Способ получения металлических порошков из расплавов

 

Изобретение относится к порошковой металлургии, а именно к производству металлических порошков методом распыления струи расплава водой высокого давления. Цель изобретения - повышение дисперсности порошка. Струя расплава дробится высокоскоростным кольцевым потоком воды высокого давления. На участке свободного падения струи расплава за счет аффектирующего действия потока воды создается пониженное по сравнению с атмосферным давление. Подачей защитного газа в зону свободного падения струи давление в этой зоне поддерживается в интервале 0,06...0,09 МПа. За счет нарушения сплошности струи местами под действием разрежения повышается эффективность дробления и увеличивается дисперсность получаемого порошка. 1 ил. (Л С

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (19у (! 1) (я)з В 22 F 9/08

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4721486/02 (22) 18.07.89 (46) 07.03.92. Бюл. ¹ 9 (71) Украинский научно-исследовательский институт специальных сталей, сплавов и ферросплавов (72) Ю,Ф,Терновой, В.И.Билан, В.Н.Мако-. гон, Б.Т.Погожин, К.А.Рахманов, А.П.Александров, В.К.Ушаков и Л.И.Корнеев (53) 621.762.21:669,2/8(088.8) (56) Патент США N. 4647303, кл. B 22 F 9/00, 1987.

Заявка Японии ¹ 55-18763, кл. В 22 F 9/08, 1980. (54) СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ МЕТАЛЛИЧЕСКИХ ПОРОШКОВ ИЗ РАСПЛАВОВ (57) Изобретение относится к порошковой металлургии, а именно к производству меИзобретение относится к порошковой металлургии, а именно к способам получения металлических порошков распылением расплава металла водой высокого давления.

Цель изобретения — повышение дисперсности порошка.

На чертеже изображена установка распыления, поясняющая схему реализации способа.

Установка содержит промежуточную емкость 1, верхний отсек 3 камеры распыле-. ния, форсунку 4, камеру 5 осаждения порошка, ниппель 6, отсек 7, донную часть 8, затвор 9, приемник 10, трубопровод 11, вентиль 12 и распределитель 13.

Установка работает следующим образом.

Расплав струей 2 попадает в промежуточную емкость 1, в которой струя расплава распадается на пряди и капли. Динамичеталлических порошков методом распыления струи расплава водой высокого давления.

Цель изобретения — повышение дисперсности порошка. Струя расплава дробится высокоскоростным кольцевым потоком воды высокого давления. На участке свободного падения струи расплава за счет эффектирующего действия потока воды создается пониженное по сравнению с атмосферным давление. Подачей защитного газа в зону свободного падения струи давление в этой зоне поддерживается в интервале

0,06...0,09 МПа. За счет нарушения сплошности струи местами под действием разрежения повышается эффективность дробления и увеличивается дисперсность получаемого порошка. 1 ил, ское вакуумирование реализуется за счет разрежения над форсункой 4, выполняющей роль, кроме водяного распыления, насоса для создания вакуума в отсеке 3.

Установление необходимого разрежения в отсеке 3 осуществляется подачей газообразного азота через вентиль 12 в отсек 3.

Пряди и капли расплава, достигая зоны воздействия водяного потока 14, диспергируются на мягкие капли, кристаллизующиеся в виде образований существенно-неравновесной формы при движении газо-металлопароводяной пульпы через нижний отсек 7 камеры распыления к донной части 8 камеры 5 осаждения порошка, Таким образом порошок, проходя через затвор 9, оседает на дне приемника 10. Пар и частично нейтральный газ релаксируютдо нормального давления в камере 5 осажде1717285 ния, сбрасывая избыточное давление через ниппель 6, Для регулировки степени ваккумирования объема отсека 3 по трубопроводу 11 через вентиль 12 и распылитель 13 подают 5 нейтральный газ с регулируемым расходом, Физическая сущность предлагаемого способа состоит в следующем.

Высокотемпературный сплошной поток воды из кольцевого сопла форсунки 4 за 10 счет силы вязкого трения, определяемой его скоростью и вязкостью газа, увлекает газ в обьем отсека 7 и далее в камеру 5 осаждения.

За счет этой инжекции в верхнем отсеке

3 камеры распыления создается разреже- 15 ние. Остаточное давление в верхнем отсеке камеры распыления

Рвах = Ро 4Р, где Po — давление вкамере осаждения,,МПа.

