DE2703169C2

DE2703169C2 - Verfahren zur Herstellung von Metallpulver und Vorrichtung zum Durchführen des Verfahrens

Info

Publication number: DE2703169C2
Application number: DE2703169A
Authority: DE
Inventors: Paul Roland Palm Beach Gerdens Fla. Holiday; Robert James Lake Park Fla. Patterson II.
Original assignee: United Technologies Corp
Current assignee: Raytheon Technologies Corp
Priority date: 1976-01-30
Filing date: 1977-01-26
Publication date: 1986-11-27
Also published as: DK147879B; JPS52107259A; SE7700697L; IL51305A0; DK147879C; US4078873A; IT1077877B; AR211948A1; GB1547084A; AU2146977A; CH613391A5; SE419705B; ZA77321B; IL51305A; AU504524B1; DK35877A; ES455472A1; NO770267L; NO147586C; DE2703169A1

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung der im Oberbegriff der Patentansprüche 1 bzw. 9 angegebenen Art.
Verfahren und Vorrichtungen zur Herstellung von Metallpulver sind z. B. den den US-PS 13 51 865, 23 04 130, 23 10 590, 26 30 623, 29 56 304, 35 10 546, 36 46 177,36 95 795,37 71 929 und 31 96 192 bekannt.

Die letztgenannte US-PS 31 96 192 beschreibt ein Verfahren und eine Vorrichtung der im Oberbegriff der Patentansprüche 1, bzw. 9 angegebenen Art zur Herstellung von Metallpulver aus Aluminiumteilchen. Die von der drehenden Scheibe weggeschleuderten Metalltröpfchen werden im Flug durch einen vertikalen Kühlmittelvorhang aus Wasser aufgefangen, der die Metalltröpfchen teilweise abkühlt und sie in ein Wasserbad mitnimmt, wo eine weitere Abkühlung stattfindet. Der Kühlmittelvorhang besteht aus zwei Kühlmittelströmungen. Die beiden Kühlmiiltelströmungen, die den Kühlmittelvorhang bilden, sind ungeregelt, und wegen des größeren Durchmessers der äußeren Kühlmittelströmung ist der Kühlmitteldurchsatz in dieser Kühlmittelströmung größer als der Kühlmitteldurchsatz in der einen kleineren Durchmesser aufweisenden inneren Kühlmittelströmung. Das ist hinsichtlich der Abkühlung der Metalltröpfchen unwirtschaftlich, weil die Tröpfchen, die auf die äußere Kühlmittelströmung treffen, bereits die innere Kühlmittelströmung passiert haben und daher bereits teilweise abgekühlt sind, so daß ein Teil des Kühlmitteldurchsatzes in der äußeren Kühlmittelströmung eigentlich überflüssig ist. Das wirkt sich bei dem Verfahren und der Vorrichtung nach dieser US-Patentschrift nur deshalb nicht sehr nachteilig aus, weil die beiden Kühlmittelströmungen hinsichtlich der Kühlung der Metalltröpfchen eigentlich nur eine untergeordnete Bedeutung haben. Der Hauptzweck dieser Kühlmittelströmungen ist das Abfangen der weggeschleuderten Metalltröpfchen und das Ablenken derselben in das Wasserbad, in welchem die eigentliche Kühlung stattfin-

det In diesem bekannten Fall ist also die Abkühlungsgeschwindigkeit bis zum Erreichen des Wasserbades nicht sehr groß, und teilweise wird wie dargelegt Kühlmittel vergeudet Weiter ist die Abkühlungsgeschwindigkeit der von der sich drehenden Scheibe weggeschleuderten Metalltröpfchen nicht regelbar.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren und eine Vorrichtung der aus der US-PS 31 96 192 bekannten Art so zu verbessern, daß bei höherer Abkühlungsgeschwindigkeit ein niedrigerer Verbrauch an Kühlmittel erreicht wird und überdies die Abkühlungsgeschwindigkeit geregelt werden kann.

