сферический порошок алюминиево-цинкового сплава и способ его получения

Формула изобретения

1. Порошок алюминиево-цинкового сплава, содержащий фракции крупностью менее 50 мкм, отличающийся тем, что он содержит 20-30 мас.% цинка, состоит из частиц сферической формы и имеет следующий фракционный состав: не менее 97% фракции крупностью менее 50 мкм, а остальное - 50-100 мкм, при этом удельная поверхность частиц находится в пределах 0,15-0,25 ²/г.

2. Способ получения порошка алюминиево-цинкового сплава, включающий распыление расплава азотом, отличающийся тем, что распыление осуществляют азотом, содержащим 0,3-5,5 об.% кислорода, нагретым до температуры 300-500С, при давлении 1,5-3 МПа и при температуре расплава 700-900С.

Описание изобретения к патенту

Настоящее изобретение относится к области порошковой металлургии цветных металлов, конкретно - к составу и форме частиц порошка Al-Zn сплава и способу его получения.

Известны порошки Al-Zn сплава с содержанием до 50% Zn [1], которые используются в качестве сырья при производстве пасты и компонентов антикоррозионных композиций и покрытий.

Недостатком этих порошков является их осколочная или пластинчатая форма частиц, определяемая методом их получения - размолом (механическим измельчением). Порошки Al-Zn сплавов с осколочной формой частиц обладают плохими реологическими характеристиками и грубой микроструктурой, по этой причине они имеют ограниченное применение, в частности, в топливных составах.

Известен порошок алюминиево-кремниевого сплава, содержащий 25% Zn и 69-74% фракции -50 мкм и имеющий удельную поверхность 0,15-0,16 м²/г [2]. Недостатком таких порошков является их большая крупность. Такие порошки используются лишь в химической и металлургической промышленности и для изготовления химических источников тока.

Известны способы получения порошков алюминия и его сплавов методом распыления расплавов сжатыми газами [3]. Для получения порошков каждого конкретного сплава требуются специфические технологические параметры процесса распыления: давление и скорость распыливающего газа, его удельный расход на 1 кг распыливаемого металла. Например, порошки цинка и его сплавов, в том числе с алюминием, получают методом распыления сжатым воздухом [4] под давлением 0,2-0,6 МПа. Полученные таким способом порошки имеют каплевидную или сферическую форму частиц, однако их размер составляет 50-300 мкм. Недостатком этого способа является недопустимость применения воздуха для получения порошка мельче 50 мкм из-за их взрывоопасности и отсутствия гарантии обеспечения пожаровзрывобезопасности процесса производства.

Недостатком данного способа является его непригодность для изготовления высокодисперсных сферических порошков Al-Zn сплавов по причине взрывоопасности процесса распыления воздухом и низкого давления распыливающего газа, а сами порошки непригодны для использования в топливных составах. Для осуществления распыления инертным газом отсутствуют конкретные технологические параметры, соблюдение которых обеспечит решение технической задачи.

Известен способ получения порошков сплава Al-Zn распылением расплава сжатым азотом [2] с регламентированными основными параметрами процесса: давление газа 2,0-2,2 МПа; температура расплава 760С, удельный его расход 0,5-0,6 нм³ на 1 кг расплава. Недостатком этого способа является невозможность использования данных технологических параметров для производства высокодисперсных AI-Zn порошков, необходимых для топливных составов.

Ближайшим аналогом предлагаемого порошка алюминиево-цинкового сплава и способа его производства является порошок и способ, раскрытый в [2].

Недостатком порошка является его большая крупность, а недостатком способа - невозможность получения по нему порошков высокой дисперсности, необходимой для производства топливных составов.

Задачей настоящего изобретения является получение порошков алюминиево-цинкового сплава заданных химического и гранулометрического состава со сферической формой частиц и безопасность технологического процесса их получения.

Техническое решение задачи заключается в том, что порошок алюминиево-цинкового сплава, содержащего фракции крупностью менее 50 мкм, который содержит 20-30% (мас.) цинка, состоит из частиц сферической формы и имеет следующий фракционный состав: не менее 97% фракции крупностью менее 50 мкм, а остальное 50-100 мкм; при этом удельная поверхность частиц находится в пределах 0,15-0,25 м²/г.

В способе получения порошка алюминиево-цинкового сплава, включающем распыление расплава азотом, распыление расплава осуществляют азотом, содержащим 0,3-5,5 об.% кислорода, нагретым до температуры 300-500С, при давлении 1,5-3 МПа и при температуре расплава 700-900С.

Содержание кислорода в азоте ниже 0,3% создает опасность возгорания порошка на воздухе при разгрузке. При содержании кислорода в азоте более 5,5% возникает опасность возгорания и взрыва в процессе производства и, кроме того, снижается содержание металлической фазы в порошке вследствие образования более толстой оксидной пленки.

Повышение давления более 1,5 МПа обеспечивает увеличение дисперсности порошка: выход целевой фракции ( 50 мкм) при 1,5 МПа составляет 50-60%, при 3,0 МПа - более 70%.

Повышение температуры расплава на каждые 50С сопровождается повышением производительности процесса распыления на 20-30% при сохранении выхода целевой фракции на уровне 80-90%. Оптимальный температурный режим 700-900С. Ниже 700С способ не обеспечивает высокие показатели по дисперсности порошка и выходу целевой фракции. Нагрев расплава выше 900С резко ухудшает условия безопасности процесса распыления.

Аналогично влияние температуры распыливающего газа, оптимальное значение которой определено экспериментально.

Полученный пульверизат рассевают известным способом, получая порошок, содержащий более 97% фракции мельче 50 мкм.

Пример получения порошка AI-Zn сплава по заявляемой технологии.

Опыты проводились на опытной крупнолабораторной распылительной установке для производства алюминиевых порошков нагретым до 300С газообразным азотом под давлением 1,5 и 3,0 МПа, содержащим от 0,3 до 5,5 об.% кислорода, при температуре расплава 700 и 900С. При соблюдении вышеуказанных условий получены порошки AI-Zn сплава, содержащие от 70 до 90% сферических частиц крупностью менее 50 мкм. После ситовой классификации распыленного порошка получен порошок, содержащий от 97 до 99% фракции крупностью менее 50 мкм, имеющий удельную поверхность 0,15-0,25 м²/г.

Предлагаемый порошок испытан с положительными результатами в топливных составах, где в качестве энергетического компонента используются алюминийсодержащие порошки различного химического и фракционного состава.

При этом экспериментально было установлено, что горючее в виде порошка алюминиево-цинкового сплава со сферической формой частиц обеспечивает плотную упаковку высоконаполненного полимера - смесевого твердого топлива.

Для созданной рецептуры смесевого твердого топлива под конкретный заряд установлено оптимальное содержание цинка в сплаве - 25% (мас.) и оптимальная крупность частиц порошка - менее 50 мкм.

Содержание алюминиево-цинкового горючего в топливе 7-9%. Полученные соотношения подтверждены лабораторными исследованиями, практикой отработки заряда и натурными стрельбами зарядов перспективных систем полевой артиллерии.

Использованные источники

1. Заявка Японии № 57-9759, 1982.

2. Гопиенко В.Г. и др. Спеченные материалы из алюминиевых порошков. М.: Металлургия, 1993, с. 31-32.

3. Производство и применение алюминиевых порошков. М.: Металлургия, 1980, 68 с.

4. Лакерник М.М., Пахомова Г.Н. Металлургия цинка и кадмия. М., 1969.