способ получения металлофуллерита

Формула изобретения

Способ получения металлофуллерита, включающий приготовление смеси на основе железа и последующую ее обработку, отличающийся тем, что смесь готовят из порошков железа и фуллерена С₆₀, затем прессуют и обрабатывают в вакууме сильноточной низковольтной микродугой диаметром 5-20 мкм, функционирующей в быстроперемещающихся микропятнах в течение 60 с.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к порошковой металлургии и может быть использовано для получения исходного материала при производстве алмаза, а также износостойких деталей путем их поверхностного упрочнения.

Известен способ получения металлофуллеритовой матрицы из смеси высокоуглеродистой и низкоуглеродистой железных составляющих. Согласно этому способу высокоуглеродистую составляющую (чугун) смешивают с низкоуглеродистым железным сплавом в количествах, необходимых для формирования смеси с определенным содержанием углерода, затем смесь нагревают до температуры, при которой высокоуглеродистая составная часть расплавляется, а низкоуглеродистая остается твердой. В процессе выдержки при этой температуре происходит выравнивание состава сплава по углероду. После этого смесь нагревают до температуры равновесия между жидким и твердым состояниями и выдерживают при этой температуре в течение времени, необходимом для формирования металлофуллерита. Заключительная стадия технологического процесса - охлаждение смеси до комнатной температуры [патент США N 5288342, 1999] [1] .

Недостатками этого способа являются необходимость нагрева до высоких температур, потребность в дорогостоящем печном оборудовании, обеспечивающим нагрев до 1300 - 1400^oC, большая продолжительность процесса, высокие затраты электроэнергии.

Предлагаемый способ отличается простотой и позволяет резко сократить продолжительность всего цикла получения металлофуллеритовой матрицы.

Заявляемый способ получения металлофуллерита, включающий приготовление смеси на основе железа и последующую ее обработку, отличается тем, что смесь готовят из порошков железа и фуллерена C₆₀, затем прессуют и обрабатывают в вакууме сильноточной низковольтной микродугой диаметром 5 - 20 мкм, функционирующей в быстроперемещающихся микропятнах в течение 60 с.

Заявляемый способ отличается от известного составом исходного материала и отсутствием операции печного нагрева.

Способ получения железофуллеритовой матрицы в поверхностном слое прессовки из смеси железа с фуллереном C₆₀ включает:

- приготовление шихты состава 92% технического железного порошка марки ПЖР 3.200.28, 8% фуллерена C₆₀;

- прессование шихты при давлении 700 МПа:

- обработка поверхности прессовки сильноточной низковольтной вакуумной дугой, функционирующей в быстроперемещающихся микропятнах.

Ток микродуги составляет 50-60 А при плотности 10⁶-10⁸ А/см². Общее время обработки поверхности прессовки микродугами, имеющими диаметр 5 - 20 мкм, составляет 60 с при скорости их перемещения по обрабатываемой поверхности 8 - 30 м/с. Вакуум в процессе обработки образца поддерживают в пределах 10^-2-810^-3 Па. Время функционирования микродуги на одном месте - 10^-3-10^-5 с при локальном разогреве поверхности до температуры 4,710³ -7,710^{3 o}C. При воздействии микродуги на поверхность наряду с высоким температурным градиентом активное участие в фазообразовании и обработке структуры материала оказывает и импульсная отдача взрывной электронной эмиссии ввиду того, что давление в основании микродуги составляет 100 - 300 атмосфер.

После обработки согласно данным рентгеноструктурного анализа в образце содержится исходная ГЦК-фаза C₆₀ и образуется новая металлофуллеритовая фаза, табл. 1.

Вывод о формировании металлофуллерита в предлагаемом способе его получения подтверждается совпадением межплоскостных расстояний полученной фазы и металлофуллеритовой фазы, образующейся в железоуглеродистом сплаве, полученном из смеси высокоуглеродистого и низкоуглеродистого железа согласно патенту США [1] , табл. 2.

Из сравнения табл. 1 и 2 следует, что совпадают линии 4,14-4,12; 3,73-3,71 и 3,56-3,56. Эти линии появляются после обработки на фоне линий фуллерена C₆₀.

Таким образом, обработка электрической дугой поверхности прессованного образца из смеси железного порошка и фуллерена C₆₀ приводит к формированию металлофуллерита, причем для этого не требуется высокотемпературного длительного печного нагрева. Полученный таким способом материал может быть использован как промежуточный для его последующей быстрой закалки с целью превращения металлофуллерита в алмаз [патент США N 5449491, 1995] .