Способ получения металлического порошка

Способ получения металлического порошка

Реферат

 

(19)SU(11)1106093(13)A1(51)  МПК ⁶    _B22F9/02(12) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯк авторскому свидетельствуСтатус: по данным на 17.01.2013 - прекратил действиеПошлина:

(54) СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ МЕТАЛЛИЧЕСКОГО ПОРОШКА

Изобретение относится к порошковой металлургии, в частности к способам получения порошков высокореактивных металлов и сплавов методом центробежного распыления вращающейся заготовки. Известен способ получения порошков из металлических расплавов посредством центрифугирования металлических капель из вращающегося тигля, имеющего отверстия. Металлические капли попадают на охлаждающую металлическую поверхность под углом, не превышающим 30^о. Для лучшего отделения застывших частиц порошка охлаждающую поверхность подвергают вибрации. Недостатком известного способа является низкое качество порошка из-за его высокой окисленности. Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к описываемому является способ получения металлического порошка, включающий оплавление торца заготовки и последующее центробежное распыление в инертной атмосфере вращающейся заготовки. В качестве инертного газа используют гелий. Способ позволяет получать порошок алюминия без заметного поверхностного окисления. Недостатком известного способа является невозможность получения порошков высокореактивных металлов и сплавов, использующихся при производстве дисков газотурбинных двигателей, с содержанием кислорода, не превышающим 0,007% Этот недостаток объясняется следующим образом. Под действием центробежных сил расплавленный металл срывается с торца в виде капель, застывает в атмосфере инертного газа, образуя порошок сферической формы. При этом первые порции получаемых порошков взаимодействуют с остатками кислорода и влаги в инертном газе или с этими же газовыми примесями, десорбирующимися с внутренних охлаждаемых поверхностей камеры распыления при включении источника тепла. Это взаимодействие ведет к окислению поверхности порошка, иногда до появления цветов побежалости. Окисленные даже единичные частицы порошка переводят всю партию порошка в брак, так как недопустимо их наличие в высоконагруженных дисках газотурбинных двигателей. При расплавлении торца заготовки с помощью электрической дуги происходит переход части вольфрама с нерасходуемого электрода в порошок. Особенно вредна примесь вольфрама в титановых сплавах. В связи с этим этот метод распыления претерпел модернизацию: расплавление торца заготовки ведут с помощью плазмотрона. Последний также не лишен недостатков: в момент включения возможны выбросы меди из медного водоохлаждаемого сопла-анода и частиц вольфрама с катода. Эти частицы, как правило, образуются в начальный момент процесса распыления при включении плазмотрона, количество их почти в 500 раз меньше, чем при использовании электрической дуги, но и они загрязняют партию порошка. При распылении термически хрупких сплавов возможно растрескивание распыляемых заготовок и попадание в образующийся порошок частиц нерасплавленного металла. Это ведет к ухудшению качества порошка. Целью изобретения является повышение качества порошка и увеличение выхода годного. Для достижения поставленной цели в известном способе получения металлического порошка, включающем оплавление торца заготовки и последующее центробежное распыление в инертной атмосфере вращающейся заготовки, распыление осуществляют в две стадии: сначала при частоте вращения заготовки 3000-5000 об/мин в течение 0,5-10 мин, после чего полученные гранулы выводят из камеры распыления, а затем частоту вращения заготовки увеличивают в 2-5 раз. Для исключения попадания в порошок нерасплавившихся частиц при распылении термически хрупких сплавов первую стадию процесса проводят на пониженной мощности плазменной струи для предварительного прогрева торца заготовки при равномерном оплавлении всей его поверхности. По описываемому способу процесс распыления осуществляют следующим образом. На первой стадии ведут очистку