Diese Aufgabe ist erfindungsgemäß durch die im Kennzeichen der Patentansprüche 1 und 9 angegebenen Schritte bzw. Merkmale gelöst

Während der Anfangsphase geben die von der sich drehenden Scheibe weggeschleuderten Metallteilchen eine verhältnismäßig große Wärmemenge an das Kühlmittel ab. Deshalb wird erfindungsgemäß der radial innere Bereich des Kühlmittelvorganges auf eine hohe Massenströmung eingestellt In Richtung radial nach außen geben die Metallteilchen zunehmend weniger Wärme an das Kühlmittel ab, weshalb erfindungsgemäß der Kühlmitteldurchsatz in dem Kühlmittelvorhang radial außen geringer ist Der Kühlmitteldurchsatz ist in dem Kühlmittelvorhang auch nicht gleichförmig verteilt, sondern erfindungsgemäß wird Kühlmittel, das im radial äußeren Bereich des Kühlmittelvorhanges wegen der geringeren Wärmeübergangsgeschwindigkeit an dieser Stelle überflüssig ist, verstärkt in dem radial inneren Bereich des Kühlmittelvorhanges eingesetzt, um auf diese Weise einen höheren Kühlmitteldurchsatz und dementsprechend einen höheren Temperaturunterschied zwischen dem Kühlmittel und den weggeschleuderten Metallteilchen an der Stelle zu erreichen, wo die Metallteilchen die größte Wärmemenge an das Kühlmittel abgeben. Auf diese Weise wird erfindungsgemäß eine höhere Abkühlungsgeschwindigkeit bei gleichzeitig niedrigem Kühlmittelverbrauch erreicht. Erfindungsgemäß erfolgt im übrigen die eigentliche Abkühlung der Metallteilchen innerhalb des Kühlmittelvorganges, nicht aber innerhalb eines zusätzlichen vorhandenen Kühlmittelbades. Die abgekühlten Metallteilchen brauchen deshalb anschließend nur noch gesammelt und vom Kühlmittel getrennt zu werden. Das Verfahren und die Vorrichtung nach der Erfindung gestatten, Metallpulver in großen Mengen herzustellen, wobei die Metallteilchen mit geregelter, hoher Geschwindigkeit abgekühlt werden. Bei der Vorrichtung zum Durchführen des Verfahrens nach der Erfindung ermöglichen die getrennten Kühlmittelzufuhrleitungen und die in diesen vorgesehenen Regelventile, das radiale Massenströmungsprofil des Kühlmittelvorhanges dem radialen Wärmeflußprofil zwischen den Metallteilchen und dem Kühlmittel anzupassen. Dadurch wird unter Verwendung der kleinst möglichen Kühlmittelmenge ein maximaler Temperaturunterschied zwischen dem Kühlmittel und den Metallteilchen erreicht.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung bilden den Gegenstand der Unteransprüche.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird im folgenden unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher beschrieben. Es zeigen

Fig. IA und IB eine schematische Darstellung der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Herstellung von Metallpulver und

F i g. 2 eine vergrößerte Darstellung der Düsenplatte zur Bildung eines ringförmigen Kühlmittelvorhanges.

Die Vorrichtung nach F i g. 1 hat ein zylindrisches Gehäuse 1 mit einer oberen Kammer 3 und einer unteren Kammer 5, welche durch eine Düsenplatte 10 voneinander getrennt sind. Die Düsenplatte 10 hat eine mittlere Öffnung 12, in welcher ein Trichter 14 angeordnet ist, der seinerseits von einem Vorwärmofen 16 umgeben ist Isolationsmittel sind zwischen dem Ofen 16 und der Düsenplatte 10 vorgesehen.

Der Vorwärmofen 16 kann einen bekannten Aufbau iiaben, und seine Steuervorrichtungen sind außerhalb des Gehäuses 1 angeordnet Das zylindrische Gehäuse 1 hat einen oberen und einen unteren zylindrischen Teil. Der untere Rand des oberen Teiles, welcher die Kammer 3 umgibt ist an der oberen Seite der Düsenplatte 10 befestigt, und der obere Rand des unteren Teiles, welcher die Kammer 5 umgibt ist an der unteren Seite der Düsenplatte 10 befestigt Ein Deckel 7 ist lösbar am oberen Rand des oberen Teiles des zylindrischen Gehäuses 1 befestigt und ein trichterförmiger Teil 9 ist am unteren Rand des unteren Teiles des zylindrischen Gehäuses 1 befestigt, zu einem Zweck, der noch später ausführlicher beschrieben wird. Der Trichter 14 hat eine verengte Öffnung 18, welche eine Verbindung zwischen den Kammern 3 und 5 herstellt Während des Betriebes ist diese Verbindung jedoch mit flüssigem Metall gefüllt, und die Kammern 3 und 5 sind dann vollständig voneinander getrennt.

