Спосіб отримання ультрадисперсного металевого порошку

Корисна модель належить до області порошкової металургії, зокрема, до електроерозійного диспергування металів і може бути використана для отримання високодисперсних металевих порошків. Відомий спосіб отримання ультрадисперсного металевого порошку, заснований на дії імпульсними іскровими розрядами на електроди і гранули металу при перемішуванні гранул рухом реактора і циркуляцією робочої рідини в міжелектродному просторі [Авт.свид. СССР №1470463. Способ электроэрозионного диспергирования металлов. МПК4 B22F9/14. Опубл. 07.04.1989. Бюл. №13]. Недоліком описаного способу є низька продуктивність, обумовлена тим, що в процесі диспергування розміри металевих гранул постійно зменшуються, що приводить до збільшення опору струмопровідних ланцюжків і, відповідно, до зменшення імпульсного струму через реактор. Найбільш близьким до пропонованого є спосіб управління електричними розрядами при електроерозійному диспергуванні металів, що включає подачу на електроди реактора і на металеві гранули робочих імпульсів напруги, вимір струму між електродами, перемішування металевих гранул за допомогою циркуляції робочої рідини в міжелектродному просторі і зміну енергії робочих імпульсів за допомогою збільшення їх тривалості залежно від струму між електродами [Патент России №2065342. Способ управления электрическими разрядами при электроэрозионной обработке и устройство для его осуществления МПК6 B22F9/14. Опубл. 27.04.1997]. Недоліком відомого способу є низька продуктивність, обумовлена тим, що в процесі диспергування розміри металевих гранул постійно зменшуються, що приводить до збільшення опору струмопровідних ланцюжків і, відповідно, до зменшення швидкості наростання імпульсного струму через реактор. Збільшення енергії робочих імпульсів за допомогою збільшення їх тривалості стає неефективним, оскільки енергія імпульсів залежно від тривалості імпульсів змінюється по лінійному закону, тоді як залежно від величини серуму енергія імпульсів змінюється по квадратичному закону. Це приводить до необхідності встановлювати велику тривалість імпульсів навіть при незначному зменшенні струму через реактор, що, у свою чергу, змінює умови протікання розрядів в реакторі і приводить до переходу іскрових розрядів в дугові розряди. При появі в реакторі дугових розрядів відбувається зміна гранулометричного складу порошку у бік збільшення розмірів частинок. При виробництві порошків необхідно не допускати зміни дисперсності отриманого порошку у бік збільшення розмірів частинок. В основу корисної моделі поставлена задача підвищення продуктивності електроерозійного диспергування металів без погіршення високих показників дисперсності порошків. Поставлена задача вирішується за рахунок збільшення енергії імпульсних електричних розрядів в реакторі по мірі зменшення розмірів металевих гранул шляхом збільшення амплітуди напруги робочих імпульсів при збереженні тривалості імпульсів і встановлення швидкості наростання імпульсного струму не менше 10 7А/с. Це дозволяє збільшити продуктивність диспергування металів і змінювати дисперсність отриманого порошку у бік зменшення розмірів частинок за рахунок вибухового характеру процесу диспергування і за рахунок активізації кавітації в рідині, що приводить до виникнення значних гідродинамічних сил від потужних ударних хвиль, що руйнують металеві гранули. Запропонований, як і відомий спосіб, включає електроерозійне диспергування металевих гранул імпульсними електричними розрядами в псевдозрідженому шарі в реакторі і; відповідно до цієї пропозиції, на металеві гранули впливають електричними імпульсами, що мають швидкість наростання імпульсного струму не менше 107А/с, і у міру зменшення розмірів гранул збільшують амплітуду напруги імпульсів на електродах і встановлюють її з умови: U=Uodo/di, де U - амплітуда напруги імпульсів на електродах; Uo - початкова амплітуда напруги імпульсів на електродах; do - початковий середній розмір металевих гранул; di - поточний середній розмір металевих гранул, при цьому швидкість наростання імпульсного струму встановлюють в діапазоні 107...109А/с, переважно близько 109А/с. Авторами експериментально встановлена оптимальна швидкість наростання струму електричних імпульсів. Так, наприклад, при швидкості наростання струму електричних імпульсів менше 107А/с ефективність диспергування металевих гранул низька. Це пов'язано з тим, що при малій швидкості наростання струму електричних імпульсів енергія імпульсу недостатня для ефективної електроерозії металу. При швидкості наростання імпульсного струму більше 107А/с процес диспергування металевих гранул протікає дуже активно. Це пов'язано з тим, що під дією високої температури, що виникає в зоні іскрового розряду, і під одночасною дією на металеві гранули значних гідродинамічних сил від потужних ударних хвиль здійснюється розм'якшення металу в локальних зонах іскроутворення на поверхні металевих гранул, що приводить до інтенсифікації процесу диспергування металевих гранул. При швидкості