СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ГРАНУЛ МАГНИЯ ИЛИ МАГНИЕВЫХ СПЛАВОВ Российский патент 2013 года по МПК B22F9/10 

Изобретение относится к металлургии легких сплавов, к области литья магния и магниевых сплавов. Магний и его сплавы отличаются высокой химической активностью в жидком состоянии при взаимодействии с кислородом и влагой атмосферы, поэтому операции плавления, перелива расплава, гранулирования требуют защиты от окисления с помощью флюса или использования специальной защитной газовой среды.

Известен способ получения гранул (Авт. свид. №1372754 «Установка для получения порошков и гранул из сплавов высокоактивных металлов»), согласно которому изготовление гранул производится центробежным способом, путем распыления расплава диском с гофрами. При этом охлаждение гранул происходит в жидком азоте. После испарения остатков жидкого азота гранулы направляются на прессование или в емкость для хранения.

Недостатками данного способа являются неправильная форма, значительный разброс по размерам получаемых гранул, что приводит к неоднородной структуре полуфабрикатов. Кроме того, используемый в качестве защитной среды при кристаллизации азот обеспечивает защиту гранул от окисления только в процессе их изготовления, что делает их пожаро- и взрывоопасными при транспортировке, дальнейшей переработке и длительном хранении, а применение постоянной защитной атмосферы значительно усложняет технологический процесс.

Наиболее близким к предлагаемому способу является способ получения гранул магния или магниевых сплавов по патенту РФ №2232066 «Способ получения гранул магния или магниевых сплавов», взятый за прототип.

Суть способа заключается в получении гранул магния или магниевых сплавов путем диспергирования жидкого расплава через отверстия вращающегося перфорированного стакана-диспергатора и охлаждения образующихся частиц в атмосфере азота. В диспергатор при подаче жидкого расплава для его защиты подают также жидкий флюс на основе карналлита (MgCl₂+KCl+CaF₂+BaCl₂) в количестве до 10% от количества расплава для получения солевой оболочки на поверхности гранул. При этом получают гранулы правильной сферической формы, наличие солевой защитной пленки делает безопасной их дальнейшее использование, транспортировку и длительное хранение.

Недостатком данного способа является то, что наряду с гранулами магния, покрытыми солевой оболочкой, образуются гранулы карналлита, что приводит к образованию «флюсовой» коррозии. Кроме того, солевая прослойка ухудшает условия межгранульного взаимодействия, затрудняет проведение деформационного процесса.

Задачей настоящего изобретения является разработка на базе устройства (перфорированного стакана) и методики диспергирования расплава, используемых в прототипе, способа охлаждения и защиты распыляемых гранул, который бы, с одной стороны, обеспечил надежную защиту поверхности гранул от окисления, с другой стороны, полностью исключал бы появление флюсовой коррозии.

С этой целью:

1. Полностью исключается использование флюса, что устраняет образование флюсовых гранул и появление на гранулах солевой оболочки, наличие которой затрудняло использование гранул для производства деформируемых полуфабрикатов и приводило к появлению флюсовой коррозии.

2. Используется в качестве защитной и охлаждающей среды вместо жидкого азота смесь газов гелия и фреона, с концентрацией фреона 3-7 об%.

В результате химической реакции между металлом и хладагентом «Фреон-22» (CHClF₂) образуется защитная пленка в несколько атомарных слоев, состоящая из фторида (MgF₂) и хлорида (MgCl₂) магния, которая препятствует возгоранию металла в атмосфере. Защитная пленка образуется из газовой фазы, следовательно, имеет одинаковую толщину на всей поверхности гранулы, в отличие от защитной пленки, образующейся при использовании флюса на основе карналлита.

Защитная пленка из фторида и хлорида магния равномерно обволакивает капли магния, после чего происходит кристаллизация расплава внутри защитной оболочки.

Применение фреона позволяет снизить взрыво- и пожароопасность при литье, переработке, транспортировке и хранении гранул.

При содержании не более 7% фреона в газовой смеси обеспечивается возможность деформационной обработки гранул с исключением флюсовой коррозии изделия.

Хлоридная (MgCl₂) и фторидная (MgF₂) пленки на поверхности гранулы при концентрации фреона в смеси газов до 7% при нагреве и деформационной обработке диспергируются и растворяются полностью. При концентрации фреона более 7%, хлоридная (MgCl₂) и фторидная (MgF₂) пленки диспергируются и растворяются не полностью, что заметно ухудшает условия межгранульного взаимодействия, затрудняющие проведение качественного деформационного процесса.

Снижение концентрации фреона ниже заявленного уровня (<3%) ведет к образованию защитной пленки недостаточной толщины, уменьшению ее защитного действия.

