пакет PDXL RIGAKU. Вычитание фона проводили методом Сонневельда - Виссера, сглаживание экспериментального профиля методом Савицкого - Голая, разделение компонент ka1 и ka2 методом Рачингера. Для описания дифракционных максимумов использовали суперпозицию функции Гаусса и функции Лоренца. С помощью базы данных ICCDPDF-2 (2014) устанавливали фазовый состав образцов.
Блок-схема методики проведения фазового анализа сплавов представлена на рисунке 2.
Анализ фазового состава исследуемых сплавов показал наличие в них оксидной фазы Al2O3 и фазы чистого металла Al, что соответствует фазовому составу исходной шихты. При этом по результатам ранее проведенных исследований отмечено, что процессы, происходящие при электродиспергировании (ЭД) металлоотходов, протекают в межэлектродном пространстве, заполненном рабочей жидкостью, которая оказывает на процесс, электроды, гранулы и продукты эрозии сплава физическое, химическое, моющее и механическое воздействие, что сказывается на всех стадиях процесса.
Г
V
Дифрактометр «Rigakll УШта IV»
Рентгеновская трубка
Щель
Солгера
Детектор
Шель детактера I
Приемка) Я«» а йьпкрэс- ЩЕЛЬ Соллвра
сбивающая а 4
Экааторнальнэя щаль щель
Втйрмчньш моколучматор
Съемку дифракционного спектра для фазового анализа проводили по схеме 6-20 сканирования с фокусировкой по Брегу -Брентано в интервале углов 5... 100 град. 2 0. Съемку осуществляют в поточечном режиме с шагом сканирования Д(2Э) - 0.02 град, скоростью 0,6 град/мин,
и I
з ^_Л т-
20 Л0 60 ПС 1П0 130
;1 . 1 . .. — ™
1 , . ........
0
;1 1 20 . - '¿п Ег.1 Л 1 III......- 1 ■ , ■ - ю 61) во юз 120
Излучения детектируются и формируют изображение фазового состава сплавов на экране монитора
Рисунок 2 - Блок-схема методики фазового анализа сплавов
Результаты исследования фазового состава электрокорунда, спеченного из диспергированных отходов алюминия марки АД0Е, представлены на рисунке 3.
100000
50000
10000
А1
20
А1
А1203
ж
А1 А1 д. А1203
—-1 ■ —п г
40 60
2@, град
80
Рисунок 3 - Дифрактограмма фазового состава сплавов из электроэрозионной шихты, полученной в дистиллированной воде
На стадии электрического разряда происходит разложение рабочей жидкости, и продукты ее пиролиза вступают в химическое взаимодействие с продуктами электроэрозионного диспергирования, образуя различные химические соединения, в том числе и оксиды. Прохождение электрического тока через рабочую жидкость влечет ее разложение, с образованием водорода и кислорода. Водород в процессе ЭД выходит на поверхность рабочей жидкости, а углерод и кислород взаимодействуют с продуктами эрозии.
Список литературы
1. Использование отходов производства алюминия в различных отраслях промышленности / Иванков С.И., Троицкий А.В. // Научные и технические аспекты охраны окружающей среды. 2020. № 3. С. 27-37.
2. Утилизация отходов алюминия / Яковец Ю.С. // Юный ученый. 2020. № 11 (41). С. 46-49.
3. Бесфлюсовая плавка отходов алюминия - путь к безотходной технологии / Три-бушевский Л.В., Немененок Б.М., Румянцева Г.А. // Металлургия машиностроения. 2020. № 2. С. 2-4.
4. Элементный состав высокопрочных быстрорежущих сталей на основе диспергированных электроэрозией частиц сплава Р6М5 / Пикалов С.В., Агеева А.Е. // В сборнике: Инновационный потенциал развития общества: взгляд молодых ученых. сборник научных статей 2-й Всероссийской научной конференции перспективных разработок. Курск, 2021. С. 115-118.
5. Микроструктура высокопрочных быстрорежущих сталей на основе диспергированных электроэрозией частиц сплава Р6М5 / Пикалов С. В., Агеева А. Е. // В сборнике: Актуальные вопросы науки, нанотехнологий, производства. сборник научных статей Международной научно-практической конференции. Курск, 2021. С. 207-210.
