Способ получения металлического порошка извлечением из расплава

Способ получения металлического порошка извлечением из расплава

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ МЕТАЛЛИЧЕСКОГО ПОРОШКА ИЗВЛЕЧЕНИЕМ ИЗ РАСПЛАВА , включанщий приготовление расплава заданного состава, подачу расплава на поверхность вращающегося теплоотводящего элемента, охлаждение и измельчение затвердевшего материала, отличающийся тем, что, с целью повышения эффективности измельчения , в расплав вводят частицы твердой фазы размером 0,5-100 мкм в количестве 0,1-5 об.7,.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

«с

РЕСПУБЛИК

4 (51) В 22 F 9/10

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ в ABTopcNoMY свссстслсстви (54) (57) СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ МЕТАЛЛИЧЕСКОГО ПОРОШКА ИЗВЛЕЧЕНИЕМ ИЗ PACIIJIABA, включающий приготовление расплава заданного состава, подачу расплава на поверхность вращающегося теплоотводящего элемента, охлаждение и измельчение затвердевшего материала, отличающийся тем, что, с целью повышения эффективности измельчения, в расплав вводят частицы твердой фазы размером 0,5-100 мкм в количестве 0,1-5 об.X. (21) 3566743/22-02. (22) 17.03.83 (46) 23.01. 85. Бюл. И 3 (72) В.А.Васильев, К.Н.Кошкин, Б.С.Митин и А.А.Скуридин (71) Московский авиационный техноло- . гический институт им.К.Э.Циолковского (53) 621.762.224(088.8) (56) 1. Патент С1цА У 4242069, кл. 425-8, опублик. 1980.

2. Патент США 11 4290808, кл. 75-251, опублик. 1981.

„Я0... 1135555 А

1135555

Изобретение относится к порошковой металлургии, в частности к способам получения порошков, и может быть использовано для получения материалов с аморфной и микрокристаллической структурой.

Известен способ получения порошков извлечением из расплава, включаю щий затвердевание и охлаждение расплава на профилированной кромке вра- !р щающегося теплоотводящего элемента (11.

В качестве теплоотводящего элемента используют диск, на кромке ко" торого выполнены специальной формы !5 зубцы. При контакте кромки диска с расплавом на зубцах происходит за-твердевание и охлаядение тонкого слоя металла. Получаемый порошок отличается игольчатой или чешуйча- 2р той формой части! . Скорость охлаждение достигает 10 К/с, благодаря чему порошок имеет аморфную или микрокристаллическую структуру.

Однако известный способ не нозво- 25 ляет получать порошки с размером частиц менее 0,5 мм.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к изобретению является способ полу- Зр чения металлического порошка извлечением из расплава, включающий при-! готовление расплава. заданного состава, подачу расплава на поверхность вращающегося теплоотводящего элемен- 35 та, охлаждение и измельчение затвердевшего материала (2) .

Охлаждение тонкого слоя металла происходит с высокой скоростью эа счет передачи тепла теплоотводящему 4р элементу, после чего адгезия уменьшается и происходит отделение слоя.

Материалы, полученные с высокой скоростью охлаждения из расплава, отличаются высокими показателями прочнос"45 ти, пластичности, твердости и ударной вязкости. После охлаждения проводят охрупчивающий отжиг при температурах, не вызывающих больших изменений микроструктуры. После такой термообработкн становится возможным измельчение материала и получение дисперсного порошка.

Недостатком известного способа является невысокая эффективность из- 55 мельчения.

Цель изобретения - повьппение, эффективности измельчения.

Цель достигается тем, что соглас-1 но способу получения металлического порошка извлечением из ра".плава, включающему приготовление расплава заданного состава, подачу расплава на поверхность вращающегося теплоотводящего элемента, охлаждение и измельчение затвердевшего материала, в расплав вводят частицы твердой фазы размером 0,5-100 мкм в количестве 0,1-5 об.X.

