Способ комбинированной обработки материалов

ИСАН Е К АВТОРСКО ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИПРИ ГКНТ СССР(71) Институт прикладной физики АН МССР(56) Ладиков-Роев Ю,П, и др. Тезисы докладов 4 Всесоюзной научно-технической конференции "Электрический разряд вжидкости и его применение в промышленности", Исследование электрической эрозии и диспергирования металлов в средепри разрядно-импульсных технологий. Николаев, 1988, ч. 2, с. 206,Авторское свидетельство СССРМ 1176938, кл, В 01 3 8/18, 1985.(54) СПОСОБ КОМБИНИРОВАННОЙ ОБРАБОТКИ МАТЕРИАЛОВ Изобретение относится к электро-физико-химическим методам обработки, в частности к способам обработки материалов импульсными разрядами.Известен способ получения мелкодисперсной фазы импульсным электрораэрядным диспергированием металла, в жидкостях и газах,. основанный на явлении электрической эрозии и диспергировании металла, заключающегося в разрушении поверхности материала энергией высокотемпературных локальных источников, возникающих в результате протекания тока между электродами, и разбрызгивании под действием различных факторов жидкой фазы в окружающей среде,Однако по этому способу диспергирование происходит наиболее интенсивно в случае мел кодисперсных материалов,(57) Изобретение относится к электрофизикохимическим методам обработки, в частности к способам обработки материалов импульсными разрядами, и позволяет повысить эффективность обработки материала за счет увеличения поступательной и вращательной подвижности частиц, расширить многообразие проводимых процессов, а также осуществить тонкое измельчение дисперсного материала, Согласно изобретению обрабатываемый материал (в случае немагнитовосприимчивых материалов - смесь немагнитных и магнитовосприимичивых) приводят в магнитоожиженное состояние наложением переменного, бегущего, вращающего или пульсирующего магнитно- З го поля и возбуждают в системе импульсные разряды в искровом режиме. 2 з.п, ф-лы, 1 ф а табл 1 ил,поскольку с увеличением диаметра гранул сокращается число контактных участков диспергируемого металла, что снижает про- ф" изводительность процесса обработки. Кро- Л ме того, с увеличением вводимой энергии Ы выше некоторого уровня, лимитированного Я тепловыми процессами, возможно привари- (ф вание частиц дисперсного материала друг с другом и резкое ухудшение процесса обработки. Наиболее близким по технической сущаааааа ности и достигаемому эффекту к предлагаемому техническому решению является способ обработки материалов в псевдоожи женном слое дисперсных материалов, включающий ожижение частиц, подачу реагентов и последующий нагрев путем пропускания электрического тока непосредственно через псевдоожиженный слой дисперсных частиц, электрический ток пропускают в момент расширения слоя.Недостатком известного способа является трудность создания однородного псевдоожиженного слоя для крупных частиц, Кроме того, в этом способе электрический ток используется для непосредственного прямого нагрева псевдоожиженного слоя за счет пропускания тока, т.е. используется электротермический псевдоожиженный слой. Для повышения энергетических характеристик процесса необходимо реализовать ввод энергии в систему импульсными в искровом режиме на временах 10 - 10 с, Псевдоожиженный слой не позволяет реализовать эти режимы, так как процесс происходит в режиме дугового разряда, который энергетически менее выгоден,Целью изобретения является повышение эффективности обработки материалов за счет увеличения поступательной и вращательной подвикности частиц, расширение многообразия проводимых процессов, а также тонкое измельчение дисперсного материала.