Способ получения быстрозакаленных металлов и сплавов

(19),(51)5 В 22 О 11/06 ГОСУДАРСТВЕННЫЯ КОМИТЕТ ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТ 1(71) Московский, авиационный технологический институт им, К.Э.Циолковского (72) И.Н.Пашков, В.А,Васильев, Б,С,Митин и И.В,Родин(54) СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ БЦСТРОЗАКАЛЕННЫХ МЕТАЛЛОВ И СПЛАВОВ (57) Изобретение относится. к металлургии; в частности к получению материалов методом высокоскоростного затвердевания расплава. Цель изобретения - расширение технологических возможностей эа счет получения заготовок из материалов с высоким Изобретение относится к металлургии, в частности к получению материалов в виде чешуек, ленты, нитей методом высокоскоростного затвердевания расплава.В металлургии для производства быстрозакаленных материалов в виде порошка, чешуек, нитей используется метод экстракции из расплава, т.е. вытягивание металла из расплава с одновременным его охлажде. нием на вращающемся диске. При этом диск . располагается над ванной с расплавом.. Известен также способ получения быстрозакаленных материалов, при котором расплав расположен над вращающимся диском. сродствам к кислороду. Предлагаемый способ позволяет уиеньшйть окисленность поверхности быстрозакаленных частиц в материалах, содержащих элементы с высоким сродством к кислороду. Снижение содержания кислорода происходит за счет покрытия материала в процессе получения пленкой флюса или шлака, которые имеют интервал активности до температуры, когда окисление минимально. Поставленная зада, ча решается за счет того, что перед подачейрасплава к вращающемуся кристаллизатору на его поверхности создают слой флюса или шлака в жидком состоянии, объем которого составляет 0,05 - 0,2 от объема расплава.причем расплав вместе с флюсом или шлаком подается на .вращающийся со скоро- З стью 0,5 - 20 м/с барабан, 1 ил., 1 табл,Недостатком этих методов является то, что при нижней подаче металла на поверхности расплава возникают волны, инициированные вращающимся диском, что сказывается на неравномерности получаемых частиц, а главное на значительных снижениях производительности процесса по сравнению с теоретическим расчетом, При верхней подаче расплава необходимо также защищать каплю материала от воздушного потока, захватываемого диском, при этом верхний способ подачи расплава позволяет получать очень тонкие нити или.ленты. Кроме того, недостатком данных методов является необходимость помещения вращающегося диска с ванной расплава вкамеру с защитной атмосферой или вакуумом для получения быстрозакаленных сплавов, Содержащих такие металлы, как йикель, марганец, титан и дримеющие высокое сродство к кислороду. Особенно это проявляется при получении быстроэакаленной продукции на диске, вращающемся с невысокой скоростью, когда увеличивается время нахождения частиц в горячем состоянии.Наиболее близким техническим решением является способ получения быстроэакаленных материалов в виде ленты, нитей и чешуек на вращающемся барабане, при котором расплав на поверхность барабана подается сбоку. При этом наблюдается увеличение производительности за счет увеличения объема ванны с расплавом, а главное, достигается высокая однородность полученной продукции на толщине эа счет отсекания пограничного слоя газовой среды, захватываемой вращающимся барабаном,Однако, практика. использования боковой подачи осложнена трудностью получения быстрозакаленных материалов, имеющих высокое сродство к кислороду, т,е, аппаратурное оформление данного способа в защитной атмосфере или вакууме сопряжено. с техническими трудностями, что приводит к удорожанию процесса, трудности контроля за процессом в случае аварийной. ситуации и к снижению производительности за счет. увеличения времени загрузки расплава, Особенно указанные недостатки проявляются при получении материала толщиной в несколько сот микрон, когда наружная поверхность продукции длительное время находится в нагретом состоянии. В большинстве случаев использование быстрозакаленных материалов требует низкого содержания кислорода в получаемой продукции. Это приводит к невозможности получения открытым способом материалов с большим содержанием никеля, хрома, марганца, железа и др. Также это относится к припоям в виде проволо,ки и ленты, содержание кислорода на поверхности которых должно быть сведено кминимуму.