TY - JOUR

T1 - Получение тонкодисперсного порошка титана объемным восстановлением его ионов натрием, растворенным в расплаве BaCl2–CaCl2–NaCl

AU - Лебедев, Владимир Александрович

AU - Поляков, Виктор Вячеславович

PY - 2022

Y1 - 2022

N2 - Работа направлена на разработку технологии производства тонкодисперсных (от 10 до 100 мкм) порошков титана и его сплавов, пригодных, после классификации и сфероидизации, для применения в аддитивных технологиях. В качестве электролита использовали эвтектическую смесь, мол. доли: BaCl2 - 0,16, CaCl2 - 0,47, NaCl - 0,37 - с температурой плавления 452 °С. Близкие по составу электролиты применяются в промышленности при электролитическом получении натрия с высоким выходом по току. Соли титана в электролит не вводили. Потери натрия за счет испарения, коррозии и перезаряда ионов восполняли периодическим повышением тока электролиза. В качестве анода использовали пластину из титана марки ВТ1-0. Катодом служили стенки стального тигля, на которых выделялся натрий и растворялся в электролите. Восстановление ионов титана происходило в объеме электролита и прианодном слое. Для интерпретации полученных результатов впервые использованы данные об электродных потенциалах систем Ti3+/Ti, Ti2+/Ti, Ti3+/Ti2+. Показано, что в первые 12 мин электролиза в прианодном слое растет концентрация малоподвижных комплексных ионов Ti3+, а растворенный в электролите натрий восстанавливает в объеме электролита в основном ионы Ti2+. Начиная с 20-й мин, при накоплении порошка титана в объеме электролита, в прианодном слое начинает ускоренно возрастать концентрация ионов Ti2+ по реакции: 2Ti3+ + Ti = 3Ti2+. Одновременно уменьшается доля натрия, расходующегося на восстановление ионов Ti3+ до Ti2+, что способствует повышению выхода по току и стабилизации на 30 мин потенциала катода при -2,963 В. После 50-й мин начинает снижаться реакционная активность солевого расплава, стабильно растет концентрация ионов Ti3+ до выравнивания ее на 85-й мин с концентрацией ионов Ti2+. Это резко увеличило затраты тока на перезаряд ионов и привело к необходимости, после кратковременного (на 40 с) включения тока 12 А, прекратить электролиз. Через 10 с, судя по изменению потенциала катода, практически весь натрий, растворенный в электролите, был израсходован на восстановление ионов титана. Через 6 мин потенциалы электродов вернулись к первоначальному значению потенциала анода, свидетельствуя о возвращении системы к исходному состоянию, где соли титана и растворенный натрий практически отсутствовали. Получено 95 % порошка в объеме электролита. Выход по току составил 84,0 % и оказался близким к рассчитанному по средней валентности ионов титана и убыли массы анода (87,0 %). После ультразвукового диспергирования более 80 % порошка находилось в диапазоне 10-100 мкм с максимумом при 36 мкм. Рентгенофазовый анализ показал, что это практически чистый α-титан (93,06 %) и насыщенный кислородом α-титан (5,45 %). Оригинальность работы состоит в применении объемного, интенсивного, электролитического способа получения тонкодисперсных порошков титана при отсутствии растворенного натрия и хлоридов титана в исходном и конечном электролитах, в ступенчатом повышении тока и потенциометрическом контроле процесса. Уникальность работы заключается в получаемом порошке титана, основная часть которого находится в объеме расплава в виде сростков, легко измельчаемых при ультразвуковом диспергировании на отдельные кристаллы. Более 80 % этих кристаллов находилось в требуемом для аддитивных технологий диапазоне 10-100 мкм со средним размером 36 мкм.

