СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ПОРОШКА ЧЕШУЙЧАТОЙ ФОРМЫ Российский патент 1997 года по МПК B22F9/08 

Изобретение относится к порошковой металлургии, в частности к получению быстрозакрепленных металлических порошков из расплава.

Известно, что среди разнообразных способов получения быстрозакаленных порошков чешуйчатой формы (БЗПЧФ) наиболее широкое распространение получил способ газоструйного диспергирования расплава на поверхность водоохлаждаемого кристалла (Savaqe I.I. Froes F.H. "Production of rapidly solidified metals and alloys" J. "Metals", 1984,36, N 4, р.20-33).

Струя расплава, вытекающая из герметичного тигля под избыточным давлением инертного газа (G.Thursfield and H.Jones "A gas atomization/spray guenohing technigue for bulk splat cooling", Journal of Physics E, Scientific Instruments, 1974, N 4, р. 675-676/, диспергируется в форсуночном узле потоком инертного газа, находящегося под высоким давлением. Разгоняемые газовым потоком дисперсные капли расплава соударяются с закалочной поверхностью водоохлаждаемого кристаллизатора и в процессе растекания затвердевают с высокой скоростью охлаждения в виде частиц чешуйчатой формы.

Недостатком данного способа является очень широкий диапазон гранулометрического состава получаемой продукции, обусловленный наличием газораспыленных частиц различного размера, а также значительными различиями технологических свойств порошка по фракциям, что очень затрудняет их последующее совместное применение.

Наиболее близким к заявляемому способу является способ получения металлического порошка, в котором с целью повышения однородности гранулометрического состава порошков разветвленной формы распыление ведут на кристаллизатор в виде прокатных валков, которые выполнены коническими с обратным расположением оснований и снабжены очистителями поверхности (А.С. N 1372753, МКИ В 22 F 9/08, 1986).

Недостатком этого способа распыления при диспергировании на кристаллизатор является низкий выход годной фракции БЗПЧФ, так как при высокой концентрации капель расплава в факеле отсутствие учета массового баланса прихода и расхода на поверхность кристаллизатора предопределяет коагуляцию и наслоение частиц между собой с образованием крупных плен и конгламератов.

В основу изобретения поставлена задача соединения способа получения БЗПЧФ, обеспечивающего высокий выход годной фракции порошка чешуйчатой формы за счет установления оптимального соотношения между интенсивностью диспергирования расплава и относительной скоростью перемещения закалочной поверхности кристаллизатора с учетом материального баланса прихода и расхода расплава в пятне контакта.

Эта задача решается тем, что в способе получения БЗПЧФ, включающем приготовление расплава, последующее газоструйное распыление на вращающийся кристаллизатор, сбор, измельчение и классификацию порошка распыление расплава ведут при относительном расходе газа 0,0002-0,0012 от расхода расплава и линейной скорости перемещения закалочной поверхности кристаллизатора 2,5-12,5 м/с.

В результате исследований, проведенных авторами, было установлено, что форма и размер БЗПЧФ в основном обусловлены интенсивностью распыления расплава и условиями формообразования частицы. Под интенсивностью распыления в данном случае понимается массовый расход энергоносителя относительно расхода подаваемого расплава. При низкой интенсивности распыления с малым расходом энергоносителя происходит образование крупных капель расплава с низкой скоростью движения. При небольшой скорости перемещения (менее 2,5 м/с) закалочной поверхности кристаллизатора происходит налипание расплава на рабочей поверхности с прекращением процесса быстрой закалки. С увеличением скорости вращения кристаллизатора происходит процесс образования удлиненных плоских частичек в виде тонких лент и волокон. При скорости перемещения закалочной поверхности более 12,5 м/с большие капли расплава при соударении с кристаллизатором разбиваются на более мелкие и вместе с другими каплями расплава под действием пограничного газового слоя отбрасываются в сторону.

При относительном расходе энергоносителя более 0,0012, процесс распыления расплава очень интенсивен, что приводит к образованию большого количества мелких капель расплава, которые при высоком конвективном теплообмене в газометаллическом факеле затвердевают в полете до соударения с закалочной поверхностью кристаллизатора. Наличие в газометаллическом факеле твердых частиц сферической формы с высокой скоростью движения значительно увеличивает эрозионный износ закалочной поверхности кристаллизатора.

При малой скорости перемещения закалочной поверхности процесс быстрой закалки больше напоминает ОСПРЕЙ процесс с образованием покрытия в виде сплошной пленки.

Результатом всех исследований является диапазон значений трех технологических параметров (расход расплава, расход газа и скорость вращения кристаллизатора), при которых наблюдался процесс образования порошка чешуйчатой формы.

