автореферат диссертации по металлургии, 05.16.06, диссертация на тему:Разработка технологии и оборудования для производства металлических порошков центробежным распылением пленки расплава

На правах рукописи

Берюхов Андрей Владимирович

РАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИИ И ОБОРУДОВАНИЯ ДЛЯ ПРОИЗВОДСТВА МЕТАЛЛИЧЕСКИХ ПОРОШКОВ ЦЕНТРОБЕЖНЫМ РАСПЫЛЕНИЕМ ПЛЕНКИ РАСПЛАВА

Специальность 05.16.06 «Порошковая металлургия и композиционные материалы»

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Екатеринбург - 2006

Работа выполнена в Новоуральском государственном технологическом институте.

Научный руководитель:

кандидат технических наук, доцент Шейхалиев Шейхали Мусаевич

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор

Буланов Владимир Яковлевич

кандидат технических наук, доцент Ракипов Дильшат Файзиевич

Ведущая организация:

ГОУ ВПО Уральский Государственный Технический Университет - УПИ

Защита состоится « 30 » июня 2006 г. в 1300 часов на заседании диссертационного совета Д 004.001.01 при Институте металлургии Уральского отделения РАН, по адресу: 620016, г. Екатеринбург, ул. Амундсена, 101, тел (343) 267-91-24, факс- (343) 267-94-21, E-mail, dinijrnet@r66.ru

С диссертацией можно ознакомиться в Центральной научной библиотеке Уральского отделения РАН.

Автореферат разослан «29» мая 2006 г.

Ученый секретарь диссертационного совета,

доктор технических наук

/Г/¿о

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. В настоящее время наблюдается активное расширение областей применения технологий порошковой металлургии в различных отраслях промышленности. Наряду с традиционными потребителями порошковой продукции, последняя стала широко использоваться в радиотехнической отрасли, в машиностроении, как компонент сырья для линий конструкционной пайки, при производстве взрывчатых веществ и т.д. Поэтому номенклатура и объйм применяемых порошковых материалов постоянно расширяется, что обуславливает необходимость не только в разработке новых технологий, но и в совершенствовании существующих.

Характеристики современных порошковых материалов, требуют при их получении применения качественных металлических порошков, к которым с каждым годом предъявляются всё более высокие требования. При этом процесс их производства продолжает оставаться связанным с трудностями, вызванными в основном недостаточной эффективностью работы существующего оборудования, как с точки зрения получения порошков с необходимыми свойствами, так и с позиции производительности процесса.

Например, для широко применяемого газового распыления расплавов, наиболее актуальна проблема снижения удельного расхода газа. Для получения качественных порошков с высокими требованиями по химической чистоте и сферичности частиц используют дорогие, и дефицитные инертные газы, такие как аргон и гелий. В условиях высоких удельных расходов газа это приводит к росту себестоимости получаемых порошков, необходимости включения в технологическую цепочку газификаторов, а также создания сложных и дорогих систем очистки и регенерации отработавшего газа

Другой проблемой, характерной для распыленных металлических порошков, является значительная неоднородность гранулометрического состава, вследствие чего часть порошка (иногда до 50%) приходится отсеивать и направлять на утилизацию или на переработку, что в некоторых случаях представляется крайне затруднительным. Удлинение же технологической цепочки также отражается на повышении стоимости годного продукта, впрочем, как и решение вопросов, связанных с экологической безопасностью.

Кроме того, наметившаяся в промышленности тенденция к миниатюризации выпускаемых изделий и, соответственно, компактности их составляющих обуславливает переход производителей электроники на пайку припоями и паяльными пастами, включающими более дисперсные порошки многокомпонентных сплавов. В настоящее время актуальными стали размеры частиц порошка менее 25 мкм и число производств, где требуются такие дисперсные порошки, продолжает увеличиваться.

Также необходимо указать на тот факт, что широкое применение порошковых материалов в различных отраслях промышленности ограничивается их высокой себестоимостью. Это зачастую делает экономически оправданными только крупномасштабные проекты производств металлических порошков. Такой вид производства не способен обеспечить широкую номенклатуру изделий, востребованных в настоящее время на внешнем и внутреннем рынках. Решение данной проблемы видится в создании многофункциональных установок, позволяющих получать разнообразные металлические порошки для конкретного

РОС. НАЦИОНАЛЬНАЯ БИБЛИОТЕКА С.-Петербург

03 гоо^акт^^

потребителя, хоть и с небольшой производительностью, но при существенном сокращении капитальных и прямых затрат на производство

Указанные выше проблемы делают актуальным проведение работ, направленных на повышение эффективности существующего оборудования, как в техническом, так в экономических аспектах.

Работа выполнена в соответствии с программой госбюджетных научно-исследовательских работ, ведущихся в научно-исследовательской лаборатории №8 Новоуральского государственного технологического института, а также в рамках развития новых направлений по производству порошковых материалов НПП «НЕТРАММ».

Цель работы Данная работа посвящена разработке технологии получения порошков распылением расплава, которая бы позволила повысить выход годных фракций порошка в определенном диапазоне размеров частиц при сохранении требуемого качества порошка и одновременном снижении себестоимости производства.

Для достижения поставленной цели выполнены следующие работы, проведен анализ научной и патентной литературы по методам распыления расплавов, основанных на использовании центробежной силы, и существующим конструкциям центробежных распылителей В результате этого рассмотрения намечены основные пути повышения эффективности работы данного типа распылительных устройств;

предложен способ получения металлического порошка, сочетающий в себе достоинства традиционного центробежного распыления диском и центробежно-гидравлического распыления;

рассмотрены физико-химические основы процессов центробежного диспергирования расплава в различных формах и даны рекомендации по осуществлению процесса взаимодействия потока расплава и распылительного диска,

разработана конструкция узла для реализации центробежного распыления пленки расплава, методика проведения экспериментов и проведены модельные испытания опытных образцов, позволяющие выбрать оптимальные параметры узла распыления;

спроектирована и изготовлена опытно-промышленная установка центробежного распыления пленки металлических расплавов для исследования предложенного метода и отработки технологии получения порошковых материалов центробежным распылением;

поставлены эксперименты по распылению металла, демонстрирующие эффективность метода, а также выполнен анализ свойств полученных порошков;

по результатам экспериментальных исследований на опытной установке выработан комплекс рекомендаций по проектированию промышленного варианта технологического оборудования для получения порошков центробежным распылением пленки расплава;

оценена экономическая эффективность производства металлических порошков центробежным распылением пленки расплава.

Объект и методы исследований Объектом для отработки новой технологии выступали сплавы системы «олово-свинец», являющиеся удобным модельным металлом, поскольку имеют невысокую температуру плавления и определенные с высокой точностью физико-химические свойства расплава. Опытно-промышленные испытания проводились на сплавах систем «олово-свинец» и «олово-медь», выбор

которых обусловлен возросшей потребностью в них на рынке порошковых материалов.

Для экспериментального исследования центробежного распыления пленки расплава применена оригинальная методика. Свойства порошков изучены с помощью оптической и электронной микроскопии, ситового и седиментационного анализа Расчет характеристик траектории полета распыленных частиц, геометрических и конструктивных параметров технологического оборудования для реализации процесса распыления осуществлялся методами компьютерного моделирования термодинамических процессов кристаллизации и охлаждения частиц порошка, а также движения распыленной частицы в атмосфере камеры распыления.

Достоверность и обоснованность результатов подтверждается экспериментальными исследованиями и опытом применения в промышленных условиях при производстве порошков припойных сплавов. При этом параметры гранулометрического состава полученных порошков оценивались независимыми, хорошо апробированными методами в различных лабораториях.

Научная новизна представляемой диссертационной работы заключается в следующем:

1) Разработан и опробован новый метод центробежного диспергирования пленки расплава Новизна метода подтверждена заявкой на получение патента

2) Предложены и конструктивно проработаны новые технические решения по осуществлению центробежного распыления пленки расплава.

3) Изучено влияние геометрических параметров распылительного узла на механизм диспергирования расплава.

4) Разработана технология и создано оборудование для получения металлических порошков новым методом.

5) Впервые представлены экспериментальные данные по распылению оловянно-свинцовых припоев и сплавов системы «олово-медь» методом центробежного распыления пленки расплава, включающие описание свойств полученных порошков: формы частиц, дисперсности, распределения частиц по размерам, текучести и насыпной плотности.

