Способ диспергирования материала

(51)4 В 22 ЕНИ с а СР 00 1 Ь М ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ ССС ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫ ИСАНИЕ И ВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ(71) Московский авиационный техноло гический институт им. К.Э,Циолковс- кого(54) СПОСОБ ДИСПЕРГИРОВАНИЯ МАТЕРИА 1 А(57) Изобретение относится к области.порощковой метаплургии и может бытьиспользовано при производстве порошков и волокон путем экстракции иэрасплава. Целью изобретения является развитие метастабильного состояния получаемого продукта. Сущностьспособа заключается в том, что расплав материала, диспергиуе)ый соскоростью охлаждения 10 -1 О град/сбыстро вращающимся диском-кристаллиэатором, подвергается воздействиюультразвука посредством диска-кристаллиэатора, передающего ультразвуковые акустические волны с амплитудой колебания 1-10 мкм. 2 табл.Изобретение относится к порошковой металлургии и может быть использовано при производстве порошков и волокон путем экстракции из расплава.5Цель изобретения - повышение однородности структуры материала.Расплав материала, диспергируемый со скоростью охлаждения О - О град/с быстровращающимся дискомкристаллиэатором, подвергают воздействию ультразвука при помощи дискакристаллизатора, передающего ультразвуковые акустические волны с амплитудой колебания -О мкм. Такое комп лексное воздействие на расплав, а именно быстрое охлаждение и ультразвук, позволяет зафиксировать мета- стабильное состояние дисперсного материала. При диспергировании распла ва вращающщся диском-кристаллиэатором процесс подразделяется на 111 этапа. Начало 1 этапа - погружение диска-кристаллизатора в расплав. В этот момент происходит охлаждение 25 перегретого расплава и его затвердевание на диске. Окончание 1 этапа- момент выхода частичного охлажденного на диске расплава из общей массы расплава. 11 этап фиксируется момен тами выхода из расплава и последующими моментами отделения от него и характеризуется изменением условия охлаждения, так как экстрагируемая частица материала находится уже в контакте с диском и газовой средой, а не с диском и жидким массивом диспергируемого материала, 111 этап - охлаждение отделившегося от диска материала. Здесь охлаждение частицы 40 происходит конвекцией, а не теплопроводностью.В данном способе для получения порошка ультразвук воздействует на 45 последний этап в течение 1 и 11 этапов диспергирования, а в случае получения волокон - в течение всех этапов диспергирования, что не наблюдается при воздействии ультразвуком50 через расплав (воздействию ультразвука подвержен только 1 этап диспергировани я ) .При воздействии ультразвуком иа55 быстроохлаждаемый материал наблюдается возрастание плотности дислокаций в дисперсных частицах, возрастает величина напряжений, которые возникают в кристалле, уменьшается размер зерна полученного материала. Увеличение плотности дислокаций, размеры зерна и т.п., под влиянием ультразвуковых колебаний ведет к увеличению местабильного состояния получаемого продукта. Кроме того, материап, полученный быстрым охлаждением без воздействия ультразвуком, имеет слои, отличающиеся по своей структуре, что приводит к аниэотропии, Так, микрообъем частицы, прилегающей к диску, характеризуется мелкозернистой структурой, а микрообъем не прилегающей к диску частицы - относительно крупнозернистой и во многих случаях игольчатой структурой. В случае одновременного воздействия скоростью охлаждения и ультразвуком наблюдается более равномерная мелкозернистая структура дисперсного материала, При вводе ультразвуковых колебаний при помощи диска-кристаллизатора значительно проще вести процесс диспергирования в кавитационном режиме (по сравнению с процессом диспергирования при вводе колебаний через расплав) и это позволяет генерировать непосредственно вблизи фронта кристаллизации ударные волны, которые приводят к уменьшению зерна, получаемого быстрым охлаждением материала. Кроме того, способ позволяет управлять процессом смачивания расплава дискакристаплизатора и позволяет устранять из эоны взаимодействия захлопнувшиеся частицы газовой среды, что в сумме стабилизирует процесс диспергиро-. вания материала.