Способ получения гранул магния или магниевых сплавов

Авторы патента:

Лебедева Татьяна Ивановна (RU)

Авдюхин Сергей Павлович (RU)

Мостяев Игорь Владимирович (RU)

Авдюхина Анастасия Алексеевна (RU)

B22F9/10 - с применением центробежной силы

Владельцы патента RU 2489229:

Открытое акционерное общество "Всероссийский институт легких сплавов" (ОАО "ВИЛС") (RU)

Изобретение относится к порошковой металлургии, в частности к получению гранул магния и магниевых сплавов путем литья. Жидкий расплав магния или его сплава диспергируют через отверстия вращающегося перфорированного стакана-диспергатора. Охлаждение гранул происходит в смеси газов геля и фреона с концентрацией фреона от 3 до 7 об.%. Обеспечивается высокая скорость охлаждения гранул, повышение технологической пластичности сплава, повышение механических свойств полуфабрикатов, изготовленных из гранул, и увеличение степени легирования сплава. 5 пр.

Изобретение относится к металлургии легких сплавов, к области литья магния и магниевых сплавов. Магний и его сплавы отличаются высокой химической активностью в жидком состоянии при взаимодействии с кислородом и влагой атмосферы, поэтому операции плавления, перелива расплава, гранулирования требуют защиты от окисления с помощью флюса или использования специальной защитной газовой среды.

Известен способ получения гранул (Авт. свид. №1372754 «Установка для получения порошков и гранул из сплавов высокоактивных металлов»), согласно которому изготовление гранул производится центробежным способом, путем распыления расплава диском с гофрами. При этом охлаждение гранул происходит в жидком азоте. После испарения остатков жидкого азота гранулы направляются на прессование или в емкость для хранения.

Недостатками данного способа являются неправильная форма, значительный разброс по размерам получаемых гранул, что приводит к неоднородной структуре полуфабрикатов. Кроме того, используемый в качестве защитной среды при кристаллизации азот обеспечивает защиту гранул от окисления только в процессе их изготовления, что делает их пожаро- и взрывоопасными при транспортировке, дальнейшей переработке и длительном хранении, а применение постоянной защитной атмосферы значительно усложняет технологический процесс.

Наиболее близким к предлагаемому способу является способ получения гранул магния или магниевых сплавов по патенту РФ №2232066 «Способ получения гранул магния или магниевых сплавов», взятый за прототип.

Суть способа заключается в получении гранул магния или магниевых сплавов путем диспергирования жидкого расплава через отверстия вращающегося перфорированного стакана-диспергатора и охлаждения образующихся частиц в атмосфере азота. В диспергатор при подаче жидкого расплава для его защиты подают также жидкий флюс на основе карналлита (MgCl₂+KCl+CaF₂+BaCl₂) в количестве до 10% от количества расплава для получения солевой оболочки на поверхности гранул. При этом получают гранулы правильной сферической формы, наличие солевой защитной пленки делает безопасной их дальнейшее использование, транспортировку и длительное хранение.

Недостатком данного способа является то, что наряду с гранулами магния, покрытыми солевой оболочкой, образуются гранулы карналлита, что приводит к образованию «флюсовой» коррозии. Кроме того, солевая прослойка ухудшает условия межгранульного взаимодействия, затрудняет проведение деформационного процесса.

Задачей настоящего изобретения является разработка на базе устройства (перфорированного стакана) и методики диспергирования расплава, используемых в прототипе, способа охлаждения и защиты распыляемых гранул, который бы, с одной стороны, обеспечил надежную защиту поверхности гранул от окисления, с другой стороны, полностью исключал бы появление флюсовой коррозии.

С этой целью:

1. Полностью исключается использование флюса, что устраняет образование флюсовых гранул и появление на гранулах солевой оболочки, наличие которой затрудняло использование гранул для производства деформируемых полуфабрикатов и приводило к появлению флюсовой коррозии.

2. Используется в качестве защитной и охлаждающей среды вместо жидкого азота смесь газов гелия и фреона, с концентрацией фреона 3-7 об%.

В результате химической реакции между металлом и хладагентом «Фреон-22» (CHClF₂) образуется защитная пленка в несколько атомарных слоев, состоящая из фторида (MgF₂) и хлорида (MgCl₂) магния, которая препятствует возгоранию металла в атмосфере. Защитная пленка образуется из газовой фазы, следовательно, имеет одинаковую толщину на всей поверхности гранулы, в отличие от защитной пленки, образующейся при использовании флюса на основе карналлита.

