НПК «Механобр-техника», Санкт-Петербург, Россия:

М. В. Черкасова, ведущий научный сотрудник, канд. техн. наук, эл. почта: cherkasova_mv@mtspb.com
А. М. Герасимов, ведущий научный сотрудник, канд. техн. наук, эл. почта: gerasimov_am@mtspb.com
В. А. Арсентьев, главный научный сотрудник, эл. почта: ava@mtspb.com
К. Е. Жданова, инженер

Стружковые отходы машиностроительной промышленности являются перспективным сырьем для производства металлических порошков для нужд металлургии и аддитивных технологий. Аналитический обзор показывает, что механическая дезинтеграция — перспективный способ получения таких материалов. Измельчение вязкоупругих тел, каковыми являются стружковые отходы металлов, требует больших энергозатрат, что вынуждает находить разные способы интенсификации процессов дезинтеграции. Изучение влияния среды при механическом измельчении твердых материалов показало перспективность их применения не только в качестве защитной среды, но и в качестве интенсификатора. Проведенные ранее исследования измельчения металлических отходов с применением инертных газов, а также полиметилметакрилата (ПММК) показали, что наибольший интенсифицирующий эффект наблюдается при воздействии азота и водорода. Представляет интерес найти активаторы рассматриваемого процесса, способные действовать по аналогичному механизму, но более дешевые и удобные в использовании, чем ПММК. Так, простейшим источником азота и водорода может служить аммиак. Проведены исследования влияния аммиака на степень измельчения. Эксперименты выполняли на макете вибрационного стаканчикового виброистирателя ИВС-4, разработанного в АО НПК «Механобр-техника». Полученные результаты показали перспективность применения газообразного аммиака в качестве среды для тонкого измельчения металлических порошков, и при этом не требуется дополнительного использования инертных газов. Скорость вибрационного измельчения порошков в среде аммиака выше, чем в среде азота: для стали — на 20 %, для алюминия — на 30 %. Отмечено, что газовая среда для исследованных образцов металлов оказывает заметное влияние на морфологию и реологию порошков, что требует проведения дополнительных исследований.

Исследование выполнено за счет гранта Российского научного фонда (проект № 20-79-10125).

1. Verma P., Saha R., Chaira D. Waste steel scrap to nanostructured powder and superior compact trough power metallurgy: Power generation, processing and characterization // Powder Technology. 2018. Vol. 326. P. 159–167. DOI: 10.1016/j.powtec.2017.11.061.
2. Wan B., Chen W., Lu T., Liu F. et al. Review of solid state recycling of aluminum chips // Resources, Conservation and Recycling. 2017. Vol. 125. P. 37–47. DOI: 10.1016/j.resconrec.2017.06.004.
3. Shial S. R., Masanta M., Chaira D. Recycling of waste Ti machining chips by planetary milling: generation of Ti powder and development of in situ TiC reinforced Ti – TiC composite powder mixture // Powder Technology. 2018. Vol. 329. P. 232–240. DOI: 10.1016/j.powtec.2018.01.080.

