Разработка эффективных способов получения нанопорошков триады железа водородным восстановлением из оксидных соединений в вихревом поле и тонких слоях

Цель: экспериментальное и теоретическое исследование процессов водородного восстановления наноразмерных оксидов металлов триады железа; установление физико-химического механизма и кинетических закономерностей процессов металлизации наноразмерных оксидов, позволяющих прогнозировать процессы получения наноразмерных частиц нужного качества в оптимальных условиях; разработка высокопроизводительного способа непрерывного получения нанопорошков (НП) металлов триады железа (Fe, Co, Ni) и поиск возможных областей применения полученных продуктов. Определены условия процессов водородного восстановления наноразмерных частиц оксидов металлов в тонких слоях с учетом изменений характера диффузионных процессов при изменении их дисперсности. Разработаны и теоретически обоснованы условия интенсификации восстановления наноразмерных оксидов металлов триады железа путем энергомеханических воздействий, вызванных действием вращающегося электромагнитного поля (ЭМП), что позволило ускорить процесс восстановления в 3 - 5 раз по сравнению с неподвижными слоями. Предложены механизм восстановления наноразмерных оксидных материалов в тонких слоях и модель кинетики процессов их восстановления, учитывающая образование ламинарного пограничного слоя с равновесным содержанием газовой смеси H₂/H₂O на поверхности частиц. Установлено не отмеченное ранее явление замедления процессов восстановления НП NiO, Сo₃O₄, α-Fe₂O₃ водородом в неподвижном слое при наложении ЭМП; при этом происходит формирование более мелкодисперсных наночастиц металлов по сравнению со случаем восстановления в слое без наложения поля.Разработан новый высокопроизводительный способ непрерывного получения НП металлов на основе Ni, Co, Fe водородным восстановлением в тонких слоях на поверхности вращающегося магнитного барабана. Модернизирована установка, позволяющая эффективно распределять наночастицы в объеме модифицируемых порошковых смесей, и определены условия интенсификации процессов водородного восстановления при ЭМО в вихревом слое. Выявлено, что модифицирование микронного порошка W НП Fe и Ni в количестве 0,5 мас. % способствует снижению температуры искроплазменного спекания W до 1600 и 1400°C соответственно за счет микродобавки НП (Ni, Co), позволяет увеличить уплотнение порошковой стали Ст 45 при ее спекании, в результате чего материал приобретает низкопористую структуру, что сопровождается повышением механических свойств.