Дослідження фізико-механічних властивостей інтерметалідних каталізаторів, отриманих в умовах СВС

B. P. Sereda, Yu. А. Belokon’, K. V. Belokon’, D. B. Sereda

Анотація


Мета. Для отримання алюмінідів нікелю поряд із традиційними методами лиття та порошкової металургії останнім часом стали застосовувати технологію саморозповсюджувального високотемпературного синтезу (СВС). Необхідно встановити закономірності формування пористості і міцності інтерметалідних каталізаторів при зміні режиму СВС-процесу і ступеня легування. Методика. Як вихідні компоненти використовували чисті порошки нікелю, алюмінію, кобальту, міді, оксиду марганцю. Дисперсність порошків становила 100–150 мкм. Схема приготування шихти включала дозування, змішування, заповнення форми, СВС-пресування і термічну обробку. Механічну міцність зразків визначали за допомогою машини УГ-20. Випробування на стиск проводили згідно з ГОСТ 25.503-97. Термічний аналіз досліджуваного зразка проводили на приладі марки Derivatograph Q1050. Мікроструктуру отриманих каталізаторів досліджували на світловому мікроскопі «Neophot-21» і растровому електронному мікроскопі «РЕМ-100». Результати.  Аналіз результатів дослідження фізико-механічних властивостей інтерметалідних каталізаторів показав, що вони відрізняються залежно від складу суміші і технологічного режиму їх обробки. Різниця у фізико-механічних властивостях каталізаторів пояснюється відмінностями в структурі, фазовому складі, величині пористості та розмірі пор. З уведенням добавки марганцю пористість каталізатора збільшується в результаті збільшення обсягу великих пор, а структура дрібних капілярів при цьому зовсім не змінюється, що пояснюється локалізацією оксиду марганцю в порах каталізатора. Однак з уведенням добавок марганцю різко знижується механічна міцність заготовок, яка може бути збільшена, якщо Ni–Co–Mn каталізатор додатково пролегувати міддю. Важливою перевагою режиму СВС є те, що міцність каталізатора в 1,5 раза вища, ніж у спечених матеріалів при тій же пористості. Високі температури процесу і низький вміст домішок на границі зерен (через самоочищення) зумовлюють утворення сильних зв'язків між зернами в полікристалі. Середнє значення питомої поверхні для всіх досліджених проб каталізатора складає 112 м2/г. Аналіз дериватограми вихідного зразка Ni–Co–Mn–Cu зафіксував приріст маси зразка в діапазоні температур від 200–300 оС на 2 % мас. Наукова новизна. Отримано нові наукові дані про вплив режиму СВС-процесу і ступеня легування на пористість і міцність інтерметалідних каталізаторів. Установлено параметри термічної стійкості інтерметалідних каталізаторів. Практична значимість. Установлено параметри СВС-пресування і рівні легування для підвищення пористості і пластичності інтерметалідних каталізаторів.

 


Ключові слова


СВС; інтерметаліди; каталізатори; пористість; міцність; термічна стабільність

Повний текст:

PDF (Русский)

Посилання


Колесников М. И. Катализ и производство катализаторов : монография / М. И. Колесников. – Москва : Техника, 2004. – 400 с.

Kolesnikov M.I. Kataliz i proizvodstvo katalizatorov [Catalysis and catalysts production]. Moscow : Tekhnika Publ., 2004, 400 p. (in Russian).

Григорян Э. А. Катализаторы ХХI века / Э. А. Григорян, А. Г. Мержанов // Наука производству. – 1998. – № 3 (5). – С. 30–41.

Grigoryan E.A. and Merzhanov A.G. Katalizatory ХХI veka [The catalysts of the XXI century]. Nauka proizvodstvu [Science production]. 1998, no. 3 (5), pp. 30–41. (in Russian).

Токабе К. Катализаторы и каталитические процессы : монография / К. Токабе. – Москва : Техника, 1993. – 350 c.

Tokabe K. Katalizatory i kataliticheskie protsessy [Catalysts and catalytic processes]. Moscow : Tekhnika Publ., 1993, 350 p. (in Russian).

Попова Н. М. Катализаторы очистки газовых выбросов промышленных производств : монография / Н. М. Попова. – Москва : Химия, 1991. – 176 с.

Popova N.M. Katalizatory ochistki gazovykh vybrosov promyshlennykh proizvodstv [Catalysts gas emissions purification of industrial production]. Moscow : Chemistry Publ., 1991, 176 p. (in Russian).