6. Фазовый состав высокопрочных быстрорежущих сталей на основе диспергированных электроэрозией частиц сплава Р6М5 / Пикалов С. В., Агеева А. Е. // В сборнике:
Наука молодых - будущее России. сборник научных статей 6-й Международной научной конференции перспективных разработок молодых ученых. Курск, 2021. С. 150-153.
7. Размерные характеристики частиц порошка, полученного электродиспергированием сплава Х20Н80 в керосине / Бобков Е.А., Агеева А.Е., Агеева Е.В. // В сборнике: Перспективы развития технологий обработки и оборудования в машиностроении. Сборник научных статей 7-й Всероссийской научно-технической конференции с международным участием. Редколлегия: Разумов М.С. (отв. ред.). Курск, 2022. С. 3740.
8. Получение электрокорунда электродиспергированием алюминиевых отходов / Новиков Е.П., Поданов В.О., Агеева А.Е. // В сборнике: Перспективы развития технологий обработки и оборудования в машиностроении. Сборник научных статей 7-й Всероссийской научно-технической конференции с международным участием. Редколлегия: Разумов М.С. (отв. ред.). Курск, 2022. С. 134-138.
9. Определение основных закономерностей процесса получения порошков методом электроэрозионного диспергирования / Агеев Е.В., Агеева Е.В., Чернов А.С., Маслов Г.С., Паршина Е.И. // Известия Юго-Западного государственного университета. 2013. № 1 (46). С. 085-090.
10. Изучение формы и элементного состава порошка, полученного из вольфрамсо-держащих отходов инструментальных материалов электроэрозионным диспергированием в водной среде / Агеева Е. В., Агеев Е. В., Карпенко В. Ю. // Упрочняющие технологии и покрытия. 2014. № 4 (112). С. 14-17.
11. Исследование алюминиевого порошка, полученного методом электроэрозионного диспергирования в дистиллированной воде / Латыпов Р.А., Агеев Е.В., Агеева Е.В., Новиков Е. П. / Все материалы. Энциклопедический справочник. 2016. № 4. С. 19-22.
12. Морфология и элементный состав медных электроэрозионных порошков, пригодных к спеканию / Агеева Е.В., Хорьякова Н.М., Агеев Е.В. // Вестник машиностроения. 2014. № 10. С. 66-68.
13. Структура и свойства спеченных образцов из электроэрозионных хромсодержа-щих порошков, полученных в бутиловом спирте / Агеева Е.В., Хардиков С.В., Агеева А.Е. // Современные материалы, техника и технологии. 2021. № 6 (39). С. 4-11.
14. Получение и исследование порошков из отходов вольфрамсодержащих твердых сплавов электроэрозионным диспергированием / Агеев Е.В., Латыпов Р. А., Агеева Е.В., Давыдов А. А. // Курск, 2013. 200 с.
15. Разработка установки для получения порошков из токопроводящих материалов / Агеев Е.В., Семенихин Б.А., Латыпов Р.А., Бобрышев Р.В. // Известия Самарского научного центра Российской академии наук. 2009. Т. 11. № 5-2. С. 234-237.
16. Исследование влияния электрических параметров установки на процесс порош-кообразования при электроэрозионном диспергировании отходов твердого сплава / Агеев Е.В., Семенихин Б.А., Латыпов Р.А. // Известия Самарского научного центра Российской академии наук. 2009. Т. 11. № 5-2. С. 238-240.
17. Особенности технологии восстановления шеек коленчатых валов двигателей ка-маз-740 с использованием твердосплавных порошков / Агеев Е.В., Сальков М.Е. // Технология металлов. 2008. № 3. С. 41-46.
18. Изучение строения и свойств твердосплавных электроэрозионных порошков, используемых для восстановления и упрочнения деталей автотракторной техники / Агеев Е.В., Агеева Е.В., Давыдов А. А., Бондарев С.А., Новиков Е.П., Молодкин А.Ю. // Вестник Курской государственной сельскохозяйственной академии. 2013. № 2. С. 6972.
