Содержание к диссертации
Введение
1. Получение порошков диспергированием расплавов 9
1.1. Методы получения порошков из расплавов 9
1.2. Форсунки для распыления расплавов 27
1.3. Выводы 40
2. Анализ деформации и распыления расплава 42
2.1. Деформация и дробление струи, пленки расплава при свободном истечении 43
2.1.1. Распад цилиндрической струи под действием капиллярных сил 43
2.1.2. Распад пленки жидкости 47
2.2. Распыление расплава в потоке газа , 54
2.2.1. Механизм распыления струи расплава. Первичный распад 57
2.2.2. Механизм распыления пленки потоком газа 61
2.2.3. Механизм распыления капли. Вторичный распад 68
2.3. Механизм дробления металлического расплава.
Выводы и рекомендации 79
3. Исследование процесса диспергирования пленки жидкости на модельных системах 81
3.1. Узел центробежно-газодинамического распыления 82
3.1.1. Узел распыления для схемы полу ограниченного падения 83
3.1.2. Узел распыления для схемы свободного падения 85
3.2. Стенд модельных испытаний и методика проведения опытов 86
3.3. Влияние геометрии узла распыления и режимов истечения модельных потоков на формирование факела распыления 91
3.3.1. Результаты экспериментов для схемы полу ограниченного падения 91
3.3.2. Результаты экспериментов для схемы свободного падения 97
3.4. Механизм распада пленки жидкости при центробежно-газодинамическом распылении. Модель процесса 103
3.5. Выводы 109
4. Технология и оборудование для производства порошков центробежно-газодинамическим распылением расплава 111
4.1. Конструкция форсуночного узла 111
4.2. Распыление расплавов цеытробежно-газодинамическим методом 114
4.2.1. Установка распыления. Осуществление процесса 114
4.2.2. Экспериментальное исследование технологии 121
4.2.3. Свойства порошков 128
4.3. Оценка экономической эффективности производства 131
4.4. Выводы 134
Заключение 136
Список литературы 141
Приложения 153
- Методы получения порошков из расплавов
- Механизм распыления струи расплава. Первичный распад
- Результаты экспериментов для схемы полу ограниченного падения
- Установка распыления. Осуществление процесса
Введение к работе
Расширение областей применения порошковых и композиционных материалов во всех отраслях промышленности привело в настоящее время не только к совершенствованию существующих способов получения порошков, но и к созданию принципиально новых методов обработки и использования порошка. Из наиболее перспективных можно выделить технологию струйного формования, так называемую МІМ - технологию (получение готовых изделий путем «впрыскивания» металлического порошка в специально подготовленную матрицу), а также технику лазерного формования (Rapid Prototyping Processes) [1]. Последняя позволяет получать изделия сложной конфигурации, которую невозможно обеспечить традиционными методами порошковой металлургии и механической обработки. Стремительное развитие данного направления в наши дни обусловлено значительным прогрессом средств компьютерного моделирования технологических процессов и раскрывает широкие возможности использования при решении многих научно-технических задач.
Наряду с традиционными потребителями порошковой продукции она стала широко использоваться в ракетной технике, медицине, для изготовления искусственных имплантатов, пиротехнике, при производстве взрывчатых веществ. Если 15...20 лет назад основная масса (70...75%) порошковых изделий была представлена деталями узлов трения, то уже сейчас более 65% изготовляемых деталей являются конструкционными, работающими в условиях сложнонапряженного и ударного воздействия, повышенных температур, коррозионно-активных сред, то есть когда от деталей требуются повышенная прочность, плотность, ударная вязкость или же специальные свойства.
Обеспечение перечисленных свойств требует от производителей использования качественных металлических порошков, к которым с каждым годом предъявляются все более высокие требования, а получение продолжает оставаться связанным с трудностями, обусловленными в основном недостаточной эффективностью работы существующего оборудования. Например, для широко применяемого газового распыления расплавов, наиболее остро на сегодняшний день стоит проблема снижения удельного расхода газа. Часто для получения порошков сферической формы используют дефицитные и дорогие инертные газы, такие как аргон и гелий. Это приводит к удорожанию порошка, необходимости включения в технологическое оборудование газификаторов (стоимость которых порой в несколько раз превышает стоимость самой установки распыления) и создания сложных и дорогих систем очистки отработавшего газа.