Ein Schmelztiegel 20 mit einem zugeordneten Induktionsofen ist in einem Traggestell 22 befestigt. Das Traggestell 22 ist beweglich zwischen der Stellung nach F i g. 1 und einer anderen Stellung, in welcher er verschwenkt ist, um flüssiges Metall aus dem Tiegel 20 mittels der Ausgußrinne 24 in den Trichter 14 zu gießen. Es sind paarweise angeordnete Lagerzapfen 26 vorgesehen, welche gewährleisten, daß das flüssige Metall möglichst immer in die Mitte des Trichters 14 eingegossen wird, damit ein unerwünschtes Verspritzen des Metalles verhindert wird. Beim Verschwenken des Traggestelles 22 aus der Stellung nach F i g. 1 in die Gießstellung verlagert sich die Schwenkachse von einem Drehzapfen auf den anderen bei einer vorbestimmten Drehlage des Tiegels 20, wodurch die Schwenkbewegung der Ausgußrinne 24 verändert wird. Diese Vorrichtung gehört zum Stand der Technik und braucht deshalb hier nicht ausführlicher beschrieben zu werden. Das Traggestell 22 kann durch eine bekannte Vorrichtung verschwenkt werden, z. B. mittels eines Seiles, das auf einer Winde aufgewickelt wird.

Eine Scheibe 30 ist in der unteren Kammer 5 unter dem Trichter 14 drehbar gelagert. Die Mitte der drehbaren Scheibe 30 befindet sich unter der Öffnung 18.

Die drehbare Scheibe 30 wird durch eine Luftturbine 32 in Rotation versetzt, die in einem zylindrischen Ständer 34 befestigt ist, der seinerseits in der unteren Kammer 5 mittels mehrerer Streben 36 befestigt ist. Die drehbare Scheibe 30 ist mit Kühlmittelkanälen versehen, welche an eine Kühlmittelzufuhrleitung 38 und an eine Kühlmittelabfuhrleitung 40 angeschlossen sind. Die Luft zum Antrieb der Luftturbine 32 wird durch eine Leitung 42 zugeführt und strömt durch eine Leitung 44 ab. Die drehbare Scheibe 30 hat eine konturierte Fläche zur Aufnahme des flüssigen Metalles, und ihre Roiationsgeschwindigkeit ist an die Größe der herzustellenden Metallpulverteilchen angepaßt Obschon bei diesem Ausfuhrungsbeispiel eine Luftturbine verwendet wird, kann natürlich auch irgendeine andere bekannte Antriebsvorrichtung benutzt werden.

Die Düsenplatte 10, welche den Trichter 14 und den

Vorwärmofen 16 trägt, trennt die untere Kammer 3 von der oberen Kammer 5. Die Düsenplatte 10 hat eine massive obere Wand, wogegen ihre untere Wand mit mehreren Auslaßdüsen 50, 60, 70 versehen ist, um getrennte Kühlmittelströmungen zu schaffen, welche sich von der DUsenplatte 10 an verschiedenen radialen Stellen in bezug auf die öffnung 18 oder die drehbare Scheibe 30 nach unten bewegen. In dem dargestellten Ausführungsbeispiel sind drei Düsen vorhanden, jedoch kann auch eine größere Düsenzahl für eine vielseitigere Regelung der Abkühlungsgeschwindigkeit bei einem bestimmten Radius des zylindrischen Gehäuses 1 benutzt werden.

Die auf der sich drehenden Scheibe 30 hergestellten Metallteilchen werden vom Rand der Scheibe radial nach außen weggeschleudert und fliegen in den Bereich der ringförmigen Kühlmittelströmungen, welche sich von den Auslaßdüsen 50, 60 und 70 der Düsenplatte 10 nach unten bewegen. Diese Teilchen werden durch die Kühlmittelströmungen nach unten abgelenkt und durch das Kühlmittel in den trichterförmigen Teil 9 befördert. Der trichterförmige Teil 9 ist an eine mittlere Auslaßleitung 46 angeschlossen, welche ihrerseits über eine Leitung 82 mit einem Abscheider 80 verbunden ist, in welchem Metallteilchen einer ersten vorbestimmten Größe abgeschieden werden. Dieser Abscheider entfernt alle Teilchen, welche größer sind als eine vorbestimmte Abmessung, und sämtliche andere Teilchen gelangen durch eine Verbindungsleitung 84 in einen Abscheider 86, der im wesentlichen alle Metallteilchen von dem Kühlmittelstrom trennt