За счет того, что давление газа над про- 20 межуточной емкостью Ро, а в камере 3 Po—

-ЛР, струя расплава стремится в вакуумированный объем, где распадается на пряди и капли как за счет "вскипания" растворенных газов, так и за счет особенности движе- 25 ния потоков газа при динамическом вакуумировании (указана пунктирными стрелками в камере 3), Распад струи на более тонкие пряди и фрагменты расплава позволяет в нижнем 30 отсеке камеры при их встрече с потоком воды высокого давления эффективно продолжить диспергирование, которое облегчается из-за воздействия паровой рубашки уже на более тонкие объекты, за счет не- 35 устойчивости которых происходит распад на тонкие капельки с их последующей кристаллизацией, В известных способах водяному потоку через паровую прослойку затруднены эф- 40 фективная деформация первоначальной струи и проникновение энергоносителя в ее толщу на большую глубину при взаимодействии.

В зависимости от величины Л P стоит 45 дисперсность порошка; естественно "вакуумный" разрыв струи на более мелкие фрагменты обеспечивается более глубоким вакуумированием.

Пример, Проведена серия экспери- 50 ментов по распылению жидких металлов на установке УВ Р-1.

Исследуемые материалы: быстрорежущие стали Р6М5К5, Р7М2ФЗ; сплавы на основе марганца системы Мп-Ni-Mo-Fe. 55

Масса плавки 40 кг. Выплавка — в открытой индукционной печи. Диаметр сливного отверстия промежуточной емкости 10 мм.

Диаметр кольцевой щели форсунки 54 мм, ширина щели сопла 0,6 мм, угол атаки 26, давление распыления для сталей 10 МПа, для сплавов на основе марганца — 6,5 МПа, Зона свободного падения струи расплава между дном промежуточной емкости и корпусом форсунки изолирована от внешней среды цилиндром с уплотнениями. В цилиндр организована симметричная подача азота с целью регулировки остаточного давления. Базовая конструкция исключает применение этого цилиндра и реализуют стандартную схему распыления.

Дисперсность порошка после обезвоживания и сушки определяют ситовым методом.

Первая серия плавок проведена по базовой технологии, оеализующей свободный доступ газа в зону струи металла. Температура расплавов Р6М5К5 перед распылением

1650 С, а сплава системы Мп-Ni-Mo-Fe

1550 С, Давление в зоне струи и в камере распыления 0,10 МПа, Визуальные наблюдения показывают сплошность струи расплава до соударения с потоками воды высокого давления.

Вторая серия плавок проведена при вариации остаточных давлений в зоне цилиндра в диапазоне остаточных давлений

0,10 — 0,05 МПа для стали PGM5K5. Остаточное давление замеряют мановакуумметром, связанным через цилиндрическую стенку с зоной падения струи. Визуально через смотровое окно наблюдают распад струи на пряди в зоне свободного падения, причем тем в большей степени, чем ниже остаточное давление.

Третья серия экспериментов проведена после промывки установки на стали

Р7М2Ф6 по аналогичным режимам, Четвертая серия плавок и распылений после промывки установки проведена для сплавов на основе Мп, В пятой серии плавок используют аварийный режим, связанный с подбором металла в промежуточной емкости и барботированием газа через расплав, приведший к замораживанию расплавов в металлоп риемнике.

Для испытанных трех составов характерен распад струи на пряди в зоне свободного падения в диапазоне остаточных давлений 0,09 — 0,05 МПа и заметное измельчение порошка при снижении остаточного давления.

В процессе проведения "холостых" испытаний без подачи струи расплава во всех режимах наблюдается визуально через смотровое окно нарушение сплошности пленки воды. Однако это не приводит к аварийным ситуациям Эффект нарушения

1717285

/аз даЬ

Составитель Л.Родина

Техред М.Моргентал корректор О.Кундрик

Редактор О.Головач

Заказ 836 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101 сплошности пленки наблюдается и в базовом способе: фактически струю расплава дробит не пленка воды, на поток множества полидисперсных капель пленки воды, распадающейся у выхода из сопла со щелью 0,6 мм.

Формула изобретения

Способ получения металлических порошков из расплавов в среде защитного газа путем распыления свободно падающей струи расплава высокоскоростным кольцевым потоком воды высокого давления с поддержанием в зоне свободного падения струи давления газа ниже атмосферного, о т5 л и ч а ю шийся тем, что, с целью повышения дисперсности порошка, давление защитного газа в зоне свободного падения струи расплава поддерживают в интервале

0,06 — 0,09 МПа.