Устройство для получения мелкодисперсного порошка
DEVICE FOR PRODUCING FINE POWDER

Область техники, которой относится изобретение
Изобретение относится к оборудованию для получения мелкодисперсных порошков металлов и их сплавов методом плазменного плавления и испарения проволочного расходуемого материала в электродуговых плазмотронах.
Уровень техники
В качестве наиболее близкого аналога выбрано известное устройство для получения мелкодисперсного порошка, содержащее устройство для подачи проволоки в зону плазменного распыления, устройство для предварительного нагрева проволоки в виде индукционного нагревателя, плазменные горелки, реактор (WO 2016191854, дата публикации 08.12.2016). Проволоку предварительно нагревают таким образом, что температура нагрева увеличивается по мере приближения к зоне распыления. Получаемая при нагреве индуктором поверхность проволоки имеет неоднородную структуру ввиду того, что в нагретом металле не успевает произойти процесс гомогенизации структуры. Помимо этого, имеющаяся неравномерность напряжений по сечению проволоки ввиду ее деформации при намотке в бунты и неоднородность структуры оказывают отрицательное влияние на стабильность размера и химического состава образующихся капель расплава.
Сущность изобретения
Задача, решаемая настоящим изобретением, состоит в повышении качества получаемого порошка в электродуговых плазмотронах с расходуемым проволочным электродом.
В ходе решения указанной задачи, достигается следующий технический результат: повышение стабильности размера и формы (сферичности) частиц, а также однородности свойств получаемого мелкодисперсного порошка.
Указанный технический результат достигается тем, что устройство для получения мелкодисперсного порошка содержит устройство для подачи проволоки в зону плазменного распыления, устройство для предварительного нагрева проволоки, по меньшей мере, одну плазменную горелку, реактор, блок управления, упомянутое устройство для предварительного нагрева проволоки содержит первый и второй индукционный нагреватель, каждый из которых снабжен средством регулирования температуры нагрева проволоки, упомянутый блок управления выполнен с возможностью независимого регулирования температуры нагрева проволоки первым и вторым индукционным нагревателем.
Указанный технический результат достигается также тем, что индукционные нагреватели выполнены с возможностью регулирования температуры нагрева проволоки путем изменения величины потребляемого тока.
Указанный технический результат достигается также тем, что проволока на участке предварительного нагрева находится в среде инертного газа.
Указанный технический результат достигается также тем, что второй индукционный нагреватель выполнен с возможностью нагрева проволоки до температуры ниже линии солидуса материала проволоки на величину от 30°С до 50°С.
Указанный технический результат достигается также тем, что блок управления выполнен с возможностью регулирования температуры нагрева проволоки в зависимости от скорости ее подачи в зону плазменного распыления.
Отличительной особенностью настоящего изобретения является применение в электродуговых плазменных установках двойного индукционного нагрева проволоки для снятия напряжений и гомогенизации структуры получаемого мелкодисперсного порошка.
Перечень фигур чертежей
На Фиг. 1 показана схема устройства для получения мелкодисперсного порошка.
Осуществление изобретения
Для изготовления металлических порошков в электродуговых плазмотронах с расходуемым электродом в качестве расходного материала используется отожженная проволока из различных металлов и сплавов, поставляемая в бунтах. При садочном или непрерывном предварительном рекристаллизационном отжиге изготавливаемой проволоки может происходить слипание витков и образование окислов между ними. В процессе подачи в зону плазменного плавления и испарения поступающая из бунта проволока механически выпрямляется, подвергаясь упруго пластическим деформациям. При этом в материале проволоки возникают сжимающие и растягивающие напряжения по всему поперечному сечению. Возможное окисление поверхности проволоки при отжиге и напряжения, возникающие при выпрямлении проволоки, оказывают отрицательное влияние на процесс плазменного каплеобразования и испарения и, как следствие, не позволит получить мелкодисперсный порошок заданного размерного диапазона. Для устранения возможных окислов с поверхности и снятия напряжений, возникающих при выпрямлении проволоки, необходим ее нагрев, восстанавливающий однородность структуры (гомогенизация) по поперечному сечению перед зоной плазменного плавления и испарения.
Основной задачей рассматриваемого процесса является получение порошка из проволочного расходного материала с заданным диапазоном дисперсности, с требуемым качеством (стабильность геометрической формы и свойств) и производительностью. Используемый проволочный материал получают прокаткой или волочением, после которых поверхность проволоки оказывается нагартованой (наклепанной), а по поперечному сечению может иметь место неоднородность плотности и химического состава, что может отрицательно влиять на качество получаемого порошка.
