RU2680322C1 - Fine metal powders from the refractory metals based alloys production method - Google Patents
Fine metal powders from the refractory metals based alloys production method Download PDFInfo
- Publication number
- RU2680322C1 RU2680322C1 RU2018110150A RU2018110150A RU2680322C1 RU 2680322 C1 RU2680322 C1 RU 2680322C1 RU 2018110150 A RU2018110150 A RU 2018110150A RU 2018110150 A RU2018110150 A RU 2018110150A RU 2680322 C1 RU2680322 C1 RU 2680322C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- chamber
- melting
- powder
- inert gas
- spraying
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B22—CASTING; POWDER METALLURGY
- B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
- B22F9/00—Making metallic powder or suspensions thereof
- B22F9/02—Making metallic powder or suspensions thereof using physical processes
- B22F9/06—Making metallic powder or suspensions thereof using physical processes starting from liquid material
- B22F9/08—Making metallic powder or suspensions thereof using physical processes starting from liquid material by casting, e.g. through sieves or in water, by atomising or spraying
- B22F9/082—Making metallic powder or suspensions thereof using physical processes starting from liquid material by casting, e.g. through sieves or in water, by atomising or spraying atomising using a fluid
Abstract
Description
Изобретение относится к области порошковой металлургии, а именно к получению мелкодисперсных металлических порошков из сплавов на основе тугоплавких металлов, например титана, ниобия, вольфрама, молибдена, тантала, рения, ванадия, хрома, циркония, гафния, рутения и осмия, заданного гранулометрического состава распылением расплава потоком инертного газа (атомизацией), и может использоваться для соединения, ремонта и изготовления деталей газотурбинных двигателей (ГТД), двигателей внутреннего сгорания (ДВС), нанесения покрытий и т.д., применяемых в ракетной, авиационной и автомобильной промышленности. Известно, что при изготовлении порошков металлов используют различные методы, например, центробежное распыление, жидкостное распыление, механическое измельчение, газовое распыление.The invention relates to the field of powder metallurgy, and in particular to the production of finely divided metal powders from alloys based on refractory metals, for example titanium, niobium, tungsten, molybdenum, tantalum, rhenium, vanadium, chromium, zirconium, hafnium, ruthenium and osmium, given the specified particle size distribution by spraying melt by a stream of inert gas (atomization), and can be used to connect, repair and manufacture parts of gas turbine engines (GTE), internal combustion engines (ICE), coating, etc., applied found in the rocket, aviation and automotive industries. It is known that in the manufacture of metal powders, various methods are used, for example, centrifugal spraying, liquid spraying, mechanical grinding, gas spraying.
Известен способ получения металлического порошка, включающий расплавление заготовки и распыление расплава инертным газом в камере распыления при подаче расплава через форсунку с получением гранул мелкодисперсного металлического порошка сферической формы, причем расплавление заготовки проводят при давлении инертного газа не более 0,11 МПа, подачу расплава до форсунки осуществляют через подогреваемую направляющую, перед подачей инертного газа его подогревают до температуры 200-500°С, перед распылением расплава осуществляют предварительное вакуумирование камеры распыления, а распыление расплава проводят при температуре (Тпл +250 - Тпл +300)°С, при этом Тпл - температура плавления сплава заготовки (RU 2492028 C1, B22F 9/08, опубл. 10.09.2013)A known method of producing a metal powder, including melting the preform and spraying the melt with an inert gas in the spray chamber when the melt is fed through the nozzle to obtain spherical finely divided metal powder granules, the preform being melted at an inert gas pressure of not more than 0.11 MPa, is fed to the nozzle carried out through a heated guide, before supplying an inert gas it is heated to a temperature of 200-500 ° C, before spraying the melt carry out a pre-heater vacuum evacuation of the spraying chamber, and melt spraying is carried out at a temperature of (Tpl +250 - Tp +300) ° С, while Tpl is the melting temperature of the workpiece alloy (RU 2492028 C1,
