Патент на изобретение №2332280

(54) СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ МЕТАЛЛИЧЕСКОГО ПОРОШКА (ВАРИАНТЫ)

(57) Реферат:

Изобретение относится к плазменной технологии, а именно к способам получения металлического порошка. Способ включает зажигание разряда между двумя электродами, один из которых – анод, выполняют из распыляемого материала, диаметром 10-40 мм. В качестве другого электрода – катода, используют электролит. Процесс ведется при следующих параметрах: напряжение между элетродами – 800-1600 В, ток разряда – 750-1500 мА, расстояние между анодом и электролитом – 2-10 мм. Согласно второму варианту способа распыляемый материал является анодом, а электролит – катодом, а процесс ведется при следующих параметрах: напряжение между элетродами – 500-650 В, ток разряда – 1,5-3 А, расстояние между катодом и электролитом – 2-10 мм. Технический результат – увеличение производительности получения металлического порошка. 2 н.п. ф-лы, 8 ил.

Изобретение относится к плазменной технике и технологии и может быть использовано для повышения производительности получения металлического порошка.

Известные способы и устройства получения металлического порошка электролизом из раствора обладают существенными недостатками: отличаются сложностью и имеют низкую производительность. Например, в способе и устройстве авторов Волосюк Ю.М. и Черных С.Н. / а.с. СССР №1177397, бюл. №033. 07.09.89, Устройство для получения металлического порошка/, рабочие электроды предварительно тренируют в течение 3-5 ч в условиях двухслойной ванны при поляризации переменным током силой 0,1-0,12 А, кроме того, электроды вращают с угловой скоростью 2 об/мин. В процессе электролиза с поверхности рабочих электродов непрерывно удаляют продукты электролиза при помощи постоянных магнитов, заключенных в полиэтилен. Устройство содержит три рабочих и вспомогательные электроды, которые подключены к источнику переменного тока. Производительность устройства 0,001 кг/час.

В качестве прототипа выбран способ получения металлического порошка, в котором порошок получают путем зажигания разряда между двумя электродами. «Порошки цветных металлов». Справочное изд. / Под ред. С.С.Набойченко. – М.: Металлургия, 1997, с.181-182.

Однако прототип обладает существенными недостатками: применение дорогостоящего оборудования (вакуумной камеры с системой регенерации электролита и перемещением твердого электрода), а также прототип имеет недостаточную производительность получения металлического порошка.

Решаемая техническая задача заключается в увеличении производительности получения металлического порошка.

Решаемая техническая задача, по первому варианту, в способе получения металлического порошка, включающем зажигание разряда между двумя электродами, достигается тем, что один из электродов – анод, выполняют из распыляемого материала, диаметром 10-40 мм, а в качестве другого электрода – катода, используют электролит, причем процесс ведется при следующих параметрах: напряжение между электродами – 800-1600 В, ток разряда 750-1500 мА, расстояние между анодом и электролитом – 2-10 мм.

Решаемая техническая задача, по второму варианту, в способе получения металлического порошка, включающем зажигание разряда между двумя электродами, достигается тем, что один из электродов – катод, выполняют из распыляемого материала, диаметром 10-40 мм, а в качестве другого электрода – анода, используют электролит, причем процесс ведется при следующих параметрах: напряжение между электродами 500-650 В, ток разряда 1,5-3 А, расстояние между катодом и электролитом 2-10 мм.

На фиг.1 представлено устройство для осуществления способа получения металлического порошка, система электрического питания экспериментальной установки по первому варианту.

На фиг.2 представлено устройство для осуществления способа получения металлического порошка, система электрического питания экспериментальной установки по второму варианту.

На фиг.3 представлено устройство для осуществления способа получения металлического порошка по первому варианту.

На фиг.4 представлено устройство для осуществления способа получения металлического порошка по второму варианту.

На фиг.5 показан ВАХ разряда между проточным электролитическим анодом из технической воды и стальным неохлаждаемым катодом при l_мр=5 мм по второму варианту.

На фиг.6 приведена зависимость производительности оксидного порошка железа от тока разряда для различных диметров металлического катода (сталь 45) 12 – d_k=15 мм; 13 – d_k=30 мм по второму варианту.

На фиг.7 представлены характеристики намагничивания ферритных порошков 14 – феррит марки М400НН; 15 – феррит марки М400ММ; 16 – феррит; 17 – ноно-феррит железа; 18 – шихта марки 3С418; 19 – металлический порошок; 20 – металлический порошок после тепловой обработки по второму варианту.

На фиг.8 показана фотография металлического порошка по первому и второму вариантам.