Защитная пленка из фторида и хлорида магния равномерно обволакивает капли магния, после чего происходит кристаллизация расплава внутри защитной оболочки.

Применение фреона позволяет снизить взрыво- и пожароопасность при литье, переработке, транспортировке и хранении гранул.

При содержании не более 7% фреона в газовой смеси обеспечивается возможность деформационной обработки гранул с исключением флюсовой коррозии изделия.

Хлоридная (MgCl₂) и фторидная (MgF₂) пленки на поверхности гранулы при концентрации фреона в смеси газов до 7% при нагреве и деформационной обработке диспергируются и растворяются полностью. При концентрации фреона более 7%, хлоридная (MgCl₂) и фторидная (MgF₂) пленки диспергируются и растворяются не полностью, что заметно ухудшает условия межгранульного взаимодействия, затрудняющие проведение качественного деформационного процесса.

Снижение концентрации фреона ниже заявленного уровня (<3%) ведет к образованию защитной пленки недостаточной толщины, уменьшению ее защитного действия.

Таким образом, применение в качестве защитно-охлаждающей среды смеси газов фреона и гелия с концентрацией фреона 3-7 об.%, обеспечивает более высокую скорость охлаждения гранул при кристаллизации из-за высокой теплопроводности (выше, чем у азота и аргона), что позволяет получить высокую степень диспергирования структуры, возможность увеличить степень легирования сплава и, соответственно, повысить механические свойства полуфабрикатов, изготавливаемых из гранул.

Фреон и гелий не взаимодействуют между собой, что исключает образование побочных продуктов их взаимодействия.

Таким образом, применение в качестве защитно-охлаждающей среды смеси газов гелия и фреона обеспечивает получение быстрозакристаллизованных гранул с диспергированной структурой и с поверхностной пленкой, обладающей хорошими защитными свойствами, но в то же время не препятствующей переработке гранул деформацией.

Пример осуществления способа 1.

Гранулы сплава МА2-1пч отливали центробежным способом с использованием стакана-диспергатора, в смеси газов гелия и фреона, с концентрацией фреона 5 об.%.

Полуфабрикаты, изготовленные из гранул (горячепрессованные полосы 16×80), имели низкий уровень анизотропии (отношение относительного удлинения в поперечном направлении к долевому составило 0,8). После испытаний во влажной камере следов флюсовой коррозии не обнаружено. После хранения в течение 6 месяцев в бочке, в атмосфере цеха, изменения цвета не зафиксировано.

Пример осуществления способа 2.

Гранулы сплава МА2-1пч отливали центробежным способом с использованием стакана-диспергатора, в смеси газов гелия и фреона, с концентрацией фреона 7 об.%.

Полуфабрикаты, изготовленные из гранул (горячепрессованные полосы 16×80), имели низкий уровень анизотропии (отношение относительного удлинения в поперечном направлении к долевому составило 0,7). После испытаний во влажной камере следов флюсовой коррозии не обнаружено. После хранения в течение 6 месяцев в бочке в атмосфере цеха, изменения цвета не зафиксировано.

Пример осуществления способа 3.

Гранулы сплава МА2-1пч отливали центробежным способом с использованием стакана-диспергатора, в смеси газов гелия и фреона, с концентрацией фреона 8 об.%.

Полуфабрикаты, изготовленные из гранул (горячепрессованные полосы 16×80), имели относительно высокий уровень анизотропии (отношение относительного удлинения в поперечном направлении к долевому составило 0,5). После испытаний во влажной камере обнаружены следы флюсовой коррозии. После хранения в течение 6 месяцев в бочке, в атмосфере цеха, на поверхности гранул обнаружено образование точечных следов коррозионного поражения.

Пример осуществления способа 4

Гранулы сплава МА2-1пч отливали центробежным способом с использованием стакана-диспергатора, в смеси газов гелия и фреона, с концентрацией фреона 3 об.%.

Пример осуществления способа 5

Гранулы сплава МА2-1пч отливали центробежным способом с использованием стакана-диспергатора, в смеси газов гелия и фреона, с концентрацией фреона 2 об.%.

Отмечено ухудшение межгранульного взаимодействия, что увеличило анизотропию свойств, приведшее к образованию дефектов типа расслоения в полуфабрикаты, изготовленные из гранул (горячепрессованные полосы 16×80).

После хранения в течение 6 месяцев в бочке, в атмосфере цеха, отмечено значительное потемнение цвета гранул, связанного с взаимодействием с окружающей средой.