Экспериментальные исследования проводились на опытно-промышленной установке быстрой закалки расплава, снабженной индукционной тигельной плавильной установкой марки ИСТ 0,08/0,1ИЗ с емкостью тигля 60 кг по железу. Замер температуры расплава производился термопарой с автоматическим потенциометром КСП 3 ГОСТ 7167-78. Распыление струи расплава, сформированной металлопроводом промежуточного металлоприемника, производилось газовой плоско-щелевой форсункой с углом распыления 12 градусов. Массовый расход расплава при гидростатическом напоре высотой 300 мм регулировался установлением определенного диаметра отверстия металлопровода. В качестве энергоносителя применялся технический азот с давлением газа в магистрали Р 1,8-2,0 МПа. Расход газа на распыление производился расходомером ДМ КСД 3 ГОСТ 19610-74. Узел быстрой закалки расплава представлен в виде полого водоохлаждаемого цилиндрического кристаллизатора диаметром 400 мм и длиной 600 мм с горизонтальной осью вращения, расположенной в створе газометаллического факела на расстоянии 1200 мм от форсуночного узла. Привод вращения кристаллизатора, состоящий из электрического двигателя постоянного тока марки ПЛ-062У4 мощностью 1,2 кВт, позволял регулировать скорость вращения в пределах от 600 до 4000 оборотов в минуту.

Конкретный пример осуществления способа получения БЗПЧФ.

Сплав химического состава 60 Mn и 40 Ni мас. при температуре расплава Т 1250-1270^oС переливался в промежуточный металлоприемник, ранее разогретый газовой горелкой до температуры 800-850^oС. Сформированная в металлопроводе диаметром 7,0 мм струя расплава диспергировалась в форсуночном узле потоками инертного газа при расхода азота G г 12 нм.куб/мин. Распыленные капли расплава в потоке газометаллического факела соударялись с закалочной поверхностью кристаллизатора, вращающегося со скоростью N 2200 об/мин. При соударении с закалочной поверхностью жидкая капля расплава растекалась в плоскую чешуйку и быстро затвердевала. За счет центробежной силы твердая чешуйка порошка отделялась от кристаллизатора и в потоке других частиц собиралась в порошкосборнике установки. Собранный порошок расклассифицировали по фракциям. Оказалось, что выход фракции 100-1250 мкм, как наиболее показательной фракции для процесса получения порошка чешуйчатой формы, составил 84,1% что на 19-25% превышает содержание чешуйчатой фракции порошка, полученное в прототипе.

По технологии, описанной выше, был осуществлен ряд опытов, результаты которых представлены в таблице.

С целью исследования влияния плотности материала на процесс диспергирования расплава и технологические характеристики порошка распыление проводили и на материале другой плотности, например Mn 30, Al 10% мас. (строка 14,15,16).

Как следует из результатов опытов, изложенных в таблице, заявляемый способ получения БЗПЧФ позволяет получить больший выход чешуйчатой фракции порошка по отношению к прототипу только в пределах заявляемых значений относительных расходов энергоносителя, расплава и скорости перемещения закалочной поверхности. Выход за пределы заявляемых значений (строка 3,4,8,13) свидетельствует о снижении содержания чешуйчатой фракции порошка, что подтверждает выводы изложенные выше. Во всех опытах получения продукция подвергалась классификации и определению содержания чешуйчатой фракции порошка. Результаты этих сравнительных дополнительных исследований свидетельствуют о возможности получения более высоких показателей по содержанию чешуйчатой фракции порошка по сравнению с прототипом.

Таким образом, заявляемый способ за счет выбора оптимальных значений технологических параметров позволил повысить выход БЭПЧФ.

Использование: в области порошковой металлургии, в частности для получения быстрозакаленных порошков из расплава. Сущность изобретения: струя расплава диспергировалась в форсуночном узле потоками инертного газа при относительном расходе газа 0,0002-0,0012 от расхода расплава. Распыленные капли расплава в потоке газометаллического факела соударялись с закалочной поверхностью кристаллизатора, вращающегося со скоростью 2,5-1,2 м/с (2200 об/мин). Выход фракции 100-1250 мкм порошка чешуйчатой формы составил 84,1%. 1 табл.

Способ получения порошка чешуйчатой формы, включающий приготовление расплава, газоструйное распыление на закалочную поверхность кристаллизатора, сбор, измельчение и классификацию порошка, отличающийся тем, что распыление расплава ведут при относительном расходе газа 0,0002 0,0012 от расхода расплава и скорости перемещения кристаллизатора 2,5 12,5 м/с.