×
31.05.2020
220.018.2306

Центробежный струйно-плазменный способ получения порошков металлов и сплавов

Вид РИД

Изобретение

Юридическая информация Свернуть Развернуть
№ охранного документа
0002722317
Дата охранного документа
29.05.2020
Краткое описание РИД Свернуть Развернуть
Аннотация: Изобретение относится к металлургии, к области производства сферических порошков из металлов и сплавов, предназначенных для дальнейшей переработки методами аддитивных технологий или горячего изостатического прессования в готовые изделия. Центробежный струйно-плазменный способ получения порошков металлов и сплавов включает плавление вращающейся цилиндрической заготовки плазменным потоком от плазмотрона, причем плазменный поток в виде радиальных струй, сформированных за счет приближения плазмотрона к заготовке, разгоняют до скорости, при которой сила их динамического давления, действующая на расплав по периметру торца заготовки, становится соизмеримой с центробежной силой, а формирование частиц требуемого размера обеспечивают варьированием соотношения этих сил за счет изменения частоты вращения заготовки и геометрии кольцевого сопла соответственно. Техническим результатом изобретения является снижение необходимой частоты вращения заготовки при сохранении результата по наработке мелкодисперсных фракций порошка и устранение отрывов в массе получаемых частиц порошка. 2 з.п. ф-лы, 1 табл., 1 ил.
Реферат Свернуть Развернуть

Изобретение относится к металлургии, к области производства сферических порошков из металлов и сплавов, предназначенных для дальнейшей переработки методами аддитивных технологий или горячего изостатического прессования в изделия.

Известен способ центробежного получения металлических порошков, раскрытый в патенте РФ № 2468891, опубликованном от 18.11.2011 г. Порошок получают путем плазменной плавки и центробежного распыления при оплавлении торца вращающейся цилиндрической заготовки струей плазмы от плазмотрона, который устанавливают с эксцентриситетом относительно оси заготовки для полного равномерного нагрева и оплавления плоскости ее торца. Способ позволяет получать, в том числе и мелкодисперсные порошки за счет высокой частоты вращения заготовки. Однако, вследствие разрушения под действием центробежной силы кромки торца заготовки, могут образовываться крупные нерасплавленные частицы – отрывы, которые вовлекаются в массу порошка, загрязняя ее и снижая выход годного товарного материала.

Известен так же способ получения порошков из титановых сплавов, раскрытый в патенте РФ № 2478022, опубликованном от 07.11.2011 г., являющийся наиболее близким к заявляемому изобретению по совокупности существенных признаков. Способ включает расплавление торца цилиндрической вращающейся заготовки потоком плазмы в среде инертного газа с образованием мелкодисперсных частиц расплава, слетающих с периметра торца, которые охлаждаются и затвердевают в полете. Для интенсификации охлаждения частиц и предотвращения схватывания их друг с другом с образованием конгломератов, а также дополнительного охлаждения и снижения опасности разрушения перегретой кромки заготовки с образованием отрывов, предложено дополнительно вводить газ в пространство камеры распыления.

Введение дополнительного охлаждения в камеру распыления, не избавляет полностью процесс от возможности образования отрывов из-за высокой частоты вращения заготовки и разрушения кромки под действием центробежной силы.

Техническим результатом, на достижение которого направлено заявленное изобретение, является снижение необходимой частоты вращения заготовки при сохранении результата по наработке мелкодисперсных фракций порошка и устранение отрывов в массе получаемых частиц порошка.

Указанный технический результат достигается за счет того, что в способе, включающем плавление вращающейся цилиндрической заготовки плазменным потоком от плазмотрона с образованием движущейся под действием центробежной силы пленки расплава на ее торце и распадающейся на отдельные капли на периферии торца с последующим их охлаждением и затвердеванием в полете в защитной газовой атмосфере, плазменный поток в виде радиальных струй, сформированных за счет приближения плазмотрона к заготовке с образованием кольцевого сопла между их торцами разгоняют до скорости, при которой сила их динамического давления, действующая на расплав по периметру торца заготовки, становится соизмеримой с центробежной силой, а формирование частиц требуемого размера обеспечивают варьированием соотношения этих сил за счет изменения частоты вращения заготовки и геометрии кольцевого сопла.

