Способ комбинированной обработки материалов

 

Изобретение относится к электрофизикохимическим методам обработки, в частности к способам обработки материалов импульсными разрядами, и позволяет повысить эффективность обработки материала за счет увеличения поступательной и вращательной подвижности частиц, расширить многообразие проводимых процессов, а также осуществить тонкое измельчение дисперсного материала. Согласно изобретению обрабатываемый материал (в случае немагнитовосприимчивых материалов - смесь немагнитных и магнитовосприимичивых) приводят в магнитоожиженное состояние наложением переменного, бегущего, вращающего или пульсирующего магнитного поля и возбуждают в системе импульсные разряды в искровом режиме. 2 з.п. ф-лы, 1 табл., 1 ил, сл

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (51)5 В 01 J 8/18

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4819606/26 (22) 21.03.90 (46) 07.07.92. Бюл. N 25 (71) Институт прикладной физики АН МССР (72) М.К,Болога, С.В.Сюткин, B.Â.Òåòþõèí, T.M.Ñèÿåâ и В.П.Гончарук (53) 66.096,5 (088;8) (56) Ладиков-Роев Ю.П. и др. Тезисы докладов 4 Всесоюзной научно-технической конференции "Электрический разряд в жидкости и его применение в промышленности". Исследование электрической эрозии и диспергирования металлов в среде при разрядно-импульсных технологий. Николаев, 1988, ч. 2, с. 206.

Авторское свидетельство СССР

N. 1176938, кл. В 01 J 8/18, 1985. (54) СПОСОБ КОМБИНИРОВАННОЙ ОБРАБОТКИ МАТЕРИАЛОВ

Изобретение относится к электро-физико-химическим методам обработки, в частности к способам обработки материалов импульсными разрядами.

Известен способ получения мелкодисперсной фазы импульсным электрораэрядным диспергированием металла, в жидкостях и газах,. основанный на явлении электрической эрозии и диспергировании металла, заключающегося в разрушении поверхности материала энергией высокотемпературных локальных источников, возникающих в результате протекания тока между электродами, и разбрызгивании под действием различных факторов жидкой фазы в окружающей среде.

Однако по этому способу диспергирование происходит наиболее интенсивно в случае мелкодисперсных материалов, . Ж 1745328А1

{57) Изобретение относится к электрофизикохимическим методам обработки, в частности к способам обработки материалов импульсными разрядами, и позволяет повысить эффективность обработки материала за счет увеличения поступательной и вращательной подвижности частиц, расширить многообразие проводимых процессов, а также осуществить тонкое измельчение дисперсного материала, Согласно изобрете. нию обрабатываемый материал (в случае немагнитовосприимчивых материалов— смесь немагнитных и магнитовосприимичивых) приводят в магнитоожиженное состояние наложением переменного, бегущего, вращающего или пульсирующего магнитно- 5з го поля и возбуждают в системе импульсные разряды в искровом режиме. 2 з.п, ф-лы, 1 табл„1 ил, (". поскольку с увеличением диаметра гранул сокращается число контактных участков диспергируемого металла, что снижает производительность процесса обработки. Кроме того, с увеличением вводимой энергии выше некоторого уровня, лимитированного тепловыми процессами, возможно приваривание частиц дисперсного материала друг с другом и резкое ухудшение процесса обработки.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому эффекту к предлагаемому техническому решению является способ обработки материалов в псевдоожи женном слое дисперсных материалов, включающий ожижение частиц, подачу реагентов и последующий нагрев путем пропускания электрического тока непосредственно через псевдоожиженный слой дис1745328 персных частиц, электрический ток пропускают в момент расширения слоя.

Недостатком известного способа является трудность создания однородного псевдоожиженного слоя для крупных частиц.

Кроме того, в этом способе электрический ток используется для непосредственного прямого нагрева псевдоожиженного слоя за счет пропускания тока, т.е. используется электротермический псевдоожиженный слой. Для повышения энергетических характеристик процесса необходимо реализовать ввод энергии в систему импульсными в

-4 -7 искровом режиме на временах 10 — 10 с, Псевдоожиженный слой не позволяет реализовать эти режимы, так как процесс происходит в режиме дугового разряда, который энергетически менее выгоден, Целью изобретения является повышение эффективности обработки материалов за счет увеличения поступательной и вращательной подви>кности частиц, расширение многообразия проводимых процессов, а также тонкое измельчение дисперсного материала.