AB - Работа направлена на разработку технологии производства тонкодисперсных (от 10 до 100 мкм) порошков титана и его сплавов, пригодных, после классификации и сфероидизации, для применения в аддитивных технологиях. В качестве электролита использовали эвтектическую смесь, мол. доли: BaCl2 - 0,16, CaCl2 - 0,47, NaCl - 0,37 - с температурой плавления 452 °С. Близкие по составу электролиты применяются в промышленности при электролитическом получении натрия с высоким выходом по току. Соли титана в электролит не вводили. Потери натрия за счет испарения, коррозии и перезаряда ионов восполняли периодическим повышением тока электролиза. В качестве анода использовали пластину из титана марки ВТ1-0. Катодом служили стенки стального тигля, на которых выделялся натрий и растворялся в электролите. Восстановление ионов титана происходило в объеме электролита и прианодном слое. Для интерпретации полученных результатов впервые использованы данные об электродных потенциалах систем Ti3+/Ti, Ti2+/Ti, Ti3+/Ti2+. Показано, что в первые 12 мин электролиза в прианодном слое растет концентрация малоподвижных комплексных ионов Ti3+, а растворенный в электролите натрий восстанавливает в объеме электролита в основном ионы Ti2+. Начиная с 20-й мин, при накоплении порошка титана в объеме электролита, в прианодном слое начинает ускоренно возрастать концентрация ионов Ti2+ по реакции: 2Ti3+ + Ti = 3Ti2+. Одновременно уменьшается доля натрия, расходующегося на восстановление ионов Ti3+ до Ti2+, что способствует повышению выхода по току и стабилизации на 30 мин потенциала катода при -2,963 В. После 50-й мин начинает снижаться реакционная активность солевого расплава, стабильно растет концентрация ионов Ti3+ до выравнивания ее на 85-й мин с концентрацией ионов Ti2+. Это резко увеличило затраты тока на перезаряд ионов и привело к необходимости, после кратковременного (на 40 с) включения тока 12 А, прекратить электролиз. Через 10 с, судя по изменению потенциала катода, практически весь натрий, растворенный в электролите, был израсходован на восстановление ионов титана. Через 6 мин потенциалы электродов вернулись к первоначальному значению потенциала анода, свидетельствуя о возвращении системы к исходному состоянию, где соли титана и растворенный натрий практически отсутствовали. Получено 95 % порошка в объеме электролита. Выход по току составил 84,0 % и оказался близким к рассчитанному по средней валентности ионов титана и убыли массы анода (87,0 %). После ультразвукового диспергирования более 80 % порошка находилось в диапазоне 10-100 мкм с максимумом при 36 мкм. Рентгенофазовый анализ показал, что это практически чистый α-титан (93,06 %) и насыщенный кислородом α-титан (5,45 %). Оригинальность работы состоит в применении объемного, интенсивного, электролитического способа получения тонкодисперсных порошков титана при отсутствии растворенного натрия и хлоридов титана в исходном и конечном электролитах, в ступенчатом повышении тока и потенциометрическом контроле процесса. Уникальность работы заключается в получаемом порошке титана, основная часть которого находится в объеме расплава в виде сростков, легко измельчаемых при ультразвуковом диспергировании на отдельные кристаллы. Более 80 % этих кристаллов находилось в требуемом для аддитивных технологий диапазоне 10-100 мкм со средним размером 36 мкм.

KW - additive technologies

KW - current efficiency

KW - current efficiency estimation by the average valence of titanium ions in the anode layer

KW - electrolytic volumetric reduction of titanium

KW - grain size analysis

KW - micrographs

KW - ultrasonic milling

KW - X-ray phase analysis

UR - https://www.elibrary.ru/item.asp?id=48076840

UR - http://www.scopus.com/inward/record.url?scp=85136604181&partnerID=8YFLogxK

U2 - 10.17073/1997-308X-2022-1-4-16

DO - 10.17073/1997-308X-2022-1-4-16

M3 - Статья

VL - 16

SP - 4

EP - 16

JO - Известия высших учебных заведений. Порошковая металлургия и функциональные покрытия

JF - Известия высших учебных заведений. Порошковая металлургия и функциональные покрытия

SN - 1997-308X

IS - 1

ER -