Другой проблемой, характерной для распыленных металлических порошков, является широкий разброс частиц по размерам, вследствие чего часть порошка (иногда до 50%) приходится отсеивать и направлять на утилизацию или на переработку, что порой представляется крайне затруднительным. Удлинение же технологической цепочки также отражается на повышении стоимости годного продукта, впрочем, как и решение вопросов, связанных с экологической безопасностью.
Помимо этого, наметившаяся в промышленности тенденция к миниатюризации выпускаемых изделий и, соответственно, компактности их составляющих вынудила производителей электроники перейти на пайку припоями на базе более мелких порошков многокомпонентных сплавов. Еще несколько лет назад широко применялись порошковые припои со средним размером частиц 75 мкм, сегодня же востребованы порошки менее 25 мкм и число производств, где требуются мелкодисперсные порошки, продолжает увеличиваться.
Следует отметить, что одним из основных факторов, ограничивающих распространение порошковых материалов в различные отрасли техники, является их высокая стоимость. Это обстоятельство во многих случаях делает экономически выгодным лишь крупномасштабное производство, неспособное обеспечить огромную номенклатуру изделий, которая востребована на сегодня внутренним и внешним рынком. Преодолению этого барьера служит создание универсальных установок, позволяющих получать самые разнообразные металлические порошки для конкретного потребителя, хоть и с небольшой производительностью, но при существенном сокращении капитальных и прямых затрат на производство.
Все это делает актуальной постановку новых работ в области повышения эффективности существующего оборудования как с технической, так и с экономической точек зрения.
Цель настоящей диссертационной работы заключается в разработке технологии получения порошков распылением расплава, способствующей улучшению качества порошков (увеличение выхода мелких фракций, повышение однородности по дисперсному и химическому составу и т.д.) при одновременном снижении себестоимости производства.
Предпосылками достижения цели стали:
а) Проект создания новой промышленной установки распыления металлов и сплавов с температурой плавления до 1600°С на производственной базе НПП «НЕТРАММ».
б) Программа внедрения высокоэффективных технологий распыления расплавов в производство изделий методом струйного формования, проводимая Институтом изучения материалов при Бременском университете (Германия).
в) Опыт получения распыленных порошков, накопленный в научно исследовательской лаборатории №8 НГТИ.
Для достижения поставленной цели выполнены следующие работы: рассмотрены основные направления развития порошковой металлургии на ближайший период и, в частности, перспективные способы получения порошковых материалов; проведен анализ литературы (в том числе и патентной) по методам распыления расплавов и существующим конструкциям газовых форсунок, в результате которого намечены основные пути повышения эффективности работы распылительных устройств;
предложен способ получения металлического порошка комбинированной схемой, сочетающий в себе достоинства традиционного газового и центробежно-гидравлического распыления;
рассмотрены физико-химические основы процессов диспергирования расплава в различных формах и даны рекомендации по осуществлению процесса взаимодействия расплава и газа;
разработана конструкция форсунки для реализации центробежно-газодинамического распыления расплава и произведены модельные испытания опытных образцов, позволяющие выбрать оптимальные параметры узла распыления;
исследовано влияние различных факторов на механизм распада пленки жидкости при воздействии на нее газового потока, на основании которого предложена физическая модель процесса центробежно-газодинамического распыления и определена зависимость среднего размера частиц получающегося порошка от основных параметров его реализации;
поставлены эксперименты по распылению металла,
демонстрирующие эффективность метода и подтверждающие надежность представленной зависимости, а также выполнен анализ свойств получаемых порошков;
оценена экономическая эффективность производства металлических порошков центробежно-газодинамическим распылением расплава.
