способ пассивации пирофорных металлических порошков

Формула изобретения

Способ пассивации пирофорных металлических порошков, включающий обработку металлических порошков жидким агентом пассивации и измельчение, отличающийся тем, что измельчение пирофорных металлических порошков проводят предварительно до мелкодисперсного состояния, характеризующегося удельной поверхностью 1,6-3,910^-3 м²/кг, в среде гидроксилсодержащего вещества, затем порошкообразную массу обрабатывают жидким агентом пассивации, в качестве которого используют водный раствор моющего средства на основе поверхностно-активного вещества, обработку проводят при перемешивании до получения однородной суспензии, далее суспензию нагревают до температуры не выше температуры начала окисления пирофорного порошкообразного металла и высушивают полученную суспензию до полного удаления влаги.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области порошковой металлургии и может быть использовано при пассивации пирофорных металлических порошков для снижения их химической активности и стабилизации процесса тепловыделения.

Известен способ пассивации пирофорных металлических порошков путем их обработки жидким агентом пассивации, в качестве которого предложен водный раствор иодида калия с последующим высушиванием до полного удаления влаги (авт. св. СССР 425732, кл. МПК В 22 F 1/00, опубл. 30.04.74, бюл. 16).

Однако в известном способе не предусмотрено измельчение пирофорного металлического порошка до мелкодисперсного состояния с получением равномерно гомогенизированной массы, вследствие чего не обеспечивается полное и надежное покрытие на каждой частице порошка, а следовательно, не предусматривается устранение аварийных ситуаций при проведении этой операции. Кроме того, использование в качестве агента пассивации водного раствора иодида калия не обеспечивает достаточно эффективной пассивации металлического порошка пирофорного металла предположительно из-за сравнительно низких поверхностно-активных характеристик такого раствора.

Известен в качестве наиболее близкою по технической сущности и достигаемому результату к заявляемому способ пассивации пирофорных металлических порошков путем их обработки жидким агентом пассивации, в качестве которого использована смесь растворимого стекла и глицерина в количестве 1,5-2,0 мас. % с последующим измельчением в среде указанного агента пассивации ( авт. св. СССР 1115852, кл. МПК В 22 F 1/00, опубл. 30.09.94 г., бюл. 36).

Однако использование в известном способе органического соединения требует дополнительных мероприятий по технике безопасности в связи с опасностью возгорания из-за контакта с пирофорным металлом, а даже незначительное превышение количества жидкого состава сверх предусмотренных значений ведет к появлению стойкого аффекта агломерации частиц порошкообразного металла, что значительно снижает эффективность пассивации. Кроме того, в известном способе не предусмотрена стабилизация параметров процесса тепловыделения и качество покрытия критично к показателям агента пассивации, следствием чего может быть недостаточное повышение температуры начала окисления пирофорного порошкообразного металла в условиях прототипа.

Задачей предлагаемого изобретения является разработка эффективного способа пассивации порошков пирофорных металлов, позволяющего значительно повысить температуру самовоспламенения пирофорного металла и обеспечивающего возможность регулирования скорости, что является основой стабилизации процесса тепловыделения.

Новым техническим результатом, который обеспечивается при использовании предлагаемого способа, является увеличение эффективности процесса пассивации за счет улучшения качества формируемой пленки и повышение степени прокрытия металлических частиц, повышение температуры начала окисления порошка пирофорного металла, а также обеспечение возможности регулирования кинетики процесса тепловыделения.

Указанные задача и новый технический результат достигаются тем, что в известном способе пассивации пирофорных металлических порошков, включающем обработку металлических порошков жидким агентом пассивации и измельчение, в соответствии с предлагаемым способом измельчение пирофорных металлических порошков проводят предварительно до мелкодисперсного состояния, характеризующегося удельной поверхностью 1,6-3,910^-3 м²/кг, в среде гидроксилсодержащего вещества, затем порошкообразную массу обрабатывают жидким агентом пассивации, в качестве которого используют водный раствор моющего средства на основе поверхностно-активного вещества, обработку проводят при перемешивании до получения однородной суспензии, далее суспензию нагревают до температуры не выше температуры начала окисления пирофорного порошкообразного металла и высушивают полученную суспензию до полного удаления влаги.

Предлагаемый способ поясняется следующим образом.

Первоначально массу металлического пирофорного порошка, характеризующегося неравномерностью дисперсного состава, измельчают до гомогенного мелкодисперсного состояния с удельной поверхностью 1,6-3,910^-3 м²/кг. Экспериментально показано, что использование именно в таком виде порошка пирофорного металла приводит к наиболее полному прокрытию его на этапе обработки жидким агентом пассивации и обеспечению более высокой эффективности процесса стабилизации. В связи с высокой способностью к самовоспламенению пирофорного материала, что особенно проявляется при механических воздействиях, имеющих место при измельчении порошкообразной массы, последнюю помещают в среду гидроксилсодержащего органического вещества, например этилового спирта.

