Способ получения порошков сплава медь-олово

 

Изобретение относится к порошковой металлургии, в частности к способам получения порошков сплава медь-олово. Цель - повышение качества порошка за счет увеличения его однородности по химическому составу, а также повышение производительности процесса. Для получения высокодисперсного порошка сплава медь-олово с содержанием олова, равным 10 мас.%, по эмпирической зависимости определяют содержание (Y, мас.%) олова в загружаемом сплаве Y=A₁ · X+A₂ · X²+A₃ · X³+A₄ · X⁴, где X - содержание олова в частицах полученного порошка, мас.%; A₁, A₂, A₃, A₄ - коэффициенты, равные для температуры 2000^oC соответственно 2,3; - 5,2·10^-2 (мас.%)^-1; 5,5·10^-4 (мас.%)^-2; - 1,6·10^-6 (мас.%)^-3. Подставив эти значения в уравнение, получают Y=18,3 мас.% олова. Отсюда следует, что для получения высокодисперсного порошка сплава медь-олово с содержанием олова 10 мас.% необходимо загрузить сплав медь-олово с содержанием олова 18,3 мас.%. Догрузку расплава осуществляют сплавом медь - 10% олова. Полученный порошок обладает высоким качеством в связи с высокой однородностью его химического состава. 1 табл.

Изобретение относится к порошковой металлургии, в частности к способам получения порошков сплава медь-олово. Целью изобретения является повышение качества порошка за счет увеличения его однородности по химическому составу и повышение производительности процесса. Для получения ультра- и высокодисперсного порошка сплава медь-олово с содержанием олова 10 мас. (который необходим для использования в качестве металлической связки для алмазного инструмента) по эмпирической формуле определяют Y Y=A₁ · X+A₂ · X²+A₃ · X³+A₄·X⁴, где X содержание олова в частицах порошка, мас. Y содержание олова в составе исходного загружаемого сплава, мас. A₁, A₂, A₃, A₄ коэффициенты, равные для температуры испарения 2000^oC соответственно 2,3; -5,2·10^-2 (мас.)^-1; 5,5·10^-4 (мас.)^-2; -1,6·10^-6 (мас. )^-3. Подставив эти значения в уравнение, получили значение Y=18,3 мас. олова, т. е. для получения ультра- и высокодисперсного порошка сплава медь-олово с содержанием олова 10 мас. необходимо загрузить сплав медь-олово с содержанием олова 18,3 мас. В качестве инертного газа брали аргон, давление которого при испарении равнялось 35 мм рт. ст. В герметичной вакуумной с водоохлаждаемыми стенками установке с объемом рабочей камеры 50 л мощностью 40 кВт загрузили в графитовый испаритель (площадь испарения которого 100 см²) 1 кг шихты состава: медь 81,7 мас. олово 18,3 мас. нагрели до температуры 2000^oC при давлении аргона, равном 1 атм (при указанном давлении подавляется испарение), выдержали при этих давлении и температуре 20 мин (это время достаточно для расплавления шихты и гомогенизации расплава), затем откачали аргон до рабочего давления 35 мм рт. ст. Давление в установке до 100 мм рт. ст. измеряли ртутным манометром, выше 100 мм рт. ст. вакуумметром, температуру испарения термопарами ВР-5/BP-20. Для обеспечения стационарного режима испарения уровень расплава поддерживали постоянным. Для этого в испарителе был установлен уровнемер зондового типа. При понижении уровня расплава в испаритель догружали из плавильного тигля расплав того же состава, что и получаемый порошок, т.е. сплав медь-олово с содержанием олова 10 мас. Порошок конденсировался на стенках вакуумной установки, а затем счищался. Длительность процесса получения ультра- и высокодисперсного порошка сплава медь-олово зависит от потребности в порошке. В указанном опыте за 2 ч получили 0,5 кг порошка. Затем провели химический анализ полученного порошка, результаты которого подтвердили, что получен ультра и высокодисперсный порошок сплава медь-олово с содержанием олова 9,8 мас. (погрешность 2%), т.е. получен порошок заданного химического состава. На опытно-промышленной установке были проведены сравнительные эксперименты по получению ультра- и высокодисперсного порошка сплава медь-олово по описанному и известному способам. Получали ультра- и высокодисперсные порошки с содержанием олова 20, 40, 80 мас. Результаты экспериментов приведены в таблице. В примерах 1, 2 и 3 параметры способа выбраны в соответствии с формулой изобретения. В примерах 4 и 5 соответственно температура испарения ниже (1800^oC) и выше (2200^oC) предельных значений температур данного способа. В примерах 6 и 7 соответственно выбраны давления ниже (5 мм рт. ст.) и выше (120 мм рт. ст.) предельных значений давления по изобретению. Содержание олова Y в исходном загружаемом сплаве для каждого примера в соответствии с температурой испарения рассчитывали по уравнению Y=A₁·X+A₂· X²+A₃ · X³+A₄ · X⁴, где X содержание олова в порошке, мас. (20, 40, 80 мас.); A₁, A₂, A₃, A₄ эмпирические коэффициенты, зависящие от температуры испарения (см. таблицу). Получение ультра- и высокодисперсного порошка сплава медь-олово высокого качества по способу-прототипу невозможно вследствие того, что в результате расчета по приведенному уравнению исходного загружаемого сплава получают порошок химического состава, не соответствующего заданному. Абсолютная погрешность химического состава получаемых в этом случае порошков достигает 15% Кроме того, состав порошков меняется в ходе процесса. Предлагаемый способ получения ультра- и высокодисперсного порошка сплава медь-олово обеспечивает по сравнению со способом-прототипом следующие преимущества: возможность получения любого требуемого по химическому составу ультра- и высокодисперсного порошка сплава медь-олово высокого качества за счет его однородности по химическому составу в течение всего процесса получение порошка и за счет отсутствия брызг, капель (путем регулирования температуры испарения и давления нейтрального газа); проведение процесса получения порошка с высокой производительностью за счет исключения времени переходного периода и за счет получения сразу высококачественного без отходов порошка сплава медь-олово, причем высокая производительность обеспечивается также высокой скоростью испарения путем правильного эмпирического выбора соотношения интервалов температур испарения и давлений нейтрального газа.

Формула изобретения

Способ получения порошков сплава медь олово, включающий плавление и испарение исходного сплава в среде инертного газа, догрузку компонентов сплава и конденсацию в частицы порошка заданного состава, отличающийся тем, что, с целью повышения качества порошка за счет увеличения его однородности по химическому составу и производительности процесса, испарение осуществляют при 1900 2100^oС и 10 100 мм рт.ст. причем содержание олова в составе исходного загружаемого сплава выбирают из соотношения
Y A₁ · X + A₂ · X² + A₃ · X³ + A₄ · X⁴,
где Y содержание олова в исходном сплаве, мас. Х содержание олова в получаемом порошке, мас. A_n эмпирические коэффициенты,
причем
A₁ 2,0 2,8;
A₂ (6,6 4,4) · 10^-2 (мас.)^-1;
A₃ 5,5 · 10^-4 (мас.)^-2;
A₄ -1,6 · 10^-6 (мас.)^-3.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2