Разработка технологии и оборудования для производства металлических порошков центробежным распылением пленки расплава

• Автор: Берюхов, Андрей Владимирович
• Шифр специальности: 05.16.06
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2006
• Место защиты: Новоуральск
• Количество страниц: 184 с. : ил.

1 Получение порошковых материалов центробежным распылением расплавов

1.1 Известные представления о центробежном распылении. Способы реализации и классификация.

1.1.1 Гебметрия рабочего органа.

1.1.2 Схема подачи распыляемого материала на рабочий орган

1.1.3 Вид привода вращения рабочего органа

1.2 Анализ патентной литературы

1.3 Достоинства и недостатки метода центробежного распыления

1.4 Выводы.

2 Анализ распада расплава в поле центробежных сил.

2.1 Формирование и распад пленки жидкости

2.1.1 Формирование пленки жидкости

2.1.2 Распад пленок под влиянием капиллярных сил.
2.1.3 Распад пленок жидкости для случая центробежногидравлического распыления
2.2 Представление о центробежном распылении пленок жидкости
ф 2.2.1 Процесс образования и течения жидкой пленки на поверхности
вращающегося диска.
2.2.2 Виды механизмов процесса дробления слоя жидкости.
2.2.3 Процесс отделения капель на кромке диска и размер образующихся частиц
2.2.4 Процесс полета распыленной капли траекторная задача
2.3 Выводы и рекомендации
3 Моделирование и предварительные исследования процесса диспергирования пленки жидкости центробежным методом
.1 Метод центробежного распыления пленки, как объект
исследования
3.2 Моделирование тепловых процессов и решение траекторной задачи.
3.3 Исследование геометрии пленки жидкости при центробежногидравлическом распылении.
3.3.1 Узел центробежногидравлического распыления для изучения параметров пленки
3.3.2 Стенд для модельных испытаний и методика проведения
опытов.
3.3.3 Результаты экспериментов по определению геометрии пленки жидкости при центробежногидравлическом распылении.
3.4. Исследование основных технологических параметров метода центробежного распыления пленки на экспериментальном стенде
3.5 Выводы
4 Разработка экспериментального оборудования
4.1 Общая структура опытнопромышленного оборудования для центробежного распыления пленки расплава
4.2 Конструкция узлов плавления и центробежногидравлического распыления металлов
4.3 Узел центробежного распыления
4.4 Камера осаждения распыления.
4.5 Система вакуумирования и газообеспечения
4.6 Система КИПиА и управления
5 Экспериментальные исследования метода центробежного распыления пленки
5.1 Конструкция и принцип работы опытной установки.
5.2 Методология контроля качества порошка
5.3 Методология проведения экспериментов.
5.4 Изучение влияния формы струи расплава на свойства получаемых порошков.
5.5 Изучение влияния содержания кислорода на свойства порошков
5.6 Изучение влияния частоты вращения распылительного диска на свойства получаемых порошков.
5.7 Выводы и рекомендации для реализации метода центробежного распыления пленки в промышленных условиях
6 Промышленные испытания технологии центробежного распыления пленки
6.1 Производство припойных порошков на опытной установке
6.2 Разработка промышленного варианта установки центробежного распыления пленки расплава.
6.3 Исследования в рамках отработки технологии центробежного
гранулирования алюминия.
6.4 Выводы.
Заключение
Список литературы


При одноступенчатой схеме центробежная сила, образующая микрокапли расплава, создается за счет вращения самой заготовки прутка или слитка, оплавляемого с одного конца локальным источником нагрева рис. Рис. Данная схема пригодна для сравнительно небольших установок при ограниченной номенклатуре сплавов и узких пределах по гранулометрическому составу порошков. Она обеспечивает получение высокочистых порошков и практически не имеет ограничений по температуре плавления материала получаемого порошка . Схема установки для получения порошковых материалов методом вращающегося электрода показана на рис. Рис. Это обусловлено малым значением перегрева расплава в виду ограниченного времени пребывания металла в расплавленном состоянии тысячные доли секунды и может отрицательно сказаться при распылении гетерогенных материалов, а также при получении порошков с высокой химической однородностью. Следует отметить, что недостаток, связанный с высокими требованиями к обработке поверхности и балансировке заготовок справедлив для методов с жестким закреплением заготовок. В последнее время разрабатывается схема бесцентрового вращения заготовок см. Рис. Схема реализации метода вращающегося электрода с бесцентровым вращением электрода. При двухсгупенчатой схеме плавка и распыление образующегося расплава представляет собой два независимых процесса с раздельной регулировкой, т. Поэтому метод распыления вращающимся электродом в дальнейшем не будет рассматриваться. Таким образом, последующий обзор известных представлений о центробежном распылении будет сфокусирован на методах, реализованных по двухступенчатой схеме диспергирования. Следует отметить, что центробежное распыление жидкостей и металлических расплавов зачастую тесно связаны, несмотря на значительную разницу в свойствах распыляемых материалов. Поэтому встречающиеся далее упоминания об экспериментальных работах и конструкциях, связанных с распыливанием жидкостей, вполне оправдано. По данному классификационному признаку выделим следующие разновидности плоские диски рис. Рис. Плоские распылительные диски имеют наиболее простую геометрию и работают при сравнительно высоких частотах вращения, что обусловлено их малой массой и простотой балансировки . Могут иметь плоскую рабочую поверхность, а также форму обратного конуса с большим углом при вершине см. Рис. Конструкция распылительного диска на главном виде фрагмент в виде сегмента . Вращающиеся чаши отличаются наличием углубления ванны где формируется слой жидкого металла. Это способствует передачи большего момента вращения от рабочего органа к распыляемому материалу в виду большего времени нахождения расплава в поле центробежной силы. Такие конструкции могут быть снабжены устройствами подачи охлаждающей среды во внутреннее пространство через полый приводной вал, а также дополнительными теплоизолирующими слоями между рабочей поверхностью и основным объемом распылительного устройства см. Это делает их пригодными для распыления тугоплавких металлов и высокотемпературных соединений. Также существует возможность изменять в широких пределах характер истечения расплава с периферийной области чаши, что достигается изменением геометрии кромки рабочего органа. Пример такого распылительного устройства показан на рис. С другой стороны, сложность конструкции и сравнительно высокая масса, накладывают ограничения по максимальной частоте вращения и требуют тщательной балансировки. Рис. Конструкция распылителя типа вращающаяся чаша . Работа колес с лопатками основана на ударном взаимодействии лопаток или штифтов и струи металла . В виду этого к конструкции таких устройств предъявляются повышенные требования по статической и динамической прочности конструкции. Поэтому данный тип центробежных распылителей имеет большую массу, требует тщательной динамической балансировки и работает при относительно низких частотах вращения. Возможны два основных варианта реализации процесса распыления колесами с лопатками в одном варианте рабочий орган имеет вертикальную ось вращения см рис.