Введение в расплав частиц твердой фазы приводит к тому, что при охлаждении с высокой скоростью расплав затвердевает в метастабильные фазы, для которых характерны высокая прочность, пластичность и ударная вязкость, а частицы твердой фазы не претерпевают значительных структурных изменений и после охлаждения отличаются хрупкостью. При приготовлении расплава твердую фазу выбирают таким образом, чтобы она по своим свойствам резко отличалась от остального материала. Присутствие в пластичной матрице хрупких включений значительно повышает эффективность измельчения, так как включения служат концентраторами напряжений.

Выбор размеров и количества частиц твердой фазы при приготовлении расплава связан с тем, что измельчение материалов происходит до частиц, размер которых соответствует расстоянию между хрупкими включениями в пластичной матрице. При этом происходит отделение включений от остального материала и возможно полное их удаление (магнитной сепарацией, химическим травлением, седиментацией, воздушно-центробежной классификацией). Регулирование размера и количества частиц твердой фазы при приготовлении расплава позволяет варьировать дисперсность получаемого при измельчении порошка. В случае, если частицы по размеру не превышают

0 5 мкм, а их объемное содержание в расплаве менее 0,1Х, их охрупчивающее влияние невелико. Если частиц больше чем 5 об.7, то затруднено их последующее отделение и возможно ухудшение свойств всего материала.

Частицы размером более 100 мкм изменяют характер затвердевания слоя расплава и могут понизить скорость охлаждения, так как их размер соизмерим с толщиной затвердевающего слоя. расплав выдерживают в течение 45 мин, а затем в него вводят 0,1 об.У. порошка окиси алюминия с размером частиц

100 мкм, после чего расплав при

1050 С подают в ванну, выполненную о из силицированного графита и покрытую обмазкой из окиси алюминия. Поверхность расплава в ванне приводят в контакт с острой кромкой вращающегося диска. На кромке выполнены наl сечки на расстоянии 3 мм друг от друга. Полученный порошок имеет игольчатую форму частиц, длина игл составляет 3 мм, ширина 0,3 мм и толщина 0,03 мм. Достигнутая скорость охлаждения 5 .!О К/с позволяет получить сплав в аморфном состоянии, причем в аморфной матрице равномерно распределены включения частиц окиси алюминия размером 50100 мкм на расстоянии 1-2 мм друг от друга. Частицы окиси алюминия превышают по размеру толщину полученных игл и частично выходят на их поверхность. Игольчатый порошок сплава железо - фосфор — углерод с включениями окиси алюминия подвергают измельчению в виброистирателе в течение 40 с. Получен чешуйчатый порошок с размером чешуек х 0,3 х 0,03 мм.

Частицы окиси алюминия удалены воздушно-центробежной классификацией.

Измельченный порошок сплава на основе железа обладает текучестью 42 с, насыпной массой 2,7 г/см .

Пример 3. Проводят получение дисперсного порошка сплава следующего состава, ат.Х: никель 60; хром 14; железо 3; кремний 9; бор 10; углерод 4. Расплав приготовляют в индукционной печи при 1500 С в атмос-, 0 фере очищенного азота, выдерживают для гомогенизации 1 ч, вводят в него

2 об.Х частиц карбида хрома размером 5-!О мкм Расплав при температуо ре 1380 С подают в ванну, где посредством вращающегося диска с острой кромкой получают волокна с эффективным диаметром 100 мкм. Последние подвергают измельчению в барабанной . мельнице в режиме ударного воздействия. После 20 мин размола получен порошок с .размером частиц 35-50 мкм.

Они имеют равнаосную форму и.отличаются хорошими показателями текучести и прессуемости.