4. Muramatsu Y., Wanikawa S., Ohtaguchi M., Okada H. et al. Gas contamination due to milling atmospheres of mechanical alloying and its effect on impact strength // Materials Transactions. 2005. Vol. 46, No. 3. P. 681–683.
5. Клявин О. В., Дринберг А. С., Чернов Ю. М., Шпейзман В. В. Диспергирование кристаллических порошковых материалов в газовых средах различного химического состава // Физика твердого тела. 2012. Т. 54, Вып. 5. С. 1019–1028.
6. Черкасова М. В., Самуков А. Д., Куксов М. П., Арсентьев В. А. Анализ способов интенсификации тонкого сухого помола порошковых материалов // Обогащение руд. 2021. № 6. С. 41–47. DOI: 10.17580/or.2021.06.07.
7. Клявин О. В., Мамырин Б. А., Харабин Л. В., Чернов Ю. М. Проникновение гелия в титан и окись титана в процессе их пластической деформации // Вестник Тамбовского университета. Серия: Естественные и технические науки. 1998. Т. 3, Вып. 3. С. 211, 212.
8. Клявин О. В., Аруев Н. Н., Поздняков А. О., Чернов Ю. М. и др. Закономерности десорбции воды с поверхности материалов, деформированных или дробленых в различных газовых средах // Журнал технической физики. 2020. Вып. 2. С. 238–243. DOI: 10.21883/JTF.2020.02.48816.251-19.
9. Raghu T., Sundaresan R., Ramakrishnan P., Rama Mohan T. R. Synthesis of nanocrystalline copper-tungsten alloys by mechanical alloying // Materials Science and Engineering. 2001. A 304–306. P. 438–441.
10. Madavali B. et al. Effect of atmosphere and milling time on the coarsening of copper powders during mechanical milling // Powder Technology. 2014. Vol. 256. P. 251–256. DOI: 10/1016/j.powtec.2014.02.019.
11. Umeda J., Mimoto T., Imai H., Kondoh K. Powder forming process from machined titanium chips via heat treatment in hydrogen atmosphere // Materials Transactions. 2017. Vol. 58, No. 12. P. 1702–1707. DOI: 10.2320/matertrans.Y-M2017833.
12. Barrera O., Bombač D., Chen Y., Daff T. et al. Understanding and mitigating hydrogen embrittlement of steels: a review of experimental, modelling and design progress from atomistic to continuum // Journal of Material Science. 2018. Vol. 53. P. 6251–6290. DOI: 10.1007/S10853–017-197-5.
13. Денисов Е. А., Компаниец Т. Н., Юхимчук А. А., Бойцов И. Е. и др. Водород и гелий в никеле и стали 12Х18Н10Т // Журнал технической физики 2013. Т. 83, Вып. 6. С. 3–9.
14. Liu P., Zhan Q., Han W. et al. Effect of helium and hydrogen synergy on wacancy migration energy in Fe-10Cr model alloy // J. Alloy and Compaunds. 2019. Vol. 788. DOI: 10.1016/j.jallcom.2019.02.227.
15. Рева В. П., Онищенко Д. В. Механохимическое измельчение металла с применением деструктурируемого полимера // Проблемы машиностроения и надежности машин. 2013. № 2. С. 77–83.
16. Рева В. П., Мухтаров Ш. Ф., Ягофаров В. Ю., Ахмадкулов О. Б. и др. Механохимические процессы при вибрационной обработке титана в присутствии механически деструктируемого полимера // Вестник инженерной школы ДВФУ. Технические науки. 2017. № 2. С. 91–98.
17. Qiu Y., Gao Z. Nitridation reaction of aluminium powder in flowing ammonia // J. Europian Ceramic Soc. 2003. Vol. 23, No. 12. P. 2015–2022. DOI: 10.1016/S0955.2219 (03) 00014-1.
18. Alhussian Y., Mise T., Matsuo Y., Kiono H. et al. Influence of ammonia gas exposure on microstructure of nanocrystalline titanium nitride powder synthesized from titanium dioxide // J. Ceramic Soc. of Japan. 2019. Vol. 27, No. 11. P. 824–829. DOI: 10.2109/jcers.2.19129.
19. Li Y., Zeng M. Q., Liu J. W., Lu Z. Evolution of metal nitriding and hydrating reactions during ammonia plasma – assisted ball milling // Ceramic Jntern. 2018. Vol. 44, No. 15. DOI: 10.1016/j.ceramint.2018.07.048.
20. Techitdheera W., Rattanark J., Mekprasat W., Percharapa W. Influence of milling time, NH3 additive and annealing temperature on physical properties of modified commercial TiO₂ powders via ball milling process // Energy Procedia. 2014. Vol. 56. P. 667–672. DOI: 10.1016/j.egypro.2017.07.206.
21. Jiang A., Wang F., Xia D. et al. Aluminium nanoparticles manufactured using a ball-milling method with ammonium chloride as a griding aid: achieving energy release at low temperature // New Journal of Chemistry. 2019. Vol. 4, No. 43. P. 1851–1856. DOI: 10.1039/c8nj05356a.
22. ГОСТ 20899–98 (ИСО 4490–78). Порошки металлические. Определение текучести с помощью калиброванной воронки (прибора Холла). — Введ. 01.07.2001.
23. ГОСТ 19440–94. Порошки металлические. Определение насыпной плотности. — Введ. 01.01.1997.