Кроме того, кольцевое сопло формируют и поддерживают с фиксированным зазором между заготовкой и плазмотроном, установленных соосно, за счет регулирования скорости подачи заготовки к плазмотрону посредством управляющего сигнала, пропорционального разности статических давлений перед и после кольцевого сопла, при сохранении стабильного расхода потока плазмы и мощности плазмотрона, а поток плазмы формируют из плазмообразующего газа, с высокой удельной плотностью, при его массовом расходе, отнесенном к производительности по распыленному порошку составляющему 0,5 – 2,0 кг газа/кг порошка, причем высокую удельную плотность плазмообразующего газа обеспечивают в том числе, и за счет повышения статического давления.

Предлагаемый способ отличается от прототипа тем, что плазменный поток в виде радиальных струй, сформированных приближением плазмотрона к заготовке с образованием кольцевого сопла между их торцами разгоняют до скорости при которой сила их динамического давления, действующая на расплав по периметру торца заготовки, становится соизмеримой с центробежной силой, а формирование частиц требуемого размера обеспечивают варьированием соотношения этих сил за счет изменения частоты вращения заготовки и геометрии кольцевого сопла соответственно. Кроме того, кольцевое сопло формируют и поддерживают с фиксированным зазором между заготовкой и плазмотроном, установленных соосно, за счет регулирования скорости подачи заготовки к плазмотрону посредством управляющего сигнала, пропорционального разности статических давлений перед и после кольцевого сопла, при сохранении стабильного расхода потока плазмы и мощности плазмотрона, а поток плазмы формируют из плазмообразующего газа с высокой удельной плотностью, при его массовом расходе, отнесенном к производительности по распыленному порошку, составляющему 0,5 – 2,0 кг газа/кг порошка, причем высокую удельную плотность плазмообразующего газа обеспечивают в том числе и за счет повышения статического давления.

Эффект существенного снижения частоты вращения заготовки при получении мелкодисперсных фракций порошка в предлагаемом способе достигается за счет введения в механизм распыления пленки расплава на торце вращающейся заготовки фактора силового воздействия струй плазменного потока на процесс распада пленки расплава.

В известном способе центробежного распыления данный фактор не работает, поскольку поток плазмы в нем используется только как источник нагрева и плавления, а его динамическое воздействие на пленку расплава весьма мало и не оказывает какой либо значимой роли.

Механизм формирования размера частиц при распаде пленки расплава здесь обусловлен исключительно центробежной силой, величина которой пропорциональна частоте вращения заготовки и требует соответственно высоких оборотов вращения заготовки для выхода на мелкодисперсные фракции порошка.

В предлагаемом способе фактор силового воздействия струй вводится в механизм распыления за счет того, что плазменный поток в виде радиальных струй, сформированных приближением плазмотрона к заготовке с образованием кольцевого сопла между их торцами, разгоняют до скорости, при которой сила их динамического давления, действующая на расплав по периметру торца заготовки, становится соизмеримой с центробежной силой, а формирование частиц требуемого размера обеспечивают варьированием соотношения этих сил за счет изменения частоты вращения заготовки и геометрии кольцевого сопла.

Кроме того, кольцевое сопло формируют и поддерживают с фиксированным зазором между заготовкой и плазмотроном, установленных соосно, за счет регулирования скорости подачи заготовки к плазмотрону посредством управляющего сигнала, пропорционального разности статических давлений перед и после кольцевого сопла, при сохранении стабильного расхода потока плазмы и мощности плазмотрона, а поток плазмы формируют из плазмообразующего газа с высокой удельной плотностью, при его массовом расходе, отнесенном к производительности по распыленному порошку, составляющему 0,5 – 2,0 кг газа/кг порошка, причем высокую удельную плотность плазмообразующего газа обеспечивают в том числе, и за счет повышения статического давления.

Диапазон относительного массового расхода газа, составляющий 0,5 – 2,0 обусловлен тем, что при значении 0,5 только начинает работать газодинамический эффект на процесс распыления, а при 2,0 он становится наибольшим. Дальнейшее увеличение относительного расхода приводит к неустойчивой работе плазмотрона из-за срыва дуги вследствие высокой скорости газа в его сопловом канале.

