- •Міністерство освіти і науки України
- •1. Властивості порошків
- •1.1. Хімічні властивості
- •1.2. Фізичні властивості
- •Методи визначення розміру частинок
- •1.3. Технологічні властивості
- •2. Механічні методи отримання порошків
- •2.1. Загальні положення
- •2.2. Характеристика обладнання для подрібнення
- •Він пропонує у цьому виразі замінити поточні напруги на межу міцностіматеріалу, що дозволить визначити роботу, яка виконується під час подрібнення матеріалу об’ємомза один цикл. Ця робота дорівнює:
- •Витрати роботи залежно від етапу руйнування
- •2.4. Вплив рідин та пар на процес подрібнення матеріалів
- •3. Отримання порошків розпиленням розплавів
- •3.1. Загальні положення
- •Математично залежності можна описати емпіричним рівнянням
- •Значення критеріїв Re та Lp для різних умов розпилення
- •3.2. Вплив різних факторів на процес розпилення розплавів газами
- •Гранулометричний склад порошку заліза, одержаного розпиленнямрозплавів сплавів заліза
- •Поверхневий натяг розплавів заліза з киснем, азотом, сіркою та фосфором
- •Коефіцієнт тепловіддачі конвекцією можна визначити за виразом
- •Теплофізичні властивості газів
- •3.3. Розпилення рідиною
- •Значення коефіцієнта тепловіддачі для умов розпилення розплавів водою
- •3.4. Формування складу і структури порошків під час розпилення розплавів
- •3.5. Технологічні особливості отримання порошків розпиленням
- •Режими одержання порошків розпиленням
- •4. Отримання порошків металів і сплавів відновленням з оксидів та інших сполук
- •4.1. Основи термодинаміки відновлювальних процесів
- •4.2. Механізм і кінетика відновлювальних процесів.
- •4.3. Закономірності отримання порошків металів їх
- •4.4.1. Отримання металів відновленням
- •Оксиди відновлюють відповідно до принципу послідовності
- •4.4.2. Магнієтермічне відновлення солей металів
- •4.4.3. Натрієтермічне відновлення солей металів
- •4.5. Отримання порошків сплавів
- •4.5.1. Сумісне відновлення оксидів металів воднем
- •Константи рівноваги
- •4.5.2. Сумісне відновлення сумішів оксидів і металевих порошків
- •4.5.3. Метод термодифузійного насичення з точкових джерел
- •1100 С (протягом 6 год) від їх умісту у вихідній шихті:
- •4.6. Технологічні основи отримання порошків металів та сплавів
- •Відновлення
- •5.1.2. Вплив різноманітних чинників на властивості порошків металів під час їх отримання електролізом водних
- •5.1.3. Особливості отримання порошків сплавів
- •5.1.4. Технологічні основи отримання порошків металів електролізом водних розчинів їх солей
- •11 _ Діафрагма
- •5.2. Електроліз розплавлених середовищ
- •5.2.1. Технологічні основи отримання порошків металів електролізом розплавлених середовищ
- •5.3. Автоклавний метод отримання порошків
- •5.4. Отримання порошків цементацією
- •5.5. Отримання порошків міжкристалевою корозією
- •6. Газові методи отримання порошків
- •6.1. Дисоціація карбонілів
- •7. Отримання порошків безкисневих тугоплавких сполук
- •7.1. Властивості та застосування безкисневих
- •Властивості тугоплавких сполук
- •7.2. Отримання порошків карбідів
- •Фази кінцевого продукту
- •Склад карбідів, одержаних методом свс
- •Характеристики карбіду титану отриманогометодомСвс
- •Умови осадження карбідів з газової фази
- •7.3. Отримання порошків нітридів
- •Умови отримання і склад нітридів, одержаних азотизацією металів
- •Умови осадження нітридів з газової фази
- •7.4. Отримання порошків боридів
- •7.5. Отримання порошків силіцидів