Указанная цель достигается тем, что в рабочую камеру, содеркащую два коаксиальных электрода, помещают дисперсный. материал (в случае немагнитовосприимчивых материалов - смесь немагнитных и магнитовосприимчивых), который затем приводит в магнитоожиженное состояние (интенсивное движение по всему рабочему объему) наложением переменного, бегущего, вращающегося или пульсирующего магнитных полей, и возбуждают в системе импульсные разряды. Магнитовосприимчивые частицы, хаотически перемещаясь в рабочем объеме, играют роль плавающих электродов - электрические разряды возникают при контактировании частиц с электродами и друг с другом, а кратковременность контактирования и большое количество замыканий межэлектродного промежутка практически снимают ограничения вводимой энергии импульсных разрядов. Сопоставительный анализ с прототипом показывает, что в заявляемом способе магнитоожижение посредством внешнего магнитного поля приводит к дополнительному эффекту - диспергированию за счет интенсивного движения частиц (максимальные скорости поступательного перемещения до 7 м/с и вращательного движения до 1600 рад/с), что создает в обрабатываемом материале предельные напряжения сдвига посредствомсдавливания, среза, удара.На чертеже представлена схема реализации предлагаемого способа.20 30 35 40 45 модействие между магнитовосприимчивыми частицами и снижает вероятность образова 50 55 51015 Источник питания имеет два независимых блока; сильноточных разрядов низкого напряжения 1 и слаботочных импульсных разрядов высокого напряжения 2. Магнитоожижение создается магнитным полем от индуктора 3, Рабочая камера 4 содержит два коаксиальных электрода 5 и 6, Обрабатываемый (е) материал (ы) 7 периодически или непрерывно загружают в рабочую камеру. Обработку материалов проводят в зависимости от поставленной задачи в химически активной среде, либо во вспомогательной среде, которая не взаимодействует с обрабатываемыми материалами.Способ осуществляют следующим образом,В случае обработки магнитовосприимчивых материалов их обьемная концентрация в рабочем обьеме составляет 1 - 200, Верхний предел концентрации обрабатываемых материалов обусловлен тем, что при больших концентрациях в рабочем обьеме начинают образовываться устойчивые неподвижные структуры, для разрушения и перевода которых во взвешенное состояние требуются значительные энергетические затраты, Нижний предел обусловлен требованиями эффективности обработки, таккак при уменьшении концентрации в единице обьема уменьшается количество импульсных разрядов.Для обработки немагнитовосприимчивых материалов в рабочую камеру помещают смесь, состоящую измагнитовосприимчивых частиц, занимающих 1-25 ф 4 рабочего обьема, и обрабатываемого материала, занимающего 10-300 рабочего объема. Обоснование пределов по концентрации магнитовосприимчивых частиц здесь такое же, как и в первом случае,причем верхний предел несколько выше, так как наличие в системе немагнитного материала уменьшает диполь-дипольное взаиния устойчивых неподвижных структур, Нижний предел по концентрации обрабатываемого материала обусловлен требованиями производительности. Увеличение концентрации обрабатываемого материала более 30 приводит к снижению производительности процесса, так как сильно возрастает диэлектрическая прочность эффективного рабочего промежутка, что снижает вероятность возникновения искрового разряда, и эффективность обработки, так как на весь обрабатываемый материал оказывается вовлеченным в ожиженное состояние, что,в свою очередь ухудшает условия движения магнитовосприимчивых частиц.В рабочем объеме с помощью магнитного поля индуктора создают магнитоожиженный слой, причем немагнитовосприимчивые частицы ожижаются посредством интенсивного движения магнитовосприимчивых материалов.Индукция магнитного поля, необходимая для магнитоожижения, составляет 0,01-0,15 10 Т, причем пределы соответствуют пределам концентрации обрабатываемых материалов.На коаксиальные электроды подают на 15 пряжение от источников питания, что приводит к возникновению в рабочем объеме импульсных разрядов.Данный способ позволяет вести обработку материалов в следующих режимах; 20 обработка в магнитоожиженном слое (режим 1); обработка в магнитоожиженном слое с одновременным возбуждением сильно- точных импульсных разрядов, используя блок 1 источника питания. Параметры силь 25 ноточных разрядов: энергия в импульсе 0,5- 5 Дж, длительность 10 - 50 мкс, частота их следования 100-1000 Гц(режим); обработка в магнитоожиженном слое с возбуждением слаботочных разрядов от блока 2 30 источника питания, причем рабочее напряжение колеблется в пределах 1-50 кВ (режим 111); обработка в магнитоожиженном слое с одновременным возбуждением сильноточных и слаботочных разрядов (режим В).П р и м е р 1, Диспергирование сыпучего материала.