DE3249361C2

DE3249361C2 - Prallblech zur Herstellung kugelförmiger Metall- oder Legierungspulver

Info

Publication number: DE3249361C2
Application number: DE19823249361
Authority: DE
Inventors: Fritz Dr.rer.nat. 4100 Duisburg Maak
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1982-12-14
Filing date: 1982-12-14
Publication date: 1985-04-04
Also published as: DE3249361A1

Abstract

Die bei der Herstellung von kugelförmigem Metall- oder Legierungspulver durch Zerstäuben eines rotierenden selbstverzehrenden Schmelzlings verwendeten Prallbleche zum Abfangen der abgeschleuderten kugelförmigen Metall- oder Legierungsteilchen besitzen eine poröse Oberfläche und sind vorzugsweise hitzefest und werden von einem Flüssigkeitsfilm benetzt, so daß die Kontinuität, die Regeneration und die Verdampfungsgeschwindigkeit des Rieselfilms reguliert wird.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Prallblech in einer Vorrichtung zur Herstellung von kugelförmigem Metall- oder Legierungspulver. Beim tiegellosen Pulverisieren von Metallen und Legierungen wird ein meist zylindrischer Abschmelzkörper aus einem zu zerstäubenden Stoff, der gegebenenfalls auf einer nachführba- so ren Vorschubeinrichtung angeordnet ist, mit hoher Drehzahl in Rotation versetzt. Die von dem abschmelzenden Ende fliegenden Tröpfchen werden tangential nach außen geschleudert, wobei die Tröpfchen zumindest oberflächlich erstarren und schließlich auf ein Prall- blech treffen, von wo aus sie in einen Auffangbehälter abfallen. Zur Herstellung eines Pulvers hoher Reinheit wird das betreffende Verfahren in einer Inertgasatmosphäre oder im Vakuum durchgeführt

Versuche haben gezeigt, daß die Flugbahnen, die technisch möglich sind, nicht für eine vollständige Erstarrung der Teilchen ausreichen, so daß Teilchen auf die Prallfläche treffen, die in ihrem Innern noch flüssig sind.

Bei nach dem Stand der Technik bekannten Vorrichtungen hat sich herausgestellt, daß der Anordnung, dem Material und der Beschichtung des Prallbleches eine entscheidende Bedeutung zu kommen. Die mit hoher Geschwindigkeit auf das Prallblech auftreffenden Partikel verkleben nämlich bei ungeeignetem Prallblechmaterial oder verlieren durch den Aufprall ihre Kugelform oder platzen. Man ist daher dazu Obergegangen, Prallbleche aus einem Material zu verwenden, das neben einer hohen Wärmeleitfähigkeit eine Beschichtung in Form eines festen verbrauchbaren Oberzuges hat Die Beschichtung hat die Eigenschaft, am Auftreffpurkt der noch im plastischen Zustand befindlichen Schmelzetröpfchen einen dünnen Dampffilm zu bilden, der die kinetische Energie dieser Teilchen absorbieren solL Allerdings haben solche Prallblechbeschichtungen den Nachteil, daß sie sich mit der Zeit selbst verbrauchen imd daher keine langzeitige kontinuierliche Pulverherstellung ermöglichen. Um einen möglichst langen Betriebszyklus aufrechterhalten zu können, müßte die Beschichtung entsprechend dick sein; dann allerdings verschlechtert sich das Vakuum und kann so vor allem ein Aufkohlen reaktiver Metall bzw. Metallegierungen die Folge sein.

Eine andere Möglichkeit besteht darin, das Prallblech längs seiner Achse beweglich anzubringen, so daß nach dem »Aufbrauchen« eines Beschichtungsringes das Prallblech über geeignete Nachführvorrichtungen so verschoben wird, daß die tangential in einer Ebene von dem Abschmelzkörpet abfliegenden Teilchen auf eine neue »unverbrauchte« Schicht treffen.

Jedoch hat diese Anordnung den Nachteil, sehr aufwendig zu sein und einer Überwachung des betreffenden Prallblechabschmttes, in dem die Teilchen jeweils momentan auftreffen, zu bedürfen. Außerdem sind nur vergleichsweise kurze Setriebszeiten möglich, bis das gesamte Prallblech neu beschichtet werden muß.