Сущность изобретения поясняется чертежами, где на рис.1 представлена принципиальная схема реализации предлагаемого способа. Цилиндрическая заготовка 1 диаметром D приводится во вращение с частотой n об/мин. К торцу заготовки приближают плазмотрон 2 с сопловым каналом 6, который генерирует поток плазмы с расходом Gпл и температурой Tпл, нагревающий и оплавляющий торец заготовки 1 с образованием пленки расплава 4. Скорость плавления заготовки выравнивают со скоростью W ее подачи на плазмотрон 2 так, чтобы щелевой зазор между ними s поддерживался постоянным. Вследствие газодинамического взаимодействия плазменного потока с расплавом совместно с центробежной силой, перемещающей пленку расплава 4 к кромке 5, в щелевом зазоре s пленка расплава разрушается и формируются частицы 7, размер которых d зависит от соотношения сил динамического давления плазменных струй и центробежной силы, действующих в совокупности с силами поверхностного натяжения расплава. Увеличивая поток плазмы Gпл повышают тем самым газодинамическое давление и его влияние на размер частиц, слетающих с кромки. Снижение потока плазмы Gпл приводит к обратному результату. Центробежная сила, как известно, пропорциональна частоте вращения заготовки. При повышении оборотов она возрастает, при снижении - наоборот падает. Аналогичный эффект получают изменением зазора s щели при неизменном потоке плазмы Gпл.

Поскольку косвенным параметром, характеризующим размер щели s является перепад давлений Pвн – Pнар, обусловленный газодинамическим сопротивлением плазменного потока, то данная величина принята в качестве параметра, по которому осуществляется управление процессом с воздействием на исполнительный механизм, обеспечивающий движение заготовки 1 со скоростью W так, чтобы зазор s оставался неизменным. Параметры потока плазмы Gпл и Tпл при этом так же поддерживают постоянными.

Предлагаемый центробежный струйно-плазменный способ был опробован экспериментально на установке центробежного распыления типа УЦР. При этом на данной установке были проведены сравнительные испытания способов получения порошков как известного в соответствии с прототипом, так и предлагаемого в соответствии с его приведенным описанием.

В сравниваемых вариантах способов получения порошков использовали одинаковые заготовки распыления диаметром 80 мм, длиной 700 мм из сплава ВВ 751П. Для обоих вариантов был задан одинаковый диапазон крупности частиц получаемого порошка -70 мкм.

Результаты сравнительных экспериментов представлены в таблице.

Таблица №1

Наименование способа получения порошка Опытные данные по основным параметрам получения порошков
Скорость плавления, кг/час Частота вращения заготовки, об/мин Относительный массовый расход плазмообразующего газа( кг. газа/ кг порошка) Зазор между заготовкой и плазмотроном s, мм Массовая доля отрывов в порошке, % Выход годной фракции порошка,%
Способ-прототип (PREP) 105-110 18500-19000 0,267 15- 17 !,4 - 2,1 86,0
Центробежный струйно–плазменный 103- 112 12000-13000 1,34 2, 5- 2,8 0,15-0,23 89,6

Анализ результатов, представленных в таблице, позволяет сделать следующее заключение:

предлагаемый способ, в сравнении с прототипом, позволяет получать мелкодисперсные фракции порошка равной крупности при существенно меньших оборотах вращения заготовки (12-13 тыс. об/мин против 18,5- 19 тыс. об/мин), при снижении доли отрывов в порошке ( с 1,4-2,1% до 0,15- 0,23% ) и росте выходов годного на 3,6 %.