Недостатками известного способа является получение порошка на основе сплавов с температурой расплава не более 1700°С, что не позволяет получить порошок тугоплавких металлов (сплавы титана, ниобия и т.д.), также указанное давление распыления, с учетом использования тугоплавких элементов не позволит получить достаточное количество качественного порошка с размером частиц от 10 до 100 мкм. Также недостатком способа является сложность и длительность технологического процесса, в связи с необходимостью нагрева подогреваемой направляющей, что требует подведение энергии к данной направляющей от дополнительного источника тепла. Также необходимо перед распылением провести вакуумирование камеры распыления, что удлиняет процесс и требует дополнительных энергетических затрат, а подогрев инертного газа до температуры 200-500°С требует установки подогревателя газа. С учетом описанных особенностей требуется использование дополнительных расходных элементов, способных выдерживать температурные и динамические нагрузки.The disadvantages of this method is to obtain a powder based on alloys with a melt temperature of not more than 1700 ° C, which does not allow to obtain powder of refractory metals (alloys of titanium, niobium, etc.), also the specified spray pressure, taking into account the use of refractory elements, will not allow to obtain a sufficient amount of high-quality powder with a particle size of 10 to 100 microns. Another disadvantage of this method is the complexity and duration of the process, due to the need to heat a heated guide, which requires the supply of energy to this guide from an additional heat source. It is also necessary to vacuum the spraying chamber before spraying, which lengthens the process and requires additional energy costs, and heating an inert gas to a temperature of 200-500 ° C requires the installation of a gas heater. Given the described features, the use of additional consumable elements that can withstand temperature and dynamic loads is required.
Известен способ получения ультрадисперсного порошка титана с размером частиц 10-2000 мкм, включающий подачу тетрахлорида титана в камеру электродугового плазмотрона постоянного тока с обеспечением взаимодействия тетрахлорида титана с потоком водородной плазмы, охлаждение и конденсацию порошка в приемном бункере, при этом подачу тетрахлорида титана в камеру электродугового плазмотрона ведут через плазменную горелку с конфузорно-диффузионным соплом с обеспечением получения заданного размера частиц путем изменения силы постоянного тока плазмотрона в диапазоне 100-500 А и расхода тетрахлорида титана в диапазоне 1-5 г/с (RU 2593061 C1, С22В 34/12, опубл. 27.07.2016).A known method of producing ultrafine titanium powder with a particle size of 10-2000 μm, including the supply of titanium tetrachloride into the chamber of the DC arc plasma torch with the interaction of titanium tetrachloride with a stream of hydrogen plasma, cooling and condensation of the powder in the receiving hopper, while feeding titanium tetrachloride into the chamber of the electric arc the plasma torch is led through a plasma torch with a diffuser nozzle to ensure a given particle size by changing the direct current and the plasma torch in the range of 100-500 A and the flow rate of titanium tetrachloride in the range of 1-5 g / s (RU 2593061 C1, C22B 34/12, publ. 07.27.2016).
Недостатками известного способа является работа только с тетрахлоридом титана в плазменной струе, образованной водородом, что ограничивает материалы, которые можно подвергать такой обработке, а также имеет определенную опасность с точки зрения применения водорода. В связи с тем, что одним из основных факторов данного способа является химическая реакция восстановления тетрахлорида титана водородом, невозможно получать порошки из сложнолегированных сплавов на основе титана или других металлов. К тому же, в представленном способе не показано какую форму имеют гранулы порошка, что очень важно для дальнейшего применения.The disadvantages of this method is to work only with titanium tetrachloride in a plasma jet formed by hydrogen, which limits the materials that can be subjected to such processing, and also has a certain danger from the point of view of the use of hydrogen. Due to the fact that one of the main factors of this method is a chemical reaction for the reduction of titanium tetrachloride with hydrogen, it is impossible to obtain powders from complex alloys based on titanium or other metals. In addition, the presented method does not show what shape the powder granules have, which is very important for further use.
