Способ получения быстрозакаленных металлов и сплавов Советский патент 1992 года по МПК B22D11/06 

Изобретение относится к металлургии, в частности к получению материалов в виде чешуек, ленты, нитей методрм высокоскоростного затвердевания расплава.

В металлургии для производства быстрозакаленных материалов в виде порошка, чешуек, нитей используется метод зкстракции из расплава, т.е. вытягивание металла из расплава с одновременным его охлаждением на вращающемся диске. При этом диск располагается над ванной с расплавом. . Известен также способ получения быстрозакаленных Материалов, при котором расплав расположен над вра щающимся диском.

Недостатком этих методов является то, чТо при нижней подаче металла на поверхности расплава возникают волны, инициированные вращающимся диском, что сказывается на неравномерности получаемых частиц, а главное на значительных снижениях производительности процесса по сравнению с теоретическим расчетом. При верхней подаче расплава необходимо также защищать каплю Материала от воздушного потока, захватываемого диском, при зтом верхний способ подачи расплава позволяет получать очень тонкие нити или . Кроме того, недостатком данных методов является необходимость помещения вращающегося диска с ванной расплава в

камеру с защитной атмосферой или вакуумом для получения быстрозакаленных сплавов, Содержащих такие металлы, как Никель, марганец, титан и др., имеющие высокое сродство к кислороду. Особенно это проявляется при получении быстрозакаленной продукций на диске, вращающемся с невысокой скоростью, когда увеличивается время нахождения частиц в горячем состоянии. Наиболее близким техническим решением является способ получения быстрозакаленных материалов в виде ленты, нитей и чешуек на вращающемся барабане, при котором расплав на поверхность барабана подается сбоку. При этом наблюдается увеличение производительности за счет увеличения объема ванны с расплавом, а главное, достигается высокая однородность полученной продукции на толщине за счет отсекания пограничного cVIOя газовой среды, захватываемой вращающимся барабаНОМ;

Однако, практика использования боковой подачи Осложнена трудностью получения быстрозакаленных материалов, имеющих высокое сродство к кислороду, т.е. аппаратурное оформление данного способа в защитной атмосфере или вакууме сопряжено, с техническими трудностями, что приводит к удорожанию процесса, трудности контроля за процессом в случае .аварийной ситуации и к снижению производительности за счет увеличения времени загрузки расплава. Особенно указанные недостатки проявляются при получении материала толщиной в несколько сот микрон, когда наружная поверхность продукции длительное время находится в нагретом состоянии. В большинстве случаев использование быстрозакаленных материалов требует низкого содержания кислорода в получаемой продукции. Это приводит к невозможности получения открытым способом материалов с большим содержанием никеля, хрома, марганца, железа и др. Также это относится к припоям в виде проволо,ки и ленты, содержание кислорода на поверхности которых д олжно быть сведено к минимуму.

Целью способа является уменьшение окисленности поверхности получаемой продукции, увеличение стабильности по составу и расширение технологических возможностей способа.

Поставленная цель Достигается тем, что согласно способу получения быстрозакаленных материалов с боковым извлечением расплава, заключающимся в приготовлении расплава и извлечении его вращающимся кристаллизатором из материала с высокой

теплопроводностью, перед подачей расплава на его поверхности создают слой жидкого флюса или шлака, обьем которого состаёляет 0,05-0,2 от объема расплава, при этом скорость извлечения расплава вместе со шлаком или флюсомсоставляет 0,520 м/с.

Согласно предлагаемому способу расплав подается на вращающийся барабан со 0 слоем флюса на поверхности, при этом в результате смачивания поверхности металла указанным флюсом или шлаком, температура которого ниже температуры плавления сплава, затвердевающий на барабане мате5 риал покрыт слоем флюса или шлака, предохраняющего его от окисления.

Известны технические решения для защиты быстрозакаленных частиц от окисления, I заключающиеся в помещении 0 вращающегося барабана с расплавом в ка меру. При этом не обеспечивается равномерность по толщине и уменьшается производительность процессов за счет увеличения времени на загрузку новой партии 5 металла. Создание на поверхности расплава слоя флюса или шлака позволяет, с одной стороны, решить проблему защиты от окисления поверхности расплава, достичь сохранения стабильности его состава. 0 предотвращая угар составляющих элементов, с другой стороны, при хорошей смачиваемости затвердевшего сплава флюсом или шлаком, температура плавления которых ниже температуры сплава, происходит 5 захватывание расплавом слоя флюса или шлака. При этом получаемый материал будет окружен защитным слоем, предотвращающим его окисление. Внутренняя поверхность частиц плотно Ирилегает во 0 время затвердевания к поверхности диска или барабана и окисление не минимально. В дальнейшем по мере охлаждения продукции слой флюса или шлака может отделиться от частицы или остаться на ней, Можно 5 подобрать состав флюса таким образом, что пленка его отделится от частиЦы при такой температуре, когда окисление чистой поверхности металла будет минимально. Однако на поверхности расплава необходимо 0 иметь такое количество флюса или шлака. которое хватило бы на защиту всего обьема материала в процессе получения, в крайнем случае, часть флюса или шлака осталась бы в плавильной ванне. При этом необходимо 5 соблюдать условие, чтобы к барабану подавалась все.времята часть ванны, чтобы линия раздела расплава и флюса проходила через точку касания расплава барабана. При этом, необходимое количество шлака или флюса будет зависеть от скорости вращения

барабана, от соотношения поверхностного натяжения жидкого флюса и расплава. При объеме слоя флюса или шлака меньше 0,05 от объема расплава количества защитного слоя не обеспечивает предохранения от окисления всего количества материала, при этом наблюдаются разрывы защитного слоя и локалъное окисление получаемой продукции. При объеме защитного слоя на поверхности расп/1ава более 0,2 от объема расплава сложно обеспечить одновременную подачу флюса и расплава к барабану, в начальный момент происходит выброс избытка флюса или шлака, что свидетельствует о нецелесообразности увеличения их объема.

