Устройство для непрерывной цементации и очистки металлических порошков

 

Изобретение относится к оборудованию для химического покрытия металлических порошков с последующей их очисткой от продуктов реакции с использованием ультразвуковых колебаний и может быть использовано в производстве экологически чистых композиционных материалов в металлургической и электротехнической промышленности, а также в машиностроении. Цель изобретения: создание установки, обеспечивающей непрерывное проведение процесса цементации и очистки порошков, что позволит увеличить производительность процесса в 2 3 раза при одинаковых энергозатратах; получение металлического порошка с равномерным покрытий по всей поверхности частички порошка, обеспечение качественной очистки готового порошка от побочных продуктов химической реакции. Сущность изобретения: устройство содержит ультразвуковой генератор с преобразователем, волноводоизлучающую систему и реакционную ванну и отличается тем, что волноводоизлучающая система состоит из наборов волноводов продольных колебаний, причем волноводы продольных колебаний выполнены в виде жестко и последовательно соединенных между собой стержней, а между волноводами продольных колебаний в плоскостях, перпендикулярных их оси, расположены волноводы изгибных колебаний, а реакционная ванна дополнительно снабжена сливным отверстием и приспособлениями для непрерывной подачи порошков и реакционной жидкости. 1 ил.

Изобретение относится к оборудованию для химического покрытия металлических порошков с последующей их очисткой от продуктов реакции с использованием ультразвуковых колебаний и может быть использовано в производстве экологически чистых композиционных материалов с металлургической и электротехнической промышленности, а также в машиностроении.

Известно устройство для ультразвуковой очистки стальной полосы, движущейся в технологическом потоке и проходящей через ультразвуковую ванну, выполненную в виде вертикальной трубы большого диаметра с полусферической заглушкой на нижнем ее конце, причем внутри трубы расположены блоки магнитострикционных преобразователей [1] Устройство имеет большие габаритные размеры, большое количество магнитострикционных преобразователей, требует значительного расхода электроэнергии, при этом его невозможно использовать для очистки мелких деталей и порошковых материалов.

Наиболее близкой к изобретению по технической сущности является ультразвуковая установка для процесса цементации (плакирования) из водных растворов, включающая термостатированную реакционную ванну с днищем, выполненным в виде диафрагмы магнитострикционного преобразователя ПМС-6, работающего от ультразвукового генератора. Наложение ультразвукового поля на процесс цементации в 1,5 раза сокращает время обработки по сравнению с механическим перемешиванием. Эта установка может быть использовано для последующей очистки полученного продукта [2] Однако известное устройство не может быть использовано для проведения непрерывного процесса цементации и очистки из-за необходимости периодической загрузки исходных материалов, выгрузки готового продукта и слива отработанного раствора. Кроме того, устройство не имеет возможности обрабатывать большие порции порошка, так как увеличение количества порошка и раствора снижает эффективность работы устройства (колебания диафрагмы демпфируются), поэтому, чтобы повысить эффективность работы устройства, необходимо увеличить акустическую мощность, что требует значительного повышения расхода потребляемой электроэнергии. Кроме того, из-за особенностей колебания диафрагмы невозможно создать равномерное ультразвуковое воздействие в объеме ванны, что снижает качество процесса цементации и очистки (снижается равномерность покрытия металлических частиц и ухудшается степень очистки готового порошка от примесей и побочных продуктов химической реакции).

Задачами изобретения являются следующие: создание установки, обеспечивающей непрерывное проведение процесса цементации и очистки порошков, что позволит увеличить производительность процессов в 2-3 раза при одинаковых энергозатратах, получение металлического порошка с равномерным покрытием по всей поверхности частички порошка, обеспечение качественной очистки готового порошка от побочных продуктов химических реакций.

Для этого известное устройство, включающее ультразвуковый генератор с преобразователем, волноводоизлучающую систему и реакционную ванну, в соответствии с изобретением имеет волноизлучающую систему, состоящую из наборов волноводов продольных колебаний и волноводов изгибных колебаний, причем волноводы продольных колебаний выполнены в виде вертикальных жестко и последовательно соединенных между собой стержней, а между волноводами продольных колебаний в плоскостях, перпендикулярных их оси, расположены волноводы изгибных колебаний. Кроме того, реакционная ванна дополнительно снабжена сливным отверстием и приспособлениями для непрерывной подачи порошков и реакционной жидкости.

Сущность изобретения заключается в том, что экспериментальным и расчетным путем подобраны наборы волноводов продольных и изгибных колебаний. Так, волноводы продольных колебаний выполнены в виде вертикальных стержней, при этом длина каждого из волноводов кратна λ /2, где λ- длина упругой волны в материале волновода, причем волноводы резонансной длины жестко и последовательно соединены между собой, а между ними расположены также резонансных размеров волноводы изгибных колебаний в плоскостях, перпендикулярных оси волноводов продольных колебаний. Описанная волноводоизлучающая система продольно-изгибных колебаний устанавливается в ванне-реакторе, заполненной обрабатываемым порошком и раствором для процесса цементации или водой для процесса очистки. Между колеблющимися пластинами в ванне-реакторе, заполненной жидкостью, образуются акустические течения, которые удерживают частицы порошка как бы во взвешенном состоянии, что снижает скорость их падения. Кроме того, за счет колебания пластин в растворе возникает интенсивная кавитация, которая очищает частицы порошка от примесей. Таким образом, новые отличительные от прототипа признаки обеспечивают решение поставленных задач, что дает основание считать, что предлагаемое техническое решение соответствует критериям изобретения "новизна" и "изобретательский уровень".

На чертеже представлено ультразвуковое устройство для цементации и очистки порошков.

Устройство содержит ультразвуковой генератор с магнитострикционным преобразователем и концентратором 1, волноводы продольных колебаний 2 и волноводы изгибных колебаний 3, реакционную ванну 4 со сливным отверстием 5 бункер для порошка 6 и воронку для раствора или воды 7.

Железный порошок из бункера 6 и раствор CuSO₄ для цементации или вода (при отмывке) подаются через воронку 7 в ванну-реактор 4. Одновременно в ванне возбуждаются ультразвуковые колебания. Частицы порошка, проходя через ванну-реактор, совершают сложные движения, постепенно опускаясь к сливному отверстию и вместе с отработанным раствором вытекают из ванны. За время прохождения через ванну-реактор в процессе реакции замещения частицы железного порошка полностью покрываются равномерным слоем меди, а раствор полностью вырабатывается. Новые порции порошка и свежего раствора непрерывно подаются в ванну-реактор.

Формула изобретения

УСТРОЙСТВО ДЛЯ НЕПРЕРЫВНОЙ ЦЕМЕНТАЦИИ И ОЧИСТКИ МЕТАЛЛИЧЕСКИХ ПОРОШКОВ, содержащее ультразвуковой генератор с преобразователем, волноводоизлучающую систему и реакционную ванну, отличающееся тем, что волноводоизлучающая система состоит из наборов волноводов продольных колебаний, выполненных в виде жестко и последовательно соединенных между собой стержней, и расположенных между ними в плоскостях, перпендикулярных их оси, волноводов изгибных колебаний, а реакционная ванна выполнена со сливным отверстием и с приспособлениями для непрерывной подачи порошков и реакционной жидкости.

РИСУНКИ

Рисунок 1