Die in dem Abscheider 80 aus dem Kühlmittelstrom abgeschiedenen Metallteilchen sammeln sich in einem Pulverbehälter 88, der mittels eines Ventiles 90 abzuschließen ist. Das Ventil 90 und der Behälter 88 können von der Vorrichtung entfernt werden zum Abtransport des hergestellten Pulvers. In ähnlicher Weise sammeln sich die in dem Abscheider 86 aus der Kühlmittelströmung abgeschiedenen Metallteilchen in einem Pulverbehälter 92. der mittels eines Ventiles 94 abzuschließen ist. Auch dieser Behälter 92 und dieses Ventil 94 können von der Vorrichtung entfernt werden zum Abtransport des hergestellten Pulvers. Andere Pulverbehälter und Ventile können dann angeschlossen werden für einen folgenden Produktionsablauf. Die größeren Metallteilchen. welche in dem Abscheider 80 entfernt werden und sich in dem Behälter 88 sammeln, sind langsamer abgekühlt worden als die Metallteilchen, welche in dem Abscheider 86 entfernt werden, da unter den üblichen Betriebsbedingungen die Abkühlungsgeschwindigkeit der einzelnen Teilchen ausschließlich von der Größe der Teilchen abhängt. Es können auch mehr als zwei Abscheider benutzt werden, um die hergestellten Metallteilchen in gewünschter Weise in eine bestimmte Anzahl von Teilchengrößen zu trennen, welche jeweils mit verschiedener Geschwindigkeit abgekühlt wurden.

Ein Wärmetauscher 90 kühlt die Kühlmittelströmung zur Ableitung der Wärmeenergie, welche durch die Kühlung der Metallteilchen auf den Kühlmittelstrom übertragen wurde. Der Wärmetauscher 98 kühlt die Kühlmittelströmung soweit ab, daß die Temperatur am Einlaß einer Kühlmittelförderpumpe 100 etwa 30—40°C unterhalb der normalen Betriebstemperatur liegt Die Förderpumpe 100 steigert den Druck des Kühlmittels bis auf den gewünschten Betriebsdruck und fördert das verdichtete Kühlmittel in eine Verteilerleitung 102. Die anschließende Dosierung auf die drei Düsen 50,60 und 70 wird im späteren beschrieben. Weitere Wärmetauscher können in der Leitung zwischen der Förderpumpe 100 und der Verteilerleitung 102 vorgesehen sein, um die Temperatur des Kühlmittels weiter herabzusetzen, bevor es zur Düsenplatte 10 gelangt.
Die Düsenplatte 10 ist in F i g. 1 schematisch dargestellt. Ein Ausführungsbeispiel ist ausführlicher in F i g. 2 erkennbar. Die Düsenplatte 10 nach F i g. 2 hat wie auch diejenige nach F i g. 1 drei ringförmige Verteiler 52, 62 und 72 Die einzelnen Bauteile der Düsenplatte 10 sind miteinander verlötet. Eine ringförmige Düsenöffnung 53 ist für die Auslaßdüse 50 vorgesehen, eine ringförmige Düsenöffnung 63 bildet die Auslaßdüse 60, und mehrere Düsenöffnungen 73 sind über einen größeren Teil der radialen Abmessung des zylindrischen Gehäuses 1 verteilt. Diese öffnungen 73 sind über die gesamte ringförmige Fläche der Platte 74 in Abstand voneinander angeordnet, welche die untere Oberfläche der Auslaßdüse 70 bildet
Jeder ringförmige Verteiler 52, 62 und 72 ist durch eine Kühlmittelzufuhrleitung an die Verteilerleitung 102 angeschlossen. Der innere ringförmige Verteiler 52 ist an die Verteilerleitung 102 über eine Zufuhrleitung 55 angeschlossen. Der äußere ringförmige Verteiler 72 ist an die Verteilerleitung 102 durch eine Zufuhrleitung 75 angeschlossen. Der mittlere ringförmige Verteiler 62 ist an die Verteilerleitung 102 über eine Zufuhrleitung 65 angeschlossen. Zur Regelung der Strömung des Kühlmittels durch die einzelnen ringförmigen Verteiler 52, 62 und 72 der Düsenplatte 10 werden mehrere Strömungsventile 31 benutzt. Es befindet sich je ein Strömungsregelventil 31 in jeder Leitung 55,65 und 75 zwischen der Verteilerleitung 102 und den ringförmigen Verteilern 52,62 und 72 zur Regelung der Strömung des Kühlmittels zu den ringförmigen Verteilern 52, 62 und 72, welche an die Auslaßdüsen 50,60 und 70 angeschlossen sind. Die Ventile 31 können durch bekannte Mittel gesteuert werden. Stromaufwärts angeordnete Temperatur- und Druckmeßgeräte 33 bzw. 35 sowie ein stromabwärts angeordnetes Druckmeßgerät 37 werden benutzt zur Überwachung der Strömung durch jedes der Strömungsregelventile 31, weiche vorher kalibriert wurden. Mit Hilfe der vorgesehenen Strömungsrcgclventile kann man eine gewünschte Strömung durch die Auslaßdüsen 50,60 und 70 an den verschiedenen radia- !en Stellen der Düsenplatte 10 einstellen.