На защиту выносятся:

1) Рекомендации по организации взаимодействия пленки расплава и центробежного распылителя, позволяющие повысить эффективность процесса распыления.

2) Метод диспергирования расплава, заключающийся в центробежном распылении конической пленки расплава, формируемой в центробежно-гидравлической форсунке.

3) Методика проведения модельных испытаний узла распыления, включающая комплексное исследование процесса диспергирования.

4) Технология и оборудование для получения металлических порошков центробежным распылением пленки расплава, позволяющие значительно повысить выход годного продукта и снизить затраты.

Практическая ценность работы: 1) Созданный метод диспергирования расплава позволяет повысить дисперсность порошка и однородность распределения частиц по размерам по сравнению с традиционным центробежным распылением. Кроме того, данный метод отличается от методов газового распыления существенным сокращением расхода газа в условиях получения качественных порошков. Небольшой удельный расход энергоносителя способствует повышению химической чистоты порошка

2) Разработанная технология обеспечивает получение металлических порошков в широком интервале размеров частиц (от 5 до 500 мкм) посредством регулирования режимов истечения потока расплава и параметров работы центробежного распылителя, что позволяет добиваться максимального выхода порошкового материала заданного фракционного состава.

3) Расчетная схема с применением компьютерного моделирования процесса распыления позволяет сократить объем экспериментальных исследований или полностью их исключить, что дает возможность значительно снизить затраты материальных ресурсов, денежных средств и времени на проведение опытно-конструкторских работ и испытаний при разработке технологического оборудования для получения порошковых материалов центробежным распылением пленки расплава.

4) Результаты экспериментального исследования технологических возможностей метода представляют практический интерес и могут быть рекомендованы при проектировании новых и модернизации существующих установок распыления расплавов центробежного типа.

Реализаиия результатов работы. Результаты работы положены в основу способа получения металлических порошков, на который подана заявка №2005106010 на патент и использованы при организации опытно-промышленного производства порошков ПОС-61 на производственных мощностях НПП «НЕТРАММ», при создании промышленного производства порошков припойных сплавов для паяльных паст в рамках производственной программы ООО «Распылительные Системы и Технологии», а также при создании промышленного производства порошков ПОМ-3 для ООО «Русское олово» (г. Балашиха, Московской обл.).

Апвобаиия. Основные материалы работы представлены на VI международной студенческой конференции «Полярное сияние-2003» 31 января - 6 февраля 2003 г. в Санкт-Петербурге; Международном конгрессе и выставке по порошковой металлургии «РМ2004», 17-21 октября 2004 в Вене, Австрия; Научной сессии МИФИ-2005 IV научно-практической конференции «Научно-инновационное сотрудничество» 24 - 28января 2005 г в Москве; IV межотраслевой научно-технической конференции «Автоматизация и прогрессивные технологии -2005» 26 -29 сентября 2005 г. в Новоуральске.

Публикации. По материалам диссертации опубликовано 7 работ, в том числе подана заявка на выдачу патента на способ получения металлических порошков.

Структура и объем работы. Диссертационная работа изложена на 187 страницах машинописного текста, состоит из введения, шести глав и заключения, списка литературы из 88 наименований, приложения на 8 страницах, включает 29 таблиц и 60 рисунков.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность темы диссертации, сформулирована цель исследования, дана общая характеристика работы и выдвинуты защищаемые положения.

В первой главе рассмотрены основные методы диспергирования расплавов, основанные на применении центробежной силы и нашедшие применение в промышленности, обобщены их главные достоинства и недостатки и выявлены

наиболее перспективные с точки зрения технической и экономической эффективности производства.

Анализ возможностей различных схем реализации метода центробежного распыления показал, что одним из универсальных и технологичных способов получения качественных металлических порошков является центробежное распыление расплава, предварительно сформированного в виде пленки.

Поскольку эффективность центробежного распыления непосредственно зависит от организации взаимодействия потока газа с вращающимся распылительным устройством, поэтому особое внимание уделено анализу существующих конструкций распылительных устройств и выявлению путей, направленных на повышение эффективности процесса дробления расплава.

Отмечено, что большинство рассмотренных технических решений связано со значительным усложнением конструкции распылителей, что не может не сказываться на их надежности при эксплуатации и, в некоторых случаях, требует использования высокоскоростных приводов вращения распылительного органа с большой мощностью, что дополнительно усложняет аппаратурное оформление технологии.

Во второй главе изложены физико-химические основы процессов диспергирования расплава для случаев метода центробежно-гидравлического и центробежного распылений. В соответствии с этими основами рассматриваются условия устойчивости, деформации и распада расплава в различных формах: струйной, пленочной и капельной. Оценено влияние физических свойств расплава и внешних воздействий на размер частиц получающегося порошка, обобщены представления о схемах реализации процесса распыления и формирования пленки расплава на поверхности вращающегося диска. Даны рекомендации по осуществлению эффективного взаимодействия расплава и распылительного диска.

Показано, что распыление расплава в виде пленки более эффективно по сравнению с другими способами формирования расплава, поскольку она:

- менее устойчива в отношении внешнего воздействия;

- имеет значительно большую площадь поверхности на единицу объема, чем в струйной или капельных формах;

- позволяет получать толщину пленки расплава на уровне требуемых размеров капель.

Представлен обзор математических моделей, основанных на аналитических предсказаниях диаметра частиц для случая центробежного гранулирования расплава.

Кроме того, дан обзор теоретических представлений о центробежном распылении в следующих основных аспектах:

- характеристики процесса образования и течения пленки жидкости на вращающемся диске;

- тип механизма дробления слоя жидкости при распылении с кромки вращающегося диска;

- характеристики процесса отделения капель на кромке диска и размер образующихся частиц;

- параметры полета распыленной капли (траекторная задача).

На основании анализа известных литературных данных даны рекомендации по осуществлению эффективной организации процесса взаимодействия расплава и вращающегося диска:

- точка контакта расходящейся конусной пленки расплава, полученной на форсунке центробежно-гидравлического распыления (ЦГР) с рабочей поверхностью

распылительного диска должна находиться в области наиболее тонкой части пленки (несколько выше периферии ее самопроизвольного распада);

- пленка расплава, полученная методом ЦГР, должна по возможности иметь наибольшую длину устойчивой части и наименьший угол раскрытия конуса (угол образующей конической поверхности, касательной к пленке, с осью ее симметрии). Это увеличивает общее время нахождения пленки на диске и обеспечивает больший процент передачи момента движения от диска к пленке жидкости за счет сил сцепления. Это способствует достижению более высоких скоростей движения расплава в атмосфере камеры распыления и улучшает показатель дисперсности получаемых порошков.

- напор расплава, подаваемого на форсунку ЦГР должен обеспечивать раскрытие конусной пленки и получение при этом наибольшей длины ее устойчивой части (в этом случае достигается минимально возможная толщина пленки). Как правило, для рассматриваемых расплавов такой режим истечения реализуется при давлениях 0,6... 0,8 МПа;

В третьей главе представлены результаты по предварительному исследованию предложенного метода центробежного распыления пленки расплава.

Схема предложенного метода центробежного распыления пленки расплава (ЦРПР) представлена на рис. 1.

