Optimization of Molybdenum Powder Milling Parameters

Cover Page

Cite item

Full Text

Abstract

Introduction. The refractory materials are of interest for high temperature applications in aerospace, nuclear and military industries, since they possess high melting temperature (> 2000 ?C). Molybdenum (Mo) is among these materials of high interest due to its excellent properties such as good thermal conductivity, high strength and toughness. The production of molybdenum is difficult due to its high melting point and the temperature of the ductile-brittle transition, therefore, in the production of this metal, powder metallurgy methods are mainly used. To implement these methods, it is necessary to have high-quality molybdenum powders, in particular, a high degree of purity and homogeneity of particle size distribution. One of the powder processing methods that is used to produce nano- and microsize powders, is the high energy kinetic milling. This cost-effective method is based on the friction and the high-energy collisions between the balls and the powder particles. And therefore, the purpose of the current work is to optimize the parameters of high energy kinetic milling for molybdenum powder. Optimization of processing parameters has a significant influence on the acceleration of the process of product formation, on subsequent sintering and achievement of the best mechanical properties of the final product. Optimization of milling parameters of Mo powder was achieved under different milling parameters including among others the rotation speed, the ball to powder weight ratio (BPR) and the milling time. Initially, the rotational speed was determined; it varied from 600 to 1200 rpm (where rpm are revolutions per minute). After this determination, milling parameters such as the milling time and the BPR were varied. The milling time ranged from 2 to 60 min and the BPR varied from 100:3 to 200:3. After that, influence of variable parameters on morphology and powder particles size distribution was investigated. The initial powder used in these experiments was Mo powder (particle size ~100 µm). The methods of investigation. Scanning electron microscopy and laser diffraction methods were used to estimate the particle size distribution. Results and Discussion. Particle size was decreased from 100 to 4 µm with increasing grinding time from 2 to 60 min. However, in each batch, a number of cold-welded particles measuring 200-400 μm was detected. These cold-welded particles were about 200-400 µm in size. As the result, the optimal milling parameters were: rotation speed of 900 rpm, BPR (200:3) and milling time of 60 minutes.

About the authors

L. Dyckova

Email: lucie.palenikova@ceitec.vutbr.cz
Brno University of Technology, Central European Institute of Technology, 123 Purkynova st., Brno, 61200, Czech Republic; lucie.palenikova@ceitec.vutbr.cz

P. Komarov

Email: pasha-molotov@mail.ru
1. Brno University of Technology, Central European Institute of Technology, 123 Purkynova st., Brno, 61200, Czech Republic; 3. Novosibirsk State Technical University, 20 Prospekt K. Marksa, Novosibirsk, 630073, Russian Federation; pasha-molotov@mail.ru

M. Remesova

Email: michaela.remesova@ceitec.vutbr.cz
Brno University of Technology, Central European Institute of Technology, 123 Purkynova st., Brno, 61200, Czech Republic; michaela.remesova@ceitec.vutbr.cz

M. Dycka

Email: Martin.Dycka@ceitec.vutbr.cz
Brno University of Technology, Central European Institute of Technology, 123 Purkynova st., Brno, 61200, Czech Republic; Martin.Dycka@ceitec.vutbr.cz

K. Dvorak

Email: dvorak.k@fce.vutbr.cz
D.Sc. (Engineering), Associate Professor; Brno University of Technology, Faculty of Civil Engineering, 512/95 Veveri st., Brno, 60200, Czech Republic; dvorak.k@fce.vutbr.cz

M. Menelaou

Email: melita.menelaou@ceitec.vutbr.cz
D.Sc. (Engineering); Brno University of Technology, Central European Institute of Technology, 123 Purkynova st., Brno, 61200, Czech Republic; melita.menelaou@ceitec.vutbr.cz

L. Celko

Email: ladislav.celko@ceitec.vutbr.cz
D.Sc. (Engineering), Associate Professor; Brno University of Technology, Central European Institute of Technology, 123 Purkynova st., Brno, 61200, Czech Republic; ladislav.celko@ceitec.vutbr.cz

