Объемное восстановление расплава FeCl2–CaCl2 кальцием, растворенным в хлориде кальция

Цель данного исследования – получение высокодисперсного порошка, пригодного для сфероидизации, с последующим использованием его в аддитивных технологиях. Объемным восстановлением расплава FeCl₂–CaCl2 кальцием, растворенным в CaCl₂, получен мелкодисперсный порошок железа. Процесс состоял из трех стадий: приготовление расплавов, содержащих FeCl₂ и Са, их смешение и высокотемпературная выдержка при 800 °С в течение 1 ч. По окончании процесса застывший плав разделяли на верхнюю и придонную части. Продукт из верхней части имел удельную поверхность 7,60 м²/г, а из нижней – 5,38 м²/Средний размер частиц в первом случае составлял 157 мкм, а в последнем – 124 мкм. После ультразвукового диспергирования он уменьшился до 26 и 71 мкм соответственно. Количественный рентгенофазовый анализ показал, что основная фаза порошка – металлическое железо (более 97 мас.%). Таким образом, оригинальность исследования состоит в применении объемного, интенсивного восстановления железа из хлоридных расплавов кальцием, растворенным в его хлориде. Уникальность работы заключается в полученном продукте – основная часть восстановленного железа находится в объеме расплава в виде линейных сростков длиной 40–600 мкм, диаметром 10–50 мкм, легко разрушающихся при ультразвуковом диспергирования на отдельные кристаллы, средний размер которых составляет 26 мкм. Результаты исследования показали возможность реализации процесса кальцийтермического получения мелкодисперсного железного порошка.

1. Лыков П.А. Разработка гидропневмоагрегатов машин по производству микропорошков из жидких металлов: Автореф. дис. … Кандидат технических наук. Челябинск: ЮУрГУ, 2014. http://tekhnosfera.com/view 447915/a?#?page=1.

2. Анциферов В.Н., Бобров Г.В., Дружинин Л.К., Кипарисов С.С., Костиков В.И., Крупин А.В., Кудинов В.В., Либенсон Г.А., Митин Б.С., Роман О.В. Порошковая металлургия и напыленные покрытия. М.: Металлургия, 1987.

3. Кипарисов С.С., Либенсон Г.А. Порошковая металлургия. М.: Металлургия, 1972.

4. Ramakrishnan P. Iron powder from iron scrap // Conservat. Recycl. 1983. Vol. 6. No. 1. P. 49-54. https://doi.org/dx.doi.org/10.1016/0361-3658(83)90016-4.

5. Hoeges S., Zwiren A., Schade C. Additive manufacturing using water atomized steel powders // Metal Powder Rep. 2017. Vol 72. No. 2. P. 111-117. https://doi.org/dx.doi.org/10.1016/j.mprp.2017.01.004.

6. Зленко М.А., Нагайцев М.В., Довбыш В.М. Аддитиивные технологии в машиностроении: Пособие для инженеров. М.: НАМИ, 2015. С. 160-171.

7. Tsantrizos P.G., Allaire F., Entezarian M. Method of production of metal and ceramic powders by plasma atomization: Pat. 5707419 (USA). 1998. https://www.google.com/patents/US5707419.

8. Boulos M. Plasma power can make better powders // Metal Powder Rep. 2004. Vol. 59. No. 5. P. 16-21. https://doi.org/dx.doi.org/10.1016/S0026-0657(04)00153-5.

9. Александров В.Влияние «теплого прессования» и степени легирования на структуру и свойства изделий из металлических порошков: Автореф. дис. … Кандидат технических наук. Пермь: ПНИПУ, 2005. http://pstu.ru/files/file/adm/dissertacii/aleksandrov/aftoreferat_aleksandrov_vg.pdf.

10. Ye Q., Zhu H., Zhang L., Ma J., Zhou L., Liu P., Chen J., Chen G., Peng J. Preparation of reduced iron powder using combined distribution of wood-charcoal by microwave heating // J. Alloys and Compd. 2014. Vol. 613. P. 102-106. https://doi.org/dx.doi.org/10.1016/j.jallcom. 2014.06.016.

11. Martin M.I., Lopez F.A., Torralba J.M. Production of sponge iron powder by reduction of rolling mill scale // Ironmaking and Steelmaking. 2012. Vol 39. No. 3. P. 155-162.

12. Squires A.M., Johnson C.A. The h-iron process // J. Metals. 1957. P. 586-590.

13. Brooks J. Production of ferrous chloride and metallic iron powder: Pat. 2762700 A (US). 1956.

14. Gaballah N., Zikry A., Khalifa M., Farag A., El-Hussiny N., Shalabi M. Production of iron from mill scale industrial waste via hydrogen // Open J. Inorg. Non-metal. Mater. 2013. Vol. 3 No. 3. P. 23-28. https://doi.org/dx.doi.org/10.4236/ojinm.2013.33005.

15. Bloemacher D. Carbonyl iron powders: Its production and new developments // Metal Powder Rep. 1990. Vol. 45. No. 2. P. 117-119. https://doi.org/dx.doi.org/10.1016/S0026-0657(10)80122-5.

16. Benchiheub O., Mechachti S., Serrai S., Khalifa M.G. Elaboration of iron powder from mill scale // J. Mater. Envir. Sci. 2010. Vol. 1. No. 4. P. 267-276.

17. Despeisse M., Ford S. The role of additive manufacturing in improving resource efficiency and sustainability // Proc. Int. Conf. APMS 2015. United Kingdom: Institute for Manufacturing, University of Cambridge, 2015. http://www.apms-conference.org.

18. Petrick I., Simpson T. 3D Printing disrupts manufacturing // Res. Technol. Management. 2013. Vol. 56. No. 6. https://doi.org/dx.doi.org/10.5437/08956308X5606193.

19. Berman B. 3-D Printing: The new industrial revolution // Business Horizons. 2012. Vol. 55. P. 155-162. https://doi.org/dx.doi.org/10.1016/j.bushor.2011.11.003.

20. Petrovic V., Gonzalez J., Ferrando O., Gordillo J., Puchades J., Griñan L. Additive layered manufacturing: Sectors of industrial application shown through case studies // Int. J. Production Res. 2011. Vol. 49. No. 4. P. 1061-1079. https://doi.org/dx.doi.org/10.1080/00207540903479786.

21. Gibson I. Additive manufacturing technologies: 3D printing, rapid prototyping, and direct digital manufacturing. N.Y.: Springer-Verlag, 2015. https://doi.org/dx.doi.org/10.1007/978-1-4939-2113-3.

22. Баймаков Ю.В., Ветюков М.М. Электролиз расплавленных солей. М.: Металлургия, 1966.

23. Родякин В.В. Металлургия кальция. М.: Металлургия, 1957.

24. Лаптев Д.А., Поляков В.В., Бабин А.В., Лебедев В.А. Восстановительная способность растворов кальция в его расплавленном хлориде // Матер. 3-й научный-техн. конф. «Металлургия легких и тугоплавких металлов» (10-11 окт. 2014). Екатеринбург: УрФУ, 2014. С. 169-172.