RU2422245C1 - Unit for magnetic-pulse compaction of nano-sized powders - Google Patents

Abstract

FIELD: process engineering. ^ SUBSTANCE: invention relates to powder metallurgy, particularly, to magnetic-pulse devices intended for compaction of nano-sized powders. Proposed unit consists of power supply comprising pulsed current generator, discharger and control unit, press comprising frame to accommodate flat inductor, electrically conducting plate, springs to send said plate back into initial position after compaction, degassing units, moulds, loading zones, lock, push rods and transfer chambers. ^ EFFECT: expanded performances of compaction and higher efficiency. ^ 2 dwg, 1 ex

Description

Изобретение относится к устройствам для компактирования порошков в области порошковой металлургии, в частности к устройствам для магнитно-импульсного прессования изделий из наноразмерных порошковых материалов.The invention relates to devices for compacting powders in the field of powder metallurgy, in particular to devices for magnetic pulse pressing of products from nanosized powder materials.

Известны способы индукционного магнитно-импульсного прессования порошковых материалов, в основе которых лежит возбуждение электромеханических усилий в проводящем теле, передающем эти усилия на прессуемый материал. Аналогом можно считать считать устройство для магнитно-импульсного прессования изделий из порошков, состоящее из источника питания, разрядника, плоского индуктора, электропроводящей плиты, пуансонов и пресс-формы (Авторское свидетельство SU №876300, кл. B22F 3/08).Known methods of induction magnetic pulse pressing of powder materials, which are based on the excitation of electromechanical forces in a conductive body that transfers these forces to the pressed material. An analogue can be considered a device for magnetic pulse pressing of powder products, consisting of a power source, a spark gap, a flat inductor, an electrically conductive plate, punches and a mold (Copyright certificate SU No. 876300, class B22F 3/08).

К недостатком представленного аналога относится наличие трещин и малая плотность прессовок при прессовании наноразмерных порошков.The disadvantage of the presented analogue is the presence of cracks and low density of compacts when pressing nanosized powders.

Наиболее близким аналогом устройства, прототипом, авторы считают установку магнитно-импульсного прессования наноразмерных порошков (В.В.Иванов, С.Н.Паранин, А.Н.Вихрев, А.А.Ноздрин «Эффективность динамического метода уплотнения наноразмерных порошков» // Материаловедение, 1997, №5, стр.49-55), состоящую из источника питания, включающего в себя генератор импульсных токов, разрядник и блок управления, позволяющего варьировать силу, развиваемую прессом; пресса, включающего в себя раму, в которой размещены плоский индуктор, электропроводящая плита, пружины, возвращающие электропроводящую плиту в исходное состояние после окончания процесса прессования; блока дегазации, обеспечивающего очистку поверхности частиц наноразмерного порошка от адсорбированных веществ и вакуумируемой пресс-формы с пуансонами, сохраняющей чистоту частиц порошка, полученную во время прохождения через блок дегазации, во время прессования.The closest analogue of the device, the prototype, the authors consider the installation of magnetic-pulse pressing of nanosized powders (V.V. Ivanov, S.N. Paranin, A.N. Vikhrev, A.A. Nozdrin "The effectiveness of the dynamic method of densification of nanosized powders" // Materials Science, 1997, No. 5, pages 49-55), consisting of a power source including a pulse current generator, a spark gap and a control unit that allows you to vary the force developed by the press; a press including a frame in which there is a flat inductor, an electrically conductive plate, springs that return the electrically conductive plate to its original state after the end of the pressing process; a degassing unit, which provides cleaning of the surface of the particles of nanosized powder from adsorbed substances and a vacuum mold with punches, preserving the purity of the powder particles obtained during passage through the degassing unit, during pressing.

Недостатком прототипа является низкая производительность процесса.The disadvantage of the prototype is the low productivity of the process.

Технической задачей изобретения является расширение технологических возможностей и повышение производительности процесса.An object of the invention is the expansion of technological capabilities and increase the productivity of the process.