Полученные результаты по диспергированию приведены для кварцевого песка. Ис 35 ходная дисперсность песка составляла 500 мкм, Объемная концентрация обрабатываемого материала 300, а магнитовосприимчивых материалов 2,5. Геометрические параметры магнитовосприимчивых матери 40 в зависимости от времени и вида обработки. 50Нумерация режимов обработки соответствует приведенной выше классификации ре-жимов, а их рабочие параметры следующие:11 - энергия в импульсе 3 Дж, длительность импульса 30 мкс, частота их следования 700Гц: 331 - рабочее напряжение 30 кВ; 1 Чпараметры такие же, как в и 11. П р и м е р 2, Электроэрозионно-элект;рохимическая обработка материалов. алов; б = 1,5 мм, 3/б = 10, где 3 - длина частиц; 45б - их диаметр, Индукция магнитного поляВ =0,15 Т.В таблице представлены результаты поизменению дисперсности кварцевого песка Обработку проводили в водном растворе йаС 1, причем анодом служили как внешний, так и внутренний электроды иэ стали Х 18 Н 10 Т. Индукция магнитного поля В = =0,15 Т; параметры сильноточных импульсных разрядов следующие: энергия в разряде 3 Дж, длительность 30 мкс. частота их следования 1 кГц. Испытания показали, что происходит одновременно анодное растворение металла по всей поверхности и его локальное эрозионное разрушение, так как в отработанной жидкости обнаружены мелкодисперсные частицы материала анода. Экспериментально установлено, что электроэрозионно-электрохимическая обработка материалов протекает интенсивнее, когда анод является внутренний электрод, причем выход по току по сравнению с традиционной электрохимической обработкой увеличивается на порядок,П р и м е р 3. Диспергирование и модификация металлических материалов.Проводили обработку сплава ВК 10 с характерными размерами 10 м в диэлектрических жидкостях,: дистиллированная вода и трансформаторное масло, Индукция магнитного поля 0,15 Т. В рабочей камере возбуждали импульсные разряды с энергией 4 Дж, длительностью 25 мкс и частотой следования 700 Гц, При обработке в дистиллированной воде получали диспергированный порошок твердого сплава ВК 10 с дисперсностью 10-20 мкм, а проведение процесса обработки в трансформаторном масле позволило не только диспергировать, но и модифицировать состав получаемого продукта. Исследования показали, что в данном случае образовывается карбид. вольфрама кубической модификации 3- ЧЧС, который составляет около 750 от получаемого продукта с размерами частиц 5 - 10 мкм.Формула изобретения 1, Способ комбинированной обработки материалов путем ожижения частиц в рабочем объеме химически активной или вспомогательной среды при одновременном возбуждении в ожиженном слое импульсных электрических разрядов, о т л и ч а ю щи йс я тем, что, с целью повышения эффективности обработки за счет увеличения поступательной и вращательной подвижности частиц, ожижение материала проводят магнитным полем переменной индукции величиной 0,01-0,15 Т, например, бегущим, вращающимся или пульсирующим магнитным полем, а электрические разряды в объеме камеры возбуждают в искровом режиме при полном магнитоожижении дисперсного материала, в качестве вспомогательной среды используют. у 1,20 20,88 11,39 48,45 4,94 30,64 15,73 52,43 24,69 62,87 12,44 37,70 62,00 0,30 магнитовосприимчивый материал,концентрацию поддерживают на уровне 1-20 рабочего объема, в состав которого перед ожижением вводят химически инертные магнитовосприимчивые частицы в количест ве, занимающем 1-25 рабочего объема, а концентрацию частиц обрабатываемого материала поддерживают на уровне 10-30 рабочего объема,2. Способ по п.1, о т л и ч а ю щ и й с я 10 тем, что, с целью расширения многообразия проводимых процессов, в качестве химически активной или вспомогательной среды используют жидкость, например водные растворы электролитов и жидкие диэлектрики.3, Способ по пп.1 и 2, отл ичв ю щийс я тем, что, целью тонкого измельчения дисперсного материала, в ожиженном слое дополнительно возбуждают слаботочные импульсные разряды с напряженностью до 25 к 8/см.1745328 едактор О,Голова изводственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул. Гагарина, 10 аказ 2343 ВНИИП Составитель Т;Барабашехред М,Моргентал Корректор Э,Лончакова Тираж Подписноеосударственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР113035, Москва, Ж, Раушская наб., 4/5