На защиту выносятся:
1. Рекомендации по организации взаимодействия потоков расплава и газа, позволяющие повысить эффективность процесса распыления. 2. Метод диспергирования расплава, заключающийся в газовом распылении конической пленки расплава, формируемой центробежно-гидравлическими силами.
3. Методика проведения модельных испытаний узла распыления, включающая комплексное исследование процесса диспергирования с использованием технологии лазерного сканирования сечения факела, высокоскоростной фотосъемки и измерения газодинамических параметров.
4. Механизм распада пленки жидкости и созданная на его основе физическая модель процесса центробежно-газодинамического распыления.
5. Теоретически разработанная зависимость, связывающая средний размер частиц получаемого порошка с параметрами распыления, адекватность которой подтверждена экспериментально для различных металлов и сплавов.
6. Технология и оборудование для получения металлических порошков центробежно-газодинамическим распылением расплава, позволяющие значительно сократить как прямые, так и капитальные затраты при внедрении в производство.
Работа выполнена в соответствии с программой научных исследований «SFB-372», проводимой Институтом изучения материалов Бременского университета при финансовой поддержке Союза инженеров Германии и является продолжением и дальнейшим развитием предшествующих исследований, ведущихся в НИЛ-8 НГТИ.
Методы получения порошков из расплавов
Разнообразные требования, предъявляемые к металлическим и композиционным материалам в зависимости от области их применения, обусловили необходимость создания множества методов получения металлических порошков, благодаря которым достигаются требуемые, самые разнообразные свойства порошков: форма и размер частиц, структура, плотность, химический состав или же специальные свойства.
Среди наиболее распространенных .методов, таких как восстановление оксидов металлов, гидрометаллургические и карбонильный методы, электролиз водных растворов и солевых расплавов, механическое измельчение, следует выделить диспергирование расплавов. Этот метод имеет ряд существенных преимуществ по сравнению с другими промышленными способами, в числе которых сравнительно малые энергозатраты, высокая производительность и технологичность процесса, широкие возможности его автоматизации и экологическая чистота [2]. Распыление особенно эффективно при получении порошков многокомпонентных сплавов, поскольку обеспечивает объемную равномерность химического состава, оптимальное строение и тонкую структуру каждой частицы. Это связано с перегревом расплава перед диспергированием, приводящим к высокой степени его однородности на атомарном уровне вследствие полного разрушения наследственной структуры твердого состояния и интенсивного перемешивания, а также кристаллизацией частиц с высокими скоростями охлаждения (от 10...102 до 105...106 С/сек). Изменение скорости охлаждения в широком интервале позволяет воздействовать на микроструктуру и получать частицы с различной величиной зерна, лишенные таких дефектов как неоднородность распределения легирующих компонентов по объему, отсутствие рассеянной междендритной микропористости и других дефектов, встречающихся в макрослитках [3].
Достоинством данного метода является, кроме прочего, возможность регулирования размера и формы частиц, имеющей важное значение почти во всех промышленных производствах металлических порошков. Форму частиц распыленных порошков можно видоизменять от идеально сферической до совершенно неправильной, регулируя процесс распыления между распадом жидкого металла и затвердеванием капли [4].
Все эти факторы позволяют назвать наиболее перспективным методом получения высококачественных металлических порошков именно диспергирование расплавов, основные разновидности которого рассматриваются ниже. Методы диспергирования расплавов, как правило, классифицируют по трем признакам [3]: вид энергии, затрачиваемой на его создание (нагрев индукционный или косвенный, электр о дуговой, плазменный, лазерный, электронный и т.д.); вид силового воздействия на расплав при диспергировании (механическое воздействие, энергия газовых и водяных потоков, гравитационные, центробежные и магнитогидродинамические силы, воздействие ультразвука, акустических полей и т.д.); среда реализации процесса плавления и диспергирования (восстановительная, окислительная, инертная, реакционная среда заданного состава или вакуум). Для многотоннажного получения различных порошков применяют распыление расплава потоком энергоносителя, выбор которого в каждом конкретном случае зависит от условий производства и требований к технологическим свойствам порошка [5]. В случаях, когда окисление порошка недопустимо или требуется высокая плотность и сферическая форма частиц, применяют распыление нейтральными или инертными газами (азотом или аргоном), что, кроме прочего, исключает необходимость последующего восстановительного отжига [6]. При использовании воздуха, когда допускается окисление порошка, распыление, как правило, ведут в воду, так как распылительное оборудование в этом случае меньше по габаритам. Указанный вид распыления применяют также в тех случаях, когда необходимо получить порошок с частицами неправильной формы, пригодный для холодного прессования.