Eine Kühlmittelquelle HO ist an die untere Kammer 5 über eine Leitung IiI mit einem Ventil 112 angeschlossen. Eine Auslaßleitung 113 mit einem Ventil 114 ist ebenfalls an die untere Kammer 5 angeschlossen. Falls man die obere Kammer 3 mit einem anderen inerten Gas als Kühlmittel, z. B. mit Helium oder Argon, füllen will, wird eine zweite Kühlmittelquelle 115 an die obere Kammer 3 über eine Leitung 116 mit einem Ventil 117 angeschlossen. Die Leitung 116 enthält einen Strömungsregler 118, der über eine Leitung 119 mit der unteren Kammer 5 verbunden ist Fall Gas aus der Kühlmittelquelle 115 benutzt wird, mißt der Strömungsregler 118 den Druck in der unteren Kammer 5 und steuert die Zuführung oder Ableitung des Gases aus der unteren Kammer 3, um einen vorbestimmten Druckunterschied AP zwischen den Kammern 3 und 5 aufrechtzuerhalten. Druckmeßgeräte 120 und 121 sind vorgesehen zur Überwachung des Druckes in der oberen Kammer 3 bzw. in der unteren Kammer 5.

Eine Absaugvorrichtung ist an die untere Kammer 3 über eine Leitung 130 mit einem Absperrventil 131 angeschlossen. Die Leitung 130 ist zwischen dem Ventil 131 und der oberen Kammer 3 über eine Abzweiglei-

lung 132 auch an die untere Kammer 5 angeschlossen. Ein Absperrventil 133 befindet sich in der Leitung 132, um die obere Kammer 3 von der unteren Kammer 5 zu trennen. Ein Druckmeßgerät 134 ist an die obere Kammer 3 angeschlossen, um den Unterdruck in der Kammer 3 zu messen.

Ein typischer Produktionsablauf der Vorrichtung geschieht wie folgt: Der Deckel 7 wird entfernt zum Füllen des Schmelztiegels 20. Falls auswechselbare Trichter benutzt werden, kann auch jetzt ein Trichter 14 mit der gewünschten Abmessung und öffnung 18 vorgesehen werden. Anschließend wird der Deckel 7 wieder befestigt, die Ventile 112, 117 und 114 werden geschlossen, und die Absaugvorrichtung wird eingeschaltet vor dem örfnen der Ventile 133 und 131 in dieser Reihenfolge. Das Innere der gesamten Vorrichtung wird dann einschließlich der Pulverbehälter 88 und 92 bei geöffneten Ventilen 90 bzw. 94 luftleer gesaugt. Nachdem ein geringerer Druck als 0,133 Pa in der oberen Kammer 3 erreicht ist, wird das Absperrventil 131 geschlossen, und die Druckzunahme in der Vorrichtung wird dann mit Hilfe des Druckmeßgerätes 134 überwacht, um festzustellen, ob Leckstellen oder wesentliche Ausgasungen vorliegen.

Das Absperrventil 131 wird dann wieder geöffnet, und der Vorwärmofen 16 sowie der Induktionsofen des Tiegels 20 werden in Betrieb genommen. Wenn die beiden Öfen die gewünschte Temperatur erreicht haben, kann das flüssige Metall aus dem Tiegel 20 in den Trichter 14 gegossen werden.

Von diesem Augenblick an unterscheidet man zwischen zwei möglichen Betriebsweisen:

1. die obere Kammer 3 und die untere Kammer 5 sowie die an diese Kammern angeschlossenen Leitungssysteme können mit demselben Kühlgas gefüllt werden, oder

2. die obere Kammer 3 kann mit einem inerten oder anderen Gas und die untere Kammer 5 mit den angeschlossenen Leitungssystemen mit einem anderen Kühlgas gefüllt werden.

