Спосіб одержання металевих порошків та пристрій для його здійснення

1 Спосіб одержання металевих порошків, що полягає у відцентровому розпиленні розплаву, що подається у розпилювач під напором, який відрізняється тим, що процес здіснюють за допомогою утворення безлічі механічних контактів електрода, що витрачається, з поверхнею обертання, причо му електричний розряд, що виникає при замиканні, оплавляє контактуючі поверхні та викидає моментально охолоджений розплав під дією сили електричного імпульсу і скидальних дотичних напружень 2 Пристрій для одержання металевих порошків, що містить плавитель, механізм подавання і розпилювач, який відрізняється тим, що пристрій обладнано диском і електродами, що витрачаються, причому електроди, що витрачаються, встановлюють поза зоною виходу готового продукту на відстані, обумовленій швидкістю обертання диска, та відстані встановлення його від центра, а подавання електродів регулюють виникаючою зміною опору в електричному ланцюзі Винахід відноситься до області порошкової металурги, зокрема, до одержання металевих порошків розпиленням і може бути використаний в переробці ВІДХОДІВ металургійного і машинобудівного виробництв Відомо спосіб одержання металевих порошків, що являє собою відцентрове розпилення розплаву, причому розплав подають у розпилювач тангенціально під напором 1,5-5,0 атмосфер Цей спосіб обрано за прототип [І] Недоліком відомого способу є велика витрата теплової енергії при ПІДГОТОВЦІ до розпилення розплаву В основу винаходу поставлено задачу удосконалення способу одержання металевих порошків шляхом того, що процес здійснюють за допомогою утворення безлічі механічних контактів електрода, що витрачається, з поверхнею обертання, що приведе до одержання металевих порошків дисперсністю від 10 до 25мкм зі стабільними характеристиками Зазначена задача досягається тим, що в способі одержання металевих порошків, що полягає у відцентровому розпиленні розплаву, що подається у розпилювач під напором, згідно винаходу, процес здійснюють за допомогою утворення безлічі механічних контактів електрода, що витрачається, з поверхнею обертання, причому електричний розряд, що виникає при замиканні, оплавляє контактуючі поверхні, викидає моментально охолоджений розплав під дією сили електричного імпульсу і скидальних дотичних напружень Відомо пристрій для одержання металевих порошків, що містить плавитель, механізм подавання розплаву і розпилювач Цей пристрій обрано за прототип [1] Недоліком відомого пристрою є камера, виконана у вигляді вертикальної циліндричної відкритої знизу камери, що приводить до нестабільності розмірів одержуваних порошків і до великих втрат теплової енергії В основу винаходу поставлено задачу удосконалення пристрою для одержання металевих порошків шляхом того, що воно забезпечено диском і електродами, що приводить до спрощення одержання сферичних порошків розміром до 25мкм із регульованою дисперсністю Зазначена задача досягається тим, що пристрій для одержання металевих порошків, що містить плавитель, механізм подавання розплаву і розпилювач, згідно винаходу, пристрій постачено диском і електродами, що витрачаються, причому електроди, що витрачаються, встановлюють поза зоною виходу готового продукту на відстані, обумовленій швидкістю обертання диска та відстані встановлення його від центра, а подавання елект 1 о> 00 (О 62897 родів регулюють виникаючою зміною опору в електричному ланцюзі Сутність винаходу пояснюється кресленням, на якому зображений пристрій для здійснення способу одержання металевих порошків, що містить герметичну охолоджувану камеру 1, привід