ПОИСК Статьи Чертежи Таблицы Распыление и грануляция жидких металлов и сплавов из "Порошковая металлургия Изд.2 " Распыление расплава находит все большее применение. В частности, методы распыления широко используют для получения порошков алюминия, свинца, цинка, некоторых ферросплавов, железа, стали, а также ряда других металлов и сплавов, в том числе тугоплавких. [c.46] Совершенствование технологии распыления привело к тому, что многие страны стали наращивать мощности по производству порошков в основном за счет сооружения распылительных установок. Так, если в 1950 г. в США и Канаде практически не производили распыленных порошков, то уже в 1960 г. 25%, а в 1970 г. 60% суммарных мощностей по производству порошков железа и сталей приходилось на долю распыления. [c.46] Такое быстрое наращивание объема выпуска объясняется возможностью получения распыленных порошков (часто называемых гранулированными) высокой чистоты, однородного состава, с заданным набором частиц по размерам и требуемой формой. Кроме того, установки для распыления имеют большую производительность, а удельные капиталовложения относительно невелики. В результате стоимость распыленного порошка при достаточно большом объеме производства лишь незначительно превосходит стоимость исходного металла. [c.46] Сущность измельчения расплава состоит в дроблении струи жидкости механическим путем или с помощью энергоносителя (газа или воды) высокого давления. При грануляции струя разрушается в результате сливания ее в жидкую среду, например воду. [c.46] Величина частиц порошка в основном зависит от числа ударов лопаток о струю металла, удельной подачи металла и его вязкости. В данной установке скорость врашения крыльчатки можно изменять от 2800 до 4000 об/мин, варьируя тем самым гранулометрический состав порошка. Как видно из кривых распределения порошка по фракциям (рис. 16), процентное содержание мелких фракций возрастает более интенсивно с увеличением числа ударов лопаток о струю металла в пределах до 1400 в секунду и практически остается неизменным при дальнейшем увеличении. На вращающийся диск можно направить струю металла, расплавленного в плазме. В зависимости от скорости вращения порошок будет состоять из частиц того или иного размера. [c.48] Более интересен метод распыления с торцовой поверхности вращающегося электрода, изготовленного из материала, порошок которого хотят получить. Такой расходуемый вращающийся электрод является анодом, а дугу постоянного тока создают с помощью второго неподвижного нерасходуемого электрода. При вращении расходуемого электрода расплавленный металл под воздействием центробежной силы разбрызгивается в виде капель. [c.48] Зону плавления можно создать с помощью бомбардировки поверхности катода потоком электронов или направленной низкотемпературной (5000—10000° С) плазменной струей инертного газа. [c.49] Обычно число оборотов вращающегося электрода составляет до 20 000 в минуту. С увеличением числа оборотов и диаметра расходуемого электрода уменьшается размер образующихся капель, так как возрастает линейная скорость отрыва их от зоны плавления. Распыление ведут в герметичной камере, заполненной инертным газом (аргоном, гелием), получая порошки титана, никеля, легированных сталей и жаростойких сплавов высокой химической чистоты. [c.49] Наибольшее распространение в настоящее время получило распыление расплавов газообразным энергоносителем, схематично представленное на рис. 17. [c.49] Разрушение струи металла происходит за счет кинетической энергии сжатого газа (воздуха, азота, аргона и др.), который подается в установку от общей компрессорной магистрали. Оси сопел, подающих газ, обычно расположены под углом 60° к оси струи распыляемого металла. Дробление струи расплава происходит в зоне активного конуса. [c.49] Механизм разрушения весьма сложен, так как по выходе из отверстия в дне металлоирием-ника на струю действуют поверхностное натяжение расплава, внешнее трение и давление, создаваемые энергоносителем, неоднородное внутреннее трение в струе расплава, колебательные воздействия потока энергоносителя. [c.49] Чем больше скорость газа, тем в меньшей степени сказывается влияние на процесс разрушения струи поверхностного натяжения и вязкости металла. В общем случае получению более мелких частиц способствуют уменьшение коэффициента вязкости и величины поверхностного натяжения металла, повышение степени перегрева его выше точки плавления (обычно перегрев составляет 100—150 С), уменьшение диаметра струи металла и повышение параметров энергоносителя. Кроме того, существенное влияние оказывает и конструктивное