References

  1. Handbook of non-ferrous metal powders: technologies and applications / O. Neikov, S. Naboychenko, I.B. Murashov, A. Yefimov, G. Dowson. – Amsterdam: Elsevier Science, 2009. – P. 464–470.
  2. Dean J.A. Lange’;s handbook of chemistry. – New York: McGraw-Hill Professional, 1998.
  3. Heat resistant materials / ed. by J.R. Davis. – Materials Park, Ohio: ASM International, 1997. – P. 361–364. – (ASM Speciality handbook).
  4. Densification behavior of pure molybdenum powder by spark plasma sintering / R. Ohser-Wiedemann, U. Martin, H.J. Seifert, A. Müller // International Journal of Refractory Metals and Hard Materials. – 2010. – Vol. 28, iss. 4. – P. 550–557. – doi: 10.1016/j.ijrmhm.2010.03.003.
  5. Rheological and sintering behaviors of nanostructured molybdenum powder / Y. Kim, S. Lee, J.-W. Noh, S.H. Lee, I.-D. Jeong, S.-J. Park // International Journal of Refractory Metals and Hard Materials. – 2013. – Vol. 41. – P. 442–448. – doi: 10.1016/j.ijrmhm.2013.06.001.
  6. Sheng Y., Guo Z., Hao J. Characterization of spherical molybdenum powders prepared by RF plasma processing // Advanced Materials Research. – 2012. – Vol. 482–484. – P. 2563–2567. – doi: 10.4028/ href='www.scientific.net/AMR.482-484.2563' target='_blank'>www.scientific.net/AMR.482-484.2563.
  7. Spheroidization of molybdenum powder by radio frequency thermal plasma / X.-P. Liu, K.-S. Wang, P. Hu, Q. Chen, A. Volinsky // International Journal of Minerals, Metallurgy and Materials. – 2015. – Vol. 22, iss. 11. – P. 1212–1218. – doi: 10.1007/s12613-015-1187-7.
  8. Garg P., Park S.-J., German R.M. Effect of die compaction pressure on densification behavior of molybdenum powders // International Journal of Refractory Metals and Hard Materials. – 2007. – Vol. 25, iss. 1. – P. 16–24. – doi: 10.1016/j.jrmhm.2005.10.014.
  9. On grain boundary segregation in molybdenum materials / K. Leitner, P.J. Felfer, D. Holec, J. Cairney, W. Knabl, A. Lorich, H. Clemens, S. Primig // Materials & Design. – 2017. – Vol. 135. – P. 204–212. – doi: 10.1016/j.matdes.2017.09.019.
  10. Mechanical properties of molybdenum products prepared by using molybdenum powders with different micro-morphologies / G. An, J. Sun, R.-Z. Liu, J. Li, Y.-J. Sun // Rare Metals. – 2015. – Vol. 34, iss. 4. – P. 276–281. – doi: 10.1007/s12598-013-0194-y.
  11. Preparation of molybdenum powder from molybdenite concentrate through vacuum decomposition-acid leaching combination process / Ch. Yang, Y. Zhou, D. Liu, W. Jiang, F. Liu, Z. Liu // Rare Metal Technology. – Cham: Springer, 2017. – P. 235–246.
  12. Bolitschek J., Luidold S., O’;Sullivan M. A study of the impact of reduction conditions on molybdenum morphology // International Journal of Refractory Metals and Hard Materials. – 2018. – Vol. 71. – P. 325–329. – doi: 10.1016/j.ijrmhm.2017.11.037.
  13. Rheological and sintering behaviors of nanostructured molybdenum powder / Y. Kim, S. Lee, J.-W. Noh, S.H. Lee, I.-D. Jeong, S.-J. Park // International Journal of Refractory Metals and Hard Materials. – 2013. – Vol. 41. – P. 442–448. – doi: 10.1016/j.ijrmhm.2013.06.001.
