Способ получения металлического порошка извлечением из расплава

СОЮЗ СОВЕТСКИХса,ииепнисниРЕСПУБЛИК В 22 Р 9/10 ПИСАНИЕ ИЭОБРЕ ВТОРСНОМУ СЕИДЕТЕЛЬСТВУ олоского е ко ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ(71) Московский авиационный тгический институт им.К.Э.Циол(54) (57) СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ МЕТАЛЛИЧЕСКОГО ПОРОШКА ИЗВЛЕЧЕНИЕМ ИЗ РАСПГйВА, включающий приготовление расплава заданного состава, подачу расплава на поверхность вращающегося теплоотводящего элемента, охлаждение иизмельчение затвердевшего материала,о т л и ч а ю щ и й с я тем, что,с целью повышения эффективности измельчения, в расплав вводят частицытвердой фазы размером 0,5-100 мкмв количестве 0,1-5 об.7.Изобретение относится к порошковой металлургии, в частности к способам получения порошков, и может быть использовано для получения материалов с аморфной и микрокристаллической структурой.Известен способ получения порошков извлечением из расплава, включаю щий затвердевание и охлаждение расплава на профилированной кромке вра- О щающегося теплоотводящего элемента 1 .В качестве теплоотводящего элемента используют диск, на кромке ко" торого выполнены специальной формы 5 зубцы. При контакте кромки диска с расплавом на зубцах происходит за-.твердевание и охлаждение тонкого слоя металла. Получаемый порошок отличается игольчатой или чешуйча той формой части. Скорость охлаждение достигает 10 К/с, благодаря чему порошок имеет аморфную или микрокристаллическую структуру.Однако известный способ не нозво ляет получать порошки с размером частиц менее 0,5 мм.Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к изобретению является способ полу- ЗО чения металлического порошка извлеиеиием из расплава, включающий приготовление расплава заданного состава, подачу расплава на поверхность вращающегося теплоотводящего элемен- з та, охлаждение и измельчение затвердевшего материала 21.Охлаждение тонкого слоя металла происходит с высокой скоростью эа счет передачи тепла теплоотводящему 4 О элементу, после чего адгезия уменьшается и происходит отделение слоя.Материалы, полученные с высокой скоростью охлаждения из расплава, отличаются высокими показателями прочнос"45 ти, пластичности, твердости и ударной вязкости, После охлаждения проводят охрупчивающий отжиг при температурах, не вызывающих больших изменений микроструктуры, После такой термообработкн становится возможным измельчение материала и получение дисперсного порошка.Недостатком известного способаявляется невысокая эффективность измельчения.Цель изобретения - повьппение,эффективности измельчения. Цель достигается тем, что согласно способу получения металлического порошка извлечением из расплава, включающему приготовление расплава заданного состава, подачу расплава на поверхность вращающегося тепло- отводящего элемента, охлаждение и измельчение затвердевшего материала, в расплав вводят частицы твердой фазы размером 0,5-100 мкм в количестве 0,1-5 об.й.Введение в расплав частиц твердой фазы приводит к тому, что при охлаждении с высокой скоростью расплав затвердевает в метастабильные фазы, для которых характерны высокая прочность, пластичность и ударная вязкость, а частицы твердой фазы не претерпевают значительных структурных изменений и после охлаждения отличаются хрупкостью. При приготовлении расплава твердую фазу выбирают таким образом, чтобы она по своим свойствам резко отличалась от остального материала. Присутствие в пластичной матрице хрупких включений значительно повышает эффективность измельчения, так как включения служат концентраторами напряжений.Выбор размеров и количества частиц твердой фазы при приготовлении расплава связан с тем, что измельчение материалов происходит до частиц, размер которых соответствует расстоянию между хрупкими включениями в пластичной матрице. При этом происходит отделение включений от остального материала и возможно полное их удаление (магнитной сепарацией, химическим травлением, седиментацией, воздушно-центробежной классификацией. Регулирование размера и количества частиц твердой фазы при приготовлении расплава позволяет варьировать дисперсность получаемого при измельчении порошка. В случае, если частицы по размеру не превышают 0,5 мкм, а их объемное содержание в расплаве менее 0,13, их охрупчивающее влияние невелико. Если частиц больше чем 5 об.7, то затруднено их последующее отделение и возможно ухудшение свойств всего материала, Частицы размером более 100 мкм изменяют характер затвердевания слоя рас" плава и могут понизить скорость охлаждения, так как их размер соизмерим с толщиной затвердевающего слоя.расплав выдерживают в течение 45 мин, а затем в него вводят 0,1 обУ. порошка окиси алюминия с размером частиц 100 мкм, после чего расплав при 1050 С подают в ванну, выполненнуюоиз силицированного графита и покрытую обмазкой из окиси алюминия. Поверхность расплава в ванне приводят в контакт с острой кромкой вращающегося диска. На кромке выполнены наlсечки на расстоянии 3 мм друг от друга. Полученный порошок имеет игольчатую форму частиц, длина игл составляет 3 мм, ширина 0,3 мм и толщина 0,03 мм. Достигнутая скорость охлаждения 5 .