Способ получения гранул магния или магниевых сплавов, включающий диспергирование жидкого расплава через отверстия вращающегося перфорированного стакана-диспергатора и охлаждение образующихся частиц в защитной атмосфере, отличающийся тем, что охлаждение частиц осуществляют в защитной смеси газов гелия и фреона, содержание которого поддерживают в пределах от 3 до 7 об.%.

Изобретение относится к порошковой металлургии, в частности к способам непрерывного получения металлического порошка. .

Устройство для получения порошка методом центробежного распыления // 2467835

Изобретение относится к порошковой металлургии, в частности к производству металлических порошков. .

Способ получения порошка тугоплавкого материала и устройство для его осуществления // 2446915

Изобретение относится к получению порошков тугоплавких металлов, их сплавов, карбидов, боридов, нитридов, карбонитридов и т.д., которые могут использоваться в дальнейшем для получения порошковых твердосплавных изделий, износостойких композиционных покрытий.

Катодная мишень для распыления и способ ее изготовления // 2405062

Изобретение относится к способам изготовления катодных мишеней, используемых, в частности, при получении жаростойких покрытий для защиты жаропрочных сплавов на основе никеля или кобальта, устанавливаемых в установках для распыления.

Способ получения сферических порошков и гранул // 2361698

Изобретение относится к области металлургии, а именно к порошковой металлургии и способам получения металлических порошков, главным образом, из жаропрочных никелевых сплавов.

Установка для получения металлического порошка // 2356696

Изобретение относится к области металлургии, а именно к установкам для получения металлических порошков. .

Установка для получения гранул центробежным распылением расплава // 2314179

Изобретение относится к получению гранул цветных металлов, в том числе химически активных кальция или магния и их сплавов, центробежным распылением. .

Способ получения изделий из гранул жаропрочных никелевых сплавов // 2308354

Изобретение относится к порошковой металлургии, в частности к получению изделий из жаропрочных никелевых сплавов, использующихся для авиационного и энерготехнического назначения.

Способ получения металлического порошка // 2302926

Изобретение относится к порошковой металлургии, в частности к способам получения металлических порошков распылением расплава. .

Способ получения порошка карбида вольфрама, устройство для реализации способа и порошок карбида вольфрама, полученный этим способом // 2301133

Изобретение относится к производству износостойких материалов, карбидов, нитридов используемых в композитных наплавочных покрытиях в качестве материала, препятствующего абразивному и ударному износу, например для наплавки на буровой инструмент - шарошки буровых долот, муфты обсадных труб и т.д.

Способ получения микрослитков из расплава методом центробежного распыления // 2536122

Изобретение относится к металлургии, к области производства слитков, предназначенных для последующей переработки методом горячего изостатического прессования (ГИП). Способ получения микрослитков из расплава методом центробежного распыления включает плавление литой заготовки плазменной струей, формируемой из плазмообразующего газа, подаваемой на торец быстровращающейся заготовки с образованием частиц расплава, затвердевающих при полете в атмосфере холодного плазмообразуюшего газа в микрослитки. При плавлении литой заготовки в плазменную струю вводят водород, обеспечивают его ионизацию и взаимодействие ионов водорода с окислами на поверхности расплава и микрослитков, и кислородом плазмообразующего газа, с выводом образовавшейся в результате взаимодействия влаги из холодного плазмообразующего газа методом вымораживания. При этом водород вводят в плазменную струю в количестве, обеспечивающем поддержание остаточной концентрации водорода в холодном плазмообразующем газе на уровне, не превышающем 10 ppm. Обеспечивается повышение качества получаемых микрослитков за счет снижения в них содержания кислорода, повышаются механические свойства компактного материала изделий. 1 табл.

Установка для получения металлических порошков распылением вращающейся заготовки // 2549797

Изобретение относится к получению металлических порошков. Установка содержит камеру с накопителем заготовок и устройством их поштучной подачи на распыление, камеру с механизмом вращения заготовки в виде двух приводных опорных барабанов с нажимным роликом и механизмом продольной подачи заготовки с толкателем, камеру плавления с плазмотроном, направленным на торец распыляемой заготовки. Камера с накопителем заготовок снабжена шлюзовым затвором, отделяющим ее от камеры с механизмами вращения и продольной подачи заготовки. Камера плавления снабжена блоком рециркуляции газа, включающим вентилятор, холодильник и ловушки для вымораживания влаги. Плазмотрон снабжен механизмом перемещения в продольном и поперечном направлениях относительно заготовки, а также устройством контроля промежутка между торцом заготовки и плазмотроном. Опорные барабаны механизма вращения заготовки снабжены вибропоглощающими кольцами, контактирующими с заготовкой, а толкатель механизма продольной подачи выполнен в виде нажимного ролика с ребордой. Обеспечивается повышение надежности работы установки за счет снижения уровня виброколебаний в быстроходных механизмах, а также обеспечивается повышение качества и выхода порошка. 1 з.п. ф-лы, 4 ил., 1 табл.