Целью способа является уменьшение окисленности поверхности получаемой продукции, увеличение стабильности по составу и расширение технологическихвозможностей способа.Поставленная цель достигается тем, что согласно способу получения быстрозакаленных материалов с боковым извлечением расплава, заключающимся в приготовлении расплава и извлечении его вращающимся кристаллизатором из материала с высокой теплопроводностью, перед подачей расплава на его поверхности создают слой жидкого флюса или шлака, объем которогосоставляет 0,05 - 0,2.от объема расплава, при5 этом скорость извлечения расплава вместе со шлаком или флюсом составляет 0,520 м/с,Согласно предлагаемому способу расплав подается на вращающийся барабан са10 слоем флюса на поверхности, при этом врезультате смачивания поверхности металла указанным флюсом или шлаком, температура которого ниже температуры плавлениясплава, затвердевающий на барабане мате 15 риал покрыт слоем флюса или шлака, предо. храняющего его от окисления.Известны технические решения для защиты быстроэакаленных частиц от окисления,заключающиеся в помещении20 вращающегося барабана с расплавом в камеру. При этом не обеспечивается равномерностьь по тол щине и умен ьшаетсяпроизводительность процессов за счет увеличения времени на загрузку новой партии25 металла. Создание на поверхности расплава слоя флюса или шлака позволяет, с однойстороны, решить проблему защиты от окисления. поверхности расплава, достичь сохранения стабильности его состава.30 предотвращая угар составляющих элементов, с другой стороны, при хорошей смачиваемости затвердевшего сплава флюсомили шлаком, температура плавления которых ниже температуры сплава, происходит35 захватывание расплавом слоя флюса или.шлака, При этом получаемый материал бу-.дет окружен защитным слоем, предотвращающим его окисление, Внутренняяповерхность частиц плотно прилегает во40 время затвердевания к поверхности дискаили барабана и окисление не минимально.В дальнейшем по мере охлаждения продукции слой флюса йли шлака может отделиться от частицы или остаться на ней, Можно45 подобрать состав флюса таким образом, чтопленка его отделится от частицы при такойтемпературе, когда окисление чистой поверхности металла будет минимально. Однако на поверхности расплава необходимо50 иметь такое количество флюса или шлака,которое хватило бы на защиту всего объемаматериала в процессе получения, в крайнемслучае, часть флюса или шлака осталась быв плавильной ванне. При этом необходимо55 соблюдать условие, чтобы к барабану пода валась все,время та часть ванны, чтобы линия. раздела расплава и флюса проходилачерез точку касания расплава барабана. Приэтом, необходимое количество шлака илифлюса будет зависеть от скорости вращениябарабана, от соотношения поверхностногонатяжения жидкого флюса и расплава. Приобъеме слоя флюса или шлака меньше 0,05от объема расплава количества защитногослоя не обеспечивает предохранения отокисления всего количества материала, приэтом наблюдаются разрывы защитного слояи локальное окисление получаемой продукции. При объеме защитного слоя на поверхности расправа более 0,2 от объемарасплава сложно обеспечить одновременную подачу флюса и расплава к барабану, вначальный момент происходит выброс из. бытка флюса или шлака, что свидетельствует о нецелесообразности увеличения ихобъема.Уменьшение скорости вращения барабана менее 0,5 м/с приводит к возможностипроникновения затвердевшего слоя в объемрасплава, что затрудняет его подачу. С другой стороны, уменьшение скорости приводит к получению продукции большойтолщины, что соответствует скорости охлаждения и получаемый материал будет обладать худшими свойствами. При. низкойскорости возможно также вытекание флюсаили шлака по краям расплава, так как,егожидкотекучесть значительно превышаетжидкотекучесть расплава с учетом недостаточной скорости извлечения.В качестве материала флюса можно использовать в зависимости от.состава расплава соединения бора, фторида, хлорида,которые имеют невысокую температуруплавления и широкий интервал активности.