Рис. 1 Схема процесса центробежного распыления пленки расплава 1 - форсунка ЦГР, 2 - коническая пленка расплава, 3 - распылительный диск, 4 - пленка расплава на поверхности диска, 5 - отдельные струйки жидкого металла, 6 - капли расплава и частицы кристаллизовавшегося порошка

Предварительно расплавленный и перегретый на 30-50°С металл, проходя через закручивающие каналы форсунки центробежно-гидравлического распыления (1), под действием центробежных сил формируется в утончающуюся плёнку жидкого металла (2) (толщина »20 мкм). Далее, пленка попадает на торцевую поверхность вращающегося плоского диска (3), где она растекается сплошным слоем (4). За счет сил сцепления между поверхностью вращающегося диска и пленкой расплава последняя приобретает тангенциальную и радиальную составляющие скорости

Пдиснг .МИН'

вращения диска (так называемый процесс «подхвата» пленки) Ускоряясь, расплав перемещается к кромке диска под действием радиальной составляющей скорости вращения и формируется в сгруйки (5) и отдельные капли (6) под действием капиллярных и газодинамических сил Далее, в процессе полёта в среде инертного

гаы камеры распьпения отдельные стрчйки и крупные капли дробятся на более мелкие фрагметы и кристаллизуются с образованием сферичных по форме частиц порошка

С целью определения геометрических размеров камеры распыления была разработана и применена методика расчета с применением специализированных программных продуктов Производились расчеты траектории полета распыленной частицы и определялись точки кристаллизации последней, а также решалась тепловая задача

В резулыатс моделирования траекторной и тепловой задач были определены основные размеры камеры распыления

- диаметр Ок 2,0-2.1 м,

- высота вертикальной части Нв, • 0,4-0,5 м:

- высота конической части (сборника) Нс6 ■ 0,7-0,8 м

Испытания на «холодных» системах проводились на экспериментальном распылительном стенде (рис 2), предназначенном для исследования параметров центробежно-гидравлической форсунки

2 1

Рис 2 Принципиальная схема стенда модельных испытаний параметров ЦГР I - форсунка ЦГР, 2 - бак-ресивер, 3 - поддон сливной, 4 - средства измерения геометрии факела ЦГР

Испытательный стенд имеет гидравлическую систему, предназначенную для моделирования процесса подачи расплава в зону распыления. В качестве модельной жидкости используется вода, подаваемая в форсунку ЦГР

Цель этих экспериментов - определение зависимости геометрии пленки жидкости, полученной с помощью центробежно-гидравлической форсунки, от её геометрических параметров (высота и диаметр сопла, угол конфузора, диаметр и высо1а камеры закручивания), а также давления распыляемой среды, подаваемой в форсунку

В результате проведенных экспериментов были сделаны следующие выводы, направленные на обеспечение оптимальной геометрии пленки жидкости:

- необходимое избыточное давление на форсунке ЦГР находится в диапазоне от 0,2 до 0,3 МПа (для случая распыливания воды). Данный диапазон требует уточнения в большую сторону при распыливании металлических систем в виду больших значений вязкости и поверхностного натяжения последних по сравнению с водой, и по известным данным составляет 0,45 - 0,5 МПа;

- увеличение соотношения «высота / диаметр сопла» форсунки ЦГР ведет к росту высоты и одновременному уменьшению диаметра устойчивой части пленки. Оптимальным с этой точки зрения является соотношение 2:1 (т.е.Ьмпда = 2,0 мм, <1сошм= 1,0 мм).

Для проведения модельных испытаний по изучению основных технологических параметров метода ЦРПР с использованием металлических систем на основе олова применялся экспериментальный стенд. Испытания включали в себя разработку методики проверки работоспособности предложенного метода распыления, выявление основных факторов, определяющих протекание процесса, а также экспериментальное исследование распада пленки жидкости.

Данное экспериментальное оборудование представляет собой установку распыления расплавов легкоплавких металлов с открытой (негерметизируемой) камерой осаждения (рис. 3).

1 2 3 Ю 4 5

1 - кольцевые экраны камеры осаждения, 2 - узел ЦГР, 3 - газовая линия, 4 - пульт управления нагревателем печи, 5 - пульт управления нагревателя форсунки, 6 - форсунка ЦГР, 7 - распылительный диск, 8 - нагреватель диска, 9 - привод вращения диска, 10 - смотровое окно, 11 - система регистрации и сбора информации, 12 - пульт управления нагревателем диска, 13 - пульт управления (блок питания) привода вращения диска, 13 - баллон с инертным газом

Стенд укрупнено включает следующие структурные элементы- узел центробежно-гидравлического распыления (2), для подготовки расплава с необходимым значением перегрева выше температуры плавления и получения с помощью форсунки ЦГР конусной пленки расплавленного металла с необходимой геометрией;

- узел центробежного распыления, включающий распылительный диск (7) и привод его вращения (9), необходимый для диспергирования пленки ЦГР в поле центробежных сил;

- камера осаждения (1) распыленного порошка, обеспечивающая сбор проб порошка после завершения процесса распыления;

- система управления и сбора данных.

В ходе проведения экспериментов установлены следующие основные технологические параметры процесса ЦРПР и их влияние на свойства получаемых порошков:

- увеличение расстояния между соплом форсунки ЦГР и распылительным диском (дистанция распыления) улучшает показатели однородности получаемого порошка;

- увеличение диаметра диска значительно уменьшает медианный размер частиц порошка при сохранении показателей его однородности;

- увеличение частоты вращения распылительного диска снижает медианный размер частиц порошка и одновременно улучшает его однородность. Это позволяет говорить о том, что данный параметр можно считать основным технологическим параметром метода центробежного распыления пленки расплава.

На данном этапе изучения предложенного метода распыления также определялись значения основных параметров технологического оборудования, предназначенного для получения порошковых материалов методом центробежного распыления пленки расплава и выработка рекомендаций для разработки такого оборудования.

В рамках этих работ решались задачи траекторного и теплового типа с использованием методов компьютерного моделирования. Для получения данных о траектории движения частиц расправа после их распыления вращающимся диском использовался программный продукт FAD (Flight Atomiser Droplet). Второй задачей являлось решение нестационарной тепловой задачи, связанной с определением основных параметров и режимов по тепловой нагрузке на элементы технологического оборудования установки распыления (камера осаждения, сборник, система охлаждения). В данном случае применялась программа HEAD (Heat Exchange Atomising Droplet).

Программы FAD и HEAD разработаны и прошли апробацию в научно-исследовательской лаборатории №8 НГТИ.

Для моделирования использовались следующие исходные параметры параметров процесса распыления (таблица 1).

Таблица 1

Значения параметров для решения тепловой и траекторной задач_

Параметр Металл Атмосфера камеры осаждения Частота вращения диска Пщс, мин"1 Темп-ра расплава Т„ °С Расход расплава, кг/с Кол-во расплава, распыляемого за один цикл, кг

Значение Sn азот 20 . 50» 10"' 300 0,028 50

Для металлических систем на основе олова были найдены параметры габаритов распылительной камеры следующего порядка:

- диаметр камеры - 2,0. .2,1 м;

- высота вертикальных стенок - 0,4..0,5 м;

- высота конической части (сборника) - 0,7..0,8 м.

Также были проведены работы по изучению геометрии пленки расплава, полученной при центробежно-гидравлическом распылении. Это позволило скорректировать значения давления расплава на форсунке ЦГР при распылении

металлических систем и определить значения параметров процесса ЦГР с точки зрения юомсфии пленки расплава, ошималыюи для дальнейшею распыления вращающимся диском (рис.4).

а) б)

Рис 5 Снимки факела ЦГР в зависимости от давления распыления а) Рцгр=0,5 МПа; б) Рцгр=0.7 МЛа. С помощью метода «теневой фотографии» экспериментально изучено влияние давления расплава в форсунке ЦГР на геометрию пленки Полученные результаты представлены на рис 5

1 нучп=*(Рцгр)_распыление воды

нучп*Т(Рцгр] распыпение расплава Эп Рь|

О 4

„ Ш1в

Рис 5 Графики зависимости геометрии пленки ЦГР от давления распыляемой среды в форсунке для диспергирования воды (1) и металлическою расплава системы «олово-свинец» (2)

1аким образом, пленка расплава, получаемая с помощью форсунки ЦГР имеет ошима.1ьную 1еомегрию (НуЧП= 17 мм, Оф = 38°) при Рцп> = 0,45 .0,55 МПа

Четвертая глава включает в себя разработку общей концепции 1с\нологического оборудования для получения порошковых материалов методом цешробежною распыления пленки расплава, определение требований к основным компонешам установки распыления, выработку технических предложений для решения поставленных задач и общее описание конструкций узлов установки. Для введения систематического подхода к проектированию технологического обо|п,1он<шия для получения порошковых материалов предложенным методом, была

предложена структурная схема установки центробежного распыления пленок расплавов (рис.6).

Рис. 6 Технологическая схема установки центробежного распыления пленок

расплавов

В результате была разработана и спроектирована опытная установка центробежного распыления пленок расплавов.

В пятой главе приводится описание установки центробежного распыления пленок расплавов, методики проведения экспериментов по диспергированию олова, оловянно-свинцовых и медных сплавов, а также, проанализированы свойства получающихся порошков.