Мержанов А. Г. Процессы горения и синтеза материалов : монография / А. Г. Мержанов. – Черноголовка : ИСМАН, 1998. – 512 с.

Merzhanov A.G. Protsessy goreniya i sinteza materialov [Combustion and synthesis of materials]. Chernogolovka : ISMAN Publ., 1998, 512 p. (in Russian).

Амосов А. П. Порошковая технология самораспространяющегося высокотемпературного синтеза материалов / А. П. Амосов, И. П. Боровинская, А. Г. Мержанов. – Москва : Машиностроение-1, 2007. – 567 с.

Amosov A.P., Borovinskaya I.P., Merzhanov A.G. Poroshkovaya tekhnologiya samorasprostranyayushchegosya vysokotemperaturnogo sinteza materialov [Powder technology SHS materials]. Moscow : Mechanical Engineering-1 Publ., 2007, 567 p. (in Russian).

Левашов Е. А. Физико-химические и технологические основы самораспространяющегося высокотемпературного синтеза : монография / [Е. А. Левашов, А. С. Рогачев, В. И. Юхвид, И. П. Боровинская]. – Москва: БИНОМ, 1999. – 176 с.

Levashov E.A., Rogachev A.S., Yukhvid V.I. and Borovinskay I.P. Fiziko-khimicheskie i tekhnologicheskie osnovy samorasprostranyayushchegosya vysoko temperaturnogo sinteza [Physico-chemical and technological bases of HTS]. Moscow : BINOM Publ., 1999. 176 p. (in Russian).

Середа Б. П. Нові матеріали в металургії [навч. посіб. для студ. вищ. навч. закл.] / Б. П. Середа. – Запоріжжя : ЗДІА, 2009. – 392 с.

Sereda B.P. Novі materіali v metalurgії [New materials in the industry]. Zaporіzhzhya : ZDІA Publ., 2009, 392 p. (in Ukrainian).

Середа Б. П. Влияние состава никель-алюминиевого сплава с добавками Co, Mn и Cu на структуру и удельную активность катализатора на их основе / Б. П. Середа, Г. Б. Кожемякин, В. Г. Рыжков [и др.] // Строительство, материаловедение, машиностроение. – 2009. – Вып. 48. – C. 101–104.

Sereda B.P., Kozhemyakin G.B., Ryzhkov V.G. [i dr.] Vliyanie sostava nikel'-alyuminievogo splava s dobavkami Co, Mn i Cu na strukturu i udel'nuyu aktivnost' katalizatora na ikh osnove. [Influence of the composition of nickel-aluminum alloy containing Co, Mn and Cu on the structure and the specific activity of the catalyst on the basis of their]. Stroitel'stvo, materialovedenie, mashinostroenie [Construction, Materials Science, Mechanical Engineering]. 2009, vol. 48, pp. 101–104. (in Russian).

Zeifert B., Blasquez J.S., Moreno J.G.C., Calderon H.A. Raney-nickel catalysts produced by mechanical alloying. Rev.Adv.Mater.Sci, 2008, no. 18, pp. 632–638.

Sereda B., Belokon’ Y., Zherebtsov A., Sereda D. The Researching and Modeling of Physical-Chemical Properties of Ni-base Alloys in SHS Conditions. Materials Science and Technology, Pittsburgh : MS&T, 2012, pp. 494–498.

Sereda B., Belokon’ Y., Zherebtsov A., Belokon’ K. The Retrieving of Heat-resistant Alloys on Intermetallic Base for Details of Gas Turbine Engine Hot Track in SHS Conditions. Materials Science and Technology, Houston : MS&T, 2010, pp. 2097–2102.

Аркатова Л. А. Углекислотная конверсия метана на алюминидах никеля / Л. А. Аркатова, Т. С. Харламова, Л. В. Галактионова [и др.] // Журнал физической химии. – 2006. – Т. 80. – № 8. – С. 1403–1406.

Arkatova L.A., Kharlamova T.S., Galaktionova L.V. [and al.] Uglekislotnaya konversiya metana na alyuminidakh nikelya [Carbon dioxide conversion of methane on nickel aluminide]. Zhurnal fizicheskoy khimii [Journal of Physical Chemistry]. 2006, vol. 80, no. 8, pp. 1403–1406. (in Russian).


Пристатейна бібліографія ГОСТ