Способ диспергирования материала

 

Изобретение относится к области порошковой металлургии и может быть использовано при производстве порошков и волокон путем экстракции из расплава. Целью изобретения является развитие метастабильного состояния получаемого продукта. Сущность способа заключается в том, что расплав материала, диспергируемый со скоростью охлаждения 10-10 град/с быстро вращающимся диском-кристаллизатором , подвергается воздействию ультразвука посредством диска-кристаллизатора , передагацЁго ультразвуковые акустические волны с амплитудой колебания 1-10 мкм. 2 табл.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (51)4 В 22 F 3/10

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К А STOPCKOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ БИ ЧН0 i «.. <Л (21) 3990772/31-02 (22) 18,12.85 (46) 15.03.88.Бкл. У 10 (71) Московский авиационный технологический институт им. К.Э.Циолковского (72) В.Д.Фролов, Б.С.Митин, А.П.Енголычев, В.Н.Салтыков и В.А.Васильев (53) 621.762.2 (088.8) (56) Патент ФРГ 1н 2462386, кл. В 22 D ll/06, опублик. 1980, Авторское свидетельство СССР

Ф 1347281, кл. В 22 F 9/10, 1984 ° (54) СПОСОБ ДИСПЕРГИРОВАНИЯ МАТЕРИАJIA

„„SU„„1380863 А1 (57) Изобретение относится к областипорощковой метаплургии и может быть использовано при производстве порошков и волокон путем экстракции иэ расплава. Целью изобретения является развитие метастабильного состояния получаемого продукта. Сущность способа заключается в том, что расплав материала, диспергируеьый со скоростью охлаждения 10 -10 град/с быстро вращающимся диском-кристаллиэатором, подвергается воздействию ультразвука посредством диска-кристаллиэатора, передающего ультразвуковые акустические волны с амплитудой колебания 1-10 мкм. 2 табл.

1 1380863 2

Изобретение относится к порошковой металлургии и может быть использовано при производстве порошков и волокон путем экстракции из расплава.

Цель изобретения — повышение однородности структуры материала.

Расплав материала, диспергируемый со скоростьв охлаждения !О—

10 град/с быстровращавщимся дискомкристаллиэатором, подвергают воздействию ультразвука при помощи дискакристаллизатора, передающего ультразвуковые акустические волны с амплитудой колебания 1-10 мкм. Такое комп- 15 лексное воздействие на расплав, а именно быстрое охлаждение и ультразвук, позволяет зафиксировать метастабильное состояние дисперсного материала. При диспергировании распла- 2р ва вращавщичся диском-кристаллиэатором процесс подразделяется íà III этапа. Начало Х этапа - погружение диска-кристаллизатора в расплав. В этот момент происходит охлаждение 25 перегретого расплава и его затвердевание на диске. Окончание I этапамомент выхода частичного охлажденного на диске расплава из общей массы расплава. II этап фиксируется момен- 3р тами выхода из расплава и последующими моментами отделения от него и характеризуется изменением условия охлаждения, так как экстрагируемая частица материала находится уже н контакте с диском и газовой средой, а не с диском и жидким массивом диспергируемого материала. ХХТ этап— охлаждение отделившегося от диска материала. Здесь охлаждение частицы 4О происходит конвекцией, а не теплопронодностью.

В данном способе для получения порошка ультразвук воздействует на 45 последний этап н течение I u II этапов диспергиронания, а н случае получения волокон — н течение всех этапов ди пергиронания, что не наблюдается при воздействии ультразвуком

«50 через расплав (воздействию ультразвука подвержен только I этап диспергиронания) .

При воздействии ультразвуком иа

55 быстроохлаждаемый материал наблюдается возрастание плотности дислокаций

s дисперсных частицах, возрастает величина напряжений, которые возникают н кристалле, уменьшается размер зерна полученного материала. Увеличение плотности дислокаций, размеры зерна и т.п., под влиянием ультразвуковых колебаний ведет к увеличению местабильного состояния получаемого продукта. Кроме того, материап, полученный быстрым охлаждением без воздействия ультразвуком, имеет слои, отличающиеся по своей структуре, что принодит к аниэотропии, Так, микрообъем частицы, прилегающей к диску, характеризуется мелкозернистой структурой, а микрообъем не прилегающей к диску частицы — относительно крупнозернистой и но многих случаях игольчатой структурой. В случае одновременного воздействия скоростью охлаждения и ультразвуком наблюдается более равномерная мелкозернистая структура дисперсного материала. При вводе ультразвуконых колебаний при помощи диска-кристаллизатора значительно проще нести процесс диспергирования в кавитационном режиме (по сравнению с процессом диспергиронания при вводе колебаний через расплав) и это позволяет генерировать непосредственно вблизи фронта кристаллизации ударные волны, которые приводят к уменьшению зерна, получаемого быстрым охлаждением материала. Кроме того, способ позволяет управлять процессом смачивания расплава дискакристаплизатора и позволяет устранять из эоны взаимодействия "захлопнувшиеся частицы газовой среды, что в сумме стабилизирует процесс диспергиро-. вания материала.