Опытная установка (рис.7) позволяет проводить процесс центробежного распыления пленок при напорах расплава от 0,1 до 1,0 МПа и частоте вращения распылительного диска до 26,5* 103 мин'1 и получать порошки из металлов с температурой плавления до 1100°С. Установка имеет герметичную камеру распыления и оборудована системой вакуумирования, что позволяет получать атмосферу внутри камеры с контролируемым содержанием кислорода.

Принцип работы установки следующий. Металл загружается в тигель (6) узла плавления (1), где происходит его расплавление от нагревателя (4) до жидкой фазы с необходимым значением перегрева. Одновременно с этим осуществляется процесс вакуумирования внутреннего объема камеры распыления с помощью вакуумного насоса. Затем камера заполняется инертным газом из баллона (8). После этого в узле плавления создается избыточное давление подачей инертного газа из баллона. Далее осуществляется нагрев центробежно-гидравлической форсунки (11). Здесь происходит расплавление ранее застывшего металла, игравшего роль стопора. Расплав, проходя через каналы форсунки ЦГР, формируется в пленку, которая затем попадает на поверхность вращающегося диска (12) узла центробежного распыления. Капли, полученные при распылении с кромки диска (7), движутся в инертной среде камеры осаждения (2), кристаллизуются и собираются в сборнике (3). По окончании процесса распыления камера осаждения разгерметизируется, и порошок извлекается из установки. Полученный порошок рассеивают по фракциям, определяют его гранулометрический состав, однородность по размерам, насыпную плотность и форму частиц.

Были проведены опыты по распылению припоев на основе олова (ПОС-61, ПОСк-50-18, ПОМ-3).

Рис. 7 Принципиальная схема опытной установки центробежного распыления расплавов УРР-7

1 - узел плавления металла, 2 - камера распыления, 3 - сборник порошка, 4 - нагреватель тигля, 5 - пульт управления, 6 - тигель, 7 - вакуумный насос, 8 - баллон с инертным газом, 9 - узел центробежного распыления, 10 - привод вращения распылительного диска, 11 - форсунка ЦГР,

12 - распылительный диск

Для проверки ранее выдвинутых предположений о преимуществе центробежного диспергирования расплава в форме тонкой пленки по сравнению со струйным распылением была проведена серия экспериментов. Процесс распыления проводился с условием обеспечения постоянного расхода расплава в устройстве формирования потока (сливной носик и форсунка ЦГР, соответственно) до этапа центробежного распыления, а также при одинаковой частоте вращения и форме диска.

Результаты представлены на рис. 8 в виде дифференциальных кривых распределения частиц по размерам.

6*0*112ткт ' 6-1,7»

б1 20 40 вО вО 100 120 140 1^0 1вО 200 220 240 260 2ЙО зЛ> Р>»п>4р члотии. мхм

Рис. 8 Дифференциальные кривые распределения частиц по размерам для центробежного распыления струи и пленки расплава.

Из анализа полученных данных и формы дифференциальных и интегральных кривых, полученных при распылении вращающимся диском цилиндрической струи и пленки ЦГР, можно отметить следующее:

- распыление пленки имеет преимущества с точки зрения выхода мелкой фракции (медианный размер частиц для нового метода в данных экспериментах составляет 87 мкм против 112 мкм для традиционной формы подачи расплава на диск в виде струи);

- параметры однородности порошков, полученных обоими методами практически одинаковы (различие составляет менее 3% и укладывается в погрешность определения данного параметра).

Это позволяет сделать вывод о том, что новый метод по сравнению с известным центробежным распылением более перспективен с точки зрения улучшения характеристик по выходу годного продукта в области заданных фракций

Кроме того, осуществлены эксперименты по определению влияния концентрации кислорода в атмосфере камеры распыления на свойства получаемых порошков. Результаты анализа технологических свойств порошков (насыпная плотность, текучесть и содержание кислорода в порошке) сведены в таблицу 2, а форма частиц порошка, полученного при разном содержании кислорода в атмосфере камеры распыления, показана на рис. 9.

Таблица 2

Влияние концентрации кислорода в камере распыления на свойства порошков_

Содержание Ог, в атмосфере камеры распыления, мае % Насыпная плотность (по ГОСТ 19440-74), г/см3 Текучесть (по ГОСТ 19440-74), сек Содержание Ог в порошке, мае %

1,0 4,55 19 0,07

0,9 4,6 16 0,013

0,74 4,5 15 нд

0,12 4,5 13,5 н д

3 '

ЗОткт У

а) б)

Рис 9 Порошки сплава ПОС-61, полученные методом центробежного распыления пленки расплава при концентрации кислорода в камере распыления а) 1,0%, 6)0,12%.

Полученные результаты позволяют сделать следующие выводы: снижение концентрации кислорода в атмосфере камеры распыления улучшает текучесть получаемых порошков, что косвенно говорит о том, что форма частиц порошка становится более сферичной;

кроме действия оксидных пленок на процесс формирования частиц порошка (особенно в процессе дробления крупной капли на два и более мелких фрагмента)

следует учитывать влияние степени перегрева расплава выше температуры плавления.

Также, были выполнены работы по изучению влияния частоты вращения распылительного диска на свойства получаемых порошков. Результаты анализа гранулометрического состава проб порошков, полученных при разных значениях частоты вращения распылительного диска, показывают, что при увеличении частоты вращения дисперсность порошка увеличивается с одновременным улучшением показателей однородности порошка (таблица 3).

Таблица 3

Влияние частоты вращения распылительного диска на свойства порошков

Частота вращения распылительного диска Пдго, мин 1 Характеристики получаемого порошка

<)», мкм а

20*10' 58 1,67

24*1О3 51 1,59

Эффективность разработанной технологии ЦРПР оценена сравнением характеристик процесса распыления и свойств порошков сплава 8пРЬ61 (таблица 4), полученного традиционным центробежным и центробежно-гидравлическим распылением расплава.

Таблица 4

Характеристики процесса распыления и свойства порошка сплава 5пРЬ61

Характеристика Центробежное распыление струи расплава Центробежно-гидравлическое распыление Центробежное распыление пленю расплава

Производительность, кг/час 100 100 100

Частота вращения диска, мин"' 30*1 о3 - 25*103

Средний размер частиц сЬо, мкм 120 110 50

Стандартное отклонение с^ 2,0 1,4 1,6

Содержание кислорода, ррш - 100 120

Данные таблицы 4 демонстрируют, что реализация центробежного распыления пленки расплава позволяет снизить средний размер частиц порошка как по сравнению с центробежным распылением струи расплава, так и центробежно-гидравлическим методом. В вопросе улучшения показателя однородности метод ЦРПР также имеет преимущество перед традиционным центробежным распылением даже при меньшей частоте вращения распылительного диска. Этим обеспечивается более высокий выход годного порошка

В шестой главе описываются мероприятия по созданию промышленного варианта технологии центробежного распыления пленки расплава. Здесь можно выделить три основных направления:

- производство небольших партий (10-20 кг) порошков припоев на опытной установке в рамках производственной программы НПП «НЕТРАММ»;

- НИОКР в рамках модернизации установки центробежного распыления пленки расплава до уровня промышленного варианта с учетом замечаний, выявленных при еб эксплуатации;

- решение вопросов технологии центробежного распыления в рамках смежных тем В частности при выполнении работ по отработке технологии центробежного гранулирования алюминия решались вопросы применения различных вариантов

термостойких покрытий рабочей поверхности распылительного диска, а также конструкции самого диска.

Результаты, полученные при получении припойных порошков (ПОС-61, ПОСк-50-18, ПОМ-3) на опытной установке позволили выполнить сравнение технико-экономических показателей для производства порошков припоев, полученных методами центробежного и центробежно-газодинамическим методами. Новый метод распыления имеет преимущество главным образом в вопросе существенного сокращения расходов инертного газа. Расчеты показали, что только за счет сокращения расхода газа на распыление достигается экономический эффект в размере 95,2 руб/кг порошка, что означает снижение себестоимости на 29%. При объёме производства 60 т/год это позволит ежегодно экономить 5,71 млн.руб.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ

1 Рассмотрены перспективные направления развития порошковой металлургии, области применения порошковых и композиционных материалов и выделены основные проблемы. Среди них: высокая стоимость порошковых материалов, ограничивающая их широкое применение при решении многих технических задач и сложность регулирования свойств порошка при его получении, обусловленная недостаточной эффективностью работы существующего оборудования.

