» » Центробежное распыление как вид диспергирования расплава
15.01.2016

Центробежное распыление представляет собой один из основных видов диспергирования расплава и получения быстрозакаленных порошков.
Расплавленный металл распыляется под действием центробежных сил. Отличительной особенностью центробежного распыления по сравнению с распылением газовым потоком является возможность осуществления процесса распыления в вакууме или в инертной безобменной атмосфере, что обеспечивает выполнение более высоких требований к возможности окисления и чистоте металла. Существуют два основных варианта центробежного распыления: центробежное распыление вращающегося электрода и центробежное распыление расплава.
Центробежное распыление вращающегося электрода. В первом варианте центробежного распыления электрода (рис. 7.5) распыляемый сплав в виде цилиндрического электрода приводится во вращение с высокой скоростью.
Центробежное распыление как вид диспергирования расплава

Торец вращающегося с частотой 2000—20000 мин-1 электрода подвергается нагреву до оплавления электрической дугой, плазмотроном (рис. 7.6) или электронным лучом. Тонкий слой расплавленного металла (10—30 мкм) на оплавляемом торце под действием центробежных сил перемещается к его периферии и срывается с его кромки в виде частиц-капель преимущественно размером 100—200 мкм. Увеличение диаметра расходуемого электрода и частоты его вращения приводит к уменьшению размера частиц-капель. Кристаллизация капель в виде сферических гранул со скоростью охлаждения порядка 10в4 К/с происходит в атмосфере инертного газа.
Размеры гранул, скорость охлаждения регулируют, изменяя частоту вращения электрода, мощность теплового потока нагревателя, скорость потока инертного газа. Метод широко применяют для получения гранул жаропрочных никелевых, титановых сплавов с последующим компактированием в изделия или полуфабрикаты.
При обычных параметрах распыления жаропрочных никелевых сплавов (n ~ 15000 мин-1, диаметр электрода 75 мм) размеры гранул составляют 50—200 мкм, так что 85 % гранул имеют диаметр <150 мкм, скорость охлаждения - 10в2 + 10в4 К/с.
Особенностями данного метопа распыления являются незначительный перегрев расплава и очень малое время пребывания металла в расплавленном состоянии в связи с тем, что при высокой частоте вращения электрода оплавляемые порции металла под действием значительных центробежных сил практически мгновенно распыляются и формируется весьма однородный по гранулометрическому составу порошок. В случае распыления электрода, характеризующегося гетерогенностью структуры, может наблюдаться наследственная неоднородность в результате перехода я гранулы частично оплавленных крупных частиц тугоплавких фаз.
Центробежное распыление расплава. Во втором варианте центробежного распыления — метоле центробежного распыления расплава (рис. 7.7) — производится автономное (предварительное — вне зоны распыления) плавление в неподвижном тигле достаточно большого объема металла. Полученный расплав с заданным значением перегрева подается в зону распыления, например на вращающийся с высокой частотой разливочный тигель (разливочный диск — тарель). При попадании струи расплава на вращающийся с частотой до 24000 мин-1 диск, на его вогнутой поверхности образуется пленка жидкого металла, от которой затем отрываются капли-частицы преимущественно размером менее 100 мкм и кристаллизуются в атмосфере инертного газа со скоростью 10в5—10в6 К/с.
Центробежное распыление как вид диспергирования расплава

Такая (двухступенчатая) схема центробежного распыления позволяет обеспечить необходимую обработку расплава перед распылением и устранить наследственную неоднородность металла.
Внешний вид (форма) и микроструктура быстрозакаленных микрослитков-гранул жаропрочного никелевого сплава ЖС6У, полученных различными способами распыления, приведены на рис. 7.8.
Центробежное распыление как вид диспергирования расплава

При распылении с использованием струи воды (на установке УРН, рис. 7.8, в) образуются быстрозакаленные порошки осколочной формы. В частицах порошка установлено формирование высокодисперсной структуры и наличие различных дефектов (рис. 7.8, г). При распыление высокоскоростной струей инертного газа (Аг) ка установке УРС (рис. 7.8, б и 7.9, а) формируется порошок округлой формы с внутренней газовой пористостью в отдельных гранулах (рис. 7.8, д). При центробежном распылении вращающегося электрода образуются быстрозакаленные порошки — гранулы сферической формы с отчетливо выраженной высокодисперсной дендритной структурой (рис. 7.8, в, е).
Взаимодействие расплавленных капель с частично затвердевшими и твердыми частицами порошка в объеме металлогазового факела (atomization zone) и частично в зоне закалки (quenching zone) приводит к образованию аномальных гранул с нетипичной формой и структурой (рис. 7.9).
Центробежное распыление как вид диспергирования расплава

Микрослиток осколочной формы с высокодисперсной дендритной структурой образуется в результате гетерогенного зарождения дендритов от прилипшего к капле ранее затвердевшего микрослитка (рис. 7.9, б), а микрослиток округлой формы с негомогенной структурой — в результате кристаллизации расплавленной капли, захлопнувшейся при соударении с ранее затвердевшим микрослитком (рис. 7.9, в).
Внутренняя газовая пористость и наследственные крупные карбидные частицы в аномальных гранулах жаропрочных никелевых сплавов, полученных методами распыления газовой струей и методом центробежного распыления вращающегося электрода, показаны на рис. 7.10.
Центробежное распыление как вид диспергирования расплава