О К/с позволяет получить сплав в аморфном состоянии, причем в аморфной матрице равномерно распределены включения частиц окиси алюминия размером 50- 100 мкм на расстоянии 1-2 мм друг от друга. Частицы окиси алюминия превышают по размеру толщину полученных игл и частично выходят на их поверхность. Игольчатый порошок сплава железо - фосфор - углерод с включениями окиси алюминия подвергают измельчению в виброистирателе в течение 40 с. Получен чешуйчатый порошок с размером чешуекх 0,3 х 0,03 мм. Частицы окиси алюминия удалены воздушно-центробежной классификацией, Измельченный порошок сплава на основе железа обладает текучестью 42 с, насыпной массой 2,7 г/см .П р и м е р 3. Проводят получение дисперсного порошка сплава следующего состава, ат.Х: никель 60; хром 14; железо 3; кремний 9; бор 1 О; углерод 4. Расплав приготовляют в индукционной печи при 1500 С в атмос-,0 фере очищенного азота, выдерживают для гомогенизации 1 ч, вводят в него 2 об.Х частиц карбида хрома размером 5-10 мкм. Расплав при температуоре 1380 С подают в ванну, где посредством вращающегося диска с острой кромкой получают волокна с эффективным диаметром 00 мкм. Последние подвергают измельчению в барабанной мельнице в режиме ударного воздействия. После 20 мин размола получен порошок с .размером частиц 35-50 мкм. Они имеют равндосную форму и.отличаются хорошими показателями текучести и прессуемости.Для сравнения с предлагаемым способом опробован известный способ по 3 1135555Способ осуществляют следующим образом.П р и м е р 1. Проводят получение дисперсного порошка сплава следующего состава, ат,7.: кобальт 70; железо 5; кремний 15; бор 10. Расплав приготовляют в индукционной печи ватмосфере аргона. После расплавления всех компонентов шихты расплав выдерживают в течение 1 ч, а затем в него О вводят 5 об.й порошкообразного карбида бора с частицами размером, 0,5 мкм,после чего расплав при 100 фС подают в ванну, выполненную из склицированного графита. Поверхность расплава 5 в ванне приводят в контакт с острой кромкой вращающегося теплоотводящего охлаждаемого медного диска. Скорость вращения диска составляет 80 об/с, а диаметр по рабочей кромке - 200 мм. 20 Диск охлаждается проточной водой.Расплав затвердевает на кромке диска в виде волокна с эффективным диаметром 50 мкм, удерживаясь тамза счет адгеэионного сцепления. Пос .ле охлаждения волокна отделяются от диска. Полученные волокна имеют С- ,образное сечение и развитую поверх" ность. Металлографический анализ микрошлифов, приготовленных из волокон, показывает, что они имеют аморфную структуру, причем в аморфной мат-рице с интервалом 5-10 мкм равномерно распределены частицы карбида бораразмером 0,5 мкм. Далее волокна подвергают измельчению, Излучают гранулометрический состав полученного порошка. Частицы порошка имеют размер в интервале 5-15 мкм и равиоосную форму е 40После измельчения порошок сохраняет аморфную структуру и магнитные .и коррозионные свойства, характерные для волокон.Отделение порошка кобальтового сплава от порошка карбида бора производят магнитной сепарацией. Остаток порошка карбида бора (0,1 об.Х ) практически не влияет иа свойства порошка кобальтового сплава и его полное удаление не производится.П р и м е р 2. Проводят получение дисперсного порошка сплава.следующего состава, ат,Х: железо 80; фос; фор 13; углерод 7 Расплав приготов-ляют в индукционной печи в атмосфере аргона с примесью 23 водорода. Послерасплавления всех компонентов шихты1135555 Средний размер частиц мкм, и их форма Времяизмельчения мин10 мии20 мин40 мии Ленты частично раздробленыЧешуйчатый порошок с диаметром частиц 370Чешуйчатый порошок с диаметром частиц 200Чешуйчатый порошок с диаметром частиц 150Чешуйчатый порошок с диаметром частиц 50 Чешуйчатый порошок с диаметром частиц 45-50 мкмразмер частиц порошка соответствует толщинеленты. Дальнейшее измельчение затруднено. 6 ч Составитель Н. Тумин Редактор А,Шандор Техред З.Палий Корректор О,БилакЗаказ 10148/6 Тираж 746. ПодписноеВНИИПИ Государственного комитета СССРпо делам изобретений и открытий113035, Москва, Ж, Раушская наб., д, 4/5 Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул, Проектная, 4 лучения металлического порошка извлечением иэ расплава на примере сплава на основе железа (состав приведен в примере 2). Предварительно получают аморфные ленты из этого сплава путем разливки расплава через,фильеру под давлением азота на образующую поверхность вращения 1,3000 об мин) .медного барабана диаметром 210 мм. Лента имеет толщину 45-50 мкм и ширину 5- 6 мм. Иэмельчение в течение 12 ч в шаровых мельницах свежеотлитых лент , приводит лишь к их дроблению на отдельные фрагменты с максимальным размером 2-3 мм без изменения толщиКак следует йз приведенныхданных , предложенный способ посравнению с известным позволяет ны, что объясняется высокими прочностными характеристиками и пластичностью аморфных сплавов С целью повышения эффективности измельчения 5 ленты предварительно подвергаютсяохрупчивающему отжигу при 320 ОС втечение 2 ч, Отожженные ленты подвергаются измельчению в планетарнойшаровой мельнице с твердосплавнымишарами и футеровкой.1 Определяют средний размер получаемого порошка в зависимости от времени измельчения. Полученные данные 15 сведены в таблицу,повысить эффективность измельчения при получении металлического порошка.