- •Температурні режими отримання силіцидів осадженням з газової фази
- •7.6. Отримання порошків неметалевих тугоплавких сполук
- •Газоподібний утворюваний силіцій, взаємодіючи з вуглецем, утворює силіцію
- •7.7. Отримання порошків литих тугоплавких сполук
- •Вихідні матеріали
- •Хімічний склад плавлених карбідів титана
- •Властивості плавлених карбідів
- •8. Отримання волокон та вусів
- •8.2. Методи отримання волоконта вусів
Режими одержання порошків розпиленням
Одержаний порошок |
Вихідна сировина |
Вид розпилення |
Температура розплаву, ºС |
Діаметр струменя металу, мм |
Параметри енергоносія | ||
Температура,°С |
Тиск, МПа |
Витрата, м3/кг | |||||
Заліза |
Синтетичний чавун |
Повітрям у воду |
1450…1800 |
9…11 |
20…600 |
0,4…0,8 |
0,5…0,6 |
Заліза |
Скрап, конверторна сталь |
Водою у воду |
1650…1700 |
14…16,5 |
|
6,0…10,0 |
6…10 кг/кг |
Неіржавійної та легованої сталей |
Скрап, шихта |
Газом у газ (аргон, гелій) |
1700 |
8…10 |
20 |
0,6…2,0 |
0,6…0,8 |
Бронзи ОФ-10-01 |
Скрап |
Повітрям (азотом) у повітря або воду |
1100…1200 |
7…10 |
20 |
0,15…0,3 |
0,5…0,8 |
Алюмінію |
Скрап |
Сумішшю повітря з азотом (О2 ≈ 5%) в повітря |
750…800 |
6…9 |
20 |
0,8…1,0 |
0,5…0,7 |
Переваги цього методу полягають у тому, що розпилення можна проводити в інертному газовому середовищі чи вакуумі, забезпечуючи тим самим високу чистоту отриманих порошків за високої економічності процесу. Але головним є те, що цим методом можна отримувати порошки з матеріалів, які мають високу температуру плавлення і розглянутими методами порошки з них отримати неможливо. Це можуть бути порошки чи гранули з тугоплавких металів чи сполук, наприклад карбіду вольфраму, який широко використовується для створення зносостійких композиційних матеріалів.
Перспективний також метод отримання порошків металів та сплавів механічним диспергуванням розплавів за допомогою «полет» – бил на установці конструкції Ю. І. Найди, А. Ю. Найди та А.Н.Степанчука (рис. 3.12).
Принцип дії установки полягає у тому, що розплав металу чи сплаву, підготовлений тим чи іншим методом, виливається в металоприймач, який підігрівається. Звідти розплав витікає через отвір в нижній частині металоприймача. Цівка розплаву подрібнюється за рахунок ударних лопаток (полет), які обертаються зі швидкістю від 2000 до 3500 об./хв залежно від типу сплаву та властивостей порошків, які необхідно отримати. Змінюючи швидкість обертання лопаток можна змінювати гранулометричний склад порошків (табл. 3.10) і, тим самим, їх технологічні властивості – насипну щільність, текучість та інші.
Рис. 3.12. Схема установки для механічного диспергування розплавів за допомогою «Полетів»: 1– корпус;2– металоприймач;3– клинопасовапередача;
4– електродвигун; 5– полети;6– трубопровід;7– насос;8– приймальний бак
Таблиця 3.10
Залежність гранулометричного складу від швидкості
обертання ударних лопаток
Швидкість обертання лопаток, об/хв |
Вміст фракції порошку (%) з розміром частинок, мкм |
Вихід придат- ного | ||||||
175... 246 |
147... 175 |
74... 147 |
44... 74 |
37... 44 |
25... 37 |
<25 | ||
Порошок бронзи 55n-52n-5Pb | ||||||||
2033 |
6 |
14 |
37,5 |
21,5 |
11 |
4 |
7 |
90,6 |
2203 |
6 |
12 |
36 |
23 |
10 |
5 |
8 |
91,7 |
2496 |
5 |
12 |
33,5 |
23,5 |
12 |
5 |
9 |
92,5 |
Порошок бронзи БРО-10 | ||||||||
2880 |
5 |
12,5 |
33,5 |
23 |
11 |
6 |
9 |
90,3 |
3060 |
3 |
9 |
31 |
25 |
13 |
7 |
12 |
91,5 |
Частинки розплаву після подрібнення охолоджуються, попадаючи у воду (або в іншу рідину), якою заповнена камера розпилення.