На изменение субструктуры в поле ультразвуковых колебаний при сверхбыстром охлаждении диспергируемого материала значительное влияние оказывает амплитуда колебаний (при ультраэвуковой частоте), Величина полученных частиц порошка при диспергировании расплава материала вращающимся диском-кристаллиэатором зависит от глубины погружения диска в расплав; скорости вращения диска; величины адгезионной прочности, т.е. пары диск - расплав; состояния поверхности диска; прочности; пластичности сплава; состояния между ТКР диска и сплава; площади контакта; температуры диска. Промышленность часто требует получения порошка с различным значением среднего размера частиц,Для получения таких порошков необходимо варьировать указанными факторами процесса. 11 о для сохранения однородной структуры частиц необходимо в общей гамме варьировать и амп 5 литудой колебания подводимого ультразвука, причем с увеличением размера частиц должна возрастать и амплитуда колебаний, Для получения однородной структуры частиц согласно предлагаемому способу необходимо обеспечить критические условия, которые могут быть выражены через соотношение размера частиц 10-100 мкм и амплитуды колебания 1-1 О мкм соответственноРезультаты опытов приведены в таблПри диспергировании различных металлов и сплавов с различными параметрами кристаллической решетки амплитуда может меняться в широких пределах (от единиц до десятков микрон), Так, при диспергировании легких ме таллов, например алюминия, эффект наблюдается при значении амплитуды 1-2 мкм, а при диспергировании тяжелых металлов, например цинка, значения амплитуды возрастают на порядок, щ11 р и м е р. Материалы алюминий и цинк диспергируются быстровращающимся диском-кристаллизатором (медным и дюралевым) соответственно со скоростью 2500 об/мин (диаметр диска 20 мм). В первом случае алюминий и цинк диспергируются без наложения ультразвука при помощи диска-кристаллизатора. Во втором - с наложением ультразвука частотой 44 КГц с ампли тудой колебания 1 мкм (алюминий) и 10 мкм (свинец), Ь мкм (цинк). Металлографический анализ показывает,что при указанных амплитудах происходит изменение зерна вплоть до микронного 45 размера. Для оценки метастабильного состояния определяют температуру структурной перестройки метастабильных волокон путем пропускания стабилизированного тока через волокна при плавном нагреве (моменту "перестройки" соответствует момент "отрицательного скачка" электросопротивления волокна).Результаты опытов сведены втабл.2,Формула изобретения Способ диспергирования материала экстракцией иэ расплава вращающимся диском-кристаллизатором со скоростью охлаждения 10 -10 град/с при воздей 4 9ствии на расплав ультразвуковых колебаний, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью повышения однородности структуры материала, воздействие на расплав ультразвуковых колебаний осуществляют через диск-кристаллизатор с амплитудой колебания 1 10 мкм.Таблица Размерчастиц,мкм Микрокристаллическаяструктура, % Амплитуда,мкм 0,5 1 О 10 100 100 10 100 100 15 00 100 Таким образом, предлагаемый способ диспергирования материала харак теризуется тем, что позволяет получать материал в метастабильном состоянии с однородной микрокристаллической структурой, повышающей активность дисперсного материала, который можно применять в различных областях техники (электроды источников тока, в процессах сварки и пайки и т.д.) с достижением экономического эффекта. Так, применение цинка, полученного указанным способом, в элементах Аувеличивает емкость последних на 20% по сравнению с цинком, полученным обычным диспергированием (разряд производится постоянным током 1 = 100 мА и 200 мА непрерывно).1380863 Т а б л и ца 2 Материал Опыт Применение Темпе,20 Алюминий 0 150 инец 2 Цинк Эффект слабовыражен ний не 80 Процесс нестабилеиз-эа разбрызгивания расплава Составитель Г.КоломейцеРедактор С,Лисина Техред И.Верес орректор М.Шаров 40 Поственного комитета СССРэобретеннй и открытийЖ, Раущская наб.,аказ 1144/1 сное Производственно-полиграфическое предприятие, г,ужгород, ул.Проектная, 4 Тираж НИИПИ Госуда по делам 13035, МосквАмплитудаколебаний,мкм ратура, "перестройки",С РазбрызгиваниерасплаваЭффект уменьшения зернаслабо выражен Процесс нестабилен из-заразбрызгиваниярасплаваЭффект уменьшенизерна слабовыражен