Устройство для получения металлических гранул // 2558804

Изобретение относится к металлургии. Устройство для получения медных гранул содержит лоток для подачи расплавленного металла, емкость с охлаждающей жидкостью, съемный контейнер, выполненный в виде установленной в емкости конической корзины с сетчатым днищем, и замкнутый циркуляционный контур охлаждающей жидкости, включающий ультразвуковой центробежный диспергатор, соединенный с сопловыми насадками, установленными в емкости над уровнем охлаждающей жидкости под углом 2-5° к горизонту диаметрально и тангенциально внутренней боковой поверхности корзины с обеспечением кругового движения охлаждающей жидкости в корзине. Ультразвуковой центробежный диспергатор может быть дополнительно снабжен эжектором для подачи воздуха в поток охлаждающей жидкости, в частности в поток воды. Обеспечивается увеличение удельной поверхности получаемых металлических гранул. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

Способ получения титановой дроби и устройство для его осуществления // 2564768

Группа изобретений относится к получению титановой дроби. Оплавляют торец вращающейся вокруг горизонтальной оси цилиндрической титановой заготовки плазменной струей плазмотрона с обеспечением центробежного распыления расплавленных частиц дроби в камере распыления и затвердевания их в среде рабочих газов, проводят сбор дроби из камеры распыления через приемную трубу в приемный бункер. Горячую смесь рабочих газов из камеры распыления направляют в теплообменник, далее в фильтр, затем в компрессор, после чего в ресивер и в охладитель с получением охлажденной смеси рабочих газов, которую подают в приемный бункер и через приемную трубу подают в виде восходящего потока навстречу движению расплавленных частиц титановой дроби в камеру распыления и обеспечивают охлаждение полученной титановой дроби. Предложено устройство для реализации упомянутого способа получения титановой дроби. Обеспечивается снижение температуры в камере распыления, увеличение скорости охлаждения дроби в процессе распыления и ссыпания ее в приемный бункер, улучшение теплоотвода с внутренних поверхностей приемной трубы и приемного бункера. 2 н. и 4 з.п. ф-лы, 1 ил.

Устройство для получения титановых гранул // 2574906

Изобретение относится к получению титановых гранул. Устройство содержит рабочую камеру, выполненную с возможностью заполнения ее инертным рабочим газом, плазмотрон для плавления вращающейся заготовки с обеспечением центробежного распыления капель расплавленного материала, компрессор с трубопроводами для непрерывной откачки инертного рабочего газа из рабочей камеры и соединенный с рабочей камерой приемный бункер для сбора гранул. При этом рабочая камера выполнена с возможностью подачи откаченного инертного рабочего газа в плазмотрон. Устройство содержит последовательно соединенные фильтр первичной очистки, фильтр сверхтонкой очистки, холодильную установку и компрессор, выполненные с возможностью охлаждения и очистки откаченного из камеры распыления инертного рабочего газа, а также формирователь охлаждающего газового потока, выполненный с возможностью подачи в камеру распыления навстречу распыленным каплям расплавленного материала заготовки потока охлажденного и очищенного инертного рабочего газа, откаченного из камеры распыления. Обеспечиваются снижение температуры в камере распыления, увеличение скорости охлаждения гранул и ссыпания их в приемный бункер. 12 з.п. ф-лы, 1 ил.

Способ получения ультрадисперсных порошков металла или металлических сплавов // 2588931

Изобретение относится к порошковой металлургии. Способ получения ультрадисперсного металлического порошка с размерами частиц 10-2000 мкм включает подачу металлического стержня в камеру электродугового плазмотрона постоянного тока с плазмообразующим газом аргоном, обработку его в потоке плазмы с последующим охлаждением и конденсацией порошка в приемном бункере. Размеры частиц получаемого порошка регулируют путем изменения силы постоянного тока плазмотрона в диапазоне 100-500 А и расстояния между концом стержня и выходным отверстием конфузорно-диффузионного сопла плазмотрона в диапазоне 30-120 мм. Металлический стержень может быть выполнен из титана, кремния, молибдена, меди, титанового сплава, никелевого сплава, кобальтового сплава или инструментального сплава А6. Обеспечивается получение порошка с максимальным выходом заданной фракции. 2 з.п. ф-лы, 1 табл., 48 пр.