Bei der ersten Betriebsweise wird das Absperrventil 131 geschlossen und das Ventil 117 geöffnet, um von der Gasquelle 115 das gewünschte Gas in die obere Kammer 3 und in die untere Kammer 5 mit den angeschlossenen Leitungssystemen durch das geöffnete Absperrventil 133 einzufüllen. Das Füllen geschieht solange, bis ein geringer Überdruck in der Anlage vorhanden ist (etwa 0,07 bar). Dieser Druck kann durch das Druckmeßgerät 121 überwacht werden.

Bei der zweiten Betriebsweise werden die Absperrventile 131 und 133 geschlossen, und das Ventil 117 wird geöffnet. Die Strömung durch das Ventil 117 wird dabei durch den Strömungsregler 118 in Abhängigkeit von dem Druck in der unteren Kammer 5 geregelt Das Ventil 112 wird dann geöffnet zum Einleiten des gewünschten Kühlgases in die untere Kammer 5. Nachdem der Druck in der oberen Kammer 3 und in der unteren Kammer 5 den gewünschten Wert erreicht hat, was man an den Druckmeßgeräten 120 und 121 feststellen kann, wird das Ventil 112 geschlossen, und die Förderpumpe 100 wird in Betrieb genommen. Dies bedingt Druckveränderungen in der unteren Kammer 5, welche auch auf den Strömungsregler 118 wirken zur Veränderung des Druckes in der oberen Kammer 3, wodurch ein gewünschter Druckunterschied ^/"zwischen der oberen Kammer 3 und der unteren Kammer 5 gewährleistet ist Während des Betriebes der Vorrichtung kann die geeignete Kühlmittelmenge in dem geschlossenen Leitungssystem aufrechterhalten werden durch geeignete Schaltung der Ventile 112 und 114.

Die Temperaturmeßgeräte 33 und die Druckmeßgeräte 35 und 37 werden überwacht, damit die gewünschte Strömung durch die ringförmigen Verteiler 52, 62 und 72 und die Düsenöffnungen 53,63 und 73 der Auslaßdüsen 50,60 und 70 beibehalten wird. Die Strömungsregelventile 31 werden so eingestellt, daß sie die gewünschte Strömung gewährleisten. Die Scheibe 30 wird dann auf die gewünschte Drehzahl beschleunigt zur Herstellung von Pulverteilchen mit der gewünschten Abmessung. Kühlwasser wird den Kühlmittelkanälen der Scheibe 30 durch die Leitung 38 zugeführt und kann durch die Leitung 40 abströmen.

Das Traggestell 22 wird dann verschwenkt, und das flüssige Metall wird aus dem Tiegel 20 in den vorgewärmten Trichter 14 gegossen. In dem Trichter 14 wird eine vorbestimmte Füllhöhe aufrechterhalten. Der Druck des flüssigen Metalles in dem Trichter 14 der Querschnitt der öffnung 18 und der Druckunterschied zwischen der oberen Kammer 3 und der unteren Kammer 5 können verändert werden, damit die gewünschte Strömung des flüssigen Metalles durch die öffnung 18 erreicht wird. Das flüssige Metall strömt durch die Öffnung 18 und gelangt auf die sich drehende Scheibe 30. Die Fläche, auf welche das flüssige Metall strömt, erteilt dem flüssigen Metall eine kinetische Energie, und das Metall wird schließlich von dem Rand der Scheibe 30 in Form von Tröpfchen, Bandstückchen oder Scheibchen weggeschleudert, je nach der Drehzahl der drehenden Scheibe 30, der Strömungsgeschwindigkeit des flüssigen Metalles durch die öffnung 18 und den Fließeigenschaften des flüssigen Metalles. Unabhängig von der geometrischen Form der nach außen geschleuderten Metallteilchen werden diese schließlich durch die kombinierte Wirkung der Trägheitskräfte, Viskositätskräfte und Oberflächenkräfte zu kugelförmigen Tropfen geformt. Die Tropfen werden dann infolge ihrer Berührung mit dem ringförmigen Kühlmittelvorhang, der von der Düsenplatle 10 nach unten strömt, durch Konvektion gekühlt. Die Pulverteilchen werden aus der unteren Kammer 5 durch die Kühlmittelströmung entfernt, wie schon vorher beschrieben wurde, und in den Pulverbchältern 88 und 92 je nach Teilchengröße gesammelt.