Es ist Aufgabe der Erfindung, ein Prallblech zu schaffen, das unter Umgehung der genannten Nachteile insbesondere einen kontinuierlichen Betrieb ermöglicht

Die Aufgabe wird durch ein Prallblech in einer Vorrichtung der eingangs genannten Alt gelöst, das aufprallseitig eine poröse Oberfläche aufweist, die hitzefest und von einem Flüssigkeitsfilm benetzt ist

Zur kontinuierlichen Benetzung des Prallbleches mit Flüssigkeit sowie zur Regulierung der Regeneration und der Verdampfungsgeschwindigkeit ist das Prallblech auf der von der Aufprallseite abgewandten Seite grobporig, vorzugsweise mit einem Porendurchmesser von 200 bis 400 μίτι, während es auf der Aufprallseite feinporig ist, vorzugsweise mit einem Durchmesser von lObislOOujn.

Für den Teilchenaufprall ungünstige scharfkantige Stellen werden dadurch vermieden, daß das poröse Prallblech oberflächlich geglättet ist Zusätzlich empfiehlt sich eine Schwärzung des Prallbleches. Die poröse Oberfläche des Prallbleches reicht über die Oberkante bis in das Vorratsgefäß hinein, wobei die Steighöhe, d. h. der Abstand des Überlaufrandes des Vorratsgefäßes von dem Flüssigkeitsspiegel, nicht mehr als die Hälfte, vorzugsweise ein Drittel der maximalen Steighöhe in der Beschichtung mit den gröberen Poren beträgt

Es werden Flüssigkeiten mit kleinem Dampfdruck, d. h. < 10"⁶ mbar bei 20 bis 80°, und gutem Verdampfungs-, Crack- und Benetzungsverhalten organischer Art, wie zum Beispiel Vakuumöle, Diisobutylphthalat, Methyldiphenylamin oder Dicyclohexylphthaiat oder (technisch erhältliche) Mischungen derartiger Flüssigkeiten verwendet.

Schließlich wird das vom Prallblech abfließende Öl wieder in das Vorratsgefäß zurückgepumpt, von wo es auf das Prallblech geleitet wird, so daß ein geschlossener

Kreislauf entsteht Damit ist eine selbstregenerierende, teils selbsttätig regelnde Beschichtung geschaffen, die kontinuierlich wirkt und mit dem Vakuumsystem kompatibel ist.

Um das »weiche« Abfangen der Metall- und Legierungsteilchen zu verbessern, wird nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung das Prallblech so geneigt, daß der Auftreffwinkel der Flugbahn der von der Elektrode weggeschleuderten Teilchen möglichst klein ist, maximal jedoch 30° nicht überschreiten solL Vorzugsweise wird ein Winkel zwischen 10 bis 20° gewählt. So wird bei einem Winkel von 15° der Flugweg in der Dampfwolke etwa vervierfacht und das Teilchen erfährt beim Aufprall nur noch 3% der Impulsänderung und 7% des Energieumsatzes, verglichen mit einem senkrechten Aufprall. Ein AusfiihniEgsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und soll im folgenden erläutert werden. Es zeigt

F i g. 1 eine schematische Teilansicht einer Vorrichtung mit einem erfindungsgemäßen Prallblech zur Herstellung von kugeiförmigem Metall- oder Legierungspulver,

Fig.2 eine schematische Teilansicht einer Vorrichtung mit dem erfindungsgemäßen Prallblech mit poröser Beschichtung und

F i g. 3 einen Ausschnitt entsprechend F i g. 2.

Die in F i g. 1 dargestellte Vorrichtung besteht im wesentlichen aus einem gasdichten, gegebenenfalls evakuierbaren Behälter 1 mit einem in seinem Zentrum auf einer Halterung 2 befestigten zylindrischen Abschmelzkörper 3, der ringsum von einem rotationssymmetrisch angeordneten Prallblech 4, das in der vorliegenden Ausführungsform zylindrisch ist und eine poröse Oberfläche besitzt, umgeben ist. Die Erhitzung des Abschmelzkörpers wird mittels einer nicht dargestellten Einrichtung bewerkstelligt Solche Heizeinrichtungen, welche nicht Gegenstand der Erfindung sind, sind nach dem Stand der Technik bekannt und sollen demzufolge hier nicht näher beschrieben werden. Der Abschmelzkörper ist drehbar angeordnet und kann mittels eines auf die Halterung 2 wirkenden regelbaren Antriebs auf hohe Drehzahlen von 1000 bis 7000 U/s gebracht werdeß.