  14. Densification and crack suppression in selective laser melting of pure molybdenum / D. Wang, Ch. Yu, J. Ma, W. Liu, Z. Shen // Materials and Design. – 2017. – Vol. 129. – P. 44–52. – doi: 10.1016/j.matdes.2017.04.094.
  15. Ghayour H., Abdellhi M., Bahmanpour M. Optimization of the high energy ball-milling: modeling and parametric study // Powder Technology. – 2016. – Vol. 291. – P. 7–13. – doi: 10.1016/j.powtec.2015.12.004.
  16. Microstructure and thermal stability of MoSi2-CoNiCrAlY nanocomposite feedstock prepared by high energy ball milling / M. Liu, X. Zhong, J. Wang, Z. Liu, W. Qui, D. Zeng // Surface and Coatings Technology. – 2014. – Vol. 239. – P. 78–83. – doi: 10.1016/j.surfcoat.2013.11.022.
  17. Harris J.R., Wattis J.A.D., Wood J.V. A comparison of different models for mechanical alloying // Acta Materialia. – 2001. – Vol. 49, iss. 19. – P. 3991–4003. – doi: 10.1016/S1359-6454(01)00302-0.
  18. Analysis of mechanical milling in simoloyer: an energy modeling approach / B. Karthik, G.S. Gautam, N.R. Karthikeyan, B.S. Murty // Metallurgical and Materials Transactions A. – 2012. – Vol. 43, iss. 4. – P. 1323–1327. – doi: 10.1007/s11661-011-0946-y.
  19. Effect of high energy ball milling on structure and properties of 95W-3.5Ni-1.5Fe heavy alloys / M. Debata, T.S. Acharya, P. Sengupta, P.P. Acharya, S. Bajpai, K. Jayasankar // International Journal of Refractory Metals and Hard Materials. – 2017. – Vol. 69. – P. 170–179. – doi: 10.1016/j.ijrmhm.2017.08.007.
  20. Suryaanarayana C. Mechanical alloying and milling // Progress in Materials Science. – 2001. – Vol. 46, iss. 1–2. – P. 1–184. – doi: 10.1016/S0079-6425(99)00010-9.
  21. Ebrahimi-Kahrizsangi R., Abdellahi M., Bahmanpour M. Ignition time of nanopowders during milling: a novel simulation // Powder Technology. – 2015. – Vol. 272. – P. 224–234. – doi: 10.1016/j.powtec.2014.12.009.
  22. High energy milling on tungsten powders / U.R. Kiran, M.P. Kumar, M. Sankaranarayana, A.K. Singh, T.K.  Nandy // International Journal of Refractory Metals and Hard Materials. – 2015 – Vol. 48. – P. 74–81. – doi: 10.1016/j.ijrmhm.2014.06.025.
  23. Abdellahi M., Bhmanpour M., Bahmanpour M. Optimization of process parameters to maximize hardness of metal/ceramic nanocomposites produced by high energy ball milling // Ceramics International. – 2014. – Vol. 40, iss. 10. – P. 16259–16272. – doi: 10.1016/j.ceramint.2014.07.063.
  24. Biyik S., Aydin M. The effect of milling speed on particle size and morphology of Cu25W composite powder // Acta Physica Polonica A. – 2014. – Vol. 127. – P. 1255–1260.
  25. Rzavi-Tousi S.S., Szpunar J.A. Effect of ball size on steady state of aluminum powder and efficiency of impacts during milling // Powder Technology. – 2015. – Vol. 284. – P. 149–158. – doi: 10.1016/j.powtec.2015.06.035.
  26. Investigation of milling characteristics of alumina powders milled with a newly designed vibratory horizontal attritor / Y. Kilinc, S. Öztürk, B. Öztürk, I. Uslan // Powder Technology. – 2004. – Vol. 146. – P. 200–205. – doi: 10.1016/j.powtec.2004.09.031.

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download


Creative Commons License
This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 International License.

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».