обертання 2 диска 3 По направляючих 4, що встановлені в камері 1, вводять електроди 5, що витрачаються, з металу із заданим ХІМІЧНИМ складом До електродів 5 через рухливі електричні контакти 6 приєднане регульоване джерело струму 7 електричної дуги Нижня частина камери 1 постачена збірником порошку 8 Краплі розплаву 9, що утворюються, охолоджуються на поверхні корпуса 1 Спосіб одержання металевих порошків здійснюється на запропонованому пристрої таким чином Електроди 5 встановлюють у направляючі 4 розташовані в корпусі 1 і спирають на поверхню диска 3 До заготовок 5 кріпляться рухливі електричні контакти 6 Привод обертання 2 задає обертання диску 3 При включенні джерела струму 7 між поверхнями диска 3 і електродами 5 виникає електрична дуга У зв'язку з тим, що поверхні диска 3 і електроди 5 мають шорсткість, дуга виникає в МІСЦІ контакту мікронерівностей Температура, що виникає від дії електричної дуги, оплавляє мікронерівність У наступний момент, за рахунок обертання диска 3, електричний контакт порушується Краплі розплаву 9, що охолоджуються під дією відцентрових сил, скидаються з диска 3 Краплі розплаву 9 можуть бути отримані в повітряному середовищі чи середовищі інертного газу (гелій, аргон), а також у рідкому середовищі, що дозволить забезпечити високу швидкість кристалізації і одержати високу чистоту металевих порошків Спосіб і пристрій можна застосовувати як для виробництва порошків з кольорових, так і чорних металів та сплавів Пристрій був випробуваний при виготовленні порошків сплавів на основі МІДІ І алюмінію У таблиці 1 представлені результати дисперсного аналізу довільних вибірок, отриманих на основі МІДІ І алюмінію сферичних сплавів порошків Розміри часток порошку, отримані на запропонованому пристрої змінюються при ЗМІНІ швидкості обертання диска і сили струму трансформатора Змінюючи ці параметри, відбувається керування швидкістю кристалізації металів і сплавів у процесі одержання порошку, що докорінно змінює їхні властивості Досліджено вплив швидкості охолодження і розмірів часток порошку при розпиленні на механічні властивості і тонку структуру спечених матеріалів на основі алюмінію і МІДІ Зразки алюмінієвого сплаву Д16 і мідного сплаву Бр ПРО20 було отримано при різних швид костях охолодження 1 0 2 ос/з (при кристалізації злитка), 10 2 ос/з (при кристалізації гранул) і 10 2 о с /з (при одержанні порошків з розмірами часток 10 25мкм) Отримані дані показують, що при надвисоких швидкостях кристалізації в процесі одержання порошку з розміром часток до 25мкм значно підвищуються дефекти кристалічних ґрат і фіксується структура з високою однорідною ЩІЛЬНІСТЮ дислокацій, підвищується концентрація деформаційних і двійникових дефектів пакування, а також мікродеформацій кристалічних ґрат Дефекти кристалічних ґрат стають місцями зародкоутворення і тому виділення, що утворюються при старінні матеріалів з таких порошків, виходять набагато тонші, що сприятливо позначається на механічних характеристиках Дисперсність розпилених порошків не гірша за дисперсність порошків, виготовлених газовим розпиленням розплавів Вона перевищує дисперсність порошків, отриманих відцентровим розпиленням розплаву в перфорованому стакані чи на диску, що обертається, а також оплавленням заготівки, що обертається Разом з тим треба відзначити приблизно в 100 разів менші витрати інертного газу, ніж при газовому розпиленні Частки порошків, отриманих у середовищі аргону, мають сферичну форму Це визначає високу плинність порошків і відносно низьку питому поверхню Масова частка кисню в порошках знаходиться в межах 0,02-0,08%, що