Після циклу розпилювання порошок обезводнюється, стабілізується, сушиться та, в разі потреби, відпалюється у середовищі водню.
Розробки авторів, які переважно відносяться до вдосконалення геометрії ударних кромок лопаток, дозволили збільшити вихід придатної фракції порошків до 90…92% на противагу існуючим установкам такого типу, де цей показник не перевищує 70…75%.
До переваг методу отримання порошків механічним диспергуванням розплавів за допомогою “полетів” також слід віднести те, що витрати енергії на процес диспергування відносно невисокі і складають 4...8 Вт на 1 кг розплаву. Наприклад, потужність електродвигуна, який забезпечує ударне диспергування 2,5 т розплаву сплавів міді за годину, становить 7,5...12,5 кВт залежно від типу сплаву та вимог до отримуваних порошків.
До переваг також слід віднести малі габарити установки (рис.3.12), вони не потребують ємкостей для води (рідини), відстійників, а також фільтрів для її очищення, необхідних для отримання порошків на установках диспергування розплавів водою високого тиску.
Крім того, розглянутий метод одержання порошків дозволяє регулювати властивості отримуваних порошків за рахунок зміни умов охолодження продуктів диспергування в зоні подрібнення.
Ці переваги роблять перспективним розглянутий метод для заміни методу розпилення сталі водою високого тиску в разі багатотоннажного виробництва порошків заліза. При цьому знижуються витрати електроенергії у 5 _ 7 разів за значного спрощення технологічного процесу.
Цей метод можна використовувати для виготовлення порошків сплавів на нікелевій та залізній основі у невеликих кількостях (наприклад, самофлюсівних сплавів для напилювання покриттів газотермічними методами). При цьому витрати азоту, який зазвичай використовується як енергоносій у процесі отримання порошків таких сплавів розпилюванням розплавів газами, значно менші.
У зв’язку з тим, що метод ударного диспергування розплавів забезпечує пряму передачу всієї енергії руху ударних лопаток матеріалу, який подрібнюється, перспективним є використання цієї системи для отримання порошків з переважним розміром частинок, меншим від 20 мкм.
Для отримання порошків різноманітних металів та сплавів можливе використання малогабаритних установокмарки«МУРР» конструкції НТУУ “КПІ” та ІПМ НАНУ, принципову схему якої показано на рис. 3.13.
Рис.3.13. Принципова схема універсальної малогабаритної установки для
оримання порошків металів та сплавів розпилюванням розплавів рідинами високого тиску та газами: 1– циклон;2– металоприймач (піч плавлення);3– вузол розпилювання (форсунка);4 – камера розпилювання;5– колони високого тиску;6 – ресівер;
7– рампа;8– компресор;9– фільтр;10– проміжний бак;11– збірник порошку
Особливістю таких установок є те, що в них можна розпилювати розплави з використанням як енергоносія і рідину і гази. При цьому завдяки замкнутій системі можливе багаторазове використання енергоносіїв. Це значно знижує їх витрати і таким чином досягається висока ефективність методу навіть у випадку використання енергоносіїв високої вартості – рідин, які вміщують інгібітори корозії, інертні гази, азот. Останнє у свою чергу розширює номенклатуру порошків, які можна отримувати на установці. Це можуть бути порошки з різноманітних металів та сплавів на основі міді та заліза, високолегованих сталей, срібла, золота та інших.
Розглянуту установку доцільно використовувати для одержання невеликих партій порошку, що особливо ефективно за невеликих масштабів виробництва або в разі отримання порошків для напилювання покриттів газотермічними методами.
Для розпилення заготівки вихідного матеріалу безпосередньо плавлять в металоприймачі ємністю 4 л, який являє собою індукційну піч, або розплав готують окремо. В металоприймачі вихідний розплав перегрівають до необхідної температури і подають в зону розпилювання. Цикл одного розпилення складає 60...90 хв.
Продуктивність установок може становити 20...50 кг/год.