Способ получения металлических порошков

 

Сущность изобретения: взрывают металлическую заготовку в среде жидкости за счет пропускания через нее электрического заряда, который подают на заготовку в момент возникновения в жидкости звуковых импульсов, возникающих при кипении жидкости на поверхности заготовки при пропускании через нее слабого электрического заряда. 3 з. п. ф-лы.

Изобретение относится к области металлургической техники, в частности касается способов получения металлических порошков.

Известны способы получения металлических порошков, заключающиеся в распыливании расплава металла струей охлаждающей жидкости [1] Общие недостатки всех подобных способов большой разброс размеров частиц, получаемого порошка, а также низкая чистота порошка из-за окисления поверхности частиц в процессе распыления.

Известны способы получения порошков, например, порошка вольфрама, заключающиеся в восстановлении окисла металла водородом или углеродом в специальных электропечах.

Недостатки таких способов длительность процесса получения порошка и значительные энергетические затраты.

Наиболее близким по сущности к заявляемому изобретению является способ получения порошков, основанный на известном эффекте А.А. Юткина [2] Этот способ выбран в качестве прототипа. Согласно этому способу помещают в объем жидкости металлическую заготовку в виде проволоки или же тонкой пластины и пропускают через заготовку электрический разряд, достаточный для взрыва заготовки. При определенной мощности электрического разряда происходит быстрое плавление и испарение заготовки, частицы расплавленные разлетаются со значительной скоростью и, пролетая через слои жидкости, затвердевают. Целью указанных способов является получение волн высокого давления в жидкостях, а не получение порошков.

Способ-прототип был экспериментально проверен. Для этого в толстостенном сосуде из нержавеющей стали монтировались изолированные электроды, к которым внутри сосуда подсоединялись проволочки различного диаметра, выполненные из нихрома, стали и других материалов. При определенных значениях электрического импульса проволочки взрывались. Взрывы проводились как в воздухе, так и в воде. В последнем случае для всех материалов был получен порошок.

Способу-прототипу присущ ряд недостатков. Если взрывать заготовку в воде, то наблюдается окисление частиц получаемого порошка. Значительная часть энергии электрического разряда тратится на подогрев материала заготовки до температуры плавления. При взрыве заготовки-проволоки разлетающиеся капли деформируются в жидкости и в ряде случаев значительно отличаются по форме от круглых шариков. В опытах также не было обнаружено изменение магнитных свойств получаемых порошков из стальных и железных проволок, что свидетельствует о недостаточной скорости изменения температуры капель металла и, следовательно, о том, что получаемый порошок не обладал аморфной структурой.

Способ получения порошков, заключается в том, что помещают металлическую заготовку в объем жидкости и взрывают ее путем пропускания через заготовку электрического заряда, капли расплавленного металла застывают при движении через слой жидкости. Перед пропусканием через заготовку электрического заряда ее предварительно подогревают в среде жидкости, например жидкого азота, за счет пропускания через заготовку слабого электрического разряда. Подогрев заготовки заканчивают при возникновении в жидкости звуковых импульсов.

Заготовку выполняют в виде троса, сплетенного из проволок, выполненных из разных материалов и на поверхность заготовки предварительно наносят другой материал.

Способ осуществляют следующим образом.

В емкость с жидкостью, например с жидким азотом, опускают заготовку в виде проволоки или же тонкой пластины, подсоединенную к электродам. К другим концам электродов подсоединены выключатели, с помощью которых на заготовку подают сначала слабый заряд от одного источника питания, а потом сильный электрический заряд от другого источника питания. На стенке емкости с жидкостью устанавливают приемник звукового сигнала, например, гидрофон, выход которого связан через усилитель с автоматической системой, управляющей переключением выключателей. При подаче на заготовку слабого электрического разряда заготовка подогревается, в прилегающей к заготовке жидкости начинается подогрев жидкости и она начинает закипать, при этом увеличивается уровень звукового давления. Когда уровень звукового давления достигает максимума (или близок к максимуму) с помощью выключателей источник слабого электрического заряда отключается и к электродам подключают источник сильного электрического заряда. Заготовка взрывается, капли расплавленного металла разлетаются и охлаждаются в объеме жидкости.

Способ осуществляют так, что к электродам подсоединяют заготовку, выполненную в виде троса, сплетенного из проволок, выполненных из разных металлов.

Способ осуществляют так, что к электродам подсоединяют заготовку, выполненную из материала с нанесенным на него покрытием из другого материала.

Способ был экспериментально проверен в лабораторных условиях. В проведенных опытах в емкость помещался жидкий азот и в среду азота устанавливались электроды, с укрепленной между ними проволокой. Разряд, необходимый для взрыва проволоки, накапливался батареей, состоящей из двух конденсаторов. Необходимое напряжение на конденсаторы подают через трансформатор. На обкладках конденсаторов получалось напряжение до 6000 В. При достижении на обкладках конденсаторов требуемого напряжения зарядка прекращалась и с помощью пакетного выключателя на проволоку электрический импульс. Эти операции затем повторяют. В конце серии опытов давали жидкому азоту возможность испариться, собирали со дна емкости полученный металлический порошок и исследовали его свойства.

В проведенных опытах взрывались проволоки диаметром до 0,5 мм и весом до 5 г. Разделение полученных порошков по фракциям и анализ проводился специалистами межвузовского центра обеспечения научных исследований при Днепропетровском госуниверситете. Результаты анализа свидетельствуют о том, что если в исходной проволоке из стали азота не было обнаружено, то в полученном порошке содержание азота составило уже 0,1% а содержание углерода понизилось на 0,1% Изменились и магнитные свойства полученного порошка. Так если у исходной проволоки магнитные свойства терялись при температуре 700^оС, то у полученного порошка уже при температуре 500^оС. Полученные рентгенограммы показали у полученного порошка постепенное замещение мартенситного характера структуры на аустенитный по сравнению с исходной проволокой.

По сравнению с прототипом практическая реализация данного способа позволяет получить быстрозакаленные порошки металлов с регулируемыми выключениями других веществ при сниженных затратах энергии.

Процесс получения порошков может быть автоматизирован.

Все это приводит к повышению экономичности и снижению затрат энергии, чем и достигается технико-экономический эффект.

Формула изобретения

1. СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ МЕТАЛЛИЧЕСКИХ ПОРОШКОВ, включающий подведение электрического тока к металлической заготовке, пропускание по ней электрического тока, взрыв заготовки в жидкой среде и последующее охлаждение расплавленных капель металла, отличающийся тем, что предварительно через заготовку пропускают слабый электрический ток до возникновения в жидкости звуковых импульсов.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что в качестве жидкой среды используют жидкий азот.

3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что заготовку выполняют в виде троса, сплетенного из проволок, выполненных из разных материалов.

4. Способ по пп. 1 и 2, отличающийся тем, что заготовку выполняют с покрытием другого материала.