Wenn der Schmelztiegel 20 leer ist, wird er in aufrechte Stellung zurückgeschwenkt. Die Luftturbine 32 wird abgeschaltet, und die Kühlwasserströmung in der Zufuhrleitung 38 wird unterbrochen. Die Öfen und die Förderpumpe 100 werden abgeschaltet. Die Ventile 90 und 94 werden geschlossen, und das Absperrventil 131 wird geöffnet, falls verschiedene Gase in der oberen Kammer 3 und in der unteren Kammer 5 benutzt werden. Andernfalls ist das Absperrventil 133 schon offen. Dann wird auch das Ventil 114 geöffnet, um den Druck in der Vorrichtung bis auf den Umgebungsdruck zu verringern. Das Pulver befindet sich nun in den Behältern 88 und 92, weiche mit ihren Ventilen 90 bzw. 94 von der Vorrichtung getrennt und unter vollständig inerten Bedingungen abtransportiert werden können.

Es können viele verschiedene Gasströmungen eingestellt werden, um aus den Auslaßdüsen 50, 60 und 70 auszuströmen. Bei einem Ausführungsbeispiel beträgt die gesamte Massenströmung in der Verteilerleitung 102 0,9 kg/Sekunde und diese Strömung wird auf die Auslaßdüsen 50, 60 und 70 derart aufgeteilt, daß das Massenströmungsprofil an das radiale Profil des Wär-

meflusses zwischen den Metallteilchen und dem Kühlgas angepaßt ist. Obschon dieses Gasströmungsprofil abgestuft ist, wird ein maximaler Temperaturunterschied ΔΤ zwischen den Metallteilchen und dem Kühlgas an allen radialen Stellen beibehalten, wodurch die wirksamste Ausnutzung des Kühlgases gewährleistet ist. Bei diesem Ausführungsbeispiel werden zur Zuführung der flüssigen Metallegierung eine Füllhöhe von 10,16 cm in dem Trichter 14 und ein Durchmesser der Öffnung 18 von 0,397 cm benutzt, und zwar bei einer Massenströmung von 0,18 kg/Sekunde. Die Scheibe 30 dreht sich dabei mit 18 000 Umdrehungen pro Minute. Sie ist becherförmig ausgebildet mit einem inneren Durchmesser von 8,255 cm zur Herstellung von Metallteilchen mit einem Durchmesser zwischen 10 μπι und 50 μπι. Mit dem radialen Massenströmungsprofil der Kühlmittelauslaßdüsen 50,60,70, das etwa an das radiale Profil der Wärmeabgabe von den Metallteilchen an das Kühlgas angepaßt ist, kann man Abkühlungsgeschwindigkeiten erhalten, die in der Größenordnung von WC/Sekunde oder noch darüber liegen. Die spezifischen, mittleren Abkühlungsgeschwindigkeiten werden durch die Teilchengröße, die thermischen Eigenschaften der Metallegierung, die thermischen Eigenschaften des Gases, die Verarbeitungstemperatur der Legierung und die Relativgeschwindigkeit zwischen den Metallteilchen und dem Kühlgas bestimmt. Um diese Abkühlungsgeschwindigkeiten bei Teilchen der Größenordnung bis zu 75 μπι zu erreichen, ist es erforderlich, ein Gas mit hoher thermischer Leitfähigkeit, z. B. Wasserstoff oder Helium, zu verwenden.

Die drei Kühlmittelströmungen, welche die Auslaßdüsen 50, 60 und 70 verlassen, können verschiedene Temperaturen haben, um die Abkühlungsgeschwindigkeiten der Metallteilchen an besonderen radialen Stellen der Kammer 5 weiter zu regeln. Man kann gleiche oder verschiedene Gase für die Kühlmittelströme verwenden, welche aus den Auslaßdüsen 50, 60 und 70 austreten. Um die erwähnten verschiedenen Temperaturen zu erreichen, kann man eine Heiz- oder Kühlvorrichtung in jedem der ringförmigen Verteiler 52,62 und 72 vorsehend

Man kann separate Kühlmittelsysteme und Steuervorrichtungen verwenden für jeden der Verteiler 52,62 und 72, um verschiedene Kühlmittel aus den Verteilern durch die Auslaßdüsen 50,60 und 70 abzugeben. In diesem Falle wird die Mischgasauslaßströmung von den Teilchenabscheidern 80,86 in die Umgebung abgelassen oder zu einer Sammelvorrichtung geführt, um die Gase zur Wiederverwendung wieder voneinander zu trennen. Ein oder mehrere Kühlgase können chemisch mit den Metallteilchen reagieren, um eine gewünschte chemische Verbindung oder Struktur auf der Oberfläche der Metallteilchen zu erhalten.