Кроме получения металлического порошка в качестве годного продукта, газовое распыление является базовой технологией для быстроразвивающегося в наши дни метода струйного формования заготовок [1].
Для реализации газового распыления используют установки двух типов: с подачей расплава непосредственно в форсуночное устройство из плавильной печи (в случае металлов и сплавов с температурой плавления менее 700С) или через обогреваемый металлоприемник (в случае материалов с температурой плавления до 1600С). По направлению движения газового потока относительно струи металла можно выделить следующие основные схемы процесса (рис. 1.1): попутную, при угле встречи потоков 0 а 90; боковую, при а=90; встречную, когда газовый поток направлен навстречу струе металла; комбинированную, когда, например, под углом oci 90 подается газ-диспергатор, а снизу под углом а2 90 подается газ-окислитель. Из представленных схем следует, что основное различие в конструкциях распылительных установок заключается в способе подачи газового потока на расплав.
Механизм распыления струи расплава. Первичный распад
Характерной особенностью данной схемы является то, что для любой форсунки заданной геометрии имеет место ограничение по давлению дутья [12]. Попытки увеличить производительность установки, получать мелкодисперсные порошки простым увеличением давления газа ведут к прекращению свободного истечения расплава вплоть до «замерзания» в сливном стакане из-за возрастания давления обратного потока (эффект противодавления). Устраняется это нежелательное явление приведением геометрии газовых сопел (точнее, степени расширения газа) в соответствие с используемым давлением дутья или созданием дополнительного напора над расплавом [57].
Наибольшим коэффициентом полезного действия обладают форсунки с ограниченным падением расплава и закрытой донной областью, в которых контактирование высокоскоростного газового потока с расплавом происходит сразу же после выхода его из сливного отверстия. В результате действия обратного потока, струя жидкого металла формируется в пленку, которая поступает на распыление по торцу сливного стакана [58]. Любая из форсунок данного типа при заданной геометрии газовых сопел также имеет ограничение по величине давления газа перед соплами: распыление идет до тех пор, пока избыточное давление торможения газа, натекающего на расплав, не превысит гидростатическое давление столба жидкого металла. Это не позволяет регулировать дисперсность получаемого порошка в желаемом диапазоне размеров частиц при сохранении требуемой производительности.
Росту выхода мелких фракций, улучшению структурных характеристик получаемого порошка способствует подвод к зоне дробления дополнительной энергии, например, энергии акустического поля, создаваемого газоструйным излучателем, встроенным в форсунку, или использование импульсных процессов [11]. Кинетическую энергию распыливающего газа можно повысить путем нагрева подаваемого газа до высокой температуры [59], газ при этом нагревается в специальных печах или непосредственно в форсунке [60,61]. Кроме этого, положительный эффект оказывают встроенные резонаторы ультразвуковых колебаний (18) и устройства [62], в которых металл нагревается электрической дугой, создаваемой в газовой струе вокруг распыляемого металла или за счет инжекции вспомогательного потока газа, нагретого до температуры на 100 - 700С, превышающей температуру расплава [63].
С той же целью форсунки с ограниченным падением расплава делают многоступенчатыми (4,22,24), например, с двумя концентрично расположенными кольцевыми соплами (4), где за счет уменьшения степени нерасчетности струи, истекающей из внутреннего сопла, достигаются высокие скорости течения газа при меньших давлениях торможения в потоке. Следует отметить, что это наиболее эффективный способ предотвращения обратного удара расплава при использовании повышенных давлений дутья [64].
