Установка для получения порошковых материалов с покрытиями, преимущественно композиционных материалов накопителей водорода

 

Использование: порошковая металлургия, в частности получение кмпозиционных материалов-накопителей водорода путем нанесения покрытий на порошки металлов. Технический результат: возможность придания веществу, в том числе обладающему высокой емкостью по водороду, необходимых характеристик (низкой пирофорности, компактируемости, снижения до нуля выброса пыли при циклическом наводораживании и повышения скорости сорбции водорода). Сущность изобретения: установка, содержащая вакуумную камеру с размещенными в ней напылителем (испарителем) и установленным соосно с ним виброподдоном, виброприводом, кинематически связанным с виброподдоном, и приемное устройство, согласно изобретения, дополнительно снабжена устройствами плавления, заправки и распыления жидкого металла в порошок, установленными в вакуумной камере. Установка содержит по крайней мере два напылителя и виброподдона, которые выполнены в виде плоского диска с буртиком и установлены с возможностью наклона в горизонтальной плоскости, при этом каждый предыдущий по ходу процесса виброподдон расположен выше уровня последующего, а в буртике каждого виброподдона выполнен расположенный со стороны следующего по ходу процесса виброподдона или приемного устройства вырез, который закрыт заслонкой, имеющей возможностью поворота, а напылители выполнены из разных металлов. Устройство распыления жидкого металла может быть выполнено в виде вращающегося диска или барабана, или в виде ультразвукового вибратора. Устройство плавления может быть выполнено в виде печи сопротивления или в виде индукционной печи. 4 з. п. ф-лы, 2 ил.

Изобретение относится к порошковой металлургии, в частности к устройствам для получения композиционных материалов-накопителей водорода путем нанесения покрытий на порошки металлов.

В настоящее время широкое применение наши сплавы накопители водорода (СНВ). Наиболее простую технологию изготовления порошка имеют интерметаллические сплавы на основе переходных и редкоземельных металлов. В этом случае порошок получают из отликов СНВ при проведении нескольких циклов наводораживания.

Однако эти сплавы обладают низкой емкостью по сорбции водорода (менее 4 мас.), кроме того они подвержены дроблению порошинок в мелкую пыль в процессе сорбции десорбции водорода, что приводит к высокой степени пирофорности на воздухе, а также характеризует невозможностью компактировать из порошка изделия.

Из литературы известно, что путем химического покрытия медью порошка интерметаллида можно избежать большинства недостатков, за исключением основного низкой емкости по водороду. В этой связи необходимо для накопления водорода использовать чистые гидридообразующие элементы начала периодической системы, имеющих малый атомный вес (Li, Be, Mg и т. д.).

Магний образует с водородом гидрид MgH₂, емкость которого по водороду составляет приблизительно 7,6 мас. Вместе с тем использовать чистый металл для этих целей практически нельзя из-за сложной технологии получения порошка, его высокой пирофорности. Кроме того, чистый магний очень медленно сорбирует водород.

Вместе с тем, авторы показали, что сплав магния с небольшими добавками и меди сорбируют и десорбируют водород с большей скоростью, чем чистый металл, благодаря каталитическим свойствам никеля и меди.

Для магния можно сохранить высокую сорбционную емкость водорода и сильно понизить пирофорность, если покрыть отдельные порошки меди и никеля. Магний покрыть слоем металла в водных растворах не представляется возможным, т. к. происходит химическое взаимодействие. Эту операцию можно осуществить путем напыления в вакууме или инертной атмосфере.

Известно устройство для нанесения покрытий на порошки, состоящее из вакуумной камеры, испарителя, механизма подачи испаряемого материала, механизма нагрузки порошка с дозатором, перемешивается порошок с виброприводом, который выполнен в виде гибкой мембраны с центральным отверстием и пробкой, выполненной с возможностью открытия для осыпки готового порошка по лотку в бункер.

Наиболее близкой к изобретению является установка для нанесения покрытий на порошковые материалы путем испарения и конденсации в вакууме, содержащая вакуумную камеру с размещенными в ней испарителем, загрузочным бункером, держателем-перемешивателем порошка с нагревателем, закрепленным на стенках камеры, виброприводом, кинематически связанным с держателем-перемешивателем. Держатель-перемешиватель выполнен в виде гибкой мембраны с отверстием в центре, упруго закрепленной на стенках камеры и снабженной пробкой, выполненной с возможностью ее перемещения в полости, перпендикулярной в полости мембраны, а мембрана снабжена радиальными перегородками, установленными от края ссыпного отверстия до периферического борта мембраны.