Das Prallblech 4 weist an seinem oberen Rand eine mit Flüssigkeit füllbare Rinne als Vorratsgefäß 5 auf, die im Querschnitt U-förmige Gestalt hat und wovon einer der Schenkel von dem oberen Prallblechrand 6 gebildet wird. Die Porosität der Prallblechoberfläche ist an der Aufprallseite des Prallblechs durch Punktierung angedeutet Zur Beeinflussung der Benetzungsgeschwindigkeit auf der Prallblechobt-rfläche wird die Blechunterseite samt Rinne 5 kontrollierbar geheizt (22). Des weiteren ist noch eine nicht dargestellte Pumpeinrichtung vorgesehen, die nach Abfließen des Öles von dem unteren Rand der Prallblechoberfläche in einem Sammelbecken aufgefangenes Ol in das Vorratsgefäß 5 pumpt

Es versteht sich von selbst, daß von Zeit zu Zeit die durch Verdampfung dem ölkreislauf entzogenen Mengen ersetzt werden müssen, was durch Nachfüllen über dieselbe Pumpeinrichtung bewerkstelligt werden kann.

Zur Herstellung von kugelförmigem Metall- oder Legierungspulver wird nach Evakuierung des Behälters 1 bzw. Füllung mit Inertgas der Abschmelzköprer 3 an seinem freien Ende erhitzt und in Rotation versetzt. Die Drehzahl bestimmt die Größe der von dem Abschmelzkörper abgeschleuderten Teilchen. Auf ihrer freien Flugbahn erstarren die abgeschleuderten Teilchen nur noch teilweise äußerlich und treffen als noch plastisch verformbare Teilchen auf das Prallblech 4.

Die Teilchen werden auf dem Prallblech 4 von einer dort durch eine Art lokaler Verdampfung entstehend; Dampfwolke abgebremst, ohne daß es zu Reaktionen, wie z. B. einem unzulässigen Aufkohlen des Metallpulvers mit der Prallblechoberfläche kommt Die Dampfwolke verhindert ein hartes Aufprallen der Teichen auf dem Prallblech 4, was eine ungewünschte Verformung oder deren Platzen zur Folge hätte. Nach nahezu vollständiger Vernichtung ihrer kinetischen Energie fallen die Teilchen frei vom Prallblech ab, wo sie in ihrer ursprünglichen Form aufgefangen und ihrer Weiterverarbeitung zugeführt werden.

Der Vorteil der erfindungsgemäßen porösen Ausbildung der Prallblechoberfläche besteht insbesondere darin, daß an der Auftreffstelle unmittelbar nach dem Aufprall und Abfallen des Teilchens sofort wieder eine Benetzung aus dem nachfolgenden Ö't entsteht so daß aufgrund dieser Selbstregeneration des Flüssigkeitsfilms auf der Prallblechoberfläche eine kontinuierliche Pulverherstellung gewährleistet ist

Eine spezielle AusfOhningsforrn der Erfindung ist in Fig.2 dargestellt und skizziert Die poröse Beschichtung 13 besteht zum Beispiel aus aufgesprühtem Bornitrid (BN). Hierzu wird zunächst grobteiliges BN auf das Prallblech 14 und anschließend hierauf feinteiliges BN aufgesprüht Die Beschichtungsoberfläche 18 wird anschließend geglättet (siehe Ausschnitt in F i g. 3).

Eine andere Möglichkeit ist das Ankitten einer grobporigen Beschichtung 17 aus einer dünnen AbCb-Fasermatte an die Prallblechseite 16, die oberflächlich mit einer feinporigen Beschichtung 19, z. B. AkCh-Kitt mit feiner Porosität, bestrichen und nach Abreagieren geschliffen wird, so daß auf der Aufprallseite 18 feinere Poren sind.