Поток плазмы служит, в основном, для испарения и распыления капель расплава с нагретой индуктором поверхности проволоки. Вследствие этого расходуемый материал в виде проволоки перед испарением в плазмотроне должен подвергаться отжигу. При классическом отжиге, в процессе которого осуществляется снятие внутренних напряжений, материал должен нагреваться и определенное время остывать и выдерживаться. Для выполнения операции отжига используются специальные термические установки.
При относительно малом поперечном сечении используемой проволоки (обычно до 3 мм) и невысокой скорости ее подачи в зону плазменного плавления и испарения термические процессы рекристаллизации и гомогенизации проволоки, восстанавливающие ее однородность, полученную в результате отжига, можно реализовать непосредственно в установке получения порошка в процессе перемещения проволоки в зону лазерного плавления и испарения. При этом соответствующим выбором параметров нагрева и охлаждения для каждого материала проволоки можно осуществить снятие с ее поверхности напряжений и выравнивание внутренней структуры по поперечному сечению, более качественно подготовив проволочный материал к испарению в реакторе плазмотрона.
На фиг. 1 приведена схема устройства, реализующего восстановительный нагрев проволоки, на которой позициями обозначены: 1 - проволока, используемая в электродуговом плазмотроне для получения порошка в качестве расходуемого катода; 2- привод перемещения проволоки; 3 - первый индукционный нагреватель; 4- второй индукционный нагреватель; 5 - регулятор тока первого индукционного нагревателя; 6 - регулятор тока второго индукционного нагревателя; 7 - источник питания индукционных нагревателей; 8 - блок управления; 9 - устройство, обеспечивающее соосность индукционных нагревателей и подаваемой проволоки; 10 - зона плазменного плавления и испарения; 11 - трубка подачи инертного защитного газа 12; 13 - подвижный электрический контакт; 14 - плазменная горелка; 15 - реактор; V - направление скорости движения проволоки; Н - расстояние между вторым индуктором и зоной плазменного плавления и испарения.
Устройство работает следующим образом.
Проволока 1, используемая для получения порошка, перемещается с позиции выпрямления с некоторой скоростью V при помощи устройства ее подачи приводом 2. Участок проволоки, расположенный по направлению движения в начале попадает в зону А действия первого индукционного нагревателя 3, в которой нагревается до температуры рекристаллизации для данного материала, а затем перемещается в зону Б действия второго индукционного нагревателя 4, где дополнительно нагревается до температуры на 30-50 градусов Цельсия ниже линии солидуса материала проволоки. При этом происходит снятие напряжений и выравнивание структуры металла по поперечному сечению проволоки. Величина потребляемого от источника питания 7 тока, необходимого для нагрева проволоки до требуемой температуры и протекающего в катушках индукционных нагревателей 3 и 4, устанавливается с помощью регуляторов 5 и 6, которые управляются блоком управления 8, формирующим управляющие воздействия на регуляторы тока 5 и 6 в зависимости от параметров расходуемой проволоки и необходимой скорости ее перемещения в зону плазменного плавления и испарения 10. Для защиты нагреваемой проволоки от окисления в трубку 11, расположенную по всей длине нагреваемого участка между проволокой 1 и индукционными преобразователями 3, и, подается инертный газ, например, аргон. Устройство 9, например, направляющая втулка, обеспечивает соосность индукционных преобразователей 3,4 и подаваемой проволоки 1 для обеспечения равномерности ее прогрева. Подвижный электрический контакт 13, расположенный после устройства выравнивающего нагрева, обеспечивает протекание тока для создания электрической дуги между расходуемой проволокой (катодом) и анодом в реакторе 15. Индукционный преобразователь 4 устанавливается от зоны 10 плазменного плавления и испарения вдоль перемещаемой проволоки на расстоянии Н, достаточном для осуществления восстанавливающей гомогенизации всех используемых материалов и определяемом экспериментально.
Применение в электродуговом порошковом проволочном плазмотроне двух индукционных преобразователей снабженных автономными регуляторами тока, управляемыми в функции скорости перемещения проволоки для ее нагрева; выполнение индукционных преобразователей с возможностью изменения температуры нагрева участков проволоки для каждого используемого материала путем регулирования величины потребляемого тока обеспечивают однородность структуры и химического состава поволоки по поперечному сечению, что обеспечивает повышение стабильности размера частиц и повышение качества изготовляемого порошка. Дополнительно повышению качества порошка способствует защита нагреваемого участка проволоки инертным газом.