Благодаря экспериментальным исследованиям процесса диспергирования расплава сжатым газом, описанным в [65], был выявлен интересный факт -величина давления газа в камере распыления определяет верхнюю границу крупности продукта распыления и его дисперсность наряду с параметрами распыливающего газа и расплава, так как она влияет на процесс взрывного объемного разрушения частиц. В результате предложено [66] снизить давление газа в камере распыления до 10z Па для того, чтобы интенсифицировать процесс взрывного объемного разрушения частиц, повысив, тем самым, дисперсность и снизив верхнюю границу крупности получаемого порошка. Минимальная величина избыточного давления газа определяется возможностью гарантированно не допустить проникновения воздуха из окружающей среды в камеру распыления.
Поскольку все известные способы распыления жидкостей обусловлены потерей струей устойчивости, эффективным представляется преобразование течения жидкости в такие формы, которые обладали бы наибольшей поверхностной энергией, а следовательно, максимальной степенью неустойчивости [7]. Этому условию, в наибольшей мере отвечает распыление пленки расплава. Реализовывать подобное распыление можно несколькими способами. Например, применив конструкцию форсунки с кольцевым соплом (11,12,14,20,21,29). В этом случае, пленка толщиной от 0,5 до 2,0 мм формируется механически, благодаря геометрии узла, подающего расплав в зону дробления. Использование канала для подачи металла с расширяющейся выходной частью также позволяет получать поток кольцеобразного сечения на срезе распыливающего сопла (23). При воздействии газа струя жидкого металла деформируется: под влиянием газодинамического вакуумирования приповерхностной зоны и эффекта обратного потока из нее формируется полый жидкометаллический конус - пленка, которая распадается на более мелкие частицы, нежели первоначально сформированная круглая струя.
Вместе с тем следует отметить, что большинство предложенных технических решений связано со значительным усложнением конструкции распылителей, что не может не сказываться на их надежности при эксплуатации, и, как правило, требует использования для распыления горячего дутья, что дополнительно усложняет аппаратурное оформление технологии.
Анализ методов получения металлических порошков диспергированием расплавов и обзор патентной литературы по существующим конструкциям распылительных устройств позволил наметить основные пути повышения эффективности наиболее перспективного метода производства высококачественных порошков различных металлов и сплавов - газового распыления расплава. Среди них следует выделить: 1. Применение комбинации данного метода с другими способами распыливания, позволяющее повысить дисперсность получаемого порошка и однородность дробления при незначительном усложнении конструкции, но существенно меньших затратах энергии (т.е. объединить достоинства и исключить недостатки, характерные каждому из них в отдельности). 2. Использование вторичных аэродинамических эффектов, возникающих в распылительной зоне, для предварительного дробления поступающего на распыление расплава, что при прочих равных условиях обеспечивает более однородное распределение получаемых частиц по размерам. 3. Снижение, по возможности, давления в камере распыления при проведении процесса, которое определяет верхнюю границу крупности порошка. 4. Переход от распыления цилиндрической струи расплава к распылению потока кольцеобразного сечения, т.е. пленки.
Результаты экспериментов для схемы полу ограниченного падения
Процесс распыления под давлением может быть использован только для распыления струй с малым поверхностным натяжением, поэтому он нашел применение в основном для распыления холодных жидкостей. Расплавленные металлы, имеющие большое поверхностное напряжение, в общем, не могут быть распылены при помощи большого давления. В этом случае для получения порошка применяются механические способы распыления.
В этом случае энергия на распыление подводится в виде центробежной силы. Жидкая струя падает на вращающуюся поверхность или истекает из вращающегося контейнера. Возможен вариант, когда вращение расплава создается за счет тангенциального вывода жидкости в специальную камеру закручивания. Центробежная сила вынуждает жидкость распространяться по периферии, а затем распыляться на мелкие капельки.
В работе [76] изучали механизм распыления расплава методом центробежно-гидравлического распыления. На рис.2.2 представлена фотография факела олова при таком распылении.