Наиболее близким аналогом, взятым за прототип, является способ получения порошка из металлов, включающий установку заготовки в камеру загрузки, напуск инертного газа, опускание вращающейся заготовки в индуктор, расплавление поверхностного слоя заготовки, распыление расплава потоком инертного газа (атомизацию) в камере распыления при подаче расплава через форсунку с получением гранул мелкодисперсного металлического порошка сферической формы, сбор порошкового материала. В плавильной камере металлический стержень расплавляется через высокочастотное поле индуктора с разной размерностью обмоток. Расплавленный металл проникает через отверстие в бункер сбора порошка, при этом распыляется в форсунке из-за различных давлений в плавильной камере и бункере сбора порошка, а также с помощью дисперсионной системы (US 5284329 A, B22F 9/08, опубл. 08.02.1994).The closest analogue taken as a prototype is a method of producing powder from metals, which includes installing the preform in the loading chamber, inflowing inert gas, lowering the rotating preform into the inductor, melting the surface layer of the preform, spraying the melt with an inert gas stream (atomization) in the spray chamber when feeding melt through the nozzle to obtain granules of finely dispersed metal powder of a spherical shape, collecting powder material. In the melting chamber, the metal rod is melted through the high-frequency field of the inductor with different dimensions of the windings. The molten metal penetrates through the hole in the powder collection hopper, and is sprayed in the nozzle due to various pressures in the melting chamber and powder collection hopper, as well as using a dispersion system (US 5284329 A,
Недостатками способа-прототипа являются отсутствие вакуумирования установки, что влияет на химический состав конечного порошка, отсутствие возможности установки расплавляемого стержня (заготовки) без напуска атмосферного газа в область плавления, что приводит к необходимости проведения дегазации камеры плавления и удаления примесей. Так же отсутствует контролируемый отвод газа из зоны распыления, что не позволяет регулировать фракционный состав получаемого порошка.The disadvantages of the prototype method are the lack of evacuation of the installation, which affects the chemical composition of the final powder, the inability to install a molten rod (billet) without inflowing atmospheric gas into the melting region, which leads to the need for degassing of the melting chamber and removal of impurities. There is also no controlled gas removal from the spray zone, which does not allow to control the fractional composition of the obtained powder.
Технической задачей и техническим результатом изобретения является разработка способа получения мелкодисперсных металлических порошков из сплавов на основе тугоплавких металлов, заданного гранулометрического состава распылением расплава потоком инертного газа (атомизацией), обеспечивающего стабильный химический состав получаемого порошка без внесения загрязнения по вредным примесям за счет контролируемой среды в плавильной камере и камере распыления, повышение выхода годного порошка заданного размера и правильной сферической формы путем поддержания перепада давления между плавильной и распылительной камерами в диапазоне от 0,01 до 0,035 МПа.The technical task and the technical result of the invention is to develop a method for producing finely dispersed metal powders from alloys based on refractory metals, of a given particle size distribution by spraying the melt with an inert gas stream (atomization), which provides a stable chemical composition of the resulting powder without introducing pollution by harmful impurities due to the controlled environment in the melting chamber and spray chamber, increasing the yield of a powder of a given size and the correct spherical shape forms by maintaining the pressure drop between the melting and spraying chambers in the range from 0.01 to 0.035 MPa.
