Отримання порошків з формою частинок, близькою до сферичної, розпиленням розплавів водою
DOI:
https://doi.org/10.30977/BUL.2219-5548.2020.88.1.80Ключові слова:
порошок, розпилення водою, смерч, форсунка, форма частинок, сфероїдизація, зварювальні електродиАнотація
Анотація. Визначення проблеми. В останній час спостерігається тенденція збільшення обсягів використання сферичних порошків. Але через високу вартість сферичних порошків, отриманих за традиційними технологіями, представляє інтерес удосконалення наявних більш економічних способів їх виробництва. Мета. Метою є обґрунтування формування порошків металів сферичної (або близької до неї) форми в процесі розпилення водою високого тиску з використанням закрученого струменя. Методологія. На підставі результатів розпилення середньовуглецевого феромарганцю з використанням модифікованої кільцевої гідравлічної форсунки, а також відомих літературних даних проаналізовано умови для сфероїдизації крапель металу під час розпилення «в смерчі». Методом математичного моделювання виведено напівемпіричне рівняння для визначення середнього медіанного розміру частинок порошку. Результати. На прикладі розпилення феромарганцю підтверджена можливість отримання порошків з формою частинок, близькою до сферичної, розпиленням водою. Запропонована модель розпилення. Показано, що вплив здійснюється водою, але через тонкий шар газу, без прямого контакту вода-метал. Велике значення має товщина газового прошарку. У разі оптимальних параметрів розпилення досягається збільшення часу затвердіння крапель, що сприяє отриманню частинок сферичної або близької до сферичної форми. Наукова новизна. Запропонована модель розпилення розплавів водою «в смерчі». Обґрунтовані умови, необхідні для формування частинок сферичної або сфероїдальної форми під час розпилення розплавів водою. Отримано інженерне рівняння для визначення медіанного розміру частинок порошку. Практична цінність. Описана технологія є перспективною для виробництва порошків металів з частинками сферичної або близької до неї форми. Використання отриманих порошків феромарганцю для обмазки зварювальних електродів показало перевагу перед меленими порошками: виключення спучування обмазки під час виготовлення електродів, кращу пластичну міцність обмазки та вищу ударну в’язкість звареного шву за негативних температур. Ключові слова: порошок, розпилення водою, смерч, форсунка, форма частинок, сфероїдизація, зварювальні електроди.Посилання
Handbook on non-ferrous metal powders: technologies and applications / ed. Neikov O., Naboychenko S., Yefimov N.V. Elsevier, 2019. 974 p.
3D-systems previews high capacity РroХ 400 direct metal 3D printer tool-free manufacturing. UPL: https://www.3dsystems.com (accessed: 20.06.2019).
Lagutkin S., Achelis L., Sheikhaliev Sh., Uhlenwinkel V., Srivastava V. Atomization process for metal powder // Materials Science and Engineering A. 2004. Vol. 383. P.1–6.
Nichiporenko O.S., Najda Ju.I., Medvedovskij L.B. Raspylennye metallicheskie poroshki [Atomized metal powders]. Kyiv: Naukova dumka, 1980. 237 s. [in Ukrainian].
A.s. 1603649 A1 В22 F9/08 Sposob polu-chenija passivirovannogo poroshka sred-neuglerodistogo ferromarganca [Method of obtaining of passivated powder of medium-carbon ferromanganese] / UkrNIIspecstal’ / Ju.F. Ternovoj, V.I. Bilan, A.P. Aleksandrov / Zajavl. 27.10.88, opubl. 27.10.89. [in Russian].
Zhu Jie, Luo Hao, Weng Ting at al. Characterization of fine metal powders produced by hybrid water-gas atomization for metal injection molding. In: Frontiers in materials processing, applications, research and technology. Select proc. of FiMPART 2015. P. 391–398.
Kikukawa M., Matsunaga S., Inaba T. et al. Development of spherical fine powders by high pressure water atomization using swirl water jet // Proc. of 2000 Powder Metallurgy World Congress. Part 1. Nov. 12–16, 2000. Kyoto (Japan). P. 363–366.
Тernovyi Yu.F., Vodennikov S.А., Panova V.О. Otrymannia poroshkiv zbilshenoi plynnosti rozpylenniam vodoiu vysokogo tysku v umovah podviinogo povitriano-vodianogo smerchu [Production of powders of elevated fluidity by high-pressure water atomization in conditions of double air-water spout] // Metallurgiia: nauk. pr. ZDIA. 2018. Vyp. 2(40). P. 33–37. [In Ukrainian].
Patent 1151197 (FRG) B 22 F 9/08 Sposob proizvodstva zheleznogo poroshka dlja pressovanija izdelij i ustrojstvo dlja ego osushhestvlenija [Method of production of iron powder for pressing wares and device for its realization] / Mannesmann AG / D. Bernhardt, N. Dautcenberg, R. Lummer, G. Huber / Zajavl. 14.02.78, opubl. 6.02.1979. [In Russian].
Ternovoj Ju.F., Bagljuk G.A., Kudievskij S.S. Teoreticheskie osnovy processov raspylenija metallicheskih rasplavov [Theoretical basics of processes of atomization of metal melts]: Monografija. Zaporozh’e: Izdatel’stvo ZGIA, 2008. 298 s. [In Ukrainian].
Nichiporenko O.S. Formoobrazovanie chastic poroshka pri raspylenii rasplava vodoj [Formation of shape of powder particles at atomization of melt by water] // Poroshkovaja metallurgija. 1976. № 9. S. 5–10. [In Russian].
Miroshnichenko I.S. Zakalka iz zhidkogo sostojanija [Quenching from liquid state]. M.: Metallurgija, 1982. 168 s. [In Russian].
Kutateladze S.S. Teploperedacha pri kondensacii i kipenii [Heat transfer at condensation and boiling]. M.: Jenergija, 1979. 284 s. [In Russian].