Поставленная задача решается благодаря тому, что в установке для магнитно-импульсного прессования наноразмерных порошков, содержащей источник питания, включающий в себя генератор импульсных токов, разрядник и блок управления; пресс, включающий в себя раму, в которой размещены плоский индуктор, электропроводящая плита, пружины, возвращающие электропроводящую плиту в исходное состояние после окончания процесса прессования; блоки дегазации, пресс-формы, зону загрузки, шлюз, толкатели и переходные камеры, осуществлено объединение зоны загрузки порошка, в которой можно дополнительно осуществлять в среде инертного газа загрузку в пресс-формы окисляющиеся в атмосфере воздуха наноразмерные порошки, посредством шлюза с блоками дегазации и рабочей зоной пресса в единый объем, находящийся под непрерывной вакуумной откачкой.The problem is solved due to the fact that in the installation for magnetic pulse pressing of nanoscale powders, containing a power source including a pulse current generator, a spark gap and a control unit; a press including a frame in which there is a flat inductor, an electrically conductive plate, springs that return the electrically conductive plate to its original state after the end of the pressing process; degassing units, molds, loading zone, sluice, pushers and transition chambers, a powder loading zone has been combined, in which it is possible to additionally load nanosized powders oxidized in the atmosphere in an atmosphere of inert gas through a gateway with degassing blocks and the working area of the press in a single volume, under continuous vacuum pumping.

Потенциальный и нулевой токовводы представляют собой стержни из материалов с высокой электропроводностью. На одном из концов токовводов расположены конструкционные элементы для соединения индуктора с источником питания, на другом расположены конструкционные элементы, в которых крепятся концы спирали индуктора при помощи неразъемного соединения.Potential and zero current leads are rods of materials with high electrical conductivity. At one end of the current leads there are structural elements for connecting the inductor to the power source, at the other there are structural elements in which the ends of the coil of the inductor are attached using an integral connection.

На фиг.1 и фиг.2 приведены варианты схемы установки магнитно-импульсного прессования наноразмерных порошков, которая состоит из зоны загрузки 1, шлюза 2, блоков дегазации 3, пресса 4, пресс-формы 5, толкателей 6 и переходной камеры 7.Figure 1 and figure 2 shows the options for the installation of magnetic pulse pressing of nanosized powders, which consists of a loading zone 1, airlock 2, degassing units 3, press 4, mold 5, pushers 6 and a transition chamber 7.

Зона загрузки 1 служит для укладки порошка в пресс-форму и представляет собой некий объем, оснащенный манипуляторами и окном, обеспечивающим визуальный контроль за производимыми действиями. Зона загрузки может быть заполненна инертным газом, что позволяет работать с металлическими и прочими порошками, которые окисляются в кислородсодержащей среде.The loading zone 1 serves to lay the powder in the mold and represents a certain volume equipped with manipulators and a window providing visual control over the actions performed. The loading zone can be filled with an inert gas, which allows you to work with metal and other powders that are oxidized in an oxygen-containing medium.

Шлюз 2 предназначен для вывода загруженной порошком пресс-формы 5 из зоны загрузки 1, заполненной либо окружающей атмосферой, либо инертным газом, в переходную камеру 7 с высоким вакуумом, а также для выгрузки пресс-форм, прошедших весь технологический цикл без нарушения вакуума в переходной камере и газовой среды зоны загрузки.The gateway 2 is designed to withdraw the mold loaded with powder 5 from the loading zone 1, filled either with the surrounding atmosphere or with inert gas, into the transition chamber 7 with high vacuum, as well as for unloading the molds that have passed the entire technological cycle without breaking the vacuum in the transition chamber and gas environment of the loading zone.

Блок дегазации 3 представляет собой вакуумируемую печь и предназначен для проведения операций дегазации и отпуска (при необходимости). Операция дегазации заключается в нагреве порошка при непрерывной вакуумной откачке с целью очистки поверхности частиц наноразмерного порошка от адсорбированных веществ, что позволяет получать высокоплотные прессовки. Операция отпуска заключается в нагреве порошка при непрерывной вакуумной откачке с целью снятия остаточных напряжений в прессовке.The degassing unit 3 is a vacuum oven and is designed for degassing and tempering operations (if necessary). The degassing operation consists in heating the powder during continuous vacuum pumping in order to clean the surface of the particles of nanosized powder from adsorbed substances, which allows to obtain high-density compacts. The tempering operation consists in heating the powder during continuous vacuum pumping to relieve residual stresses in the compact.

Пресс 4 предназначен для осуществления процесса магнитно-импульсного прессования порошка и состоит из источника питания, включающего в себя генератор импульсных токов, разрядник и блок управления, позволяющего варьировать силу, развиваемую прессом; пресса, включающего в себя раму, в которой размещены плоский индуктор, электропроводящая плита, пружины, возвращающие электропроводящую плиту в исходное состояние после окончания процесса прессования.Press 4 is designed to carry out the process of magnetic pulse pressing of the powder and consists of a power source including a pulse current generator, a spark gap and a control unit that allows you to vary the force developed by the press; a press including a frame in which there is a flat inductor, an electrically conductive plate, springs that return the electrically conductive plate to its original state after the end of the pressing process.