Указанная цель достигается тем, что в рабочую камеру, содер>кащую два коаксиальных электрода, помещают дисперсный. материал (в случае немагнитовосприимчивых материалов — смесь немагнитных и магнитовосприимчивых), который затем приводит в магнитоожиженное состояние (интенсивное движение по всему рабочему объему) наложением переменного, бегущего, вращающегося или пульсирующего магнитных полей, и возбуждают в системе импульсные разряды. Магнитовосприимчивые частицы, хаотически перемещаясь в рабочем объеме, играют роль плавающих электродов — электрические разряды возникают при контактировании частиц с электродами и друг с другом, а кратковременность контактирования и большое количество замыканий межэлектродного промежутка практически снимают ограничения вводимой энергии импульсных разрядов. Сопоставительный анализ с прототипом показывает, что в заявляемом способе магнитоожижение посредством внешнего магнитного поля приводит к дополнительному эффекту — диспергированию за счет интенсивного движения частиц (максимальные скорости поступательного перемещения до 7 м/с и вращательного движения до 1600 рад/с), что создает в обрабатываемом материале предельные напряжения сдвига посредством сдавливания, среза, удара.

На чертеже представлена схема реализации предлагаемого способа.

40

45 модействие между магнитовосприимчивыми

5

Источник питания имеет два независимых блока; сильноточных разрядов низкого напряжения 1 и слаботочных импульсных разрядов высокого напряжения 2. Магнитоожижение создается магнитным полем от индуктора 3, Рабочая камера 4 содержит два коаксиальных электрода 5 и 6, Обрабатываемый (е) материал (ы) 7 периодически или непрерывно загружают в рабочую камеру.

Обработку материалов проводят в зависимости от поставленной задачи в химически активной среде, либо во вспомогательной среде, которая не взаимодействует с обрабатываемыми материалами.

Способ осуществляют следующим образом, В случае обработки магнитовосприимчивых материалов их объемная концентрация в рабочем объеме составляет 1 — 20 .

Верхний предел концентрации обрабатываемых материалов обусловлен тем, что при больших концентрациях в рабочем объеме начинают образовываться устойчивые неподвижные структуры, для разрушения и перевода которых во взвешенное состояние требуются значительные энергетические затраты, Нижний предел обусловлен требованиями эффективности обработки, так как при уменьшении концентрации в единице объема уменьшается количество импульсных разрядов.

Для обработки немагнитовосприимчивых материалов в рабочую камеру помещают смесь, состоящую из магнитовосприимчивых частиц, занимающих 1-25;4 рабочего объема, и обрабатываемого материала, занимающего 10-307> рабочего объема. Обоснование пределов по концентрации магнитовосприимчивых частиц здесь такое же, как и в первом случае, причем верхний предел несколько выше, так как наличие в системе немагнитного материала уменьшает диполь-дипольное взаи- частицами и снижает вероятность образования устойчивых неподвижных структур, Нижний предел по концентрации обрабатываемого материала обусловлен требованиями производительности. Увеличение концентрации обрабатываемого материала более 30ф приводит к снижению производительности процесса, так как сильно возрастает диэлектрическая прочность эффективного рабочего промежутка, что снижает вероятность возникновения искрового разряда, и эффективность обработки, так как на весь обрабатываемый материал оказывается вовлеченным в ожиженное состояние, что,a свою очередь ухудшает усло1745328 вия движения магнитовосприимчивых частиц.

В рабочем объеме с помощью магнитного поля индуктора создают магнитоожиженный слой, причем немагнитовосприимчивые частицы ожижаются посредством интенсивного движения магнитовосприимчивых материалов.

Индукция магнитного поля, необходимая для магнитоожижения, составляет 0,01-0,15

Т, причем пределы соответствуют пределам концентрации обрабатываемых материалов.

На коаксиальные электроды подают на15 пряжение от источников питания, что приводит к возникновению в рабочем объеме импульсных разрядов.

Данный способ позволяет вести обработку материалов в следующих режимах;

20 обработка в магнитоожиженном слое (режим I); обработка в магнитоожиженном слое с одновременным возбуждением сильноточных импульсных разрядов, используя блок 1 источника питания. Параметры силь25 ноточных разрядов: энергия в импульсе 0,55 Дж, длительность 10 — 50 мкс, частота их следования 100-1000 Гц(режим II); обработка в магнитоожиженном слое с возбуждением слаботочных разрядов от блока 2

30 источника питания, причем рабочее напряжение колеблется в пределах 1-50 кВ (режим III); обработка в магнитоожиженном слое с одновременным возбуждением сильноточных и слаботочных разрядов (режим

IV).

Пример 1, Диспергирование сыпучего материала.

Полученные результаты по диспергированию приведены для кварцевого песка. Ис35 ходная дисперсность песка составляла 500 мкм. Объемная концентрация обрабатываемого материала 30%, а магнитовосприимчивых материалов 2,5%. Геометрические параметры магнитовосприимчивых матери40 в зависимости от времени и вида обработки. 50

Нумерация режимов обработки соответствует приведенной выше классификации ре- жимов, а их рабочие параметры следующие: !! — энергия в импульсе 3 Дж, длительность импульса 30 мкс, частота их следования 700

Гц: ill — рабочее напряжение 30 кВ; IV параметры такие же, как в I! u Ill.