Однако в известных устройствах невозможно получение сплавов-накопителей водорода с высокими характеристиками, так как порошок, предназначенный для покрытия невозможно загрузить в вакуумную камеру минуя соприкосновения его с атмосферой воздуха. Вследствие этого порошок имеет значительную по толщине окислую пленку, поэтому выполнение ведется на окисленный порошок, что ухудшает сорбционные свойства материала.

Задача изобретения получение композиционных материалов-накопителей водорода в виде компактированного порошка глобулярной формы покрытого несколькими слоями вещества, которое позволяет создать требуемые сорбционные свойства и заключить каждую порошинку в капсулу-футляр, препятствующий окислению и выбросу пыли при циклическом гидрировании.

Технический результат изобретения заключается в возможности придания веществу, в том числе обладающему высокой емкостью по водороду, необходимых характеристик: низкий пирофорности, компактируемости, снижения до нуля выброса пыли при циклическом наводораживании и повышения скорости сорбции водорода.

Сущность изобретения заключается в том, что установка для получения порошковых материалов с покрытиями, преимущественно композиционных материалов-накопителей водорода, содержащая вакуумную камеру с размещенными в ней напылителем (испарителем) и установленным соосно с ним виброподдоном, виброприводом, кинематически связанным с виброподдоном, и приемное устройство, дополнительно снабжена устройствами плавления, заправки и распыления жидкого металла в порошок, установленными в вакуумной камере. Установка содержит по крайне мере два напылителя и виброподдона, которые выполнены в виде плоского диска с буртиком и установлены с возможностью наклона в горизонтальной плоскости, при этом каждый предыдущий по ходу процесса виброподдон расположен выше уровня последующего, а в буртике каждого виброподдона выполнен расположенный со стороны следующего по ходу процесса виброподдона или приемного устройства вырез, который закрыт заслонкой, имеющей возможность поворота, а напылители выполнены из разных металлических материалов.

Устройство распыления жидкого металла может быть выполнено в виде вращающего диска или барабана или в виде ультразвукового вибратора.

Устройство плавления может быть выполнено в виде металлического сосуда прямого нагрева электрическим током или в виде тигля в окружении индуктора электрических колебаний высокой частоты.

На фиг. 1 представлен общий вид установки; на фиг. 2 крепление виброподдона на основании корпуса вакуумной камеры.

Установка для получения порошковых материалов с покрытиями состоит из вакуумной камеры 1 с системой откачки 2, устройства распыления 3 жидкого металла в порошок, устройства плавления 4 металла с устройством заправки 5, по крайней мере двух напылителей 6, расположенных последовательно друг за другом.

На фиг. 1 изображено три напылителя 6, соосно которым расположены имеющие возможность наклона виброподдоны 7, выполненные в виде плоского диска с буртиком. В буртике каждого виброподдона 7 выполнен вырез, закрытый имеющей возможность поворота заслонкой 8. Количество виброподдонов 7 соответствует количеству напылителей 6. Виброподдоны 7 соединены рычагом 9 и толкателем 10 с виброприводом 11.

Каждый предыдущий по ходу процесса виброподдон 7 расположен выше уровня следующего виброподдона, обеспечивая возможность перемещения порошка в процессе его получения. Внизу вакуумной камеры 1 расположено приемное устройство 12, расположенное ниже уровня последнего по ходу процесса виброподдона 7.

Виброподдоны 7 установлены на пружинах 13, соединенных винтами 14 со стойками 15, установленными на нижней плоскости вакуумной камеры 1.

Закрытое положение заслонки 8, закрепляющей вырез в буртике виброподдона 7, обеспечивается пружиной 16 (фиг. 2). Заслонка 8 тросиком 17 через ролик 18 соединена с электромагнитным устройством 19, представляющим собой соленоид с магнитным подвижным сердечником 20 к которому прикреплен второй конец тросика 17. Заслонка 8 закреплена на оси 21.

Напылители выполнены из разных металлических материалов: меди, никеля, железа, железотитанмарганец и т. д. что позволяет управлять сорбционными свойствами по водороду.