Центробежный струйно-плазменный способ получения порошков металлов и сплавов
Источник поступления информации: Роспатент

Показаны записи 1-10 из 62.
20.02.2013
№216.012.2651

Штамповый блок для изотермического деформирования

Изобретение относится к обработке металлов давлением и может быть использовано при получении штампованных заготовок в изотермических или близких к ним условиях. Штамповый блок содержит верхний и нижний штампы с боковыми нагревателями и изоляцией, смонтированные в кожухах в рабочем пространстве...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002475329
Дата охранного документа: 20.02.2013
20.02.2013
№216.012.2658

Способ получения металлического порошка методом центробежного распыления

Изобретение относится к порошковой металлургии, в частности к способам непрерывного получения металлического порошка. Литую заготовку плавят плазменной струей, направленной на ее торец. Центробежное распыление расплава осуществляют посредством вращающегося диска с центральным отверстием, через...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002475336
Дата охранного документа: 20.02.2013
20.03.2013
№216.012.2f66

Способ вакуумной термической дегазации гранул жаропрочных сплавов в подвижном слое

Изобретение относится к порошковой металлургии, в частности к способу термической дегазации гранул жаропрочных сплавов и подготовке их к компактированию. Камеру дегазации вакуумируют до давления не более 1·10 мм рт.ст. и осуществляют дозированную подачу гранул на наклонную поверхность, нагретую...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002477669
Дата охранного документа: 20.03.2013
20.03.2013
№216.012.2f67

Способ изготовления изделий из гранулируемых жаропрочных никелевых сплавов

Изобретение относится к порошковой металлургии, а именно к производству изделий из гранулируемых жаропрочных никелевых сплавов горячим изостатическим прессованием. Гранулами заполняют капсулу и проводят горячее изостатическое прессование с получением заготовки в оболочке. Оболочку удаляют по...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002477670
Дата охранного документа: 20.03.2013
27.03.2013
№216.012.30bb

Способ изготовления прутковой заготовки

Изобретение относится к способу изготовления прутковой заготовки из металла, используемой для дальнейшего передела. Способ включает установку в контейнере пресса предварительно нагретых прутковой заготовки, технологической шайбы из металла и прессшайбы, подпрессовку и прессование заготовки....
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002478013
Дата охранного документа: 27.03.2013
27.03.2013
№216.012.30c4

Способ производства порошка из титановых сплавов

Изобретение относится к порошковой металлургии, в частности к получению порошка титановых сплавов. Торец цилиндрической вращающейся заготовки расплавляют потоком плазмы в среде инертного газа, при этом применяют дополнительное охлаждение камеры с помощью отдельной, не зависимой от плазмотрона...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002478022
Дата охранного документа: 27.03.2013
20.04.2013
№216.012.35ff

Способ производства слитков деформируемых магниевых сплавов

Изобретение относится к области металлургии. Индукционную плавку шихтовых материалов ведут в стальном тигле в газовой среде, состоящей из смеси аргона и фреона 12 в соотношении 4:(1-2). Расплав перед разливкой нагревают до температуры 800-830°C и выдерживают при этой температуре в течение 20-40...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002479376
Дата охранного документа: 20.04.2013
27.05.2013
№216.012.43ca

Способ производства листов из специальных сплавов на основе магния для электрохимических источников тока

Изобретение предназначено для повышения качества листов и исключения загрязнения окружающей среды при обработке давлением специальных магниевых сплавов, легированных высокотоксичными легкоиспаряющимися элементами или образующими при нагреве и последующей деформации опасные для здоровья оксиды,...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002482931
Дата охранного документа: 27.05.2013
27.05.2013
№216.012.43d7

Способ получения сварных конструкций из литых деталей алюминиевых сплавов

Изобретение может быть использовано для получения листосварных конструкций авиационного назначения. Способ включает обработку свариваемых кромок литых деталей перед сваркой путем осуществления сварки трением с перемешиванием. Затем механически обрабатывают кромки свариваемых деталей. При этом в...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002482944
Дата охранного документа: 27.05.2013
27.06.2013
№216.012.50c4

Способ внепечного модифицирования алюминиевых сплавов

Изобретение относится к области металлургии легких сплавов и может быть использовано для получения слитков из алюминиевых сплавов повышенного качества при изготовлении изделий атомной, авиакосмической и автомобильной промышленности. Способ включает подачу расплавленного металла из миксера в...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002486269
Дата охранного документа: 27.06.2013
Показаны записи 1-10 из 20.
20.02.2013
№216.012.2658