Реализация способа заключается в подаче границы раздела расплава и флюса илишлака к вращающейся поверхности барабана при сохранении минимального и постоянного зазора между плавильной ванной ибарабаном,На чертеже изображена схема реализации способа.Направление вращения барабана должно совпадать с направлением подачи расплава, т,е. если .подача расплаваосуществляется слева, то вращение барабана должно быть по часовой стрелке, и наоборот.Способ может быть использован дляполучения различных марок припоев, армирующих элементов и бетона, лент, нитей,порошка материалов, содержащих элементы, имеющие высокое сродство к кислороду.Использование в качестве защитного слояшлаков на основе стекол может увеличитькоррозионную стойкость получаемых материалов в качестве наполнителей бетонныхсред. П р и м е р 1. Способ получения быстро, закаленных материалов может быть реализован следующим образом.В качестве исходного.материала бь 1 л5 выбран сплав меди с добавками марганца вколичестве 20-23 и олова около 4 вес,.В качестве флюса выбрана смесь борнаякислота 70, фтористый калий 4 - 10, фтористый литий 5, бура 15 - 20, Расплав10 готовили под небольшим количеством флюса для предотвращения окисления в опрокидывающейся печи объемом 0,5 л, имеющейчетыре нагревателя из карбида кремния.Мощность нагреваемого устройства около15 2,5 кВт. Расплав непосредственно из печиподавали зэ вращающийся барабан из медиМ 1, охлаждаемый изнутри водой. Диаметрбарабана составлял 0,2 м, Рабочая поверхность барабана имела гладкую цилиндриче 20 скую форму. Зазор между барабаном иванной расплава поддерживался на уровне0,1 - 0,3. мм. Температура расплава 6700 -780 ОС. Флюс помещался сначала в небольшом количестве для предотвращения25 окисления, затем доводили его объем до заданного уровня, помеченного на футеровкеванны, Положение ванны выбиралось всевремя таким, чтобы линия раздела расплаваи флюса проходила через точку касания ба 30 рабана и расплава. Содержание кислородаво всех экспериментах определялось методом рассеяния частиц,П р и м е р 2. Процесс осуществлялся пометодике, описанной в примере 1, но в ка 35 честве исходного материала был выбрансплав медь - никель - олово, содержащий25 - 30 вес. никеля и 4 - б вес.о олова. Вкачестве флюса бралась смесь тетрабораткалия 70, фтористый калий 30 ф. темпера 4 О тура расплава составляла 800 - 850 С. Рабочая поверхность барабана выполнена в видекольцевых выступов с плоской площадкой1,2 мм с расстоянием между выступами 1,5мм. При этом продукцияполучалась в виде45 тонких ленточек, толщина которых как и в.первом примере составляла 50 - 500 мкм,П р и и е р 3. В качестве исходного материала брали сплав железо - марганец -50 никель с содержанием марганца 10 вес.ф никель 20 вес., В качестве флюса выбран состав борная кислота 30, гидрат окиси калия фтористого 25 О, водородная кислота 45 с добавкой кварцевого порошка. При 55 этом получаемая продукция имела оболочку из стекла сложного состава, Температура. расплава составляла 1000-1070 С. Результаты экспериментов по примерам 1-3 приведены в таблице .1708502 ЬЫяеснм фтет 1 Ь Сплав Толщянаслоя Скорость вращения барабана, мlс олщиналенкикисла,Примечани прод мкмн 0,15, 0, 15 0,15 130 85, . 220 го 50 55 ытекание флюса по к авномерное покрытие ю 5 о 10 20 о,О;1о,о 65 азрывы пленки флюса км Несплоюность пле Остаток беэ флюс 1-5100то нки о,о 5О:,10,20,25 а 10 1 О 2 Си ару- дача 2 16 . ЦО 16 250 3 160 8 8 70 16 аруюен фтвзса 3 Ге Ип 1512 10. Горват Заказ 386 , . Тираж : Подписное8 НИИПЙ.Государственного комитета по изобретениям и открытиям113035, Москва, Ж; Раушская наб 4/5 ТСС Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 10 Формула изобретенияСпособ получения быстрозакаленных металлов и сплавов преимущественно в виде лент и волокон, включающий нагрев, расплавлейие и перегрев металла в плавильной 5 емкости, его подачу на поверхность вращающегося со скоростью 3-20 м/с кристаллизатора, о т л и ч а ю щ и й с .я тем, что, с целью расширения технологических возможностей за счет получения заго-. товок из материала с высоким сродст.вом к кислороду, поверхность расплава перед подачей на кристаллизатор покрывают слоем флюса, объем которого составляет 0,05-0,20 от объема расплава. Трудность реализацивеется одновременнафлюса с рвсплавомОытекание флюсаОстаток беэ флюсаодновременной подачрасплавардсорбированное состкислорода