атмосферы распыления получением крупных гранул, которые собирают в отдельной емкости. Крупные гранулы получают для того, чтобы в последующей операции рассева товарных гранул эти крупные были надежно отделены. Вторую стадию процесса осуществляют при постоянно горящей плазменной дуге, поэтому эрозии плазмотрона практически не происходит, а гранулы получают более мелких размеров, чем на первой стадии процесса. От случайно образующихся на этой стадии более крупных гранул избавляются рассевом, при этом в отсеиваемую часть попадают и окисленные гранулы, оставшиеся в порошке от первой стадии. На второй основной стадии получают порошок, крупность частиц которого в зависимости от сплава (никелевый, титановый, железный, алюминиевый и так далее основа) и от назначения может колебаться в пределах 70-600 мкм. Для получения частиц такой крупности частота вращения распыляемой заготовки должна быть соответственно 6-25 тысяч об./мин. Для того, чтобы от этих частиц можно было надежно отсеять окисленные частицы, полученные на первой стадии процесса при очистке атмосферы распыления, они должны быть в 2-8 раз крупнее, т.е. при получении товарной фракции 70 мкм на первой стадии следует получать гранулы размером 400-600 мкм, что обеспечит надежное отделение их при рассеве от товарных; частота вращения заготовки при этом должна быть около 5000 об./мин. При получении товарных частиц размером 500-600 мкм на первой стадии следует вести распыление для получения гранул 1000-1200 мкм, которые также надежно отделяются при рассеве от товарной фракции. Эту крупность можно обеспечить при частоте вращения заготовки около 3000 об./мин. Получение на первой стадии гранул, крупностью более чем в 8 раз превышающих товарные частицы, приводит к резкому сокращению поверхности очистки, так как чем меньше размер гранул, тем больше их общая поверхность. Крупность, менее чем в 2 раза превышающая товарную, приводит к трудности их разделения при рассеве. Следовательно, процесс должен осуществляться при следующих параметрах: первая стадия процесса при частоте вращения заготовки 3-5 тысяч об./мин, что обеспечивает получение гранул размерами от 600 до 1200 мкм; вторая стадия процесса при частоте вращения в 2-5 раз выше (6-25 тысяч об/мин) для получения товарной фракции частиц размерами от 70 до 600 мкм. Продолжительность первой, очистной, стадии процесса зависит от содержания примесей кислорода и паров воды в применяющемся инертном газе; от влажности окружающей атмосферы, пары влаги которой адсорбируются на внутренних поверхностях открытой камеры распыления; от требуемой чистоты частиц порошка. Практически эта стадия должна продолжаться не менее 0,5 мин при атмосфере распыления высокой чистоты и не более 10 мин. При продолжительности стадии более 10 мин очистка становится экономически нецелесообразной. Продолжительность очистки газа менее 0,5 мин не обеспечивает полного удаления адсорбированной влаги. П р и м е р 1. Ставилась задача получить порошок с размером частиц до 600 мкм распылением заготовок диаметром 75 мм титанового сплава ВТ 6. Анализ газовой среды в камере распыления показал наличие в ней примеси влаги и кислорода 70 и 30 ppm соответственно. Для очистки атмосферы распыления первую стадию процесса в течение 10 мин проводили при распылении заготовки, частота вращения которой была 3000 об./мин. Параметры работы плазмотрона: сила плазменной дуги 1000 А, напряжение 42 В. Получающиеся при этом гранулы размером около 1100-1200 мкм, содержащие повышенное количество кислорода и окисленные частицы (за счет взаимодействия с О₂ и Н₂О атмосферы распыления) вместе с продуктами эрозии анода (медь) и катода (вольфрам) плазмотрона при его зажигании, выводили из камеры распыления в отдельную емкость. Количество гранул, полученных на этой стадии процесса, составило 3 кг. По окончании этой стадии повторный анализ атмосферы распыления показал, что влаги и кислорода в ней содержится 3 и 2 ppm соответственно, т.