Способ получения металлического порошка методом центробежного распыления

Изобретение относится к порошковой металлургии, в частности к способам непрерывного получения металлического порошка. Литую заготовку плавят плазменной струей, направленной на ее торец. Центробежное распыление расплава осуществляют посредством вращающегося диска с центральным отверстием, через...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002475336
Дата охранного документа: 20.02.2013
20.03.2013
№216.012.2f67

Способ изготовления изделий из гранулируемых жаропрочных никелевых сплавов

Изобретение относится к порошковой металлургии, а именно к производству изделий из гранулируемых жаропрочных никелевых сплавов горячим изостатическим прессованием. Гранулами заполняют капсулу и проводят горячее изостатическое прессование с получением заготовки в оболочке. Оболочку удаляют по...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002477670
Дата охранного документа: 20.03.2013
10.06.2013
№216.012.474f

Способ получения деталей газотурбинных двигателей с длительным ресурсом эксплуатации из порошковых никелевых сплавов

Изобретение относится к порошковой металлургии, в частности к получению изделий из жаропрочных никелевых сплавов. Может использоваться при изготовлении критических компонентов, таких как диски и валы, работающих при повышенных температурах в газотурбинных двигателях с длительным ресурсом...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002483835
Дата охранного документа: 10.06.2013
10.12.2013
№216.012.8948

Сплав на основе алюминида титана

Изобретение относится к области металлургии и может быть использовано в качестве конструкционного материала для изделий авиационной и космической промышленности. Сплав на основе алюминида титана содержит, мас.%: ниобий 44,0-47,0, алюминий 8,0-12,0, тантал 0,02-0,5, кремний 0,04-0,3, медь...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002500826
Дата охранного документа: 10.12.2013
20.05.2014
№216.012.c54c

Способ получения изделий из сложнолегированных порошковых жаропрочных никелевых сплавов

Изобретение относится к порошковой металлургии жаропрочных никелевых сплавов. Может использоваться в газотурбинных двигателях (ГТД) для изготовления тяжелонагруженных деталей, работающих при повышенных температурах. Гранулы крупностью менее 100 мкм получают методом плазменной плавки и...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002516267
Дата охранного документа: 20.05.2014
27.06.2014
№216.012.d76a

Способ изготовления поковок дисков из сплава алюминия титана на основе орто-фазы

Изобретение относится к обработке металлов и может быть использовано при изготовлении поковок дисков горячим деформированием слитков из сплава на основе алюминида титана, основанного на орторомбической фазе TiNbAl. Слиток подвергают осадке-протяжке на восьмигранник с суммарным уковом 1,6-1,7....
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002520924
Дата охранного документа: 27.06.2014
20.12.2014
№216.013.125b

Способ получения микрослитков из расплава методом центробежного распыления

Изобретение относится к металлургии, к области производства слитков, предназначенных для последующей переработки методом горячего изостатического прессования (ГИП). Способ получения микрослитков из расплава методом центробежного распыления включает плавление литой заготовки плазменной струей,...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002536122
Дата охранного документа: 20.12.2014
20.12.2014
№216.013.125d

Способ получения диска газотурбинного двигателя

Изобретение относится к области порошковой металлургии жаропрочных никелевых сплавов и может быть использовано в производстве тяжелонагруженных деталей газотурбинных двигателей (ГТД), работающих в условиях градиента температуры и имеющих механические свойства, меняющиеся по сечению. Способ...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002536124
Дата охранного документа: 20.12.2014
10.01.2015
№216.013.1713

Способ получения биметаллического диска газотурбинного двигателя

Изобретение относится к области металлургии, в частности к порошковой металлургии жаропрочных никелевых сплавов, и может быть использовано в производстве тяжелонагруженных деталей газотурбинных двигателей, работающих в условиях градиента температуры и имеющих механические свойства, меняющиеся...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002537335
Дата охранного документа: 10.01.2015
27.04.2015
№216.013.4775

Установка для получения металлических порошков распылением вращающейся заготовки

Изобретение относится к получению металлических порошков. Установка содержит камеру с накопителем заготовок и устройством их поштучной подачи на распыление, камеру с механизмом вращения заготовки в виде двух приводных опорных барабанов с нажимным роликом и механизмом продольной подачи заготовки...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002549797
Дата охранного документа: 27.04.2015
+ добавить свой РИД