Der in der Vorangehenden Beschreibung angewandte Ausdruck »Anpassen« in Verbindung mit der Regelung der Massenströmung des Kühlgases im Vergleich mit dem von den Metallteilchen an das Kühlgas abgegebenen Wärmefluß bedeutet, daß das »Anpassen« durchgeführt wird durch Maximieren des Produktes der bestimmenden Wärmeübergangsparameter längs des Weges, welchen die Teilchen auf ihrer Bahn durch die benachbarten Kühlmittelströmungen des Kühlmittelvorhanges zurücklegen.

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Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

!. Verfahren zur Herstellung von Metallpulver, wobei geschmolzenes Metall auf eine drehende Scheibe gegossen und mittels dieser in Tröpfchenform durch einen die drehende Scheibe ringförmig umgebenden Kühlmittelvorhang geschleudert wird und anschließend die erstarrten Metallteilchen gesammelt werden, dadurch gekennzeichnet, daß das radiale Massenströmungsprofi] des ICühlmittelvorhanges etwa dem radialen Wärmeflußprofil zwischen den Metallteilchen und dem Kühlmittel angepaßt wird, indem ein Kühlmittelvorhang erzeugt wird, dessen Massenströmung im radial inneren Bereich am höchsten ist und in Radialrichtung nach außen abnimmt.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Gesamtmassenströmung des Kühlmittelvorhanges so eingestellt wird, daß eine Abkühlungsgeschwindigkeit von über iO⁵°C/Sek. bei einem Metallteilchendurchmesser von ΙΟμπι bis 50 μηι erreicht wird.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Gesamtmassenströmung des Kühlmittelvorhanges auf etwa 0,9 kg/Sekunde eingestellt wird.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Kühlmittelvorhang aus mehreren einzelnen Kühlmittelströmungen zusammengesetzt wird.
5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß allen Kühlmittelströmungen unterschiedliche Einlaßtemperaturen gegeben werden.
6. Verfahren nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß verschiedene Kühlmittel benutzt werden.
7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens ein Kühlmittel benutzt wird, daß mit den Metallteilchen eine chemische Reaktion eingehen kann.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß als Kühlmittel ein hochwärmeleitfähiges Gas, wie z. B. Helium oder Wasserstoff, benutzt wird.
9. Vorrichtung zum Durchführen des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 8, mit einer in einem Gehäuse (1) angeordneten Düsenplatte (10), die eine Öffnung zum Gießen des geschmolzenen Metalls auf die drehbare Scheibe (30) und radial außerhalb des Umfanges der drehbaren Scheibe mehrere Kühlmittelauslaßdüsen zur Bildung des ringförmigen Kühlmittelvorhanges aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß jede Auslaßdüse (50, 60, 70) eine getrennte Kühlmittelzufuhrleitung (55, 65, 75) aufweist und daß in jeder Zufuhrleitung ein Stromventil (31) vorgesehen ist.
10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß zwei innere Auslaßdüsen (50, 60) jeweils eine einzige ringförmige Düsenöffnung (53, 63) aufweisen und daß eine dritte äußere Auslaßdüse (70) mehrere Düsenöffnungen (73) aufweist, die über einem größeren radialen Bereich der Düsenplatte (10) verteilt sind.
11. Vorrichtung nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Düsenplatte (10) das Gehäuse (1) in eine obere Kammer (3) und eine untere: Kammer (5) unterteilt, wobei in der oberen Kammer ein Schmelztiegel (20) und in der unteren Kammer (5) die drehbare Scheibe (30) angeordnet ist
12. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß eine Absaugvorrichtung über eine Leitung (130) mit einem ersten Absperrventil (131) an die oberere Kammer (3) angeschlossen ist und daß eine zu der unteren Kammer (5) führende Abzweigleitung (132) mit einem zweiten Absperrventil (133) an die Leitung (130) zwischen dem ersten Absperrventil (131) und der oberen Kammer (3) angeschlossen ist
13. Vorrichtung nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, daß eine erste Kühlmittelquelle (110) über eine mit einem Ventil (112) versehene erste Leitung (111) an die untere Kammer (5) angeschlossen ist
14. Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß eine zweite Kühlmittelquelle (115) über eine mit einem weiteren Ventil (117) versehene zweite Leitung (116) an die obere Kammer (3) angeschlossen ist und daß zwischen der zweiten Leitung (116) und der unteren Kammer (5) eine Verbindungsleitung (119) vorgesehen ist, in die ein Strömungs.egler (118) zum Aufrechterhalten eines vorbestimmten Druckunterschieds zwischen den beiden Kammern (3,5) eingebaut ist.