Устройство распыления 3 жидкого металла может быть выполнено по-разному: это может быть вращающейся диск или барабан, ультразвуковой вибратор, или любое другое известное устройство для распыления жидкого металла в порошок.

Устройство плавления металла может быть выполнено по-разному: в виде металлического сосуда прямого нагрева электрическим током (печь сопротивления), в виде тигля в окружении индуктора электрических колебаний высокой частоты (индукционная печь).

Установка работает следующим образом.

В устройство плавления 4 и механизм заправки5 загружают металл в камере 1 создают рабочий вакуум 10^-5 10^-6 мм. рт. ст. После плавления жидкий металл распыляют в порошок с помощью устройства 3. Распыление осуществляют путем подачи жидкой струи металла на вращающейся диск или барабан, или путем ультразвукового воздействия, или любым другим известным способом.

Включают напылители 6 и вибропривод 11, который через рычаг 9 и толкатель 10 приводит в движение все виброподдоны 7.

Распыленный порошок поступает на первый по ходу процесса виброподдон 7. Под действием вибрации создается псевдокипящий слой порошка, который позволяет интенсивно перемешивать частицы порошка в парах металла.

Напыление первого слоя металла на порошок проводят до получения на частицах порошка покрытия заданной толщины.

После этого с помощью электромагнитного устройства 19 открывает вырезанную часть буртика за счет поворота заслонки 8 вокруг оси 21. Это происходит вследствии втягивания магнитного подвижного сердечника 20 в соленоид электромагнитного устройства 19. При его включении тросик 17 через ролик 18 поворачивает заслонку 8. Дальнейшее перемещение сердечника 20, после открытия заслонки, обеспечивает наклон виброподдона 7 при натяжении тросика 17 за счет сжатия ближайших к вырезу пружин 13. Под воздействием вибрации порошок скатывается по поверхности наклоненного виброподдона 7 через вырезанную часть буртика на второй по ходу процесса виброподдон 7.

При этом включают второй по ходу процесса напылитель 6, расположенный над вторым виброподдоном 7. После напыления необходимой толщины второго слоя покрытия, открывают заслонку 8 второго виброподдона 7. Если в установке два виброподдона, то готовый порошок при открытии заслонки 8 поступает в приемное устройство 12.

Если в установке виброподдонов и напылителей больше двух, то порошок со второго виброподдона поступает на третий виброподдон и т. д.

При этом процесс идет непрерывно.

В приемном устройстве 12 порошок может быть расфасован в герметичные упаковки либо по специальному желобу направлен в устройство для компактирования (на чертеже не показано).

Работа установки рассчитана на повторяющийся непрерывный процесс в течении продолжительного времени. Объем порошка за одну загрузку металла определяется весом переплавленного металла в устройстве 4, который не превышает возможностей размещения полученного порошка на первом поддоне. Последующие циклы получения порошка связаны с загрузкой плавильного агрегата 4 шихтовой заготовки из автоматически работающего зарядного устройства заправки 5, расположенного внутри вакуумной камеры.

Формула изобретения

1. Установка для получения порошковых материалов с покрытиями, преимущественно композиционных материалов накопителей водорода, содержащая вакуумную камеру с размещенным в ней напылителем и установленным соосно с ним виброподдоном, виброприводом, кинематически связанным с виброподдоном, и приемное устройство, отличающаяся тем, что она дополнительно снабжена устройствами плавления, заправки и распыления жидкого металла в порошок, установленными в вакуумной камере, содержит по крайней мере два напылителя и виброподдона, выполненных в виде плоского диска с буртиком, установленным с возможностью наклона в горизонтальной плоскости, при этом каждый предыдущий по ходу процесса виброподдон расположен выше уровня последующего, а в буртике каждого виброподдона выполнен расположенный со стороны следующего по ходу процесса виброподдона или приемного устройства вырез, закрытый заслонкой, имеющей возможность поворота, при этом напылители выполнены из разных металлических материалов.

2. Установка по п.1, отличающаяся тем, что устройство распыления жидкого металла выполнено в виде вращающегося барабана или диска.

3. Установка по п. 1, отличающаяся тем, что устройство для распыления жидкого металла выполнено в виде ультразвукового вибратора.

4. Установка по п.1, отличающаяся тем, что напылители выполнены из разных материалов.

5. Установка по п.1, отличающаяся тем, что устройство плавления выполнено в виде тигля, вокруг которого расположен индуктор электрических колебаний высокой частоты.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2