Разработка гидропневмоагрегатов машин по производству микропорошков из жидких металлов

• Автор: Лыков, Павел Александрович
• Шифр специальности: 05.04.13
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2014
• Место защиты: Челябинск
• Количество страниц: 147 с. : ил.

ОГЛАВЛЕНИЕ
Введение

1. Литературный обзор, постановка цели и задачи исследований

1Л. Обзор основных методов получения металлических порошков

1.2 Получение металлических порошков из расплавов

1.3 Основные схемы подачи жидкого металла в распылительную форсунку .

1.4 Дробление жидких струй

1.5 Диспергирование высокотемпературных жидкостей

2. Расчет технологических режимов получения порошков распылением расплава

2.1 Физико-химические основы процесса распыления

2.2 Расчет движения жидкого металла в системе
2.3 Расчет процесса распыления
2.3.1 Необходимая скорость струи
2.3.2 Время дробления струи жидкого металла
2.3.3 Время сфероидизации капли
2.3.4 Время охлаждения капли
3. Оборудование и обработка результатов
3.1 Установка распыления металлов УРМ-
3.2 Программа и методика исследования свойств микропорошков
3.3 Исследование свойств прототипа
4. Исследование влияния технологических параметров распыления жидкого металла на УРМ-001 на характеристики получаемого материала
4.1 Перегрев жидкого металла
4.2 Давление наддува рабочей полости
4.3 Величина выхода канала подачи расплава за срез форсунки
4.4 Геометрия форсунки
4.5 Природа распыляющего газа
4.6 Изменение химического состава сплава при распылении в струе воздуха

4.7 Структура материала
Заключение
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
Приложение А. Результаты моделирования струи воздуха (начальная температура
27 °С)
Приложение Б. Результаты моделирования струи воздуха (начальная температура
300 °С)
Приложение В. Результаты моделирования струи аргона (начальная температура
27 °С)
Приложение Г. Результаты моделирования струи аргона (начальная температура 300 °С)
Приложение Д. Результаты анализа гранулометрического состава порошков, полученных на УРМ-001, при различых сочетаниях температуры жидкого металла на входе в канал подачи (Тт), давления наддува рабочей полости плавильного агрегата (Риал.) и расстоянием между срезом канала подачи металла и
срезом форсунки (Ь)
Приложение Е. Установка распыления жидких металлов УРМ-

ВВЕДЕНИЕ
Актуальность темы. Развитие науки и техники в наши дни зачастую приводит к ужесточению требований к используемым материалам. Ярким примером этого является производство деталей методом селективного лазерного спекания металлических порошков (SLS-Selective Laser Sintering). Существенным препятствием для более широкого внедрения данной технологии является высокая стоимость используемых порошков, обусловленная жесткими требованиями по гранулометрическому составу и форме частиц порошков.
Решением проблемы является создание энергоэффективной технологии получения металлических микропорошков, что невозможно без детального изучения сопутствующих процессов.
На сегодняшний день известны различные методы получения металлических порошков: механическое измельчение металлов, центробежное распыление, восстановление руды или окалины, электролитический метод, электрический взрыв, распыление расплава сжатым газом. В работе был рассмотрен метод получения металлических порошков распылением расплавов сжатым газом. Метод характеризуется высокой производительностью и возможностью получения материала, обладающего высокой химической чистотой.
Распыление расплавов при производстве металлических порошков стало применяться с 50-х годов прошлого века, наибольшее количество публикаций по данной теме в СССР также относится к этому периоду. Основываясь на работах J1. Прандтля, Д. Рэлея, Д. Вебера, В.И. Блинова значительный вклад в исследование процессов дробления жидких внесли А.С. Лышевский, Л.А. Клячко, Дж. Гордон, Л.А. Витман, В.А. Бородин. Наиболее полное и комплексное описание процессов распыления высокотемпературных жидких струй представлено в работах О.С. Ничипоренко, Ю.И. Найда.
Вместе с тем изучение процессов дробления высокотемпературных струй сопряжено с рядом трудностей и на сегодняшний день остается актуальным вопросом. Об актуальности проблемы говорит большое количество патентов,

жидкости в допустимых пределах, а также необходимость резкого изменения свойств материала в момент дробления. Определение основных закономерностей процессов диспергирования различных метастабильных жидкостей позволит разработать надежные методы управления этими процессами и определить оптимальные технологические режимы дробления высокотемпературных струй.
Стоит отметить, что большинство экспериментальных исследований процесса диспергирования расплавов ставили своей целью выяснение влияния параметров процесса на эффективность дробления металлической струи без соответствующих теоретических обобщений. Так, к примеру, в работе [60] приводится эмпирическая формула, связывающая эффективность дробления с параметрами процесса:
где г/к—диаметр конечной капли; б, - расход дутья;
(7Ж - расход жидкости.
Целью других работ было выяснение влияния одного из технологических параметров на конкретные характеристики получаемого порошка, как правило, размер или форма частиц. Так в работах [14,70] отмечается, что основными факторами, определяющими дисперсность порошка, являются вязкость, поверхностное натяжение и температура расплава, а также мощность и температура газового потока. Отмечается, что уменьшение вязкости и поверхностного натяжения создает благоприятные условия для дробления жидкости, увеличивает вероятность распада струи на капли. Стоит отметить, что механизм изменения вязкости в предкрисгаллизационный период, которому соответствуют условия распыления, исследован недостаточно. Экспериментальные данные по изучению вязкости металлов вблизи температур кристаллизации весьма противоречивы [75,86,89,90]. Так согласно выводам работы [90] вблизи температур кристаллизации вязкость повышается быстро, однако другие исследования это не подтверждают. Влияние различных добавок также носит различный характер
(1.13)