Закономерности формирования порошковых частиц в процессе распыления

Форма частиц распыленных порошков, их размер и химический состав определяется такими факторами, как температура заливки жидкого металла и его химический состав, скорость вращения диска, давление воды, количество и форма лопаток (в случае центробежного распыления), давление газа, форма форсунки, сечение струи и др. Характеристики порошка очень чувствительны к упомянутым факторам. Наиболее полно эти вопросы были исследованы на примере распыления жидкого чугуна А.Ф. Силаевым.

Значительное влияние на формообразование частиц оказывает величина поверхностного натяжения расплавленного металла. Более округлые частицы порошка получаются в случае, когда силы поверхностного натяжения успевают придать шарообразную форму брызгам и каплям металла до их затвердевания. Или иными словами, чем больше поверхностное натяжение и чем меньше коэффициент вязкости, тем более сферичны частицы. По А.Ф. Силаеву, частицы порошков фосфористой меди и ферромарганца имеют осколочную форму, а частицы порошков феррохрома, ферромолибдена, нержавеющей стали, низкоуглеродистого чугуна, стали 45 — округлую. Такое различие объясняется А.Ф. Силаевым на основании величины поверхностного натяжения жидких сплавов.

На форму частиц оказывает влияние и содержание углерода в исходном чугуне. С увеличением содержания углерода частицы получаются более пористыми, в них появляются внутренние полости, происхождение которых, видимо, обязано интенсивному газовыделению. На рис. 31 показано влияние содержания углерода в жидком чугуне на насыпной вес порошка. Увеличение количества углерода резко снижает эти характеристики в связи с появлением внутри частиц пор. Аналогичная картина наблюдается и в случае порошка, полученного центробежным распылением.

Величина частиц порошка определяется давлением воздуха (рис. 32), числом ударов лопатки о струю расплавленного металла (рис. 33), содержанием углерода в жидком чугуне (рис. 34).

Содержание в порошке-сырце углерода и кислорода зависит от давления воздуха (рис. 35) и температуры заливки чугуна (рис. 36). С увеличением этих параметров количество кислорода за счет окисления растет, а количество углерода в результате выгорания падает, но незначительно.

Нужно отметить, что в порошке-сырце химический состав крупных и мелких фракций неодинаков (рис. 37). В крупных фракциях количество углерода превышает количество кислорода, но с уменьшением дисперсности содержание кислорода в мелких частицах в результате их интенсивного окисления значительно увеличивается, скорость же выгорания углерода повышается не в такой мере и количество углерода меняется незначительно. Подобные закономерности имеют место и в порошке-сырце, полученном центробежным распылением.

Опыты А.Ф. Силаева показали, что свойства изделий, которые были изготовлены из порошков, полученных при распылении сжатым воздухом, выше, чем у изделий из порошков, полученных центробежным распылением.

Некоторые вопросы формирования гранулированного чугунного порошка были изучены в работе. Были исследованы различные методы размельчения жидкой струи: перфорированная жаропрочная плита с отверстиями 5 мм, неподвижный гладкий экран, гофрированный подвижный экран.

В зависимости от вида дробления струи получались сферические частицы с различным средним диаметром (3,5 и 10—15 мм).

Было обнаружено, что содержание серы в чугуне оказывает существенное влияние на форму частиц. При содержании серы более 0,20% форма частиц была неправильной, осколочной, сферические частицы получались только при гранулировании малосернистых чугунов (<0,10% S).