Способ получения изделий из порошков жаропрочных никелевых сплавов // 2602311

Изобретение относится к порошковой металлургии жаропрочных никелевых сплавов и используется при производстве изделий, работающих при высоких температурах с повышенным ресурсом в газотурбинных двигателях летательных аппаратов и газоперекачивающих станциях. В предложенном способе получают порошки кристаллизацией частиц порошка из расплава заданного сплава, осуществляют сепарацию порошка от посторонних металлических и неметаллических частиц, помещают порошок в стальную капсулу, вакуумируют капсулы с порошком и осуществляют горячее изостатическое прессование. Далее удаляют материал капсулы с поверхности изделия и осуществляют термическую обработку для достижения оптимальных заданных механических свойств. Причем кристаллизацию частиц порошка осуществляют со скоростью не менее 50000 градусов Кельвина в секунду с получением частиц, размер которых не превышает в диаметре 50 микрометров, а газовая среда при получении частиц порошка имеет точку росы не более, чем минус 52 градуса по Цельсию, соответствующую не более 0,0012% объемной доли водяного пара. Обеспечивается повышение экономичности производства и качества изделий. 1 табл., 1 пр.

Способ производства заготовок (полуфабрикатов) из быстрозакристаллизованных алюминиевых сплавов // 2604284

Изобретение относится к порошковой металлургии с использованием технологии быстрой кристаллизации, в частности к получению заготовок из алюминиевых сплавов. Предложенный способ включает приготовление алюминиевого расплава, центробежное литье гранул, их охлаждение и последующую ступенчатую вакуумную дегазацию в герметичных технологических капсулах, затем ведут компактирование гранул в герметичных технологических капсулах без дополнительного нагрева в контейнере пресса, нагретом до температуры не менее 400°C, и механическую обточку скомпактированных брикетов с получением компактных заготовок. При этом центробежное литье гранул и охлаждение полученных гранул ведут в среде жидкого азота при постоянной его температуре минус 196°C, при этом скорость охлаждения при кристаллизации гранул составляет от 1,05×10000 до 100000 Кельвина в секунду. Обеспечивается снижение содержания водорода и кислорода в металле заготовок, увеличение механических свойств заготовок, уменьшение себестоимости продукции. 1 табл., 1 пр.

Способ получения гранул магниевых сплавов // 2612869

Изобретение относится к получению гранул магниевых сплавов. Способ включает распыление жидкого расплава магниевого сплава в защитной газовой среде с помощью вращающегося стакана-распылителя. Распыление ведут в защитной газовой среде, расположенной между поверхностью стакана-распылителя и охлаждающей средой. В качестве защитной среды используют газообразный азот с точкой росы не более минус 50 °C, а в качестве охлаждающей среды используют 4-6-процентный щелочной водный раствор КОН. Обеспечивается повышение механических свойств магниевых сплавов. 1 табл., 1 пр.

Способ получения сферического порошка из интерметаллидного сплава // 2614319

Изобретение относится к получению сферического порошка из интерметаллидного сплава. Способ включает оплавление торца вращающейся вокруг горизонтальной оси цилиндрической заготовки из интерметаллидного сплава в камере распыления плазменной струей дугового плазмотрона с обеспечением центробежного распыления расплавленных частиц и их затвердевания при полете в среде рабочих газов, при этом производят забор горячей смеси рабочих газов из камеры распыления, охлаждают ее и подают охлажденную смесь рабочих газов в камеру распыления с обеспечением охлаждения расплавленных частиц, причем затвердевшие частицы собирают в приемном бункере. Охлажденную смесь рабочих газов подают в камеру распыления с регулируемой интенсивностью и направленностью посредством формирователей охлаждающих потоков, выполненных в виде по меньшей мере двух осевых спрейеров разного диаметра, обеспечивающих перехлестывание исходящих из спрейеров охлаждающих потоков с образованием зоны охлаждения расплавленных частиц с регулируемым температурным градиентом. Обеспечивается снижение температуры в камере распыления до необходимых нам значений, увеличение эффективности регулирования скорости охлаждения гранул. 1 ил.