способ производства порошка из титановых сплавов

Формула изобретения

Способ производства гранул из титановых сплавов, включающий расплавление потоком плазмы торца цилиндрической вращающейся заготовки в среде инертного газа, отличающийся тем, что проводят дополнительное охлаждение камеры распыления с помощью отдельной независимой от плазмотрона системы циркуляции инертного газа путем создания канала, через который нагретый газ забирают из камеры распыления, охлаждают до комнатной температуры и возвращают в камеру, при этом снижают количество несферических гранул за счет дополнительного охлаждения частиц в полете.

Описание изобретения к патенту

Известен способ производства гранул методом плазменной плавки и центробежного распыления, описанный в патенте РФ № 2361698 от 20.07.09 г. «Способ получения сферических порошков и гранул». Он заключается в плазменной плавке и центробежном распылении вращающейся заготовки, причем распыление происходит по конической поверхности, что снижает пористость в гранулах. В данном способе не учтены особенности механизма кристаллизации капли расплава после отрыва от заготовки применительно его к титановым сплавам, что приводит к значительному снижению выхода годного порошка.

В качестве прототипа выбран способ получения гранул методом плазменной плавки и центробежного распыления на установке, конструкция которой описана в патенте РФ № 2376111 от 20.12.09 г. «Установка для получения порошков и гранул». Недостатком данной конструкции является то, что забор газа из камеры распыления происходит только через систему циркуляции газа для плазмотрона, который осуществляется с помощью вакуумных насосов с целью обеспечения ионизации газа для последующего распыления плазмой торца вращающейся заготовки. Попадая в камеру, плазма снова превращается в газ и забирается компрессором, затем снова подается в плазмотрон. Охлаждение газа происходит через охлаждаемые стенки камеры распыления, однако газ на некотором расстоянии от охлаждаемых стенок камеры застаивается в нагретом состоянии, таким образом, понижая эффективность охлаждения капель металла в полете за счет конвекции. Получаемая степень охлаждения для производства гранул титановых сплавов явно недостаточна и ведет к получению частиц несферической формы, что приводит к понижению выхода годного порошка.

Вышеуказанные способы используются в основном для производства гранул жаропрочных никелевых сплавов. Возможно их использование и при производстве титановых гранул, однако при этом необходимо учитывать особенности такого производства.

При производстве титановых гранул возможно образование частиц несферической чешуйчатой формы. Это объясняется тем, что гранулы из-за недостаточного охлаждения в полете претерпевают существенное формоизменение при соударении со стенкой камеры распыления, вследствие чего они теряют сферическую форму [Статья в журнале «Технология легких сплавов», 2010, № 2, с.44-48]. На некотором расстоянии от водоохлаждаемых стенок камеры распыления нагретый газ застаивается у стенок камеры распыления, а так как теплоотдача у титановых сплавов меньше, чем у никелевых, то гранулы не успевают полностью закристаллизоваться в полете. Поэтому при соударении со стенкой камеры происходит их пластическая деформация, что и ведет к образованию частиц несферической формы. Это, в свою очередь, приводит к понижению выхода годного порошка, так как при дальнейшей ситовой классификации гранул частицы такой формы не проходят через стандартную сетку и попадают в отсев.

В предлагаемом способе вводится еще одна, не зависимая от плазмотрона, система циркуляции газа с целью его дополнительного охлаждения. Принципиальная схема представлена на рис 1.

Принцип работы системы следующий: система вакуумируется вместе с установкой, затем в процессе плавки из камеры 2 с плазмотроном 1 газ по каналу 3 поступает через открытый вентиль 4 в охлаждаемый ресивер 5, потом через вентили 6, 7 и 9 он поступает обратно в камеру распыления под действием насоса 8 через фильтр 10 и вентиль 11. По окончании плавки вентили 11 и 4 закрывают и избыток спускают через вентиль 12.

ПРИМЕР. Была проведена серия плавок с плазменным распылением на гранулы крупностью 200 мкм до установки дополнительного канала охлаждения и после его установки. Результаты сведены в Таблицу 1 и Таблицу 2.

Из результатов видно, что выход годного порошка при производстве с дополнительным охлаждением вырос на 3%, что в условиях производства дает заметный экономический эффект. Увеличение выхода годного порошка является преимуществом плазменного распыления на гранулы по предложенному способу по сравнению с прототипом.

Цикл распыления до применения дополнительного охлаждения
Таблица 1
№ п/п	Вес заготовок, кг	Количество заготовок, шт.	Вес гранул, кг	Выход годного, %
1	49	7	42,5	86,7
2	48,6	7	40	82,3
3	48,5	7	39	80,4
4	51,5	7	44	85,4
5	58,2	8	49	84,1
	Средний выход годного	83,78

Цикл распыления после применения дополнительного охлаждения
Таблица 2
№ п/п	Вес заготовок, кг	Количество заготовок, шт.	Вес гранул, кг	Выход годного, %
1	55,8	8	48	86,1
2	55,5	8	48,5	87,3
3	47,6	7	42	88,2
4	55	8	46,3	84,1
5	47,5	7	42,5	89,4
	Средний выход годного	87,02