2 Проведен анализ наиболее распространенных методов получения порошка, связанных с использованием центробежных сил для диспергирования расплавов и произведена их классификация с помощью системы существенных технологических и конструктивных признаков.

3 Выполнен патентный обзор существующих конструкций распылительных устройств, цель которого - систематизация достоинств и недостатков устройств центробежного распыления и выявление основных направлений работ по повышению эффективности процесса распыления На основании этого предложен принципиально новый комбинированный метод диспергирования расплава, получивший название «центробежное распыление пленки расплава». Идея данного метода заключается в сочетании центробежно-гидравлического и традиционного центробежного распылений, т.е распыление тонкой пленки расплава, формируемой центробежными силами, вращающимся центробежным распылителем.

4 Проанализированы физико-химические основы процессов диспергирования расплава в виде тонкой пленки, рассмотрены условия её устойчивости, деформации и распада как для случая центробежного распыления вращающимся диском, так и для центробежно-гидравлического метода. Кроме того, обобщены представления о формообразовании и течении пленки расплава на поверхности вращающегося диска, рассмотрены виды механизмов дробления при центробежном распылении и изучены представления о процессах отделения капли от кромки диска и её дальнейшего полета в атмосфере камеры осаждения. На основании анализа опубликованных данных даны рекомендации по осуществлению эффективной организации процесса взаимодействия расплава и центробежного распылителя.

5 Разработаны конструкция узла центробежного распыления пленки расплава и экспериментального стенда, предназначенные проведения модельных испытаний. В результате, определена оптимальная геометрия центробежно-гидравлической форсунки Экспериментальные работы по центробежному распылению металлических расплавов, позволили определить необходимые параметры

технологического оборудования и выработать ряд рекомендаций, для разработки опытной установки распыления.

6 Эксперименты на металле, для которых была спроектирована и изготовлена опытно-промышленная установка, подтвердили на практике эффективность предложенного метода по сравнению с традиционным распылением, использующим поле центробежной силы. Получены образцы порошков, имеющие сферическую форму и небольшое содержание сателлитов. При этом отмечено снижение среднего размера частиц получающегося порошка и повышении его однородности.

Кроме прочего, эксперименты показали, что предложенный метод имеет преимущества перед традиционным методом центробежного распыления струи в вопросе получения дисперсных порошков при сохранении высоких показателей по производительности процесса распыления.

7 В результате экспериментальных работ по изучению предложенного метода на опытно-промышленной установке, был выработан ряд рекомендаций для реализации предложенного метода в производственных условиях и спроектирован промышленный вариант установки, работающей на основе предложенного метода

8 Были получены результаты по изготовлению партий порошков припоев на опытно-промышленной установке центробежного распыления.

9 На основании результатов по получению опытно-промышленных партий порошков на установках, работающих на основе предложенного метода ЦРПР, произведена оценка экономической эффективности метода, свидетельствующая о значительном сокращении прямых и капитальных затрат при его внедрении в производство.

Основные положения диссертации изложены в следующих работах:

1 Ш. М Шейхалиев, А В Берюхов Анализ устойчивости пленки жидкости в поле газодинамических сил // Сборник тезисов докладов VI международной студенческой конференции «Полярное сияние-2003»-М МИФИ, 2003 -252с

2 Dr Sh Sheikhaliev, A Beryukhov Metal droplet deformation and breaking up by gas flow // Proceedings of World Congress and Exhibition of Powder Metallurgy (Austria Centre Vienna, Vienna, Austria, October 17-21,2004). - V 1, P. 1-6.

3 III M Шейхалиев, А В Берюхов. Разработка метода получения порошкового материала сплава Sn-Pb, используемого для изготовления паяльных паст // Научная сессия МИФИ-2005 IV научно-практической конференции «Научно-инновационное сотрудничество» Сборник научных трудов. В 2 ч. 4.2. М.:МИФИ, 2005. -164с., с.64-65.

4. Ш. М. Шейхалиев, А. В. Берюхов, А М. Панфилов, J J Dunkley Влияние содержания кислорода в среде распыления на окиелейность порошков при центробежном распылении // Автоматизация и прогрессивные технологии Труды IV межотраслевой научно-технической конференции (26-29 сентября 2005 г) - Новоуральск- Изд-во НГТИ, 2005 -494 е., с.309-313

5 А В Берюхов, Ш М Шейхалиев Установка УРР-7 для производства порошков припоев центробежным распылением расплава // Автоматизация и прогрессивные технологии-Труды IV межотраслевой научно-технической конференции (26-29 сентября 2005 г) -Новоуральск: Изд-во НГТИ, 2005 -494 е., с.314-317

6 В А. Грицов А В. Берюхов, Ш М. Шейхалиев Установка для производства гранул алюминия центробежным распылением расплава // Автоматизация и прогрессивные технологии: Труды IV межотраслевой научно-технической конференции (26-29 сентября 2005 г.).-Новоуральск: Изд-во НГТИ, 2005.-494 е., с.317-323.

7 Заявка на патент № 2005106010., РФ, МПК В 22 F 09/08 Способ получения металлического порошка / Ш.М. Шейхалиев, А В Берюхов - Заяв. 29 03.2005 г

Берюхов Андрей Владимирович

РАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИИ И ОБОРУДОВАНИЯ ДЛЯ ПРОИЗВОДСТВА МЕТАЛЛИЧЕСКИХ ПОРОШКОВ ЦЕНТРОБЕЖНЫМ РАСПЫЛЕНИЕМ ПЛЕНКИ РАСПЛАВА

Специальность 05.16.06 «Порошковая металлургия и композиционные материалы»

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Подписано в печать 12 04 2006 Формат 60x84/20. Бумага офсетная

_Уел печ л 1,16 Уч-изд Л 1,58 Тираж 100 зкз Заказ № _

Отпечатано на ризографе НГТИ Лицензия РФ Плр № 00751 от 18 01 2000г 624130, г Новоуральск, ул Ленина, 85

»15 18a

ч

А

Введение.

1 Получение порошковых материалов центробежным распылением расплавов.

1.1 Известные представления о центробежном распылении. Способы реализации и классификация.

1.1.1 Геометрия рабочего органа.

1.1.2 Схема подачи распыляемого материала на рабочий орган.

1.1.3 Вид привода вращения рабочего органа.

1.2 Анализ патентной литературы.

1.3 Достоинства и недостатки метода центробежного распыления. 1.4 Выводы.

2 Анализ распада расплава в поле центробежных сил.

2.1 Формирование и распад пленки жидкости.

2.1.1 Формирование пленки жидкости.

2.1.2 Распад пленок под влиянием капиллярных сил.

2.1.3 Распад пленок жидкости для случая центробежно-гидравлического распыления.

2.2 Представление о центробежном распылении пленок жидкости. ф 2.2.1 Процесс образования и течения жидкой пленки на поверхности вращающегося диска.

2.2.2 Виды механизмов процесса дробления слоя жидкости.

2.2.3 Процесс отделения капель на кромке диска и размер образующихся частиц.

2.2.4 Процесс полета распыленной капли (траекторная задача).

В настоящее время наблюдается активное расширение областей применения технологий порошковой металлургии в различных отраслях промышленности. Наряду с традиционными потребителями порошковой продукции, йоследняя стала широко использоваться в радиотехнической отрасли, в машиностроении, как компонент сырья для линий конструкционной пайки, при производстве взрывчатых веществ и т.д. Поэтому номенклатура и объем применяемых порошковых материалов постоянно расширяется, что обуславливает необходимость не только в разработке новых технологий, но и в совершенствовании существующих.

Характеристики современных порошковых материалов, требуют при их получении применения качественных металлических порошков, к которым с каждым годом предъявляются все более высокие требования. При этом процесс их производства продолжает оставаться связанным с трудностями, вызванными в основном недостаточной эффективностью работы существующего оборудования, как с точки зрения получения порошков с необходимыми свойствами, так и с позиции производительности процесса.