Таким образом, применение в качестве защитно-охлаждающей среды смеси газов фреона и гелия с концентрацией фреона 3-7 об.%, обеспечивает более высокую скорость охлаждения гранул при кристаллизации из-за высокой теплопроводности (выше, чем у азота и аргона), что позволяет получить высокую степень диспергирования структуры, возможность увеличить степень легирования сплава и, соответственно, повысить механические свойства полуфабрикатов, изготавливаемых из гранул.

Фреон и гелий не взаимодействуют между собой, что исключает образование побочных продуктов их взаимодействия.

Таким образом, применение в качестве защитно-охлаждающей среды смеси газов гелия и фреона обеспечивает получение быстрозакристаллизованных гранул с диспергированной структурой и с поверхностной пленкой, обладающей хорошими защитными свойствами, но в то же время не препятствующей переработке гранул деформацией.

Пример осуществления способа 1.

Гранулы сплава МА2-1пч отливали центробежным способом с использованием стакана-диспергатора, в смеси газов гелия и фреона, с концентрацией фреона 5 об.%.

Полуфабрикаты, изготовленные из гранул (горячепрессованные полосы 16×80), имели низкий уровень анизотропии (отношение относительного удлинения в поперечном направлении к долевому составило 0,8). После испытаний во влажной камере следов флюсовой коррозии не обнаружено. После хранения в течение 6 месяцев в бочке, в атмосфере цеха, изменения цвета не зафиксировано.

Пример осуществления способа 2.

Гранулы сплава МА2-1пч отливали центробежным способом с использованием стакана-диспергатора, в смеси газов гелия и фреона, с концентрацией фреона 7 об.%.

Полуфабрикаты, изготовленные из гранул (горячепрессованные полосы 16×80), имели низкий уровень анизотропии (отношение относительного удлинения в поперечном направлении к долевому составило 0,7). После испытаний во влажной камере следов флюсовой коррозии не обнаружено. После хранения в течение 6 месяцев в бочке в атмосфере цеха, изменения цвета не зафиксировано.

Пример осуществления способа 3.

Гранулы сплава МА2-1пч отливали центробежным способом с использованием стакана-диспергатора, в смеси газов гелия и фреона, с концентрацией фреона 8 об.%.

Полуфабрикаты, изготовленные из гранул (горячепрессованные полосы 16×80), имели относительно высокий уровень анизотропии (отношение относительного удлинения в поперечном направлении к долевому составило 0,5). После испытаний во влажной камере обнаружены следы флюсовой коррозии. После хранения в течение 6 месяцев в бочке, в атмосфере цеха, на поверхности гранул обнаружено образование точечных следов коррозионного поражения.

Пример осуществления способа 4

Гранулы сплава МА2-1пч отливали центробежным способом с использованием стакана-диспергатора, в смеси газов гелия и фреона, с концентрацией фреона 3 об.%.

Полуфабрикаты, изготовленные из гранул (горячепрессованные полосы 16×80), имели низкий уровень анизотропии (отношение относительного удлинения в поперечном направлении к долевому составило 0,8). После испытаний во влажной камере следов флюсовой коррозии не обнаружено. После хранения в течение 6 месяцев в бочке, в атмосфере цеха, изменения цвета не зафиксировано.

Пример осуществления способа 5

Гранулы сплава МА2-1пч отливали центробежным способом с использованием стакана-диспергатора, в смеси газов гелия и фреона, с концентрацией фреона 2 об.%.

Отмечено ухудшение межгранульного взаимодействия, что увеличило анизотропию свойств, приведшее к образованию дефектов типа расслоения в полуфабрикаты, изготовленные из гранул (горячепрессованные полосы 16×80).

После хранения в течение 6 месяцев в бочке, в атмосфере цеха, отмечено значительное потемнение цвета гранул, связанного с взаимодействием с окружающей средой.

Изобретение относится к порошковой металлургии, в частности к получению гранул магния и магниевых сплавов путем литья. Жидкий расплав магния или его сплава диспергируют через отверстия вращающегося перфорированного стакана-диспергатора. Охлаждение гранул происходит в смеси газов геля и фреона с концентрацией фреона от 3 до 7 об.%. Обеспечивается высокая скорость охлаждения гранул, повышение технологической пластичности сплава, повышение механических свойств полуфабрикатов, изготовленных из гранул, и увеличение степени легирования сплава. 5 пр.

Способ получения гранул магния или магниевых сплавов, включающий диспергирование жидкого расплава через отверстия вращающегося перфорированного стакана-диспергатора и охлаждение образующихся частиц в защитной атмосфере, отличающийся тем, что охлаждение частиц осуществляют в защитной смеси газов гелия и фреона, содержание которого поддерживают в пределах от 3 до 7 об.%.