Мы видим, что вначале из струи расплава формируется пленка, которая далее распадается на ряд тонких струек за счет поперечных волн на пленке. Затем эти струйки распадаются на отдельные фрагменты за счет продольных возмущений. Пленка в момент распада имеет толщину 15-20 мкм, а затем из нее получаются капли диаметром 100 - 120 мкм. Таким образом, из тонкой пленки формируются крупные капли (D s 5- 8 8).
Было также установлено, что длина пленки зависит от диаметра сопла и давления газа. И если с увеличением диаметра длина пленки увеличивается линейно, то с увеличением давления длина пленки изменяется через максимум. Так при диаметре форсунки 1,0 мм максимальная длина пленки была 15 мм при давлении 0,6 МПа. Для большинства металлов максимум длины достигается при давлениях в интервале 0,6 - 0,8 МПа. При диаметре отверстия 2 мм длина пленки достигала 40 мм, а диаметр 50 мм. Подбирая соответствующие значения геометрических характеристик форсунки (диаметр сопла и тангенциальных каналов), а также давления расплава, можно получать конические пленки разных диаметров, длин и толщин.
В этом случае используется энергия второй реактивной струи, которая диспергирует поток металла на мелкие капли. Поток свободно падающей струи расплава соударяется с реактивным потоком другой струи (обычно инертного газа или воды) под высоким давлением, исходящей обычно по тангенциальной траектории или под углом [11].
В процессе, включающем в себя распыление, характеристики распыленного материала (средний размер капли, распределение по размерам и пространственное распределение распыленных капель) важны в отношении своего влияния на контроль и производительность процесса. Эти характеристики, в свою очередь, зависят от множества параметров, включая физические свойства расплава, подготовленного к распылению, способа распыления, всевозможных параметров процесса, таких как температура и уровень потока расплава, давление, траектория полета частицы. Для эффективного и значительного контроля процесса, естественно, необходимо знать влияние данных параметров.
Далее дан обзор различных математических моделей, применявшихся для анализа влияния параметров процесса на параметры газового распыления. В этом разделе акцентируется внимание на процессе распыления расплавленного металла, используемого для производства металлических порошков.
Жидкий металл, впрыскиваемый из сопла в атмосферу, может принимать, как уже выше рассмотрено, формы цилиндрической струи, плоской или конической поверхности, которая зависит от физических свойств расплава и окружающего газа, скорости, давления, способа распыления и формы отверстия.
Разбрызгивание частиц расплава из однородной массы является важной промежуточной ступенью, выполняющейся с высокой скоростью, в виду очень краткой (порядка 10"4с) жизни капель в жидком состоянии. Должно быть понятно, что распыление расплавленного металла отличается от распыления других жидкостей тем, что капли металла, в конечном счете, затвердевая, превращаются в частицы порошка.
Основываясь на экспериментальных данных и теоретическом анализе, процесс распыления можно представить в виде трех этапов: первичный распад, вторичное распыление и затвердевание. При этом: на первой стадии происходит отделение капель от основной массы расплава; если давления газа или жидкости достаточно, то происходит дальнейшее распыление капли; на третьей стадии капля достигает такой температуры и соответственно вязкости, что внешнее давление уже не достаточно для деформации и дробления капли. Различные разработки, которых достаточно много было сделано для качественного анализа процесса распыления, можно разделить на две категории: математические модели и эмпирические соотношения. Преимущественно, в математической модели струя рассматривается как волна и механизм распыления этого потока рассматривается с позиции механизма распада волны. Эти модели основаны на аналитических достижениях по предсказанию диаметра или длины брызг на базе механизма волнового распада и приводятся в соответствие с диаметром капли, применявшимся в уравнении (2.11).
Установка распыления. Осуществление процесса
На основании анализа известных литературных данных, а также собственных теоретических исследований, разработана модель деформации и распыления пленки расплава при свободном истечении и в потоке газа.