Для сравнения с предлагаемым способом опробован известный способ по3 1135555

Способ осуществляют следующим образом, Пример 1. Проводят получение дисперсного порошка сплава следующего состава, ат.Х: кобальт 70; железо 5; кремний 15; бор 10. Расплав приготовляют в индукционной печи в атмосфере аргона. После расплавления всех компонентов шихты расплав выдерживают в течение 1 ч, а затем в него 10 вводят 5 об.Х порошкообразного карбида бора с частицами размером, 0,5мкм, после чего расплав при l)000Ñ подают в ванну, выполненную из склицированного графита. Поверхность расплава 15 в ванне приводят в контакт с острой кромкой вращающегося теплоотводящего охлаждаемого медного диска. Скорость вращения диска составляет 80 об/с, а диаметр по рабочей кромке — 200 мм. 20

Диск охлаждается проточной водой.

Расплав затвердевает на кромке диска в виде волокна с эффективным диаметром 50 мкм, удерживаясь там за счет адгеэионного сцепления. Пос- 2$ .ле охлаждения волокна отделяются от диска. Полученные волокна имеют С,образное сечение и развитую поверх" ность. Металлографический анализ микрошлифов, приготовленных из воло:кон, показывает, что они имеют аморф.ную структуру, причем в аморфной мат рице с интервалом 5-10 мкм равномер, но распределены частицы карбида бора

1 размером 0,5 мкм. Далее волокна под- 35 вергают измельчению. Излучают гранулометрический состав полученного порошка. Частицы порошка имеют размер в интервале 5-15 мкм и равиоосную форму. 40

После измельчения порошок ñîõðàняет аморфную структуру и магнитные .и коррозионные свойства, характерные для волокон.

Отделение порошка кобальтового сплава от порошка карбида бора производят магнитной сепарацией. Остаток порошка карбида бора (0,1 об.X j практически не влияет иа свойства порошка кобальтового сплава и его полное удаление не производится.

Пример 2. Проводят получение дисперсного порошка сплава.следующего состава, ат.Х: железо 80; фос-!

; фор 13; углерод 7,. Расплав приготов- ляют в индукционной печи в атмосфере аргона с примесью 2Х водорода. После ! расплавления всех компонентов шихты

1135555

Средний размер частиц мкм, и их форма

Время измельчения мин

10 мии

20 мин

40 мии

Ленты частично раздроблены

Чешуйчатый порошок с диаметром частиц 370

Чешуйчатый порошок с диаметром частиц 200

Чешуйчатый порошок с диаметром частиц 150

Чешуйчатый порошок с диаметром частиц 50

Чешуйчатый порошок с диаметром частиц 45-50 мкмразмер частиц порошка соответствует толщине ленты. Дальнейшее измельчение затруднено.

6 ч

Составитель Н. Тумин

Редактор А.Шандор Техред З.Палий: Корректор p,Билак

Заказ 10148/6 Тираж 746 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП "Патент", r. Ужгород, ул, Проектная, 4 лучения металлического порошка извлечением иэ расплава на примере сплава на основе железа (состав приведен в примере 2). Предварительно получают аморфные ленты из этого сплава путем разливки расплава через,фильеру под давлением азота на образующую поверхность вращения (3000 об мин) .медного барабана диаметром 210 мм. Лента имеет толщину 45-50 мкм и ширину 56 мм. Иэмельчение в течение 12 ч в шаровых мельницах свежеотлитых лент, приводит лишь к их дроблению на отдельные фрагменты с максимальным размером 2-3 мм без изменения толщиКак следует йз приведенных данных, предложенный способ по сравнению с известным позволяет ны, что объясняется высокими прочностными характеристиками и пластичностью аморфных сплавов.. С целью повышения эффективности измельчения

5 ленты предварительно подвергаются охрупчивающему отжигу при 320 С в течение 2 ч. Отожженные ленты подвергаются измельчению в планетарной шаровой мельнице с твердосплавными шарами и футеровкой.

Определяют средний размер получаемого порошка в зависимости от времени измельчения. Полученные данные

15 сведены в таблицу. повысить эффективность измельчения при получении металлического порошка.