оформление форсуночного устройства. Оптимальные значения диаметра струи составляют для металлов с температурой плавления до 1000° С 5—6 мм, с температурой плавления до 1300° С 6—8 мм, для более тугоплавких металлов 8—10 мм. При диаметрах меньше указанных возникает опасность затвердевания металла при проходе через отверстие в металлоприемнике, во время которого температура расплава всегда несколько уменьшается, а при диаметрах больше указанных возрастает масса металла, поступающая в активный конус, и увеличивается количество крупных частиц в порошке. Наиболее эффективно вести процесс распыления при температуре газового потока, совпадающей с температурой расплава, так как при этом исключается его переохлаждение, а вязкость и поверхностное натяжение не изменяются. Однако создать такие условия в случае расплавов с температурой 1500—1700°С не представляется возможным из-за сложности нагрева газового дутья, низкой эрозионной стойкости форсуночных устройств и существенного усложнения и удорожания распылительных установок. [c.50] На рис. 18 схематически представлена полупромышленная установка для распыления металла часовой производительностью 500 кг. Струя жидкого металла распыляется воздухом под давлением 0,5—0,6 МПа. Расход воздуха на 1 кг порошка равен 0,25—0,30 м , а расход воды 1,5 л. [c.50] Жидкий металл заливают в предварительно подогретый до 1250—1300° С металло-приемник 1. Через отверстие стаканчика из высокоогнеупорной массы металл попадает в камеру распыления установки. Образующиеся частицы порошка, имеющие достаточно высокую температуру, охлаждаются водой в момент полета для предохранения их от спекания. Образующийся порошок вместе с водой поступает на наклонное днище 12. Угол наклона днища к горизонтальной оси составляет 45°. Далее порошок вместе с водой попадает в приемный бункер 15, который может быть секционным. В этом случае максимально устраняются потери мелких фракций порошка, уносимых водой. [c.51] На рис. 19 изображена зависимость влияния давления воздуха при распылении на размер частиц порошка чугуна. Как видно из графика, процентное содержание (указанное на оси ординат) мелких фракций возрастает более интенсивно с увеличением давления воздуха в пределах до 0,5 МПа и практически остается неизменным при дальнейшем повышении давления. [c.51] После распыления порошок — сырец, содержащий кислород в виде окислов, углерод и другие примеси, подвергают отжигу в восстановительной атмосфере, что приводит к улучшению его химического состава и технологических свойств. [c.53] Алюминий. Исходным сырьем служат первичный алюминий марок А5, Аб и А7 (ГОСТ 11069—64) или отходы и лом чистого алюминия по ГОСТ 1639—48, если по своему составу они не ниже марки А5. Расплавление предварительно просушенного и подогретого алюминия производят в отражательной печи с газовым обогревом под слоем солевого флюса (КС1+М С12 или КС1- --1-МаС1- -Сар2) при температуре 740 20°С. В расплав погружают сифонную трубку из легированного чугуна, входная часть которой (ниппель) с отверстием 4—6 мм выполнена из талька. Расплав по сифонной трубке (высота засасывания 100—120 мм) поступает в форсунку, где распыляется воздухом, разбавленным азотом до содержания кислорода 5—10%, или инертным газом с содержанием кислорода до 10% (объемн.) при давлении 0,8—1 МПа. Скорость газа на выходе из форсунки составляет 200—300 м/с. Кислород, имеющийся в газе, окисляет частицы порошка с поверхности, предотвращая его самовозгорание. [c.53] Нержавеющие стали. Расплав соответствующего состава с температурой 1650—1700° С распыляют воздухом или азотом при давлении 0,3—2 МПа, а также водой высокого давления. Полученный порошок в зависимости от крупности частиц содержит 0,2—1% , до 0,5% и до 0,25% О2. При наличии в расплаве легирующих добавок кремния, молибдена, меди окисленность частиц существенно уменьшается. Малые (до 2—3%) количества кремния способствуют получению частиц сферической формы, так как, раскисляя расплав, кремний понижает его вязкость. При большем содержании кремния вязкость расплава повышается и форма полученных частиц отличается от сферической. [c.55] Бронза. Порошок получают распылением расплава воздухом при давлении 0,15—0,3 МПа. В присутствии фосфора формирование сферических частиц облегчается, так как происходит раскисление расплава и уменьшается его вязкость, а также снижается толщина окисных пленок на поверхности капель. Порошок состоит в основном из частиц размером 0,1—0,4 мм. С уменьшением диаметра струи и увеличением давления дутья количество мелких частиц возрастает. [c.55] Вернуться к основной статье