Для достижения поставленного технического результата предложен способ получения гранул мелкодисперсного металлического порошка сферической формы, включающий установку в камеру загрузки заготовки в виде стержня, состоящего из конусной и цилиндрической частей, проведения напуска инертного газа, приведения заготовки во вращение и опускания вращающейся заготовки в индуктор плавильной камеры, в которой плавят поверхностный слой заготовки, затем полученный расплав распыляют потоком инертного газа через форсунку в камере распыления с получением гранул порошка и их последующим сбором в системе сбора порошка, при этом перед напуском инертного газа проводят вакуумирование камеры загрузки, плавильной камеры, камеры распыления и системы сбора порошка, при этом камеру загрузки отделяют от плавильной камеры вакуумным затвором, а между зонами плавления и распыления устанавливают расстояние от 100 до 300 мм, при этом зону перехода конусной части заготовки в цилиндрическую располагают на расстоянии не менее 1 мм выше верхнего витка индуктора, заготовку опускают в индуктор плавильной камеры со скоростью 5-150 мм/мин, а скорость ее вращения устанавливают 1-20 об/мин, при этом плавление заготовки осуществляют при температуре (Тпл+50 - Тпл+500)°С, при разности давлений плавильной камеры и камеры распылительной в диапазоне от 0,01 до 0,035 МПа.To achieve the technical result, a method for producing granules of finely dispersed metal powder of a spherical shape is proposed, which includes installing a preform in the form of a rod consisting of a cone and cylindrical parts, inert gas inlet, bringing the preform into rotation and lowering the rotating preform into the inductor of the melting chamber, in which the surface layer of the workpiece is melted, then the obtained melt is sprayed with a stream of inert gas through a nozzle in a spray chamber with by irradiating the powder granules and their subsequent collection in the powder collection system, in this case, before loading the inert gas, the loading chamber, the melting chamber, the spray chamber and the powder collecting system are evacuated, while the loading chamber is separated from the melting chamber by a vacuum shutter, and between the melting and spraying zones set the distance from 100 to 300 mm, while the zone of transition of the conical part of the workpiece into a cylindrical one is positioned at a distance of at least 1 mm above the upper turn of the inductor, the workpiece is lowered into the melting inductor ohm chamber with a speed of 5-150 mm / min, and the speed of its rotation is set to 1-20 rpm, while the melting of the workpiece is carried out at a temperature (T PL +50 - T PL +500) ° C, with a pressure difference of the melting chamber and spray chamber in the range from 0.01 to 0.035 MPa.
Способ получения металлических порошков иллюстрируется на фиг. 1 и фиг. 2 где:A method for producing metal powders is illustrated in FIG. 1 and FIG. 2 where:
1 - механизм вертикального перемещения;1 - vertical movement mechanism;
2 - механизм крепления заготовки;2 - workpiece mounting mechanism;
3 - уплотнение;3 - seal;
4 - загрузочная камера;4 - boot camera;
5 - вакуумный затвор;5 - vacuum shutter;
6 - плавильная камера;6 - a melting chamber;
7 - камера распыления;7 - spray chamber;
8 - расплавляемый металлический стержень (заготовка);8 - a molten metal rod (billet);
9 - конуснообразный индуктор;9 - cone-shaped inductor;
10 - форсунка;10 - nozzle;
11 - кран;11 - crane;
12 - приемный бункер;12 - receiving hopper;
13 - бункер циклона;13 - cyclone hopper;
14 - клапан;14 - valve;
15 - вентилятор;15 - fan;
16 - зона расплава;16 - melt zone;
17 - зона рассеивания расплавленного материала;17 - the dispersion zone of the molten material;
S - расстояние между зоной перехода конусной части стержня в цилиндрическую и верхним витком индуктора;S is the distance between the transition zone of the conical part of the rod into a cylindrical and the upper coil of the inductor;
Н - расстояние между зоной рассеивания расплавленного материала и зоной расплава.H is the distance between the dispersion zone of the molten material and the zone of the melt.