Например, для широко применяемого газового распыления расплавов, наиболее актуальна проблема снижения удельного расхода газа. Для получения качественных порошков с высокими требованиями по химической чистоте и сферичности частиц используют дорогие, и дефицитные инертные газы, такие как аргон и гелий. В условиях высоких удельных расходов газа это приводит к росту себестбимости получаемых порошков, необходимости включения в технологическую цепочку газификаторов, а также создания сложных и дорогих систем очистки и регенерации отработавшего газа.

Другой проблемой, характерной для распыленных металлических порошков, является значительная неоднородность гранулометрического состава, вследствие чего часть порошка (иногда до 50%) приходится отсеивать и направлять на утилизацию или на переработку, что в некоторых случаях представляется крайне затруднительным. Удлинение же технологической цепочки также отражается на повышении стоимости годного продукта, впрочем, как и решение вопросов, связанных с экологической безопасностью.

Кроме того, наметившаяся в промышленности тенденция к миниатюризации выпускаемых изделий и, соответственно, компактности их составляющих обуславливает переход производителей электроники на пайку припоями и паяльными пастами, включающими более дисперсные порошки многокомпонентных сплавов. В настоящее время актуальными стали размеры частиц порошка менее 25 мкм и число производств, где требуются такие дисперсные порошки, продолжает увеличиваться.

Также необходимо указать на тот факт, что широкое применение порошковых материалов в различных отраслях промышленности ограничивается их высокой себестоимостью. Это зачастую делает экономически оправданными только крупномасштабные проекты производств металлических порошков. Такой вид производства не способен обеспечить широкую номенклатуру изделий, востребованных в настоящее время на внешнем и внутреннем рынках. Решение данной проблемы видится в создании многофункциональных установок, позволяющих получать разнообразные металлические порошки для конкретного потребителя, хоть и с небольшой производительностью, но при существенном сокращении капитальных и прямых затрат на производство.

Указанные выше проблемы делают актуальным проведение работ, направленных на повышение эффективности существующего оборудования, как в техническом, так в экономических аспектах.

Цель настоящей диссертационной работы заключается в разработке технологии получения порошков распылением расплава, которая бы позволила повысить выход годных фракций порошка в определенном диапазоне размеров частиц при сохранении требуемого качества порошка и одновременном снижении себестоимости производства.

Предпосылками достижения цели стали: а) опыт получения распыленных порошков, накопленный в научно-исследовательской лаборатории №8 НГТИ; б) проект создания новой опытно-промышленной установки распыления металлов и сплавов с температурой плавления до 1000°С на производственной базе НПП «НЕТРАММ»; в) программа работ с предприятиями порошковой металлургии по совершенствованию технологий производства порошковых материалов, в рамках НИОКР, выполняемых научно-исследовательской лабораторией №8 НГТИ.

Для достижения поставленной цели выполнены следующие работы:

- рассмотрены основные способы получения порошковых материалов, в частности методами центробежного распыления расплавов;

- проведен анализ научной и патентной литературы по методам распыления расплавов, основанных на использовании центробежной силы, и существующим конструкциям центробежных распылителей. В результате этого рассмотрения намечены основные пути повышения эффективности работы данного типа распылительных устройств;

- предложен способ получения металлического порошка, сочетающий в себе достоинства ' традиционного центробежного распыления диском и центробежно-гидравлического распыления;

- рассмотрены физико-химические основы процессов центробежного диспергирования расплава в различных формах и даны рекомендации по осуществлению взаимодействия потока расплава и распылительного диска;

- разработана конструкция узла центробежного распыления пленки расплава, методика проведения экспериментов и осуществлены модельные испытания, позволяющие выбрать оптимальные параметры узла распыления;

- спроектирована и изготовлена опытно-промышленная установка центробежного распыления пленки металлических расплавов для исследования предложенного метода и отработки технологии получения порошковых материалов центробежным распылением;

- поставлены эксперименты по распылению металла, демонстрирующие эффективность метода, а также выполнен анализ свойств полученных порошков;

- по результатам экспериментальных исследований на опытной установке выработан комплекс рекомендаций по проектированию промышленного варианта технологического4 оборудования для получения порошков центробежным распылением пленки расплава;

- оценена экономическая эффективность производства металлических порошков центробежным распылением пленки расплава.

На защиту выносятся:

1. Рекомендации по организации взаимодействия пленки расплава и центробежного распылителя, позволяющие повысить эффективность процесса распыления.

2. Метод диспергирования расплава, заключающийся в центробежном распылении конической пленки расплава, формируемой в центробежно-гидравлической форсунке.

3. Методика проведения модельных испытаний узла распыления, включающая комплексное исследование процесса диспергирования.

4. Технология и оборудование для получения металлических порошков центробежным распылением пленки расплава, позволяющие значительно повысить выход годного продукта и снизить затраты.

Работа выполнена в соответствии с программой госбюджетных научно-исследовательских работ, ведущихся в научно-исследовательской лаборатории №8 Новоуральского государственного технологического института, а также в рамках развития новых направлений в программе по производству порошковых материалов НПП «НЕТРАММ».

10. Результаты работы положены в основу способа получения металлических порошков, на который подана заявка № 2005106010 на патент [13], и использованы при создании опытно-промышленной установки по получению порошков сплава ПОС-61 на производственных мощностях НПП «НЕТРАММ» (Приложение 4), при создании промышленного производства порошков припойных сплавов для паяльных паст в рамках производственной программы ООО «Распылительные Системы и Технологии» (Приложение 5), а также при создании промышленного производства порошков ПОМ-3 для ЗАО «Русское олово» (г.Балашиха, Московской обл.) (Приложение 6).

11. Основные материалы работы представлены на VI международной студенческой конференции «Полярное сияние-2003» 31 января-6 февраля 2003 г. в Санкт-Петербурге [2]; Международном конгрессе и выставке по порошковой металлургии «РМ2004»^ 17-21 октября 2004 в Вене, Австрия [78]; Научной сессии МИФИ-2005 IV научно-практической конференции «Научно-инновационное сотрудничество» 24-28января 2005 г. в Москве [50]; IV межотраслевой научно-технической конференции «Автоматизация и прогрессивные технологии -2005» 26-29 сентября 2005 г. в Новоуральске [10, 57, 59];

Считаю своим приятным долгом выразить признательность сотрудникам Новоуральского Государственного Технологического института, а особенно работникам научно-исследовательской лаборатории №8 НГТИ, оказавшим всестороннюю поддержку при подготовке и выполнении работы.

Кроме того, выражаю благодарность доценту кафедры «Технология машиностроения» НГТИ кандидату технических наук Станиславу Владимировичу Лагуткину за постоянную помощь в работе. 1 2 3 4 5 6 7 8 9

10 и

12

13

14

15

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

1. Рассмотрены перспективные направления развития порошковой металлургии, области применения порошковых и композиционных материалов и выделены основные проблемы. Среди них: высокая стоимость порошковых материалов, ограничивающая их широкое применение при решении многих технических задач и сложность регулирования свойств порошка при его получении, ' обусловленная недостаточной эффективностью работы существующего оборудования.

2. Проведен анализ наиболее распространенных методов получения порошка, связанных с использованием центробежных сил для диспергирования расплавов и произведена их классификация с помощью системы существенных технологических и конструктивных признаков.

3. Выполнен патентный обзор существующих конструкций распылительных устройств, цель которого - систематизация достоинств и недостатков устройств центробежного распыления и выявление основных направлений работ по повышению эффективности процесса распыления. На основании этого предложен принципиально новый комбинированный метод диспергирования расплава, получивший название «центробежное распыление пленки расплава». Идея данного метода заключается в сочетании центробежно-гидравлического и традиционного центробежного распылений, т.е. распыление тонкой пленки расплава, формируемой центробежными силами, вращающимся центробежным распылителем.

4. Проанализированы физико-химические основы процессов диспергирования расплава в виде тонкой пленки, рассмотрены условия ее устойчивости,' деформации и распада как для случая центробежного распыления вращающимся диском, так и для центробежно-гидравлического метода. Кроме того, обобщены представления о формообразовании и течении пленки расплава на поверхности вращающегося диска, рассмотрены виды механизмов дробления при центробежном распылении и изучены представления о процессах отделения капли от кромки диска и ее дальнейшего полета в атмосфере камеры осаждения. На основании анализа опубликованных

167 данных даны' рекомендации по осуществлению эффективной организации процесса взаимодействия расплава и центробежного распылителя.