наростання імпульсного струму більше 107А/с процес диспергування носить вибуховий характер, що значно підвищує продуктивність диспергування і збільшує ступінь дисперсності порошку. Збільшення швидкості наростання струму електричних імпульсів більше 109А/с недоцільно, оскільки це вимагає ускладнення генератора електричних імпульсів і приводить до його дорожчання. Збільшення амплітуди напруги імпульсів на електродах при зменшенні розмірів металевих гранул і встановлення його з умови: U=Uodo/di, де U - амплітуда напруги імпульсів на електродах, Uo - початкова амплітуда напруги імпульсів на електродах, do - початковий середній розмір металевих гранул, d; - поточний середній розмір металевих гранул, дозволяє підтримувати швидкість наростання імпульсного струму в оптимальному діапазоні 107...109А/с, переважно близько 109А/с, забезпечуючи тим самим стабільні умови диспергування. Спосіб здійснюють таким чином. У реактор диспергування, виготовлений з діелектричного матеріалу, завантажують металеві гранули, які розміщують рівномірним шаром на його днищі. У реакторі встановлені електроди, підключені до генератора імпульсів. Через реактор прокачують воду, яка виносить із зони диспергування металевий порошок, що утворився, і одночасно охолоджує реактор. На електроди подають електричні імпульси, що мають швидкість наростання струму не менше 107А/с. Під час проходження імпульсів струму по ланцюжках, утворених металевими гранулами, між окремими гранулами і між гранулами та електродами виникають електричні розряди. При цьому за рахунок електричної ерозії здійснюється утворення металевого порошку у водному середовищі. Підвищенню ефективності напрацювання металевого порошку значною мірою сприяють фізичні явища в рідині, які активно проявляються при дії на металеві гранули електричними імпульсами, що мають швидкість наростання струму не менше 107А/с. Така швидкість наростання струму приводить до активізації процесів кавітації в рідині. При кавітації ультразвукова хвиля у фазах розрідження і стиснення викликає велику напруженість в рідині і утворення кавітаційних пузирів, що схлопуються. Швидкість схлопування кавітаційних пузирів досягає 1...1,5км/сек. Надзвуковий рух в рідкому середовищі породжує потужні ударні хвилі в рідині. В каналах електричного розряду температура досягає 10тис. градусів. Під дією високої температури, що виникає в зоні іскрового розряду, і під одночасною дією на металеві гранули значних гідродинамічних сил від потужних ударних хвиль, здійснюється розм'якшення металу в локальних зонах металевих гранул, що приводить до інтенсифікації процесу напрацювання металевого порошку. При швидкості наростання імпульсного струму більше 107А/с процес диспергування носить вибуховий характер і приводить в дію ряд фізичних явищ в рідині, які при меншій швидкості наростання струму не проявляються або проявляються незначно. Електричні імпульси, що мають швидкість наростання струму більше 107А/с, викликають потужні електричні розряди в рідині, що приводить до появи значних гідродинамічних сил і потужних ультразвукових хвиль. Потужні ультразвукові хвилі викликають коливання і рухи металевих гранул, що створює псевдозріджений шар гранул в реакторі. Це сприяє інтенсифікації іскроутворення і, як наслідок, приводить до зростання продуктивності диспергування металу. По мірі витрати металевих гранул здійснюється зменшення їх розмірів, що приводить до збільшення опору струмопровідних ланцюжків, які хаотично виникають при коливаннях і мікрорухах металевих гранул. Це приводить до зменшення швидкості наростання струму і може привести до зменшення продуктивності диспергування. Для підтримки стабільності процесу напрацювання порошку збільшують напругу імпульсів на електродах і встановлюють його з умови: U=Uodo/di, де U - амплітуда напруги імпульсів на електродах, Uo початкова напруга імпульсів на електродах, do - початковий середній розмір металевих гранул, di - поточний середній розмір металевих гранул. Це дозволяє підтримувати швидкість наростання імпульсного струму в оптимальному діапазоні 107...109А/с. Величину початкової напруги встановлюють з урахуванням матеріалу металевих гранул, їх розмірів і відстані між електродами. Значення початкової напруги зазвичай встановлюють в діапазоні 400...1000В залежно від матеріалу гранул. Наприклад, для мідних гранул оптимальне значення початкової напруги, при початковому середньому розмірі металевих гранул 8...10мм і міжелектродній відстані 150мм, складає величину близько 500В. Таким чином, дія на металеві гранули електричними імпульсами, що мають швидкість наростання струму не менше 107А/с, переважно близько 109А/с, і збільшення напруги імпульсів на електродах по мірі зменшення розмірів гранул приводить до появи потужних ударних хвиль, що впливають на металеві гранули, наслідком чого є розм'якшення металу в локальних зонах на поверхні гранул, вибухоподібне диспергування металу і, відповідно, інтенсифікація напрацювання ультрадисперсного металевого порошку однорідного гранулометричного складу.