Международный научный комитет
Национальный исследовательский Томский государственный университет
жүктеу/скачать 10.4 Mb.
|
- Бұл бет үшін навигация:
- 1 National Research Tomsk State University, Tomsk, Russia
1 Национальный исследовательский Томский государственный университет,г. Томск, Россия2 Институт физики прочности и материаловедения СО РАН, г. Томск, Россия 3 Центр инноваций порошковой металлургии, ООО «СУАЛ-ПМ», г. Шелехов, Россия Порошки алюминия широко используются в ракетной технике, медицине, пиротехнике, производстве композиционных материалов и взрывчатых веществ. Расширение областей их применения в промышленности требует не только совершенствования существующих производств, в частности наиболее распространенных технологий струйного диспергирования, но и отработки новых форсуночных устройств для их получения. Актуальность работ в целях повышения эффективности существующих технологий с технической и экономической точек зрения связана, главным образом, с фактически неконтролируемой дисперсностью продукта. В данной статье представлены результаты отработки технологии получения порошков распылением расплава, способствующей увеличению их выхода, дисперсности и однородности. Повышение выхода мелкодисперсной фазы для используемых в настоящее время в производстве эжекционных форсунок было достигнуто подачей в качестве распыляющего агента двухфазного потока, содержащего твердые частицы, что увеличило импульс потока, разрушающий струю расплава металла, благодаря повышению его средней плотности. В поток газа вводились твердые частицы дисперсной фазы со среднемассовым диаметром частиц менее десятой части ширины щели кольцевого сопла для подачи распыляющего двухфазного потока. Соотношение размера частиц и расходов выбиралось из достижения условий равновесного режима течения двухфазного потока и надежного отделения частиц пульверизата от частиц дисперсной фазы в процессе центробежной классификации. Ограничение размера частиц дисперсной фазы обеспечивает устойчивое истечение двухфазного потока через критическое сечение сопла. Теоретические исследования показали, что дальнейшего повышения дисперсности распыла струи расплава окружающим ее концентрическим потоком газа можно добиться как улучшением материала раздувочной головки, так и наложением на газовый поток или поток расплава колебаний какой-либо природы. Для реализации колебаний газового потока разработали следующие схемы организации распыла. 1. Создание звуковых колебаний с помощью закрепленных с одного края одинаковых упругих прямоугольных пластин в количестве не менее двух, равномерно расположенных в потоке распыляющего газа и направленных параллельно его оси. 2. Создание возмущений кольцевой струи газа в непосредственной близости от зоны диспергирования (в области взаимодействия газа с расплавом), что увеличивает дисперсность получаемого порошка без потери производительности и повышения расхода газа. Колебания создаются вырезами, равномерно расположенными по окружности выходной кромки защитного чехла, благодаря чему достигается симметричность возмущений газового потока при его взаимодействии с пленкой расплава. Эффективность такой форсунки оценивали по результатам дисперсного анализа проб пульверизата, образующегося при распылении расплава алюминия в режиме получения порошка марки АСД. Анализ характеристик дисперсности порошков алюминия показал, что заявляемая эжекционная форсунка обеспечивает снижение медианного диаметра частиц пульверизата на 31,4 % (от 24,2 до 16,6 мкм) и повышение выхода мелкодисперсной фракции порошка алюминия (с диаметром частиц менее 10 мкм) на 8,5 % для пульверизата и 5,5 % для общего выхода порошка. 3. Создание возмущений газового потока в кольцевой полости дополнительным газоподводом через клапан с вращающимся золотником с полукруглыми вырезами, равномерно расположенными по его окружности. При периодическом открывании золотникового клапана давление в кольцевой полости форсунки периодически повышается. Импульсный характер изменения давления распыляющего газа приводит к нестационарности поля скоростей в струе газа, что интенсифицирует процесс дробления пленки расплава и капель и, как следствие, повышает дисперсность получаемого порошка. 4. Создание радиальных механических колебаний, непосредственно воздействующих на пленку расплава, движущуюся по каналу к выходному конусу ниппеля. Колебания (с амплитудой до 10 мкм) формируются действием переменного электрического напряжения между стальным защитным чехлом и расплавом в ниппеле, выполненном из пьезоэлектрического материала, и вносят возмущения в пленку жидкости, повышая эффективность ее дробления газовой струей. Выводы 1. Апробирована схема форсуночного блока, когда дисперсность распыла увеличивается благодаря повышению плотности газового (двухфазного) потока. Предложены и частично апробированы новые схемы форсуночных блоков, где повышение дисперсности распыла достигается как улучшением материала раздувочной головки, так и организацией колебательного режима движения газового потока либо потока расплава. 2. Выполненные исследования позволяют реализовывать наиболее оптимальные схемы распыла в зависимости от назначения продукта.