Изначально устанавливают металлический стержень - заготовку 8 расплавляемого сплава в загрузочной камере 4 на механизме крепления 2. Загрузочная камера 4 отделена от плавильной камеры 6 вакуумным затвором 5 для выполнения непрерывного процесса расплавления и получения порошка. Затем производят откачку воздуха из установки, включающей камеру загрузки 4, плавильную камеру 6, камеру распыления 7, систему сбора порошка 12, 13, при этом перекрывают клапан 14. Давление, достигаемое в результате откачки, составляет 6,67*10-6 МПа. После производится напуск инертного газа до давления 1*10-1 МПа. Затем операция по вакуумированию и напуску инертного газа проводится еще 2-3 раза для исключения наличия примесей в среде загрузочной камеры, плавильной камеры, камеры распыления, системы сбора порошка. Далее включается высокочастотный источник осуществляющий индукционный нагрев заготовки 8, вращающейся со скоростью 1-20 об/мин в конуснообразном индукторе 9 без применения тигля и опускающейся со скоростью 5-150 мм/мин через уплотнение 3, за счет механизма вертикального перемещения 1. В результате нагрева происходит плавление поверхностного слоя заготовки 8 и стекание в сопло форсунки 10 свободным падением в виде струи диаметром 0,5-7 мм температурой (Тпл+50 - Тпл+500)°С. При этом открывается клапан 14, в плавильную камеру 6 подается инертный газ, обеспечивающий поддув газа и исключающий противоток в форсунке 10. Поддержанием оптимальных параметров, которые получены опытным путем, по скорости опускания заготовки и мощности нагрева обеспечивается выдерживание расстояний между зонами плавления и распыления от 100 до 300 мм, а также высоты цилиндрической части заготовки относительно индуктора не менее 1 мм, что обеспечивает стабильный фракционный состав и сферичность получаемого порошка. В распылительную форсунку 10 подается инертный газ с давлением от 2,5 до 7,0 МПа, при этом расход газа составляет от 500 кг/ч до 3500 кг/ч. В плавильной камере 6 и распылительной камере 7 создается разность давления в диапазоне от 0,01 МПа до 0,035 МПа. В результате воздействия потока газа в форсунке 10 на струю расплавленного металла происходит измельчение и кристаллизация частиц с получением порошка. Наиболее крупные частицы порошка ссыпаются в приемный бункер 12 отделенный от распылительной камеры 7 краном 11, более легкие частицы с потоком отсасываемого газа оседают в бункере циклона 13, а сам газ выбрасывается в атмосферу. Для создания уравновешенной системы давлений в камерах установки используется вентилятор 15 с частотным регулированием.Initially, a metal rod is installed - the
Предлагаемый способ позволяет получать высококачественные мелкодисперсные металлические порошки из сплавов на основе тугоплавких материалов заданного гранулометрического состава за счет стабилизации потока отвода инертного газа, стабильного химического состава без внесения загрязнения по вредным примесям, используя предварительное вакуумирование и напуск инертного газа и правильной сферической формы путем управления процессом плавления и удерживая зону расплава на заданном расстоянии от форсунки, а также обеспечивая определенное расстояние от зоны расплавления до зоны распыления.The proposed method allows to obtain high-quality finely dispersed metal powders from alloys based on refractory materials of a given particle size distribution by stabilizing the inert gas removal stream, stable chemical composition without introducing pollution into harmful impurities, using preliminary evacuation and inert gas inlet and of the correct spherical shape by controlling the melting process and holding the melt zone at a predetermined distance from the nozzle, as well as providing a certain th the distance from the melt zone to spray zone.
