СПОСОБ ДИСПЕРГИРОВАНИЯ МЕТАЛЛА НА ПЛАЗМУ И ЖИДКИЕ ЧАСТИЦЫ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ Российский патент 1997 года по МПК B05B5/06 B22F9/14 

Изобретение относится к способам диспергирования металла на плазму и жидкие частицы и к способам их направленного перемещения.

Известен способ получения металлических порошков, при котором переменным током производят оплавление торцов электродов, образуют очаг их плавления и частицы, и одновременно, "магнитным дутьем", создаваемым током вторичной обмотки трансформатора производят направленное перемещение частиц [1] В устройстве, реализующем способ, содержатся сближаемые электроды, очаг их плавления и источник "магнитного дутья".

В описании изобретения отсутствует подробное описание его работы, но можно предположить, что способ осуществляется следующим образом. Производят сближение электродов и их контактированием инициируют течение электрического тока. Это ведет к разогреву и расплавлению торцов электродов (появлению очага плавления). Одновременно вторичной обмоткой трансформатора создают магнитное поле, которое взаимодействует с током в очаге плавления и создает направленную электромагнитную силу ("магнитное дутье"), которая обеспечивает направленное перемещение частиц металла.

Известны способ и устройство для диспергирования жидкого металла и для его перемещения в виде направленного потока частиц [2] Способ содержит подачу жидкого металла, пропускание электрического тока через жидкий металл и одновременное приложение магнитного поля в плоскости, перпендикулярной электрическому току так, чтобы произвести ускорение токонесущего объема металла. Перечисленными действиями производят разрушение жидкого металла на частицы и плазму и направленное перемещение названных элементов.

В описании изобретения [2] представлен вариант осуществления способа с использованием электрической дуги. Жидкий металл обеспечивают подачей металлической проволоки (электродов) в зону дуги во время существования дуги между электродами, превращая твердую проволоку в жидкое состояние. Условия инициирования дуги в [2] не описаны и это позволяет предположить, что инициирование производят за счет подключения цепи к источнику электрической энергии при контактирующих электродах или за счет контактирования электродов при существующей на них разности потенциалов.

Способы [1, 2] имеют недостатки обусловленные тем, что для инициирования дуги используют замыкание электродов контактированием и затем перемещением электродов и/или их частичным оплавлением формируют необходимую длину дуги:
малоэффективно использование импульсных источников энергии, так, при времени разряда источника питания в течение 100 мкс протяженность дуги будет определяться только разностью потенциалов между электродами (разности электроды для увеличения длины дуги в течение указанного времени практически невозможно);
затруднено формирование покрытий или материалов дискретными потоками (это необходимо для создания функционально градиентных материалов, для формирования многослойных покрытий из различных материалов и для обеспечения необходимых фазовых составов).

По технической сущности и достигаемому эффекту наиболее близким к предлагаемому изобретению является способ получения порошков [3] по которому производят заряд конденсатора, который соединен с электродами. Введением проволоки между электродами формируют токопроводящую зону и через нее производят разряд конденсатора. Происходит резистивный разогрев проволоки, ее расплавление, разрушение и превращение в порошок.

Недостатком прототипа является ограниченный диапазон его технологических возможностей:
диспергирование металла на порошок производится только за счет резистивного разогрева (не реализуема возможность создания и приложения электромагнитных сил для диспергирования металла);
в результате протекания сильного импульса тока происходит разрушение проволоки, сопровождаемое выбросом частиц, но движение частиц не имеют односторонней направленности.

Основная цель предлагаемого изобретения расширение технологических возможностей способа.

Поставленная цель достигается тем, что способ диспергирования металла на плазму и жидкие частицы, включающий накапливание на емкостном накопителе источника питания, соединенного с электродами, заданного количества электромагнитной энергии с обеспечением заданного значения разности потенциалов между электродами, формирование токопроводящей зоны между незамкнутыми электродами при помощи средства для формирования токопроводящей зоны, отличается тем, что в период существования токопроводящей зоны воздействуют магнитным полем на промежуток между электродами для перемещения плазмы и жидких частиц с вектором напряженности магнитного поля не коллинеарным вектору тока между электродами, причем магнитное поле формируют током от емкостного накопителя источника питания.

Поставленная цель достигается также и тем, что устройство для диспергирования металла на плазму и жидкие частицы, содержащее источник питания с емкостным накопителем, соединенным с электродами, средство для формирования токопроводящей зоны между незамкнутыми электродами, отличается тем, что оно снабжено источником магнитного поля, выполненным с возможностью воздействия полем на промежуток между электродами с вектором напряженности магнитного поля не коллинеарным вектору тока между электродами, причем источник магнитного поля соединен с емкостным накопителем.

Необходимое направление потока частиц достигается соответствующими направлениями диспергирующе-перемещающего тока в дуге и потока магнитного поля через дугу. Необходимо руководствоваться известным правилом левой руки (если расположить левую руку так, чтобы магнитные силовые линии входили в ладонь, а выпрямленные четыре пальца совпадали с направлением тока, то отогнутый большой палец покажет направлением силы [4] или условием
,
где вектор силы;
вектор магнитной индукции;
вектор тока.