Распыление пленки расплава осуществляется следующим образом. Пленка формируется методом центробежно-гидравлического распыления. При этом на поверхности металла образуются поперечные и продольные капиллярные волны. При свободном движении пленки в неподвижной газовой среде и умеренных напорах расплава (скорость истечения 5-15 м/с) амплитуда поперечных капиллярных волн на поверхности пленки растет быстрее, чем продольных. Как только амплитуда этих возмущений становится сравнимой с толщиной пленки, последняя распадается на фрагменты в виде тонких струй (брызг). Далее эти струйные фрагменты под действием продольных волн распадаются на капли сосисочной формы, которые либо затвердевают, сохраняя неправильную форму, либо стягиваются в сферы, если это позволяют тепловые условия. Однако, при больших напорах в расплаве (скорость истечения более 50 м/с) или при воздействии на пленку газовым потоком возможно более ускоренное развитие продольных волн и распад пленки на образования тороидальной формы. Эти торы, в свою очередь, могут развалиться на фрагменты сосисочной формы с дальнейшим формированием капель. Размер этих образований будет зависеть от скорости газа и свойств расплава.
Распыление расплава в виде пленки более эффективно по сравнению с другими способами формирования расплава, поскольку она: - менее устойчива в отношении внешнего воздействия; - имеет значительно большую площадь поверхности на единицу объема, чем в струйной или капельных формах; - позволяет обеспечить толщину на уровне требуемых размеров капель. Требования к организации взаимодействия расплава и газа: - Внешний поток газа должен быть направлен на пленку расплава в её наиболее тонкую часть (несколько выше периферии ее самопроизвольного распада). - Направление вектора струи газа и направление вектора потока расплава должно совпадать (угол между этими векторами должен быть в идеале равен 0 - такое согласование направлений струй газа и расплава обеспечит получение более мелкой ряби на поверхности расплава и более организованный распад её на капли). - По возможности, необходимо обеспечить ламинарный режим течения газа по поверхности металла (т.е. критерий Рейнольдса не должен превышать 2300). - Напор в расплаве должен обеспечивать раскрытие "тюльпана" и получение при этом наибольшей длины устойчивой части (в этом случае достигается минимально возможная толщина пленки). Как правило, для расплавов такой режим истечения реализуется при давлениях 0,6 ... 0,8 МПа. - Распыляющий газ должен содержать минимальное количество кислорода, который приводит к образованию оксидов металла, существенно влияющих на развитие капиллярных волн и соответственно на распад пленки. 3. Исследование процесса диспергирования пленки жидкости на модельных системах В данной главе дается описание узла распыления, предназначенного для проведения модельных испытаний центробежно-газодинамического метода по схемам свободного и полуограниченного падения. Испытания включали в себя разработку методики проверки работоспособности предложенного метода распыления, выявление основных факторов, определяющих протекание процесса, а также экспериментальное исследование механизма распада пленки жидкости при его реализации. Кроме этого, разработана физическая модель процесса центробежно-газодинамического диспергирования расплава, на основании которой предложена зависимость, связывающая основные параметры распыления со средним размером частиц получающегося порошка. В предыдущей главе проанализированы теоретические представления о процессе распада пленки жидкости при ее свободном истечении и в потоке газа. Вопрос распада в сложных условиях, когда пленка одновременно оказывается под воздействием газодинамического вакуумирования области истечения и высокоскоростного газового напора, продолжает оставаться малоизученным. Физическая модель диспергирования пленки расплава для этого случая исследована в работе [101], но и она, к сожалению, представлена лишь одним из возможных режимов протекания процесса.
Следует отметить, что рамки проводимых исследований существенно ограничены сложностью проведения прямых экспериментов с расплавами из-за высокой температуры, кратковременностью процесса и невозможностью одновременного учета влияния, по крайней мере, основных факторов на процесс распыления. Наиболее рациональным путем предварительного изучения работы любого нового распылительного узла, а тем более, нового метода диспергирования, который позволяет избежать трудностей при работе с расплавом, является проведение модельных испытаний на «холодных» системах. Подобные испытания, помимо других достоинств, раскрывают широкие возможности для визуализации процесса распыления с помощью современных средств техники.