Claims (1)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2018110150A RU2680322C1 (en) | 2018-03-22 | 2018-03-22 | Fine metal powders from the refractory metals based alloys production method |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2018110150A RU2680322C1 (en) | 2018-03-22 | 2018-03-22 | Fine metal powders from the refractory metals based alloys production method |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2680322C1 true RU2680322C1 (en) | 2019-02-19 |
Family
ID=65442462
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2018110150A RU2680322C1 (en) | 2018-03-22 | 2018-03-22 | Fine metal powders from the refractory metals based alloys production method |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2680322C1 (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2758047C2 (en) * | 2019-11-19 | 2021-10-25 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Пензенский государственный университет" (ФГБОУ ВО "ПГУ") | Apparatus for producing spherical metal powders |
Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
SU908533A1 (en) * | 1977-07-15 | 1982-02-28 | Институт Электроники Им.У.А.Арифова Ан Узсср | Method of obtaining spherical metallic powder |
US5284329A (en) * | 1991-01-25 | 1994-02-08 | Leybold Alktiengesellschaft | System for the production of powders from metals |
RU2469817C1 (en) * | 2011-06-27 | 2012-12-20 | Александр Юрьевич Вахрушин | Method of refractory material powder balling |
RU133445U1 (en) * | 2013-02-13 | 2013-10-20 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Южно-Уральский государственный университет" (национальный исследовательский университет) (ФГБОУ ВПО "ЮУрГУ" (НИУ)) | LIQUID METAL SPRAYING PLANT |
-
2018
- 2018-03-22 RU RU2018110150A patent/RU2680322C1/en active
Patent Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
SU908533A1 (en) * | 1977-07-15 | 1982-02-28 | Институт Электроники Им.У.А.Арифова Ан Узсср | Method of obtaining spherical metallic powder |
US5284329A (en) * | 1991-01-25 | 1994-02-08 | Leybold Alktiengesellschaft | System for the production of powders from metals |
RU2469817C1 (en) * | 2011-06-27 | 2012-12-20 | Александр Юрьевич Вахрушин | Method of refractory material powder balling |
RU133445U1 (en) * | 2013-02-13 | 2013-10-20 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Южно-Уральский государственный университет" (национальный исследовательский университет) (ФГБОУ ВПО "ЮУрГУ" (НИУ)) | LIQUID METAL SPRAYING PLANT |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2758047C2 (en) * | 2019-11-19 | 2021-10-25 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Пензенский государственный университет" (ФГБОУ ВО "ПГУ") | Apparatus for producing spherical metal powders |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
EP3294482B1 (en) | Methods and apparatuses for producing metallic powder material | |
CN108025365B (en) | Plasma atomization metal powder manufacturing process and system thereof | |
CN108500279B (en) | Cold bed smelting type gas atomization powder preparation method and device | |
CN108941588A (en) | A kind of preparation method of laser forming Ni-base Superalloy Powder | |
CN106166617A (en) | A kind of preparation method of 3D printing titanium alloy powder | |
WO2011054113A1 (en) | Methods and apparatuses for preparing spheroidal powders | |
CN110640156B (en) | Gas atomization preparation process of iron powder for additive manufacturing and repairing | |
CN106964782A (en) | A kind of method for preparing spherical niobium alloy powder | |
CN107486560A (en) | A kind of method that globular metallic powder is prepared in the case where malleation cools down atmosphere | |
RU2680322C1 (en) | Fine metal powders from the refractory metals based alloys production method | |
TW201720550A (en) | Equipment and method of manufacturing alloy powder can heat an alloy raw material stick to obtain column-like alloy melt soup to cool and mist melt soup so as to form alloy powder | |
RU2413595C2 (en) | Method of producing spherical granules of refractory and chemically active metals and alloys, device to this end and device to fabricate initial consumable billet to implement said method | |
AU2020356227A1 (en) | Device for atomizing a melt stream by means of a gas | |
AU2018400808B2 (en) | Methods of forming spherical metallic particles | |
EP1445047B1 (en) | A method for spray forming metal deposits | |
RU2722317C1 (en) | Centrifugal jet-plasma method of producing powders of metals and alloys | |
RU2760905C1 (en) | Method for producing metal powders or granules | |
RU2641596C2 (en) | Method and device for producing tungsten article by layer-by-layer application of tungsten | |
RU2173609C1 (en) | Method and apparatus for producing highly reactive metals and alloys | |
RU2741036C1 (en) | Device for producing metallopopene compositions | |
RU2749403C1 (en) | Device for producing metal powder | |
TW201822917A (en) | Device and method for manufacturing material particles | |
US20240066593A1 (en) | Metallic powders and methods therefor | |
CN218283735U (en) | Preparation system of high sphericity and low oxygen increment titanium or titanium alloy powder | |
RU2806647C2 (en) | Method of electric arc dispersion of refractory material |