После измельчения пирофорного порошка его обрабатывают жидким агентом пассивации, в качестве которого в предлагаемом способе используют водный раствор бытового моющего средства на основе поверхностно-активного вещества (ПАВ), такого, например, как стиральный порошок "Миф". Обработку агентом проводят до получения однородной суспензии, в противном случае частицы порошка будут выпадать в осадок, скапливаться в виде агломератов частиц и это приведет к неполному контакту их с жидким агентом. В результате этого не будет достигнуга требуемая степень прокрытия частиц порошка пирофорного металла и эффективность процесса пассивации в целом.

При этом показано, что наиболее оптимальными условиями обработки является выбор температур в диапазоне не выше температуры самовоспламенения порошкообразного пирофорного металла, однако методики их практическою определения весьма трудоемки и требуют специальных мероприятий по технике безопасности. Более корректным является указание на предельные температуры начала окисления пирофорного металла, которые определяются расчетно-теоретическим путем. В силу указанных причин в предлагаемом способе в качестве предельной температуры нагрева суспензии заявлена температура начала окисления пирофорного порошкообразного металла.

Экспериментально определен указанный диапазон температур на серии опытов при разных степенях дисперсности, средах, в которых проводят измельчение, и типов металлических порошков. В каждом отдельном случае эти температуры будут иметь свое конкретное значение.

После проведения обработки жидким агентом пассивации пирофорный порошок высушивают при указанной температуре до полного удаления влаги. При этом практически полностью отсутствует эффект слипания частиц металла между собой, имевший место в случае прототипа. Это объясняется обеспечением в условиях предлагаемого способа полностью отвержденной и высушенной пленки покрытия, характеризующейся высокими защитными свойствами в плане надежной изоляции от контакта с атмосферным кислородом и препятствующей процессу самовозгорания пирофорного металла.

После проведения указанных мероприятий способа порошкообразный металл исследуют на предмет выявления температуры начала окисления и скорости процесса тепловыделения как функции от температуры и времени. Экспериментально показано, что при замерах скоростей тепловыделения при различных температурах и времени процесса тепловыделения на графиках зависимости скорости от температуры и скорости от времени кривые имеют вид монотонных функций, что свидетельствует о стабилизации указанного параметра процесса тепловыделения.

Использование указанных условий обработки пирофорного металлического порошка приводит к наиболее полному прокрытию каждой частицы, получению более прочной и качественной пленки, а также более высокой эффективности процесса пассивации обрабатываемого материала.

Возможность промышленного применения предлагаемого способа подтверждается следующими примерами.

Пример 1.

Подготовленную массу порошка измельчали в шаровой мельнице в среде этилового спирта в течение часов 15. В качестве исходного материала выбран в условиях данного примера электролитический порошок пирофорного циркония.

Затем измельченную порошкообразную массу обрабатывают жидким агентом пассивации, в качестве которого используют водный раствор моющего средства на основе поверхностно-активного вещества. Экспериментально выявлено, что наиболее оптимальным является использование в качестве моющего средства на основе ПАВ бытового стирального порошка марки "Миф". Обработку проводят при перемешивании до получения однородной суспензии.

После этого обработанный материал в виде гомогенной суспензии помещают в сушильный шкаф типа "СНОЛ" и выдерживают в условиях термообработки при температуре 20^oС-60^oС в течение расчетного времени, которое в условиях данного примера составило 40 мин.

По завершении процесса высушивания порошкообразною материала порцию материала подвергают физико-механическим испытаниям на приборе "Дериватограф MOM" системы "Паулик-Паулик-Эрдей", результаты которого сведены в таблицу, где приведены также и условия реализации предлагаемого способа по примеру 2.

Экспериментально показано, что при замерах скоростей тепловыделения при различных температурах и времени процесса тепловыделения на графиках зависимости скорости от температуры и скорости от времени кривые имеют вид монотонных функций, что свидетельствует о стабилизации указанного параметра процесса тепловыделения.

В таблице введены следующие обозначения:

t_смвпл - температура самовоспламенения, ^oС;

t_о - температура начала окисления, ^oС;

V - скорость процесса тепловыделения;

t^oC - температура процесса тепловыделения;

t - время процесса тепловыделения;

G - удельная поверхность.

Таким образом, как это показали примеры реализации предлагаемого способа, использование заявленных условий и операций обеспечивает повышение эффективности процесса пассивации порошкообразного циркония за счет повышения температуры начала окисления циркония до температур, в диапазоне 250-300^oС, стабилизации процесса тепловыделения, улучшения качества формируемой пленки и повышения степени прокрытия металлических частиц.