ИЗУЧЕНИЕ СВОЙСТВ ПОРОШКА ГИДРОКСИДА АЛЮМИНИЯ ПОЛУЧЕННОГО ХИМИЧЕСКИМ ДИСПЕРГИРОВАНИЕМ АЛЮМИНИЕВОГО СПЛАВА (AL-ZN-MG-CU)

АННОТАЦИЯ

Рассматривается возможность получения нового керамического материала из алюминиевого сплава (Al-Zn-Mg-Cu) путем химического диспергирования стружки и спекания полученного порошка гидроксида алюминия. Изучены реологические свойства полученного порошка, с помощью лазерного анализатора определен средний размер частиц и их удельная поверхность, проведен рентгеновский фазовый анализ.

Ключевые слова: химическое диспергирование, гидроксид алюминия, средний размер частиц, удельная поверхность, реологические свойства.

Введение

Объективные потребности развития различных отраслей техники стимулируют поиск путей создания новых материалов с улучшенными, а подчас и с абсолютно новыми эксплуатационными качествами. Рост требований к ассортименту и качеству используемых материалов неизбежно заставляет пересматривать традиционные способы их получения и также предлагать новые, альтернативные подходы. В последние десятилетия значительно возросло количество разработок, направленных как на улучшение уже имеющихся типов материалов, так и на создание принципиально новых функциональных материалов для использования в условиях с повышенными эксплуатационными требованиями.

Разработка порошков для производства новых керамических материалов, является важной частью современного материаловедения. Метод химического диспергирования различных алюминиевых сплавов может быть использован как альтернативный метод производства исходных порошков [1, 2]. Это стало возможным благодаря тому, что химическое диспергирование сплавов алюминия позволяет получать наноструктурированный легированный бемит, который в процессе последующей термообработки способствует образованию специальных фаз, придающих керамикам уникальные свойства, зависящие от вида легирующего элемента [3].

Поэтому, актуальной стала задача расширения номенклатуры используемых для диспергирования сплавов и разработки новых керамических материалов на основе полученного гидроксида алюминия. В частности, в данной работе рассматривается возможность получения нового керамического материала из алюминиевого сплава (Al-Zn-Mg-Cu) путем химического диспергирования стружки. В результате одновременно решается проблема утилизации цинкосодержащей стружки и получение керамических материалов, имеющих необходимые функциональные свойства.

Химическое диспергирование алюминиевого сплава (Al-Zn-Mg-Cu)

Химическое диспергирование алюминиевого сплава (Al-Zn-Mg-Cu) осуществляли путем его обработки 20 %-ным водным раствором едкого натра. Полученный осадок промывали дистиллированной водой и фильтровали путем вакуумной фильтрации.

Для снижения уровня pH и стабилизации раствора, а также снижения вредных связанных ионов Na⁺ было необходимо отмыть осадок. Для этого применялась технология многократной промывки осадка методом декантации.

Отмывка осадка проводилась многократно до минимально достижимого уровня pH среды. При этом после каждой стадии отмывки измерялся уровень pH (рисунок 1). По достижению этого уровня декантация осадка считалась завершенной. Влияние качества промывки и степень загрязнения продуктов диспергирования водопроводной водой оценивали дополнительно.

Рисунок 1. Изменение показателя pH среды для осадка на различных этапах декантации

Конечное значение рН – среды при отмывке порошка, полученного в результате химического диспергирования алюминиевого сплава (Al-Zn-Mg-Cu), равно 8,32 и достигнуто на 19 стадии декантации.

 Отмытый путем декантации и высушенный (при 60°С) осадок мелкой фракции легко растирается пестиком в ступке с целью получения сыпучего порошкового продукта, который имеет серый цвет (рис. 2).

Рисунок 2.  Вид порошка после сушки

Для определения распределения по размерам частиц порошка (Al-Zn-Mg-Cu) использовали метод дифракции лазерного луча с помощью прибора Анализетте 22 Нанотек (Analyzette 22 Nanotec) фирмы «Фрич» (Fritsch). Результаты изучения распределения по размерам частиц в интегральной и дифференциальной формах представлены на рисунке 3 и табл. 1.

Рисунок 3. Дифференциальная диаграмма размера частиц порошка (Al-Zn-Mg-Cu)

Таблица 1.

Результаты среднего размера частиц и удельной поверхности

Исследованные порошка на лазерном анализаторе частиц показал, что порошок на 30% (об.) состоит из частиц меньше микрона, а большая часть порошка находится в диапазоне от 1 до 8 мкм. Здесь необходимо дополнить, что данный метод определяет распределение по размерам не частиц, а агломератов. Поэтому в процессе промывки порошка дистиллированной водой может происходить процесс агломерации.

Рентгенофазовый анализ

Фазовый состав порошка определяли на приборе D2 PHASER фирмы Bruker, излучение Cu Kα, фильтр – Ni. Режим трубки (Cu) 10 мА, 30 кВ. Расшифровка дифрактограммы проведена c применением специализированной программы HighScore и базы данных PDF-2.

Рисунок 4. Результаты РФА

Видно, что основной фазой порошковой пробы является гиббсит γ-Al(OH)3, (моноклинная сингония), вторыми фазами с рентгеновскими линиями слабой интенсивности являются байерит α-Al(OH)₃ (моноклинная сингония) и предположительно водный карбонат Zn и Al (ромбоэдрическая сингония).

Выводы

Полученные частицы фракции < 50 мкм являются мелкодисперсными и укладываются в микронный и субмикронный размерный диапазон (эти частицы представлены металл-гидроксидной фазой). По полученным данным проведенных исследований порошка можно предварительно предположить, что при его спекании получится керамический материал с определенным комплексом физико-механических свойств и дисперсности порошка а также за счет образования новых фаз, таких как водный карбонат Zn и Al (ромбоэдрическая сингония).

Список литературы:

1. Шляпин А. Д., Тарасовский В. П., Омаров А. Ю., Никольский В. С., Курбатова И. А. Исследование структуры и фазового состава алюмооксидных порошков, полученных методом химического диспергирования алюминиевого сплава с различным содержанием магния // Стекло и керамика. - 2013. - №12. - С.
2. Шляпин А.Д., Иванов Д.А., Омаров А.Ю. Свойства гидроксида алюминия, получаемого при производстве водорода // Машиностроение и инженерное образование. 2011. №2. С. 48 - 51
3. Шляпин А.Д., Омаров А.Ю., Хайри А.Х., Трифонов Ю.Г. Изучение порошков гидроксида алюминия, полученных методом химического диспергирования алюминия и его сплавов // Новые огнеупоры. 2012. № 10 С. 27 - 32