Уменьшение скорости вращения барабана менее 0,5 м/с приводит к возможности проникновения затвердевшего слоя в объем расплава, что затрудняет его подачу. С другой стороны, уменьшение скорости приводит к получению продукции большой толщины, что соответствует скорости охлаждения и получаемый материал будет обладать худшими свойствами. При низкой скорости возможно также вытекание флюса или шлака по краям расплава, так как .его жидкотекучесть значительнЬ превышает жидкртекучесть расплава с учетом недостаточной скорости извлечения.

В качестве материала флюса можно использовать в зависимости от состава расплава соединения бора, фторида, хлорида, которые имеют невысокую температуру плавления и широкий интервал активности.

Реализация способа заключается в подаче границы раздела расплава и флюса или шлака к вращающейся поверхности барабана при сохранении минимального и постоянного зазора между плавильной ванной и барабаном.

На чертеже изображена схема реализа ции способа.

Направление вращения барабана должно совпадать с направлением подачи расплава, . если подача расплава осуществляется слева, to вращение барабана должно быть по часовой стрелке, и наоборот.

Способ может быть использован для получения различных марок припоев, армирующих элементов и бетона, лент, нитей, порошка материалов, содержащих элементы, имеющие высокое сродство к кислороду. Использование в качестве защитного слоя шлаков на основе стекол может увеличить коррозионную стойкость получаемых материалов в качестве наполнителей бетонных сред..

П р и м е р 1. Способ получения быстро. закаленных материалов может быть реализован следующим образом.

В качестве исходного .материала был

5 выбран сплав меди с добавками марганца в количестве 20-23% и олова около 4 вес.%. В качестве флюса выбрана смесь борная кислота 70%, фтористый калий 4-10%, фтористый литий 5%, бура 15-20%. Расплав

0 готовили под небольшим количеством флюса для предотвращения окисления в опрокидывающейся печи объемом 0,5 л, имеК)щей четыре нагревателя из карбида кремния. Мощность нагреваемого устройства около

5 2,5 кВт. Расплав непосредственно из печи подавали за вращающийся барабан из меди Ml, охлаждаемый изнутри водой. Диаметр барабана составлял 0,2 м. Рабочая поверхность барабана имела гладкую цилиндрическую форму. Зазор между барабаном и ванной расплава поддерживался на уровне

I 0,1-0,3 мм. Температура расплава 6700780°С. Флюс помещался сначала в небольшом количестве для предотвращения

5 окисления, затем доводили его объем до заданного уровня, помеченного на футеровке ванны. Положение ванны выбиралось все время таким, чтобы линия раздела расплава и флюса проходила через точку касания барабана и расплава. Содержание кислорода во всех экспериментах определялось методом рассеяния частиц.

П р и м е р 2. Процесс осуществлялся по методике, описанной в примере 1, но в качестве исходного материала был выбран сплав медь - никель - олово, содержащий 25-30 вес.% никеля и 4-6 вес.% олова. В качестве флюса бралась смесь тётраборат калия 70%, фтористый калий 30%. температура расплава составляла 800-850°С. Рабочая поверхность барабана выполнена в виде кольцевых выступов с плоской площадкой 1,2 мм с расстоянием между выступами 1,5 мм. При этом продукцияполучалась в виде 5 тонких ленточек, толщина которых как и в. первом примере составляла 50-500 мкм.

/

П р и м е р 3. В качестве исходного материала брали сплав железо - мар ганец 0 никель с содержанием марганца 10 вес.%, никель 20 вес.%. В качестве флюса выбран состав борная кислота 30%, гидрат окиси калия фтористого 25%, водородная кислота 45% с яо5авко1л кварцевого порошка. При

5 этом получаемая продукция имела оболочку из стекла сложного состава. Температура расплава составляла 1000-1070°С.

Результаты экспериментов по примерам 1-3 приведены в таблице .

ФОрмул а из обретения Способ получения быстроэакаленных металлов и сплавов преимущественно в виде лент и волокон, включающий нафев, расплавление и перегрев металла в плавильной емкорти, его подачу на поверхность вращающегося со скоростью 3-20 м/с кристаллизатора, о т л и ч а ю щи и с я тем, что, с

целью расширения технологических возможностей за счет получения заготовок из материала с высоким сродство м к кислороду, поверхность расплава перед подачей на кристаллизатор покрывают Слоем флюса, объем которого составляет 0,05-0,20 от обьема расплава.

Изобретение относится к металлургии, в частности к получению йатериалов методом высокоскоростного затвердевания расплава. Цель изобретения ^ расширение технологических возможностей за счет пол-^ учения заготовок из материалов с высоким" сродством к кислороду. Предлагаемый способ позволяет ^чйёньшить окисленность поверхности быстрозакаленных частиц в материалах, содержащих злементы с высоким сродством к кислороду. Снижение содержания: кислорода происходит за счет покрытия материала в процессе получения пленкой флюса или шлака, которые имеют интервал активности до температуры, когда окисление минимально. Поставленная зада-/ ча решается за счет того, что перед подачей расплава к вращающемуся кристаллизатору на его поверхности создают слой флюса или шлака в жиДком состоянии, объем которого составляет 0.05-0,2 от объема расплава, причем расплав вместе с флюсом или шлаком подается на вращающийся со скоростью 0,5-20 м/с барабан. 1 ил., 1 табл.(Л

5ы тес и wfT . - Ккгпла1- /./о 7/0