203691. lajstromszámú szabadalom • Eljárás és berendezés fémek, illetve ötvözetek gyors hűtéssel történő porlasztására
1 HU 203691 B 2 A találmány tárgya eljárás fémek, illetve ötvözetek gyors hűtéssel történő porlasztására, amelynek során fémolvadékot olvasztótégelyből porlasztóhengerbe csurgatunk és a tégelyből történő kilépés után porlasztó-hűtő gázzal fonalakra, majd cseppekre bontunk. A találmány tárgya továbbá egy olyan berendezés, amely olvasztótégelyt, gázfúvókát és porlasztóhengert tartalmaz és alkalmas fémek, illetve ötvözetek gyorshűtéssel történő porlasztására. Ismeretes, hogy gyorshűtéssel előállított fémek különlegesen kedvező tulajdonságokkal rendelkeznek: nem alakulnak ki nagyméretű vegyületfázisok, amelyek rontják a törési szívósságot; finomabbá válik a fém szövetszerkezete, több ötvöző vihető szilárd oldatba és ennek megfelelően növelhető az ötvözet szilárdsága, javul az anyag homogenitása, tehát csökken a lokális korrózió hajlam és a feszültségi korrózió stb. (Bridenbaugh, P. R., Cebulak, W. S., Billman, E. R., Hildeman, G. H.: Particulate Metallurgy in Rapid Solidification, Light Metal Age, 43 [1985] pp. 18-26). Az ilyen előnyös tulajdonságok eléréséhez legalább 103-106 K/s dermedési sebesség szükséges, ami azonban csak akkor érhető el, ha a termék kiterjedése legalább egy irányban 100 pm-nél kisebb, vagyis szalag, huzal vagy por formában szilárdult meg. A feldolgozás szempontjából kedvező a por alakú gyorshűtött anyag, amely porkohászati eljárásokkal tömör félkész termékké alakítható át. A finomszemcsés gyorshűtött fémporok természetesen egyéb ipari célokra (hagyományos porkohászat, forraszanyagok, műanyag töltőanyagok stb.) is felhasználhatók. A gyorshűtés végezhető centrifugális porlasztással, amikor az olvadt fém nagy sebességgel forgó tárcsa felületére ömlik és a tárcsa szélén, a centrifugális erő hatására mechanikusan porlad szét. A megszilárdult szemcsék cseppszerűek, az átlagos szemcseméret a forgó tárává sebességével állítható be. A porlasztás másik változatánál nagy sebességű gázsugarat bocsátanak az olvasztótégelyből vékony nyalábban kicsurgó fémre, amely a gáz mozgási energiájának hatására fonalakra, majd cseppekre bomlik, amelyek a porlasztótérben repülve közel gömbalakú szemcsék formájában szilárdulnak meg (Talmadge, J. A: Powder Production by Gas and Water Atomization of Liquid Metals. Powder Metallurgy Processing, Ed.: Kuhn, M. A., Lawley, A., Academic Press, N. Y. 1978., pp. 1-32). Tekintettel arra, hogy oxid vagy hidroxid réteg kialakulása a szemcsék felszínén rendszerint hátrányos a további feldolgozás során, igényes fémporok előállításához inert gázt, többnyire nitrogént vagy argont használnak porlasztógázként (Grant, N. J.: Powder and Particulate Production of Metallic Alloys, Advances in Powder Technology, 1981. ASM Materials Sei. Seminar, Louisville, Kentucky, 10-11. Oct. 1981. ASM, Metals Park, Ohio, 1982. pp. 1-21.). Az inert gáz egyúttal az explozív fémporok robbanásának megelőzésére is szolgál. Adott esetben inert gázok alkalmazása helyett a szemcsék előállítása után redukáló közeggel távolítják el a kialakult oxidréteget. Ilyen megoldást ismertet a 625729 számú svájci szabadalom. A porlasztással végzett gyorshűtésre szolgáló berendezés általában olvasztótégelyt, és porlasztókamrát, illetve porlasztóhengert tartalmaz és ezek között porlasztófej van elrendezve (Turmezey-Stefániay: Új anyagok az alumínium porkohászatában, Magyar Alumínium, 1987.24. évfolyam 11. szám). A fémolvadék az olvasztótégelyből csurog a porlasztóhengerbe és a porlasztófejen át bevezetett inert gáz végzi a folyadéksugár felbontását. A porlasztófej többféle kialakítású lehet. Többnyire körkörösen elrendezett fúvókákat alkalmaznak (üyen megoldás látható például a 4272463 számú USA-szabadalomban), de alkalmaznak résfúvókaszerű kialakításokat is. Dyet ír le többek között a 0120 506 számú európai szabadalom. Az ott leírt berendezésben az olvasztótégely kiömlőnyílása köralakú betéttel ellátott lemezen nyúlik át és a fúvókát a porlasztótégely csőre és a lemezben lévő köralakú nyílás pereme közötti gyűrűalakú hézag alkotja. A fenti elvek alapján működő berendezések általában viszonylag alacsony (0,3-1 MPa) nyomású porlasztógázzal üzemelnek. Ezekkel a berendezésekkel elvileg a gyakorlati igényeket kielégítő 40-1000 pjn átlagos szemcseméretű por állítható elő [Ruthard, R.: Development and Use of Lab Scale Gas Atomization Units. Metal Powder R. 40. (1985) pp. 41-44.] Ez a megoldás azonban hátrányokkal rendelkezik, mivel a porlasztás többlépcsős (folyadéksugárfonalak-szemcsék), Uletve a hűtés viszonylag lassú (K^-IO4 K/s), és ezért az olvadékcseppek az olvadék bevezetéstől távol dermednek meg és jelentős részük nekicsapódik a porlasztóhenger fémfalának, ahol pikkelyszerű lemezkék alakjában szilárdul meg. A lemezes forma azonban a felhasználás szempontjából többnyire kedvezőtlen, ezért az eljárás nem kellően hatékony, ületve gazdaságos. Minthogy a fenti hátrányok oka elsősorban az, hogy a fémolvadék és a porlasztógáz közötti sebességeltérés viszonylag csekély, és így csak viszonylag kis dermedési sebesség alakulhat ki, nagynyomású (Klar, E., Shafer, W. M.: High Pressure Gas Atomization of Metals. Powder Metallurgy for High-Performance Applications. Proc. 18-74. Sagamore Army Material Res. Conf. Aug. 31-Sep. 3. 1971, N. Y., Eds.: Burke, J.Weiss, V., Syracuse Press, Syracuse, 1972, pp. 57-68.), illetve ultrahangos (Lavemia, E. J., Grant, n. J.: Ultrasonic Gas Atomization, Metal Powder R. 4181986) pp. 255-260) porlasztással kísérleteztek. Itt a nagy sebességgel áramló porlasztógáz hatására 5-100 pm szemcseméret tartományba eső porok keletkeznek és általában elkerülhető a szemcséknek a porlasztóhenger falán történő felütközése. Ugyanakkor azonban alapvető hátránya ezeknek a porlasztási eljárásoknak, hogy a nagynyomású (4-80 MPa) gáztelep, kompresszor és elosztó rendszer rendkívül költséges és igen jelentős a gázfelhasználás is. Ez természetesen ugyancsak a költségeket növeli, különös tekintettel az inert gázok viszonylagos drágaságára. 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 2