5. Разработаны конструкция узла центробежного распыления пленки расплава и экспериментального стенда, предназначенные проведения модельных испытаний. В результате, определена оптимальная геометрия центробежно-гидравлической форсунки. Экспериментальные работы по центробежному распылению металлических расплавов, позволили определить необходимые параметры технологического оборудования и выработать ряд рекомендаций, для разработки опытной установки распыления.

6. Эксперименты на металле, для которых была спроектирована и изготовлена опытно-промышленная установка, подтвердили на практике эффективность предложенного метода по сравнению с традиционным распылением, использующим поле центробежной силы. Получены образцы порошков, имеющие сферическую форму и небольшое содержание сателлитов. При этом отмечено снижение среднего размера частиц получающегося порошка и повышении его однородности.

Кроме прочего, эксперименты показали, что предложенный метод имеет преимущества перед традиционным методом центробежного распыления струи в вопросе получения дисперсных порошков при сохранении высоких показателей по производительности процесса распыления.

Также, у него отсутствует зависимость между расходом расплава, поступающего на распыление, и гидростатическим напором расплава, находящимся в тигле над сливным устройством, характерная для обычных схем центробежного распыления струи расплава, что дает возможность эффективно управлять процессом распыления, добиваясь обеспечения заданных свойств порошка и производительности в широких пределах при минимальных энергозатратах.

7. В результате экспериментальных работ по изучению предложенного метода на опытно-промышленной установке, был выработан ряд рекомендаций для реализации предложенного метода в производственных условиях и спроектирован промышленный вариант установки, работающей на основе предложенного метода.

8. Были получены результаты по изготовлению партий порошков припоев на опытно-промышленной установке центробежного распыления пленок расплава, а также изучен ряд вопросов, связанных с конструкцией узла центробежного распыления пленки расплава в рамках работ по получению алюминиевых порошков и гранул на установке центробежного гранулирования расплавов.

9. На основании результатов по получению опытно-промышленных партий порошков на установках, работающих на основе предложенного метода ЦРПР, произведена оценка экономической эффективности метода, свидетельствующая о значительном сокращении затрат при его внедрении в производство.

1. Айвазян, С.А. Статистическое исследование зависимостей. М.: Металлургия, 1968. - 227 с.

2. Анализ устойчивости пленки жидкости в поле газодинамических сил / Ш. М. Шейхалиев, А. В. Берюхов // Сборник тезисов докладов VI международной студенческой конференции «Полярное сияние-2003».-М.:МИФИ, 2003. -252с.

3. Анурьев, В.И. Справочник конструктора-машиностроителя. В 3-х т. Т.З.- 7-е изд., перераб. и доп. М.: Машиностроение, 1992. - 720с.: ил.

4. Бизнес-план. Методические материалы / Под ред. Р.Г. Маниловского. -М.: Финансы и статистика, 1998. 160 с.

5. Бородин, В;А., Дитякин, Ю.Ф., Клячко, Л.А., Ягодкин, В.И. Распыливание жидкостей. М.: Машиностроение, 1967. - 262 с.

6. Буланов, В.Я., Кватер, Л.И., Долгаль, Т.В., Угольникова, Т.А., Акименко, В.Б. Диагностика металлических порошков М.: Наука, 1983. -278с.

7. Влияние конструктивных параметров центробежной форсунки на ее производительность и дисперсность порошков / И.В. Шаронов, Ш.М. Шейхалиев, С.И. Попель, В.М. Шаронов // Порошковая металлургия. -1989. -№11.-С.7-10.

8. Волынский М.С. Необыкновенная жизнь обыкновенной капли. М.: Знание, 1986.- 144с.

9. Днища эллиптические. Общие технические условия Текст. : ГОСТ 6533-78.

10. Заявка на патент № 2005106010., РФ, МПК В 22 F 09/08. Способ получения металлического порошка / Ш.М. Шейхалиев, А.В. Берюхов -Заяв. 29.03.2005 г.

11. Исаев, А.П., Савченко, Т.Е. Гидравлика дождевальных машин. М.: Машиностроение, 1973. - 216 с.

12. Контрольно-измерительные приборы и средства автоматизации Текст. : каталог продукции : разработчик и изготовитель компания «Овен». М., 2003.- 155 с.

13. Либенсон Г.А. Основы порошковой металлургии. М.: Металлургия, 1975.-200 с.

14. Оборудование предприятий порошковой металлургии Текст. : учебник для вузов / С.С.Кипарисов, О.В.Падалко. М.: Металлургия, 1988. -448с.

15. Общие правила безопасности для предприятий и организаций металлургической промышленности Текст. / Под ред. Лифара В. В. и др. Челябинск: Металлургия, Челябинское отделение, 1989, 64с.

16. Пажи, Д.Г., Галустов, B.C. Основы техники распыливания. М.: Химия, 1984. С. 10-18.

17. Пат. 2084198 Великобритания, МПК B22F9/10. Producing Metal Powder Текст. / заявитель и патентообладатель United Technologies Corp. № 19810027780; заявл. 15.09.81; опубл. 07.04.82.

18. Пат. 2111536 Великобритания, МПК B22F9/10. Fine Liquid Metal Droplets from Liquid or Molten Metal Текст. / Dietz P.W., Miller R.S.; заявитель и патентообладатель Gen. Electric № 19820027719; заявл. 29.09.82; опубл. 06.07.83.

19. Пат. 2058853 Российская Федерация, МПК B22F9/10. Блок-распылитель для центробежного распыления металлического расплава / Кондратенко Т.Т., Герасимов С.П., Пикунов М.В. № 4945424/02; заявл. 13.06.96; опубл. 15.11.97.

20. Пат 442865 США. Apparatus for Sprinkling and Cooling Liquids / de Kinder1. J.J.-Опубл. 16.02.1890.

21. Пат. 4178335 США, МПК B22F9/10. Method of Producing Solid Particles of Metal / Metcalfe R.A., Bourdeau R.G.; заявитель и патентообладатель United Techologies Corp. № 19770862898; заявл. 21.12.77; опубл. 07.07.86.

22. США) № 19910755074; заявл. 05.09.91; опубл. 18.03.93.

23. Пат. 5917113 США, МПК B22F.9/10. Process for Producing Spherical Metal Particles / Suzuki G. (Япония); заявитель и патентообладатель Minerva Kiki Co. Lid., Mitsui Mining&Smelting Co. (Япония) № 19960680644; заявл. 17.07.96; опубл. 29.06.99.

24. Пат. 10085583 Япония, МПК B22F9/10. Method for Producing Fine Powder / Matsuda Y., Ishikawa Y., Tezuka К.; заявитель и патентообладатель Dowa Iron Powder Co. Ltd. № 19960263822; заявл. 13.09.96; опубл.0704.98.

25. Пат. 10317019 Япония, МПК B22F9/10. Production and Device for Metal Powder / Inoue A., Chiyou Т., Sato N., Ou Sh., Ogata Y.; заявитель и патентообладатель Inoue A., Nippon Sozai KK № 19970145823; заявл. 19.05.97; опубл. 12.02.98.

26. Пат. 11092804 Япония, МПК B22F9/10. Production of Metal Fine Powder / Minagawa K., Harada Y.; заявитель и патентообладатель Natl Res Inst for Metals № 19970256972; заявл. 22.09.97; опубл. 06.04.99.

27. Пат. 11189809 Япония, МПК B22F9/10. Production of Rapidly Cooled and Solidified Powder and Producing Apparatus Therefore / Shintani C., Endo I., Yamamoto Y.; заявитель и патентообладатель Kubota Corp. № 19970355755; заявл. 24.12.97; опубл. 13.07.99.

28. Пат. 1162826 Япония, МПК D01F9/08. Production of Metallic Fiber / Miyasaka Y.; заявитель и патентообладатель Miyasaka Y. № 19870192717; заявл. 03.08.87; опубл. 27.06.89.

29. Пат. 2000026907 Япония, МПК B22F9/10. Centrifugal Disk Atomizer / Matsui К., Yasumura Т., Nakagawa Y., Nakamura M.; заявитель и патентообладатель Fuji Electrochem Co. Ltd. № 19980194063; заявл. 09.07.98; опубл. 25.01.00.