е. произошла очистка инертного газа до уровня, обеспечивающего получение качественных порошков. Емкость для сбора продуктов распыления первой стадии была заменена на специальный бункер для товарного порошка. Вторую стадию процесса осуществляли на тех же параметрах работы плазмотрона при частоте вращения заготовки 6-7 тысяч об/мин. При этом было получено около 500 кг порошка средней крупностью 600 мкм при содержании кислорода в нем 0,04% Этот порошок был рассеян на ситах с ячейкой 0,6 мм для удаления более крупных частиц. В пробе товарного порошка не было обнаружено примесей меди и вольфрама и окисленных частиц. Выход годного составил 99,4-99,6% П р и м е р 2. Ставилась задача получить порошок с размером частиц 70 мкм из заготовок диаметром 50 мм сплава ЭП 741. Анализ газовой среды в камере распыления показал, что содержание в ней влаги и кислорода было 12 и 8 ppm соответственно. В результате проведения первой стадии процесса распыления заготовки в течение 0,5 мин при параметрах работы плазмотрона: силе плазменной дуги 1000 А и напряжении 42 В при частоте вращения заготовки 5000 об/мин, были получены гранулы размером около 600 мкм, которые собирали в отдельные емкости. Всего на первой стадии было получено 0,5 кг гранул. При этом атмосфера распыления была очищена до содержания 4 ppm H₂O и 3 ppm O₂. После замены емкости с окисленными гранулами и продуктами эрозии плазмотрона на специальный бункер проводили вторую стадию процесса при тех же параметрах работы плазмотрона. Частоту вращения заготовок увеличивали до 23-25 тысяч об/мин, при этом получали частицы размером около 70 мкм. Эти гранулы собирали в герметичный бункер. На второй стадии процесса получили 600 кг порошка, в котором содержание кислорода было на уровне 0,006% В пробе не было обнаружено примесей меди и окисленных гранул вольфрама. П р и м е р 3. Ставилась задача получить порошок размером до 600 мкм из заготовок диаметром 50 мм из никелевого сплава опытного состава типа 67Ф, содержащего в качестве легирующих компонентов хром, кобальт, вольфрам, титан, алюминий, молибден, ниобий и некоторые другие. Первую стадию процесса начали по режимам, указанным в примере 1. При этом наблюдалось трещинообразование на заготовках и откалывание крупных и мелких кусков при направлении плазменной струи на торец заготовки. Сплав оказался термически хрупким и не выдерживал резких перепадов температуры по сечению и длине заготовки. Для устранения этого явления провели медленный прогрев заготовки. Для этого первую стадию процесса, т.е. распыление при частоте вращения заготовки 3000 об/мин вели при следующих параметрах работы плазмотрона: вначале силу тока плазменной дуги поддерживали на уровне 300-400 А, напряжение было около 30-32 В (при этом образования гранул практически не происходило, шел процесс прогрева заготовки) и постепенно повышали силу тока до 600-700 А (напряжение при этом поднималось до 35-38 В). При этом наблюдали за равномерным прогревом всей поверхности торца заготовки. После удаления емкости с гранулами, полученными на этой стадии процесса, вторую стадию процесса проводили при частоте вращения заготовки 7-8 тысяч об/мин без каких-либо неожиданностей. В пробе годного порошка нерасплавленных частиц обнаружено не было. В процессе дальнейшей обработки порошок подвергали рассеву, при котором удаляли крупные частицы, случайно оставшиеся от первой стадии процесса. Предложенный способ получения металлических порошков по сравнению с известным позволяет получить более чистый по содержанию кислорода порошок и увеличить выход годного порошка до 99,4-99,6% что дает возможность использовать полученный порошок для изготовления дисков газотурбинных двигателей.

Формула изобретения

СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ МЕТАЛЛИЧЕСКОГО ПОРОШКА, включающий оплавление торца заготовки и последующее центробежное распыление в инертной атмосфере вращающейся заготовки, отличающийся тем, что, с целью повышения качества порошка и увеличения выхода годного, распыление осуществляют в две стадии: сначала при частоте вращения заготовки 3000 5000 об/мин в течение 0,5 10 мин, после чего полученные гранулы выводят из камеры распыления, а затем частоту вращения заготовки увеличивают в 2 5 раз.