Пресс-форма 5 служит для упаковки порошка, обеспечивает его транспортировку по всем технологическим зонам и обеспечивает требуемую форму прессовки.Mold 5 is used for packing powder, provides its transportation through all technological zones and provides the desired form of pressing.

Толкатели 6 служат для перемещения пресс-формы по технологическим зонам.Pushers 6 are used to move the mold through the technological zones.

Переходные камеры 7 обеспечивают соединение технологических зон.Transition chambers 7 provide a connection of technological zones.

Данная конструкция установки магнитно-импульсного прессования наноразмерных порошков обеспечивает расширение технологических возможностей (добавляется возможность работать с металлическими и прочими порошками, которые окисляются в кислородсодержащей среде) и повышение производительности процесса.This design of a magnetic pulse pressing plant for nanosized powders provides an expansion of technological capabilities (the ability to work with metal and other powders that are oxidized in an oxygen-containing medium is added) and increase the productivity of the process.

Предлагается следующий вариант конструкции установки.The following installation design is proposed.

Зона загрузки 1 через шлюз 2 посредством переходных камер 7 соединяется с блоками дегазации 3 и прессом 4. Загрузка пресс-форм 5 наноразмерным порошком осуществляется в среде инертного газа в зоне загрузки 1, после чего через шлюз 2 перемещается в переходную камеру 7, находящуюся под непрерывной вакуумной откачкой. Далее в зависимости от технологического цикла пресс-форма 5 с помощью толкателей 7 проводится по блокам дегазации 3, прессу 4 и возвращается в шлюз 2, из которого производится ее выгрузка.The loading zone 1 through the lock 2 by means of the transition chambers 7 is connected to the degassing units 3 and the press 4. The molds 5 are loaded with nanosized powder in an inert gas medium in the loading zone 1, after which it moves through the lock 2 to the transition chamber 7, which is under continuous vacuum pumping. Further, depending on the technological cycle, the mold 5 using the pushers 7 is carried out on the degassing units 3, the press 4 and returns to the gateway 2, from which it is unloaded.

Пример изготовленияManufacturing example

Была изготовлена установка для магнитно-импульсного прессования наноразмерных порошков с энергией источника тока 30 кДж; предельной проектной силой 850 кН; с двумя блоками дегазации на 5 мест каждый с регулируемым нагревом до 600°С при вакуумировании до остаточного давления не более 1 Па. Данная установка продемонстрировала двухкратное увеличение производительности по сравнению с прототипом и позволила получать изделия из наноразмерных порошков меди, железа и алюминия.An apparatus for magnetic pulse pressing of nanosized powders with an energy source of 30 kJ was manufactured; ultimate design power of 850 kN; with two degassing units for 5 places each with adjustable heating up to 600 ° C with evacuation to a residual pressure of not more than 1 Pa. This installation showed a twofold increase in productivity compared to the prototype and allowed to obtain products from nanoscale powders of copper, iron and aluminum.

Claims (1)

Установка для магнитно-импульсного прессования наноразмерных порошков, содержащая источник питания, включающий в себя генератор импульсных токов, разрядник и блок управления; пресс, включающий в себя раму, в которой размещены плоский индуктор, электропроводящая плита, пружины, возвращающие электропроводящую плиту в исходное состояние после окончания процесса прессования; блоки дегазации, пресс-формы, зону загрузки, шлюз, толкатели и переходные камеры, отличающаяся тем, что зона загрузки, заполняемая инертным газом, через шлюз посредством переходных камер соединена с блоками дегазации и прессом, образующими единый объем, находящийся под непрерывной вакуумной откачкой. Installation for magnetic pulse pressing of nanosized powders, containing a power source including a pulse current generator, a spark gap and a control unit; a press including a frame in which there is a flat inductor, an electrically conductive plate, springs that return the electrically conductive plate to its original state after the end of the pressing process; degassing units, molds, loading zone, sluice, pushers and transition chambers, characterized in that the loading zone filled with inert gas through the gateway through transition chambers is connected to the degassing blocks and a press forming a single volume under continuous vacuum pumping.

Images