30. Пат. 2002241809 Япония, МПК B22F9/10, С22С1/02. Method and Apperatus for Producing Metallic Grain / Yamazaki K., Takara А.; заявитель и патентообладатель Matsushita Electric Ind. Co. Ltd. № 20010043268; заявл. 20.02.01; опубл. 28.08.02.

31. Пат. 2002317212 Япония, МПК B22F9/10. Method for Producing Micro Spherical Metallic Grain / Sekine Sh., Kuwabara Y.; заявитель и патентообладатель Sanei Kasei KK № 20010118342; заявл. 17.04.01; опубл. 31.10.02.

32. Получение металлических порошков центробежным распылением расплава / А.В. Харитонов, Ш.М. Шейхалиев // Порошковая металлургия. 1985. - №12. - С.5-10.

33. Порошковая металлургия и напыленные покрытия Текст. : учебник для вузов / В.Н.Анциферов, Г.В.Бобров, Л.К.Дружинин [и др.]. М.: Металлургия, 1987. - 792с.

34. Порошковая металлургия титановых сплавов Текст. / С.Г. Глазунев [и др.]. М.: Металлургия, 1989 - 136 с.

35. Правила, устройства и безопасной эксплуатации сосудов, работающих под давлением: Утв. Госгортехнадзором СССР 27.11.87. -М.:Энергоатомиздат, 1990.

36. Правила устройства и безопасной эксплуатации сосудов, работающих под давлением. / Под ред. Зубенко В.М. и др. М.: Энергоатомиздат, 1990.-128с.

37. Распыленные металлические порошки Текст. / О.С. Ничипоренко, Ю.И. Найда, А.Б. Медведовский. Киев: Наук, думка, 1980. - 240с.

38. Результаты серии экспериментов по гранулированию алюминия на установке ЦГР-3 (21-22.04.2005г) Текст. : отчет о НИР (промежуточ.) : 06-02 / Новоуральский гос. технологич. ин-т ; рук. Шейхалиев Ш.М. -Новоуральск, 2005. 19 с. - Исполн. Берюхов А.В.

39. Розанов, JI.H. Вакуумная техника: Учебн. для вузов по спец. «Вакуумная техника». 2-е изд., перераб. и доп. - М.: Высш.шк. 1990. - 320 е.: ил.

40. Рыбкин, А.А., Рыбкин, А.З., Хренов, JI.C. Справочник по математике: Справочное пособие для поступающих в вузы. М.: Высш. шк., 1987. -480 е.: ил.

41. Сосуды и аппараты. Нормы и методы расчета на прочность Текст. : ГОСТ 14249-89.-введ. 01.01.90.

42. Установка для производства металлических порошков центробежно-гидравлическим методом / Ш.М. Шейхалиев, В.В. Кузьмин, Е.В. Лузин // Порошковая металлургия. 1987. - №8. - С. 1-3.

43. Центробежное распыление металлических расплавов с охлаждением в жидкой среде / В.Л. Гиршов, Ю.Н. Сигачев, Е.Д. Орлов, Ю.Л. Сапожников // Порошковая металлургия. 1985. - №2. - С. 1-6.

44. Центробежно-гидравлический метод получения порошков. I. Исследование механизма распыления / Ш.М. Шейхалиев, И.В. Шаронов, М.П. Карпов // Порошковая металлургия. 1989. - №6. - С. 16-21.

45. Центробежно-гидравлический метод получения порошков. II. Влияние физико-химических свойств металлических расплавов на дисперсность порошков / Ш.М. Шейхалиев, И.В. Шаронов // Порошковаяметаллургия. 1989. №9. - С.10-14.

46. Центробежно-пневматическое диспергирование расплавов. I. Влияние конструктивных и технологических параметров на эффективность распыления / Ш.М. Шейхалиев, О.А. Иванов, С.И. Попель, С.А. Арешкин // Порошковая металлургия. 1990. - №3. - С. 4-8.

47. Центробежно-пневматическое диспергирование расплавов. II. Производство порошков на основе олова и их основные свойства / Ш.М. Шейхалиев, В.В. Кузьмин, В.М. Устинов // Порошковая металлургия. -1990.-№5.-С. 8-11.

48. Шульмейстер А.Е. Разработка, исследование и внедрение способов механического дробления и охлаждения металлургических расплавов.Автореферат на соискание степ. канд. техн. наук. -Свердловск: ВНИИМТ, 1987.

49. Atomization of liquids by means of a rotating cup / J. O. Hinze, H Milborn // Journal of Applied Mechanmics, 1950, № 17 P. 145-153.

50. Atomizing Parameters for Centrifugal Atomization of Metal / Halada K., * Suga H., Muramatsu Y. // Proceedings of Int. Conf. PM-1990. London 19901. Vol 1 pl93-199.

51. Bar P. Dr. Eng. Dissertation / Techical College, Karlsruhe, Germany, 1935.

52. Centrifugal Atomization: effect of material and construction of disk / Sh. Sheikhaliev, A. Beryukhov // Proceedings of World Congress and Exhibition of Powder Metallurgy (Prague Congress Centre, Prague, Czech Republic, October 2-5,2005).-V.l, P. 1-6.

53. Centrifugal Disk Atomization / Friedman S J., Gluckert F.A., Marshall W.R. // Chemical Engineering Progress Journal, 1952. Vol. 48, №4.

54. Disintegration Modes of Centrifugal Atomization / S. Matsumoto, K. Saito, Y. Takashima // Journal of Chemical Engineering of Japan, 1974, vol.7, №1, P.13.

55. Hybrid Atomization: Processing Parameters and Disintegration Modes / Liu 9 Y., Minagawa K., Halada K. // The International Journal of Powder

56. Metallurgy, 2003. Vol.39, №3.

57. Kamiya T. // Journal of Chemical Engineering of Japan, 1972, №5, P.3 91.

58. Kamiya Т., Kayano A. // Journal of Chemical Engineering of Japan, 1971, №4, P.3 64

59. Mathematical-Physical Considerations Regarding the Production of Metal Powders for PM. (Part 1) / Schmitt H. //PMI 1/1979 pl7-21.

60. Загл. с экрана. Диск помещен в контейнер 20x14 см.

61. Matsumoto S. и TakashimaY. // Kagaku Kogaku 1969, №33, Р.357.

62. Metal droplet deformation and breaking up by gas flow / Sh. Sheikhaliev, A. Beryukhov. // Proceedings of World Congress and Exhibition of Powder Metallurgy (Austria Centre Vienna, Vienna, Austria, October 17-21, 2004). -V.1,P. 1-6.

63. New Plant for Powders Production by Inert Gas Atomisation of Melt / Sh. Sheikhaliev, S. Lagutkin // Proceedings of International Powder Metallurgy Conference (Gasi University, Ankara, Turkey, September 4 8, 2002). -V.1,2.

64. Oyama Y, Eguchi M., Endou K. // Kagaku Kogaku 1953, №17, P.269.

65. Particle Size Analysis of Atomised Powders / Dunkley J. // Atomising News, 50 p.3-5.

66. Rayleigh, Lord. Phys. Mag., 1892. -№153, P.34.

67. Rotary Atomizers: Performance Understanding and Prediction / Matsumoto Sh., Belcher D.W., Crosby E.J. // Proceedings of ICLASS 1985. -Sacramento, 1985. paper 1 A/1.

68. Tanasawa Y.// Denki oyobi Kikai, 7 (1942), P. 1.

69. Tanasawa Y., Miyasaka Y., Umehara M. Proc. 1st Int. Conf. Liq. Atom. Spray Sys., Tokyo, Japan, 1978, P.165.

70. Walton W.H., Prewett W.C. // Proc. Phys. Soc. 1949, №62, P.341.

71. Weber C. //Z. Angew. Math. Mech. 1931, №11, P.136.

72. Yule, A., Dunkley, J. Atomization of Melts for Powder Production and Spray Deposition. / Clarendon Press. Oxford series on advanced manufacturing. -1994.-390 p.к. i 4 Позиция Обозначение Наименование 1 Примеч.1. Документация

73. Л4 УФН-830.18.00 СБ Сборочный чертеж1. Летали

74. М 1 УФН-830.18.01 Вставка /м 2 УФН-830Ж02 Вкладыш /