На изменение субструктуры в поле ультразвуковых колебаний при сверхбыстром охлаждении диспергируемого материала значительное влияние оказывает амплитуда колебаний (при ультраэвуковой частоте). Величина полученных частиц порошка при диспергировании расплана материала вращающимся диском-кристаллиэатором зависит от глубины погружения диска в расплав; скорости нращения диска; величины адгезионной прочности, т.е. пары диск — расплав; состояния поверхности диска; прочности; пластичности сплава; состояния между ТКР диска и сплава; площади контакта; температуры диска. Промышленность часто требует получения порошка с различным значением среднего размера частиц.

1380863

Для получения таких порошков необходимо варьировать указанными факторами процесса. !lо для сохранения однородной структуры частиц необходимо в общей гамме варьировать и амп5 литудой колебания подводимого ультразвука, причем с увеличением размера частиц должна возрастать и амплитуда колебаний. Для получения однородной структуры частиц согласно предлагаемому способу необходимо обеспечить критические условия, которые могут быть выражены через соотношение размера частиц 10-100 мкм и амплитуды колебания 1-10 мкм соответственно °

Результаты опытов приведены в табл.l.

При диспергировании различных металлов и сплавов с различными параметрами кристаллической решетки амплитуда может меняться в широких пределах (от единиц до десятков микрон), Так, при диспергировании легких ме- 25 таллов, например алюминия, эффект наблюдается при значении амплитуды

1-2 мкм, а при диспергировании тяжелых металлов, например цинка, значения амплитуды возрастают на порядок. щ

Пример. Материалы алюминий и цинк диспергируются быстровращающимся диском-кристаллизатором (медным и дюралевым) соответственно со скоростью 2500 об/мин (диаметр диска 20 мм). Б первом случае алюминий и цинк диспергируются без наложения ультразвука при помощи диска-кристаллизатора. Во втором — с наложением ультразвука частотой 44 КГц с ампли- 40 тудой колебания 1 мкм (алюминий) и

10 мкм (свинец), Ь мкм (цинк). Металлографический анализ показывает,что при указанных амплитудах происходит изменение зерна вплоть до микронного 45 размера. Для оценки метастабильного состояния определяют температуру структурной перестройки метастабильных волокон путем пропускания стабилизированного тока через волокна при плавном нагреве (моменту "перестройки" соответствует момент "отрицательного скачка" электросопротивления волокна).

Результаты опытов сведены в табл.2, Формул а изобретения

Способ диспергирования материала экстракцией иэ расплава вращающимся диском-кристаллизатором со скоростью охлаждения 10 -10 град/с при воздей4» 9 ствии на расплав ультразвуковых колебаний,о тли чающий с ятем, что, с целью повышения однородности структуры материала, воздействие на расплав ультразвуковых колебаний осуществляют через диск-кристаллизатор с амплитудой колебания 1

10 мкм.

Таблица!

Размер частиц, мкм

Микрокристаллическая структура, %

Амплитуда, мкм

0,5

100

100

lO0

100

100

100

Таким обраэом, предлагаемый способ диспергирования материала харак теризуется тем, что позволяет получать материал в метастабильном состоянии с однородной микрокристаллической структурой, повышающей активность дисперсного материала, который можно применять в различных областях техники (электроды источников тока, в процессах сварки и пайки и т.д.) с достижением экономического эффекта.

Так, применение цинка, полученного указанным способом, в элементах

А-332 увеличивает емкость последних на 20% по сравнению с цинком, полученным обычным диспергированием (разряд производится постоянным током

100 мА и 200 мА непрерывно).

1380863

Т а блиц а 2

Материал

Опыт

Применение

Темпе1 Цинк

Алюминий,200 и310

Свинец

150

2 Цинк 4

Эффект слабо выражен

150

Апкииний 0,5

230

Свинец 6

Процесс нестабилен из-эа разбрызгивания расплава

Составитель Г.Коломейцев

Техред И. Верес Корректор M.Øàðîøè

Редактор С.Лисина

Заказ 1144/13 Тираж 740 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035> Москва, Ж-35, Раущская наб., д.4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, г.ужгород, ул.Проектная, 4

Амплитуда колебаний,мкм ратура, "перестройки", С

Разбрызгивание расплава

Эффект уменьшения зерна слабо выражен

Процесс нестабилен из-sa разбрызгивания расплава

Эффект уменьшения зерна слабо выражен