V.A. Arkhipov1, A.S. Zhukov1, I.A. Zhukov2, V.S. Zmanovsky3 1 National Research Tomsk State University, Tomsk, Russia2 Institute of Strength Physics and Materials Science of SB RAS, Tomsk, Russia3 Innovation Centre of Powder Metallurgy, Ltd. «SUAL-PM», Shelehov, Russia Al powders, along with traditional applications it is widely used in rocketry, medicine (artificial implants production), pyrotechnics (production of explosives). Extending range of applications of powder and composite materials in all industrial sectors requires improvement of existing production facilities particularly the most widespread technologies of jet molding as well as development of new atomizer units for powder production. The relevance of works in the field of efficiency improvement of existing technologies from both technical and economic point of view is associated mainly with wide uncontrolled scatter of sizes of particles produced. This report describes the results of development of technology of powder production based on melt atomization providing improvement of powder quality – increase of output of fine powder fraction, improvement of dispersion homogeneity. A positive effect of increased output of fine phase was achieved for atomizer designs currently used when a double-phase flow containing solid particles was supplied as spraying agent. This increased the flow momentum dispersing a metal melt jet due to increase of average density of the flow. Solid particles of dispersed phase (particularly alumina) with a mass average particle diameter less than 0,1 of the width of the slot of annular nozzle for double-phase spraying flow supply) were introduced into gas flow in order to achieve the desired effect. These relationships according to particle sizes and flow rates are selected in order to ensure compliance with conditions of equilibrium flow regime of a double-phase flow and efficient separation of spray particles from dispersed phase particles in the process of centrifugal classification. Limited size of dispersed phase particles ensures steady regime of the flow in the throat section of the nozzle. Theoretical studies have indicated that further improvement of dispersion of melt jet spraying by the surrounding annular gas flow can be achieved by improvement of the blow head material and by means of certain oscillations applied to the gas or to the melt flow. The following spraying patterns were developed to provide gas flow oscillations. 1. Generation of acoustic oscillations using at least two identical elastic rectangular plates having one edge fixed equally spaced in the gas flow and oriented in parallel to the flow axis. 2. Generation of disturbances of an annular gas jet in close vicinity of spraying zone (gas-melt interaction zone) which improves dispersion of obtained powder without loss of performance and increased gas consumption [5]. Oscillations are generated by the notches equispaced around the circle of the exit edge of the protective case, providing symmetrical disturbance of the gas flow in the area of its interaction with the melt film. Atomizer efficiency was estimated using the results of dispersion analysis of spray samples obtained in the process of Al melt spraying in the framework of ASD powder production. Analysis of dispersion characteristics of Al powders have indicated that the ejection atomizer offered provides reduction of median diameter of spray particles by 31,4 % (from 24,2 to 16,6 μm) along with increase of fine fraction of Al powder (with particle diameter of less than 10 μm) by 8,5 % for spray and by 5,5 % for total powder output. 3. Gas flow disturbances in the circular groove are produced by an additional gas supply through the rotary spool valve with semicircular notches equispaced around its circle. The pressure in the annular slot of the atomizer increases due to periodic opening of the spool valve. Pulse-type change of spraying gas pressure leads to non-stationary velocity field in the gas jet which stimulates the process of melt film and droplet atomization resulting in improved dispersion of the obtained powder. 4. Radial mechanical oscillations have a direct impact on the melt film moving along the channel to nipple outlet cone are generated. Oscillations (with an amplitude of 10 μm) are generated by an impact of alternating potential between the steel protective case and the melt in the nipple made of piezoelectric material and cause disturbances of liquid film increasing the efficiency of its atomization by the gas jet. The following conclusions can be drawn based of the results of the study performed. The atomizer unit design with increased dispersion due to increase of density of a gas (double-phase) flow was tested. New designs of atomizer unit with increased dispersion due to improved material of the blow head as well as due to oscillatory regime of gas or melt flow movement were offered and partially tested. The study performed makes it possible to implement optimal spray patterns depending on the purpose of the product.