значно нижче, ніж у порошках тих же металів, отриманих розпиленням інертним газом (0,05-0,3%) Для проведення механічних ІСПИТІВ (табл 2) алюмінієвий і мідний порошки формовали двостороннім пресуванням у брикети в холодному стані Отримані брикети потім піддавали теплому видавлюванню на пресі Ступінь деформації була 45% Результати експериментальних даних доводять, що сплави Д16 і Бр ОБ20 отримані з порошку з розміром часток до 25мкм при швидкості охолодження 10 6 ос /з, мають більш високі механічні характеристики, ніж отримані методом лиття При цьому підвищуються не тільки межі МІЦНОСТІ і плинності, але і поліпшуються характеристики пластичності (відносного подовження 5 відносного звуження \\і), а також опір поширенню тріщин, чого не спостерігається при інших способах зміцнення алюмінієвих і мідних сплавів Реалізовано відцентрове розпилення металів під дією електричної дуги в аргоні Продуктивність на 10 електродах, що витрачаються, досягала 1525кг/ч Таблиця 1 Сплав Д16 VBp диска, м/хв І, А -1,0 +0,5 -0,5 +0,2 Вміст, %, фракцій, мм -0,2 -0,1 +0,1 +0,04 -0,04 0,025 Плин ність, С Уд поверх, см 7г 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 500 30 60 90 42,0 42,8 44,7 48,5 42,9 43,5 7,0 12,2 9,8 1,6 1,5 1,1 0,9 0,6 0,8 0,05 0,05 0,05 26 27 27 46 48 49 62897 Продовження таблиці 1 1 2 1000 30 60 90 1500 30 60 90 2000 30 60 90 2500 30 60 90 3000 30 60 90 VBp диска, м/хв І, А ЗО 60 90 ЗО 60 90 ЗО 60 90 ЗО 60 90 ЗО 60 90 ЗО 60 90 500 1000 1500 2000 2500 3000 3 38,4 39,3 40,2 16,3 18,5 19,2 3,3 3,5 3,6 1,8 1,9 2,1 0,2 0,3 0,4 4 41,5 42,6 43,7 18,9 11,1 6,0 5,1 5,6 5,8 2,6 2,7 2,9 0,7 0,9 1,2 -1,0 +0,5 39,0 41,1 42,2 37,1 41,0 42,5 15,6 16,5 20,4 3,4 4,0 4,6 2,1 2,0 2,2 0,3 0,4 0,4 -0,5 +0,2 47,2 45,5 45,8 42,8 40,9 41,4 17,0 20,5 18,0 5,0 5,1 5,8 2,3 2,6 3,0 0,6 0,8 1,2 5 6 11,9 5,7 10,3 5,5 8,6 5,4 22,1 21,6 24,5 25,0 26,2 26,6 8,7 8,9 8,9 16,0 9,3 20,3 4,2 11,4 4,7 13,7 5,0 20,0 2,4 7,7 2,8 12 3,2 16,2 Сплав Бр О20 Вміст, %, фракцій, мм -0,2 -0,1 +0,1 +0,04 10,0 3,1 11,5 1,3 10,0 1,5 11,2 6,5 9,0 6,8 7,6 6,4 20,4 23,3 25,3 24,2 25,6 27,2 8,5 9,1 7,9 17,0 23,3 7,3 5,2 10,4 5,7 14,7 6,0 19,0 2,5 7,6 2,5 12,3 2,2 17,2 7 1,9 1,8 1,7 12,4 14,5 15,7 8 0,6 0,5 0,4 8,7 6,4 6,3 9 32 33 35 36 39 42 46 48 50 42 41 40 36 35 34 10 43 44 45 47 46 45 44 43 43 43 43 43 48 48 48 Плинність, С Уд поверх, см2/г 29 29 31 ЗО 31 33 37 36 39 42 44 46 38 39 39 32 31 ЗО 39 38 39 33 34 35 37 36 35 34 33 33 33 33 33 38 38 38 46,4 43,7 27,6 22,3 40,2 20,8 39,7 38,5 40,3 38,5 33,9 36,1 43,8 40,4 45,2 43,6 38,1 40,9 -0,04 0,025 0,7 0,5 0,4 1,7 1,5 1,4 13,7 15,8 16,4 42,5 44,7 39,2 38,7 36,5 34,9 45,8 41,4 39,1 0,04 0,05 0,06 0,8 0,8 0,7 7,4 5,1 5,6 31,5 21,3 20,8 41,3 40,5 35,1 43,2 42,6 39,9 Таблиця 2 Сплав Д16 voxn, °C/c (702, МПа 10' ю' юв 200 295 330 voxn, °C/c (702, МПа 10' 10' 10в Примітка 130 210 310 (7в , МПа 5,% 470 23 490 26 590 32 Сплав Бр 020 (7в , МПа 340 380 400 5,% 19 24 29 (702 - межа текучості, ag-межа МІЦНОСТІ, 5 - відносне подовження, ці - відносне звуження площі поперечного переріза, п - ступінь концентрації деформаційних дефектів при а_-| =240Мпа, Кк - коефіцієнт інтенсивності напруг Джерело інформації 1 А С СРСР №662259, кп B22D23/08, БИ 17,18 -1979 ч>,% 3 7 3 9 4 5 ч>,% 21 2 8 3 8 Kk, МПа*м ш п э 110 310 э 710 э 52,3 64,2 73,5 Kk, МПа*м ш n э 0,5 10 2,3 10э 6,2 10э 58,8 73,5 86,5 62897 Комп'ютерна верстка М Мацело Підписне Тираж39 прим Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, Львівська площа, 8, м Київ, МСП, 04655, Україна ДП "Український інститут промислової власності", вул Сім'ї Хохлових, 15, м Київ, 04119