19. Анализ характеристик износостойкости спеченных изделий из электроэрозионного порошка стали Х13, полученного в бутиловом спирте / Хардиков С.В., Агеева
Е.В., Агеева А.Е. // Современные материалы, техника и технологии. 2021. № 6 (39). С. 58-64.
20. Сравнительный рентгеноспектральный микроанализ медного порошка, полученного электроэрозионным диспергированием, и медного порошка ПМС-1 / Латыпов Р.А., Агеев Е.В., Агеева Е.В., Хорьякова Н.М. // Электрометаллургия. 2017. № 4. С. 3639.
21. Оценка износостойкости электроискровых покрытий, полученных с использованием электроэрозионных порошков быстрорежущей стали / Агеева Е.В., Латыпов Р. А., Агеев Е.В., Алтухов А.Ю., Карпенко В.Ю. // Известия высших учебных заведений. Порошковая металлургия и функциональные покрытия. 2015. № 1. С. 71-76.
22. X-ray analisis of the powder of micro- and nanometer fractions, obtained from wastes of alloy T15K6 in aqueous medium / Ageeva E.V., Ageev E.V., Pikalov S.V., Vorobiev E.A., Novikov A.N. // Журнал нано- и электронной физики. 2015. Т. 7. № 4. С. 04058.
23. Электроэрозионные порошки микро- и нанометрических фракций для производства твердых сплавов / Латыпов Р.А., Агеева Е.В., Кругляков О.В., Латыпова Г.Р. // Электрометаллургия. 2016. № 1. С. 16-20.
24. Elemental composition of the powder particles produced by electric discharge dispersion of the wastes of a VK8 hard alloy / Latypov R.A., Latypova G.R., Ageev E.V., Altukhov A.Y., Ageeva E.V. // Russian Metallurgy (Metally). 2017. Т. 2017. № 12. С. 1083-1085.
25. Микроструктура и элементный состав порошков, полученных в условиях электроэрозионной металлургии отходов жаропрочного никелевого сплава ЖС6У в воде / Агеев Е.В., Поданов В.О., Агеева А.Е. // Металлург. 2022. № 5. С. 72-77.
26. Восстановление распределительного вала дизельного двигателя/ Латыпов Р.А., Агеев Е.В., Латыпова Г.Р.// Современные материалы, техника и технологии. 2016. № 2 (5). С. 146-150.
27. Оценка относительной прочности соединения металлов на этапе схватывания при сварке давлением/ Латыпова Г.Р., Латыпов Р.А., Булычев В.В., Агеев Е.В.// Современные материалы, техника и технологии. 2015. № 2 (2). С. 102-110.
28. Исследование и разработка технологии восстановления вала ротора турбокомпрессора электроискровой обработкой электроэрозионными наноматериалами/ Латы-пов Р.А., Денисов В.А., Агеев Е.В.// Современные материалы, техника и технологии. 2016. № 2 (5). С. 141-146.
29. Свойства электроэрозионных порошков, используемых в производстве твердосплавных заготовок/ Кругляков О.В., Угримов А.С., Осьминина А.С., Агеев Е.В.// Современные материалы, техника и технологии. 2015. № 1 (1). С. 119-121.
Novikov Evgeny Petrovich, Ph.D., S.N.S. Kruglyakov Oleg Viktorovich, Ph.D., Associate Professor Ageeva Anna Evgenievna, student Southwest State University, Kursk, Russia
PHASE COMPOSITION OF ELECTROCORUNDUM SINTERED FROM DISPERSED WASTE ALUMINUM GRADE AD0*
*The work was supported by a grant from the President of the Russian Federation (MK-2539.2022.4).
The results of studying the phase composition of electrocorundum sintered from dispersed aluminum waste of the AD0E brand are presented. The analysis of the phase composition of the studied alloys showed the presence of an Al2O3 oxide phase and a pure metal Al phase in them, which corresponds to the phase composition of the initial charge. Key words: AD0 grade aluminum waste, electroerosive dispersion, water, powder, spark plasma sintering, phase composition.
