Устройство для получения металлических порошков сферической формы
DEVICE FOR OBTAINING SPHERICAL METAL POWDERS

Изобретение относится к порошковой металлургии, в частности к устройствам для производства металлических порошков, предназначенных для аддитивных технологий, а именно к устройствам для получения металлических порошков сферической формы методом плазменной атомизации проволоки.
Известно устройство (Патент RU 2183534 С2, Устройство для получения металлических порошков) для получения металлических порошков путем распыления струи расплава потоком газа, содержащее тигель, металлоприемник, рабочую форсунку с кольцевой полостью подвода энергоносителя и двумя рабочими соплами, камеру распыления, снабженную каналами охлаждения для охлаждающей жидкости.
Недостаток изобретения заключается в том, что в устройстве используется тигель, который ограничивает получение порошка из тугоплавких металлов с сильным сродством к кислороду.
Известно изобретение (Патент RU 2203773 С2, Способ получения металлических порошков) для получения порошков химически активных металлов фрезерованием цилиндрической заготовки, вращающейся вокруг оси, параллельной оси вращения фрезы, путем изменения отношения скоростей вращения заготовки и фрезы, скорости подачи фрезы и размера ее режущей кромки.
Недостаток изобретения заключается в том, что получаемый порошок с линейными размерами частиц в интервале 0,1-6,0 мм не удовлетворяет требованиям аддитивных технологий как по степени сферичности, так и по фракционному составу.
Прототипом заявляемого изобретения является устройство (Патент ЕА №202092993 А1, Способ и устройство для производства высокочистых сферических металлических порошков с большой скоростью производства из одной или двух проволок) для получения сферических металлических порошков, состоящее из термоплазменной горелки, одной или двух проволок, подлежащих атомизации, диффузор, предотвращающий образование сателлитов, который выполнен с возможностью предотвращения рециркуляции тонкодисперсных порошков и тем самым образования сателлитов.
Недостаток изобретения заключается в том, что в устройстве используется диффузор, на который могут налипать еще не отвердевшие капли расплава.
Задачей данного изобретения является создание устройства для получения металлических порошков сферической формы, предназначенных для аддитивных технологий, методом плазменной атомизации проволоки.
Техническим результатом является устройство, состоящее из источника питания, камеры распыления с водным охлаждением, емкости для сбора порошка, установленной в нижней части камеры, плазмотрона с защитным колпачком с каналами, системы подачи проводящей проволоки через направляющую в сторону плазмотрона, системы вакуумирования, системы подачи газа коаксиально с катодом и циркуляции потока газа. С помощью устройства производят металлический порошок, удовлетворяющий требованиям аддитивных технологий. Получаемый порошок должен обладать степенью сферичности не менее 0,8, фракционным составом не более 106 мкм (в зависимости от применяемых методов аддитивных технологий), с низким содержанием газообразующих примесей, текучестью не более 30 с, а также не иметь дефектов или сателлитов. Данное изобретение можно применять для получения порошков тугоплавких металлов с сильным сродством к кислороду.
Технический результат достигается тем, что устройство для получения металлических порошков сферической формы, состоящее из источника питания, камеры распыления с водным охлаждением, емкости для сбора порошка, установленной в нижней части камеры распыления, плазмотрона, системы подачи проводящей проволоки через направляющую в сторону плазмотрона, системы вакуумирования, системы подачи газа коаксиально с катодом плазмотрона и циркуляции потока газа, согласно изобретению, плазмотрон оснащен защитным колпачком с каналами для получения обжимного газа, обеспечивающего дополнительное диспергирование капель расплава и защиту стенок камеры распыления от жидких капель расплава. В устройстве для получения металлических порошков сферической формы методом плазменной атомизации металлический проволоки получается сферический порошок. На фиг. 1 схематично изображено устройство для производства металлических порошков из сырья в виде проводящей проволоки, при этом проволока 1 подается горизонтально через направляющую 2 в сторону плазмотрона 3, который расположен вертикально. Подача плазмообразующего газа производится коаксиально. Плазмотрон оснащен защитным колпачком 4 к плазмотрону 3, который обеспечивает подачу обжимного газа 5 через каналы. Между вольфрамовым катодом 6 плазмотрона 3 и проволокой 1 образуется дуга 7. Посредством дуги и тепловым эффектом плазмы 8 торец проволоки 1 плавится, а под динамическим воздействием потока газа капли расплава 9 диспергируются. Обжимной газ 5 дополнительно диспергирует капли расплава и защищает стенки камеры распыления от попадания жидких капель расплава 9. Под воздействием сил поверхностного натяжения капли расплава 9 приобретают сферическую форму. В камере распыления капли расплава 9 кристаллизуются в сферические частицы 10.
Преимущество заявляемого изобретения заключается в использовании защитного колпачка плазмотрона с каналами для подачи газа, который позволяет дополнительно диспергировать капли расплава путем образования обжимного газа. Обжимной газ защищает стенки камеры от попадания жидких капель, при этом в процессе работы устройства каналы колпачка не загрязняются, прилипания порошка к колпачку не происходит.
Аддитивные технологии позволяют создавать изделия сложной формы с высоким коэффициентом использования материала. Рост объема аддитивного производства с использованием металлического порошка подчеркивает актуальность. По этой причине актуальным становится разработка технологий, позволяющих получать сферический порошок, удовлетворяющий требованиям различных методов аддитивных технологий.
Методом плазменной атомизации проволоки получают плотные сферические порошки с высокой степенью сферичности, низким содержанием газообразующих примесей, высокой текучестью, фракционным составом, удовлетворяющий требованиям аддитивных технологий.
Пример конкретной реализации изобретения;
По предложенной схеме изготовлена установка и был получен сферический порошок ВТ6 (фиг. 2) без сателлитов и дефектов с размером частиц до 106 мкм и текучестью 30 с. Подавалась проволока из сплава ВТ6 диаметром 1,6 мм через направляющую в сторону плазмотрона, который расположен вертикально. Подача плазмообразующего газа аргона высокой чистоты производилось коаксиально со скоростью 65 л/мин. Использовался защитный колпачок плазмотрона, имеющий 16 каналов под углом 45° к оси. В качестве обжимного газа использовался аргон высокой чистоты, который подавался со скоростью 150 л/мин. Подавалось напряжение 98-100 В с силой тока 50 А. Между катодом плазмотрона и проволокой образовалась дуга. Посредством дуги и тепловым эффектом плазмы торец проволоки начал плавиться, а под динамическим воздействием потока газа капли расплава диспергировались. Скорость подачи проволоки 5 м/мин. Под воздействием сил поверхностного натяжения капли расплава приобрели сферическую форму. В камере распыления капли кристаллизовались в сферические частицы сплава ВТ6.