Способ гранулирования струи металлических расплавов

(ц 1728282 Союз Соеетских Социалистических Республик(51) М.Кл.з В 22 Р 23/08 с присоединением заявки -1 осударстееннык комитет СССР по делам изобретений и открытий. -. (45) Дата опубликования описания 30.03.82(71) Заявитель Ордена Ленина физико-технический институт им, А, ф. Иоффе/=22 Е Изобретение относится к технике получения порошкообразных металлов и спла,вов, в частности тугоплавких например титана, сплава железа, никеля, кобальта,Известен физико-химический способ получения порошков металлов, заключающийся в том, что металл:восстанавливают из химических соединений 11.Недостатком описанного способа яв ляется иевозможность получения гранул сплава, так как химический состав,конечного прОдукта строго задан процессом.Известен также механический способ получения порошюв металлов, заключаю щийся в том, что сврую иидкого металла .распыляют газом, водой,или лопатками вращающейся,крыльчатки и охлаждают затем водой или другой жидкостью 21.20Недостатком описанного способа является невозможность гранулирования тугоплавких металлов и широкий транулометричесжий состав, конечного продукта.Известен также способ получения ме таллических гранул, включающий распыление струи иидкого металла путем пропускания через иее электрического тока, и последующего охлаждения полученных ка-пель 3. 30 Недостатком данного способа является низкое качество гранул, получаемых из тугоплавких металлов и сплавов.Целью изобретения является повыщение качесвва гранул тугоплавких металлов и сплавов заданного, размера,Цель достигается тем, что процесс ведут в кнЕртной атмосфере, а величину тока определяют из соотношения где 1 - ток через струю в Аа - иоэффициент поверхностного натяжения жидкого металла, дин/см10 - диаметр струи, см- диаметр .капель, см.Протекание электрического тока по струе, независимо от свойств образующей ее электропроводной жидкости, приводит к потере устойчивости, если плотность тока в струе достаточна дланя того, чтобы сила магнитного давления на поверхности металла превышала силу поверхностного,натяжения, При этом струя, как показано теоретически и экспериментально разрушается вследствие возникновения и развития в ней магнитопидродинамической неустойчивости нулевой моды, превращаясь728282 Таблица 1 Ток, А для получения гранул диаметром, см30 Дар струи титана з,см600 933 1233 1356 1808 2073 2873 3653 5,5 92 25 51 64 79 48 61 11,352,710,58,9794,5410,219,34 СвинецАлюминийСереброМедьЖелезоТитанМолибденВольфрам в,набор капель, Одновременно могут начать развиваться неустойчивости с разными длинами волн, но всегда существует длина волвы неустойчивости, инкремент нарастания которой, а следовательно и скорость,развипия превышает инцремент и скорость развития неустойчивостей с дру гвми длинами волн, Это означаетчто существует предпочтительный диаметр образующихся капель. Величина предпочтительнюпо диаметра,капли зависит от тока через струю, начального диаметра струи, коэффициента поверхностного натяжения жидкого металла и может быть определена из гэрлведенного выше выражения. Отсюда следует, что меняя величину тока через струю, можно менять диаметр образуюшшся капель.Капли расплавленного металла, как вся,кое;напретое тело излучают запасенную энергию пропорционально температуре в четвертой степенями. Вовремя,необходимое для -гого, чтобы они только за счет излученияочздали столько энерпии, чтобы могли кристаллизироваться,равно где 1 - вовремя, с;Я - скрытая теплота плавления капли, калуг (перецрев капли относительно температуры плавления заметной роли,не ипрает);р - .,вес каплями, 1 г5 - площадь поверхности капли, см; Т - температура капли в градусахКельвина;о - постоянная Стефана-Больцмана(0=1,3548 10 - кал/ом град 4 с).На высоте падеяия капли равной нл,и большейотпадает необходимость в специальной ох - лаждающей среде, При распылениями струги и охлаждения капель в,инертной атмосфе, ре,не происходят изменений,в ях химическом составе,На чертеже привелен эскиз установкидля реализации,предложеннопо способа.Установка состоит из камеры 1, атмосфера в которой ине 1 ртна для распыляемого металла, ванны 2 с жидким металлом,электрода 3 и источника 4 тока,Струя 5 жидкого,металла, замыкая цепьисточника тюка 4, включает электрическийток. При этом в струе,развивается матнитогидродинамическая неустойчивость нулевой моды, которая ее разрушает, превращая в набор разлетающихся капель. Падаявниз и излучая, капли остывают и кристаллизуются в полете. На дне камеры накапливается порошкообразный металл,В табл. 1 приведены значения тока через струю титана диаметром 0,4; 0,2 и 0,1, см для получения гранул диаметром 0,4; 0,2 и 0,1 см. Видно, что даже для струи диаметром 0,4 см величина необходимого тока для получения прянул диаметром 0,1 см не превьппает 280 кА. з Коэффициент поверхностного натяжения титана а=1588 дин/см. 45 В табл. 2 прйведена высота,камерынеобходимая для того, чтобы капли разных металлов диаметром 0,2 см"запвердевали за счет излучения, падая пюд действием силы тяжести,Видно, что металлы, температура плав.ления и затвердевания которых высоки, иристаллизуются относительно быстро. Высота, камеры, например, для титана состав.ляет 2,5 м, в то время,как для алюминия превышает 600 м. Следовательно, использовать затвердевание капель за счет излучения в свободном падении целесообразно -только при гранулировании металлов, темлература плавления которых превышает 1000 К. Для затвердевання капель металлов, имеющих низкую температуру плавле. ния и .затвердевааия, следует испольэовать спеп 1 иальные охлаждающие жидкости; Использование предлагаемого способа гранулирования металла обеспечивает по сравяению с существующими снособами следующие преимущества. возможность получения гранул тугоплавких металлов; возможность получения гранул преимущественно,заданного размера; возможностьуправления размерами гранул в широких пределах; идентичность химического состава гранул химическому составу расплава; возможность затвердевания капель туголлавких металлов без специальной среды.формула изобретенияСпособ граяудирования металлических расплавов, включающий распыление струи жидкого металла путем пропускания через нее электрвческюго тока и последующего охлаждения полученных капель, о т л ич а ю щ и й с я тем, что, с целью повышения 5 ,качества гранул тугоплавких металлов исплавов заданного размера, процесс ведут в инвртной атмосфере, медичину тока онределяют из соотношения;б х/га Зр=гооде 1 - ток через струю, А;а - коэффициент поверхностного натяжения, дин/см;00 -диаметр струи, см;Ы - диаметр гранул, см,2 О Источники информации, принятые во внимание при экспертизе;1. Кипарисов С. С, и Либенсон Г, А. Порошковая металлургия. Металлургия, М25 1972, с. 45, 60, 100.2. Т,ам же, с, 39, 42.3. Авторское свидетельство СССРЗО305915, кл, В 22 Р 9/00, 1968,728282 й оставитель Г. КибовТехред И. Пенчко орректор И, Осиновскаисьм едакто Тип. Харьк. фчл. пред, Патент Заказ 255/165 Изд.121 Тираж 853 ПодписноеНПО Поиск Государственното комитета СССР по делам изобретений и открытий113035, МоскваЖ, Раушская наб д. 4/5