Функциональная схема экспериментальной установки и устройства для осуществления способа получения металлического порошка по первому варианту (фиг.1 и фиг.3) содержит регулятор напряжения 1, который позволяет регулировать трехфазное напряжение от 0 до 660 В, повышающий трехфазный трансформатор 2, выпрямитель по схеме Ларионова 3, LC-фильтр 4, балластное сопротивление 5, амперметр 6, вольтметр 7, электролитическую ванну 8, медную пластинку 9 и распыляемый анод 10.

Функциональная схема экспериментальной установки и устройства для осуществления способа получения металлического порошка по второму варианту (фиг.2 и фиг.4) содержит регулятор напряжения 1, который позволяет регулировать трехфазное напряжение от 0 до 660 В, повышающий трехфазный трансформатор 2, выпрямитель по схеме Ларионова 3, LC-фильтр 4, балластное сопротивление 5, амперметр 6, вольтметр 7, электролитическую ванну 8, медную пластинку 9 и распыляемый катод 10.

Способ получения оксидного порошка по первому варианту (фиг.1 и фиг.3) осуществляют следующим образом: при атмосферном давлении распыляемый материал 10 не охлаждаемый (Сталь 45) размещают над поверхностью электролита 11, на распыляемый материал подают положительный потенциал, а на электролит (техническая вода) – отрицательный потенциал, зажигают разряд, устанавливают напряжение между электродами 800U1600 В, ток разряда 750 мАI1,5 А, диаметр анода 10d_a40 мм, межэлектродное расстояние 2l10 мм, где U – напряжение между электродами, I – ток разряда, d_a – диаметр твердого катода, l – расстояние между обрабатываемым изделием и электролитом, процесс осуществляется в течение времени, пока полностью не кончится распыляемый материал.

Способ получения оксидного порошка по второму варианту (фиг.2 и фиг.4) осуществляется следующим образом: распыляемый материал 10 размещают над поверхностью электролита 11, на распыляемый материал подают отрицательный потенциал, а на электролит – положительный потенциал, зажигают разряд, устанавливают напряжение между электродами 500U650 В, ток разряда 1,5 мАI3 А, диаметр катода 10d_a40 мм, межэлектродное расстояние 2l10 мм, где U – напряжение между электродами, I – ток разряда, d_a – диаметр твердого катода, l – расстояние между обрабатываемым изделием и электролитом.

Выбор диапазонов по первому варианту объясняется следующим образом. При малых токах разряда I<750 мА прекращается распыление, при токе разряда выше 1,5 А происходит капельный срыв материала. Диаметр металлического анода менялся от 10 до 40 мм. В зависимости от диаметра металлического анода устанавливают межэлектродное расстояние в пределах от 2 до 10 мм. Предельные оптимальные и максимальные значения диаметра и значения межэлектродного расстояния определяются производительностью получения порошка и дисперсностью порошка. В указанных пределах достигается максимальная производительность (р=0,14 кг/час). Основная масса полученного порошка (около 75%) имеет дисперсность 0,025÷0,03 мм.

Исследования полученного оксидного порошка железа показали, что 90% порошка составляет магнетит Fe₃O₄ , остальная часть состоит из оксида железа FeO. Магнетит Fe₃O₄ входит в группу ферритов со структурой шпинели и представляет практический интерес для порошковой металлургии магнитных материалов. Особый интерес вызывает сферическая форма частиц магнетитного порошка, что является главным условием изотропности его магнитных свойств. Исследование полученного порошка в сравнении с эталонными ферритами показывает его существенно более высокие магнитные свойства (фиг.7). Возможность получения больших значений магнитной индукции в порошке, в сочетании со сферической формой его частиц, говорит о перспективности порошков для использования в машиностроительной промышленности.

По сравнению с прототипом способ получения металлического порошка по первому и второму вариантам позволяет увеличить производительность получения порошка в 7 раз. Это доказывают фиг.6, фиг.7 и фиг.8. С помощью данного способа можно получить порошки различных металлов и сплавов (Ст.3, Ст.20, Ст.45, У8, У8А, У 10, вольфрам, молибден и т.д.).

Формула изобретения

1. Способ получения металлического порошка, включающий зажигание разряда между двумя электродами, отличающийся тем, что один из электродов – анод выполняют из распыляемого материала диаметром 10-40 мм, а в качестве другого электрода – катода используют электролит, причем процесс осуществляют при напряжении между электродами 800-1600 В, токе разряда – 750-1500 мА, расстоянии между анодом и электролитом – 2-10 мм.

2. Способ получения металлического порошка, включающий зажигание разряда между двумя электродами, отличающийся тем, что один из электродов – катод выполняют из распыляемого материала диаметром 10-40 мм, а в качестве другого электрода – анода используют электролит, причем процесс осуществляют при напряжении между электродами 500-650 В, токе разряда – 1,5-3 А, расстоянии между катодом и электролитом – 2-10 мм.

РИСУНКИ