Т.И. Горбенко1, М.В. Горбенко1, 2, Е.О. Дюндин1, Н.Н. Золоторев1 1 Национальный исследовательский Томский государственный университет, г. Томск, Россия 2 Национальный исследовательский Томский политехнический университет, г. Томск, Россия Применение нанодисперсного порошка алюминия (nAl) позволяет создавать высокоэнергетические материалы с новыми характеристиками. При хранении и переработке нанопорошков существует ряд проблем, связанных с их агрегированием и высокой химической активностью. Для её снижения нанопорошки алюминия пассивируют кислородом воздуха, при этом образуется тонкая оксидная пленка толщиной 2…8 нм [1], препятствующая окислению алюминия. В настоящее время известны различные методы повышения реакционной способности nAl, один из которых заключается в их капсулировании органическими соединениями. Особый интерес представляет изучение влияния капсулированных порошков наноалюминия на характеристики горения смесевых композиций. В работе [2] представлены результаты исследования характеристик горения при атмосферном давлении смесевых композиций, содержащих нанопорошок алюминия Alex, а также Alex с разными типами покрытий. Цель настоящего исследования – оценка влияния разных типов органических покрытий наноразмерного порошка алюминия на характеристики горения и содержание твердых веществ в продуктах сгорания высокоэнергетических смесевых композиций в широком диапазоне давлений. Эксперименты проводились на смесевых композициях, содержащих перхлорат аммония и инертное горючее-связующее, в диапазоне давлений 0,03…6,0 МПа. В качестве металлического горючего использовали нанодисперсный порошок Alex с фторорганическим покрытием и Alex, покрытый гетероциклическим органическим соединением. Исследование модифицированных порошков методами сканирующей электронной микроскопии (SEM) и просвечивающей электронной микроскопии (TEM), их окисления при нагревании на воздухе методом ТГА и ДТА показало влияние природы органического покрытия порошка Alex на морфологию частиц и активность окисления. Из результатов определения баллистических характеристик следует, что тип покрытия существенно влияет на уровень скорости горения, её зависимость от давления и содержание конденсированных продуктов сгорания. Химический состав конденсированной фазы, кристаллические структуры и их объемное содержание находили методом рентгеновской дифракции на дифрактометре Shimadzu XRD 6000. Список литературы 1. Vorozhtsov A., Gromov A., Lerner M. et al. Characterization and analysis of al nanoparticles passivated with organic layers for energetic applications // Energetic Materials for High Performance, Insensitive Munitions and Zero Pollution: 41 International Annual Conference of ICT – Karlsruhe, Germany, June 29 – July 02, 2010. – Karlsruhe, Germany: Fraunhofer ICT, 2010. – P. 1–10. 2. Arkhipov V.A., Vorozhtsov A.B., Gorbenko T.I. et al. The influence of metallic fuel reactivity on the combustion characteristics of high energy materials // High Energy Materials: Demilitarization, Antiterrorism and Civil Application: Abstracts of VI International Workshop HEMs-2012. – Biysk: Publ. house AltSTU, 2012. – P. 40–41.
T.I. Gorbenko1, M.V. Gorbenko1, 2, E.O. Dundin1, N.N. Zolotorev1 жүктеу/скачать 10.4 Mb. Достарыңызбен бөлісу:
|