Flüssigkeiten, wie die verwendeten Vakuumöle, Diisobutylphthalat, Methyldiphenylamin oder Dicyclohexylphthalat, sieden bei Temperaturen in der Größenordnung von höchstens 300° C. Trifft ein Teilchen auf die mit dem Flüssigkeitsfilm benetzte Oberfläche, hat es Oberflächentemperaturen, die mindestens 100O⁰C betragen. Bei solchen Temperaturen würden aber die Moleküle der Flüssigkeit auf der Prallblechoberfläche nicht mehr einfach verdampfen, sondern cracken, d. h. auch Verbindungen mit höheren Dampfdrücken produzieren.

Es ist der Sinn der Anordnung mit feineren Poren an der Aufprallseite 18, daß diese eine solche »kleinere Gasexplosion« durch ihren Strömungswiderstand verhindern, ohne daß die im grobporigen Teil der Beschichtung 17 befindliche Flüssigkeit aufgebraucht wird. Ist das Metallteilchen dann von der Aufprallseite abgeprallt, dann kann die Flüssigkeit durch die Kapillarwirkung der feinporigen Beschichtung 19 in weniger als einer Millisekunde wieder an die Oberfläche gelangen und steht so für das nächste Teilchen wieder bereit. Es empfiehlt sich auch eine Schwärzung der Oberfläche 18, da die Meial!- tropfen ihre Wärme überwiegend durch Strahlung abgeben. Diese Strahlung wird bei schwarzer Oberfläche gut absorbiert und sorgt so für ein Verdampfen der Flüssigkeit schon bei größeren Abständen des Metallteilchens von der Oberfläche. Hierdurch wird der das Teilchen kühlende und abbremsende Weg in der Dampfwolke vergrößert. Wählt man die Steighöhe h aus dem Vorratsbehälter 5 zu etwa '/3 bis '/.» der im grobporigen Teil der Beschichtung 17 möglichen maxi-

r-5 malen Steighöhe, so werden die Risiken, daß entweder der Flüssigkeitsfilm oben abreißt oder daß die Flüssigkeit aus der Beschichtung heraustropft, kleingehalten.
In einem konkreten Ausführunesbeisoiel sind reines

Titanpulver sowie Legierungen aus Titan als Pulver hergestellt worden; eine weitere Anwendungsmöglichkeit bietet zum Beispiel die Pulverherstellung von Nickel- und Kobalt-Legierungen.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

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Claims

Patentansprüche:

1. Prallblech in einer Vorrichtung zur Herstellung von kugelförmigem Metall- oder Legierungspulver durch Zerstäuben eines rotierenden Abschmelzkörpers, der im wesentlichen aus einem vollen zylindrischen oder fast zylindrischen Körper besteht, der gegebenenfalls auf einer entlang deren.Längsachse nachführbaren Vorschubeinrichtung angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß das Prallblech (4, 14) eine aufprallseitig poröse Oberfläche (13) aufweist, die hitzefest und von einem Flüssigkeitsfilm benetzt ist.

2. Prallblech nach Anspruch 1, dadurch gekenn- is zeichnet, daß die poröse Oberfläche (13) oberflächlich geglättet und/oder geschwärzt ist

3. Prallblech nach einem der Ansprüche 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die poröse Oberfläche auf der voe 4er Aufprallseite abgewandten Seite grobporig (17) ist, vorzugsweise mit einem Porendurchmesser von 200 bis 400 um, und auf der Aufprallseite (18) feinporig (19) ist, vorzugsweise mit einem Porendurchmesser von 10 bis 100 μΐη.

4. Prallblech nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß dk? poröse Oberfläche (13) über die Oberkante (6) bis in das Vorratsgefäß (5), vorzugsweise einer Vorratsrinne reicht und dort die Steighöhe (h), d. h. der Abstand der den Oberlaufrand des Vorratsgefäßes bildenden Oberkante (6) vom Flüssigkeitsspiegel, nicht mehr als die Hälfte, vorzugsweise ein Drittel, der i/'jximalen Steighöhe im grobporigen Bereich (17) der Prallblechoberfläche beträgt

5. Prallblech nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Prallblech und die Flugbahn der von dem Abschmelzkörper abgeschleuderten Teilchen im Auftreffpunkt einen Winkel von maximal 30 Grad, vorzugsweise von 10 bis 20 Grad, bilden.