Схема одного из вариантов устройства для осуществления способа представлена на чертеже. Элементами устройства являются: основной источник электрической энергии 1, средство 2 для создания токопроводящей зоны между электродами 3, токопроводящая шина 4, проводник 5, который формирует магнитное поле, пересекающее зазор между электродами.

При практическом осуществлении способа, источником основной энергии может являться емкостный накопитель с энергией 0,5 кДж и напряжением 10 кВ, электроды могут быть изготовлены из медной проволоки, имеющей диаметр 2 мм. Необходимая направленность потока частиц обеспечивается определенным пространственным положением проводника, генерирующего магнитное поле, и электродов. На фиг. 1 стрелками показаны вектора диспергирующе-перемещающего тока , поток магнитного поля и направление потока частиц . При противоположных направлениях направление потока частиц остается неизменным.

При осуществлении способа производится накопление энергии в основном источнике, оценивается и, если необходимо, корректируется расстояние между электродами. Затем источником напряжения 2 производится пробой промежутка между электродами. Это формирует ионизированное пространство между электродами, что инициирует течение тока из емкостного накопителя (формирование и существование мощного дугового разряда). Происходит разогрев торцов электродов и их превращение в плазму и жидкую фазу. Одновременно ток, который протекает через эту зону взаимодействует с магнитным потоком, созданным током, протекающим через проводник 5. Это ведет к созданию электромагнитных сил, которые диспергируют и перемещают металл в виде направленного потока.

Представленное изобретение позволяет расширить диапазон технологических возможностей способа, в том числе обеспечить необходимую направленность потока выбрасываемых частиц, а при инициировании дуги пробоем межэлектродного промежутка обеспечить широкий диапазон частот импульсов диспергирования, без затруднений и эффективно использовать импульсные источники энергии.

Изобретение имеет широкую область применения: получение порошков, нанесение покрытий, создание новых материалов, формообразование деталей и др.

Источники информации
1. Устройство для получения металлических порошков. А.С. СССР 98050 А.С. Давыдов B 22 F 9/14. Заявлена 22.11.1950
2. Method and apparatus for atomization and spraying of molten metals. Unated States patent 4,919,335. Date of patent Apr. 24, 1990 Int. Cl. B 05 B 5/06; B 05 B 7/18 U.S Cl. 239/3; 239/690; 239/83; 239/545.

3. Авторское свидетельство СССР N 103068 B 22 F 9/14, 1949.

4. К. Кухлинг. Справочник по физике. М. Мир, 1985.

Изобретение относится к способам диспергирования металла на плазму и жидкие частицы и к способам их направленного перемешивания. Способ включает накапливание на емкостном накопителе источника питания, соединенного с электродами, заданного количества электромагнитной энергии с обеспечением заданного значения разности потенциалов между электродами, формирование токопроводящей зоны между незамкнутыми электродами при помощи средства для формирования токопроводящей зоны. В период существования токопроводящей зоны воздействуют магнитным полем на промежуток между электродами для перемещения плазмы и жидких частиц с вектором напряженности магнитного поля не коллинеарным вектору тока между электродами, причем магнитное поле формируют током от емкостного накопителя источника питания. Устройство для диспергирования металла на плазму и жидкие частицы содержит источник питания с емкостью накопителем, соединенным с электродами, средство для формирования токопроводящей зоны между незамкнутыми электродами. Устройство снабжено источником магнитного поля, выполненным с возможностью воздействия полем на промежуток между электродами с вектором напряженности магнитного поля не коллинеарным вектору тока между электродами, причем источник магнитного поля соединен с емкостным накопителем. Изобретение имеет широкую область применения: получение порошков, нанесение покрытий, создание новых материалов, формообразование деталей и др. 2 с.п. ф-лы, 1 ил.

1. Способ диспергирования металла на плазму и жидкие частицы, включающий накапливание на емкостном накопителе источника питания, соединенного с электродами, заданного количества электромагнитной энергии с обеспечением заданного значения разности потенциалов между электродами, формирование токопроводящей зоны между незамкнутыми электродами при помощи средства для формирования токопроводящей зоны, отличающийся тем, что в период существования токопроводящей зоны воздействуют магнитным полем на промежуток между электродами для перемещения плазмы и жидких частиц с вектором напряженности магнитного поля, не коллинеарным вектору тока между электродами, причем магнитное поле формируют током от емкостного накопителя источника питания. 2. Устройство для диспергирования металла на плазму и жидкие частицы, содержащее источник питания с емкостным накопителем, соединенным с электродами, средство для формирования токопроводящей зоны между незамкнутыми электродами, отличающееся тем, что оно снабжено источником магнитного поля, выполненным с возможностью воздействия полем на промежуток между электродами, с вектором напряженности магнитного поля, не коллинеарным вектору тока между электродами, причем источник магнитного поля соединен с емкостным накопителем.