Пример 2. Электроэрозионно-элект.рохимическая обработка материалов. алов: d = 1,5 мм, I/d = 10, где — длина частиц; 45

d — их диаметр, Индукция магнитного поля

В =0,15Т.

В таблице представлены результаты по изменению дисперсности кварцевого песка

Обработку проводили в водном растворе NaO, причем анодом служили как внешний, так и внутренний электроды иэ стали

Х18Н10Т. Индукция магнитного поля В =

=0,15 Т; параметры сильноточных импульсных разрядов следующие: энергия в разряде 3 Дж, длительность 30 мкс. частота их следования 1 кГц. Испытания показали, что происходит одновременно анодное растворение металла по всей поверхности и его локальное эрозионное разрушение, так как в отработанной жидкости обнаружены мелкодисперсные частицы материала анода.

Экспериментально установлено, что электроэрозионно-электрохимическая обработка материалов протекает интенсивнее, когда анод является внутренний электрод, причем выход по току по сравнению с традиционной электрохимической обработкой увеличивается на порядок.

Пример 3. Диспергирование и модификация металлических материалов.

Проводили обработку сплава ВК10 с характерными размерами 10 м в диэлектрических жидкостях,: дистиллированная вода и трансформаторное масло, Индукция магнитного поля 0,15 Т. В рабочей камере возбуждали импульсные разряды с энергией 4

Дж, длительностью 25 мкс и частотой следования 700 Гц, При обработке в дистиллированной воде получали диспергированный порошок твердого сплава ВК10 с дисперсностью 10-20 мкм, а проведение процесса обработки в трансформаторном масле позволило не только диспергировать, но и модифицировать состав получаемого продукта. Исследования показали, что в данном случае образовывается карбид. вольфрама кубической модификации)3- WC, который составляет около 75% от получаемого продукта с размерами частиц 5 — 10 мкм.

Формула изобретения

1. Способ комбинированной обработки материалов путем ожижения частиц в рабочем объеме химически активной или вспомогательной среды при одновременном возбуждении в ожиженном слое импульсных электрических разрядов, о т л и ч а ю щи йс я тем, что, с целью повышения эффективности обработки за счет увеличения поступательной и вращательной подвижности частиц, ожижение материала проводят магнитным полем переменной индукции величиной 0,01-0,15

Т, например, бегущим, вращающимся или пульсирующим магнитным полем, а электрические разряды в объеме камеры возбуждают в искровом режиме- при полном магнитоожижении дисперсного материала, в качестве вспомогательной среды используют

1745328

Время об- Режим обработки, работки мин испе сность, мкм

5 -10

10- 25

25-50

50 -75 75 -100

Более 100

35,80

1,10

34,00

14,40

7,00

7,70

35,40

26,16

20,28

7,06

6,28

4,82

55,91

20,43

16,90

5,14

0,85

0,77

0,60

28,20

58,30

10,40

2,45

27,88

9,70

34,06

38,06

13,98

8.29

6,09

7,53

32,56

14,39

13,53

4,62

3,70

22,10

58.81

0,70

4,00

8,97

30,60

60,10

0,83

8,01

31,95

31,25

18,84

7,54

2,41

41,31

8,08

39.03

7,44

2,73

1,41

22.20

61,81

13,86

1,53

0,60

63,50

35,20

1,30

20,88

11,39

48,45

4,94

30,64

15,73

52,43

24,69

62,87

12,44

IV.

37,70

62,00

0,30 магнитовосприимчивый материал,концентрацию поддерживают на уровне 1-20 рабочего объема, в состав которого перед ожижением вводят химически инертные магнитовосприимчивые частицы в количест- 5 ве, занимающем 1-25 рабочего объема, а концентрацию частиц обрабатываемого материала поддерживают на уровне 10-30 рабочего объема.

2. Способ по п.1. отличающийся 10 тем, что, с целью расширения многообразия проводимых процессов, в качестве химически активной или вспомогательной среды используют жидкость, например водные растворы электролитов и жидкие диэлектрики.

3, Способ по пп.1 и 2, отл ичв ю щийс я тем, что, целью тонкого измельчения дисперсного материала, в ожиженном слое дополнительно возбуждают слаботочные импульсные разряды с напряженностью до

25 к8/см.

1745328 ф 7

Составитель Т;Барабаш

Техред М,Моргентал Корректор 3,Лончакова

Редактор О,Головач

Производственно-издательский комбинат "Патент", r. Ужгород, ул.Гагарина, 101, Заказ 2343 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5