[go: up one dir, main page]

RU2749533C1 - Plasma torch for production of powdered materials - Google Patents

Plasma torch for production of powdered materials Download PDF

Info

Publication number
RU2749533C1
RU2749533C1 RU2020134249A RU2020134249A RU2749533C1 RU 2749533 C1 RU2749533 C1 RU 2749533C1 RU 2020134249 A RU2020134249 A RU 2020134249A RU 2020134249 A RU2020134249 A RU 2020134249A RU 2749533 C1 RU2749533 C1 RU 2749533C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
plasmatron
sprayed material
plasma
plasma torch
nozzle
Prior art date
Application number
RU2020134249A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Виктор Иванович Кузьмин
Евгений Евгеньевич Лимачко
Дмитрий Викторович Сергачев
Original Assignee
Общество с ограниченной ответственностью "Империус Групп"
Евгений Евгеньевич Лимачко
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Общество с ограниченной ответственностью "Империус Групп", Евгений Евгеньевич Лимачко filed Critical Общество с ограниченной ответственностью "Империус Групп"
Priority to RU2020134249A priority Critical patent/RU2749533C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2749533C1 publication Critical patent/RU2749533C1/en
Priority to PCT/RU2021/050334 priority patent/WO2022086374A1/en

Links

Images

Classifications

    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22FWORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F9/00Making metallic powder or suspensions thereof
    • B22F9/02Making metallic powder or suspensions thereof using physical processes
    • B22F9/14Making metallic powder or suspensions thereof using physical processes using electric discharge

Landscapes

  • Coating By Spraying Or Casting (AREA)
  • Plasma Technology (AREA)

Abstract

FIELD: mechanical engineering.
SUBSTANCE: invention relates to a plasma torch for production of powdered materials. The plasma torch is comprised of a nozzle and a unit for introduction of the sprayed material into the plasma flow. The plasma torch is made with a sectioned interelectrode insert. The unit for introduction of the sprayed material is made in form of channels for introduction of the sprayed material located symmetrically relative to the longitudinal axis of symmetry of the plasma torch and at the same distance from each other, in form of shafts or rods, the output ends whereof are located in the plasma channel of the plasma torch, configured for the ends of the sprayed material to be placed in the output part of the plasma torch nozzle. The angle α between the projections of the input channels on the plane perpendicular to the axis of symmetry of the plasma torch is 360°/n, wherein n is the number of the channels for introduction of the sprayed material. The angle β between the axis of symmetry of the plasma torch and the longitudinal axis of the channel for introduction of the sprayed material is from 45 to 90°.
EFFECT: production of a narrow fractional composition of powder materials of high quality is ensured.
4 cl, 4 dwg, 2 ex

Description

Изобретение относится к области плазменной техники, в частности к средствам получения частиц порошка, подходящих для применения в порошковой металлургии, аддитивных технологиях. Получаемые порошковые материалы могут использоваться в авиационной, энергетической, транспортной и ракетно-космической отраслях. The invention relates to the field of plasma technology, in particular to means for producing powder particles suitable for use in powder metallurgy, additive technologies. The resulting powder materials can be used in the aviation, energy, transport, and rocket and space industries.

Из уровня техники известно устройство для получения металлического порошка (RU 2532215, кл. B22F 9/14, 2014), содержащее водоохлаждаемую рабочую камеру с контролируемой атмосферой, плазмотрон, установленный в верхней части рабочей камеры для формирования плазменного потока, одно или несколько устройств для подачи пруткового материала в плазменный поток и сборник порошка, установленный в нижней части рабочей камеры. При этом рабочая камера выполнена с параллельно ей установленной рабочей ветвью, соединенной с ней при помощи верхнего и нижнего перепускных патрубков, с возможностью обеспечения циркуляции газового потока навстречу движению потока частиц порошка за счет установки вентилятора в нижнем перепускном патрубке. Верхний перепускной патрубок расположен ниже точки пересечения плазменного потока с прутковым материалом, а параллельная рабочая ветвь имеет расположенный в нижней её части дополнительный сборник порошка.A device for producing metal powder (RU 2532215, class B22F 9/14, 2014) is known from the prior art, containing a water-cooled working chamber with a controlled atmosphere, a plasmatron installed in the upper part of the working chamber to form a plasma flow, one or more devices for feeding bar material into the plasma flow and the powder collector installed in the lower part of the working chamber. In this case, the working chamber is made with a working branch installed parallel to it, connected to it by means of the upper and lower bypass pipes, with the possibility of circulating the gas flow towards the movement of the flow of powder particles by installing a fan in the lower bypass pipe. The upper bypass branch pipe is located below the point of intersection of the plasma flow with the bar material, and the parallel working branch has an additional powder collector located in its lower part.

Недостатком изобретения является низкая скорость распыляющей плазменной струи в результате чего на установке не получаются частицы с размером менее 63 мкм, необходимые, например, для лазерного селективного спекания, из-за чего ограничивается область применения полученного порошка. The disadvantage of the invention is the low speed of the spraying plasma jet, as a result of which the installation does not produce particles with a size of less than 63 microns, which are necessary, for example, for laser selective sintering, which limits the scope of the obtained powder.

Известна также установка (US 5707419, кл. B01J19/26, опубл. 13.01.1992) для получения порошков путём распыления проволоки или прутков потоками термической плазмы, включающая плазменный блок, состоящий из трёх электродуговых плазмотронов с самоустанавливающейся длиной дуги (СУДД), расположенные таким образом, что струи сходятся в вершине. Распыляемый материал (пруток или проволока) одноточечно подаётся в зону слияния плазменных струй посредством намоточного устройства. Плазмотроны расположены симметрично по окружности в камере. Оси плазмотронов ориентированы под углом 30° к оси подачи. Also known installation (US 5707419, class B01J19 / 26, publ. 01.13.1992) for producing powders by spraying wire or rods with flows of thermal plasma, including a plasma unit consisting of three electric arc plasmatrons with a self-aligning arc length (SUDD), located in this the way that the jets converge at the top. The sprayed material (rod or wire) is fed into the plasma jets merging zone by means of a winding device. Plasma torches are located symmetrically around the circumference in the chamber. The axes of the plasmatrons are oriented at an angle of 30 ° to the feed axis.

Из-за того, что плазмотрон выполнен по схеме с самоустанавливающейся длиной дуги (СУДД), установка работает с повышенной пульсацией скорости плазменной струю и повышенной пульсацией температуры плазменной струи, что сказывается на разнородности фракционного состава порошка, получаемого распылением прутков или проволоки. Одноточечный ввод распыляемого материала, существенно снижает эффективность использования энергии плазменной струи (к.п.д. нагрева материала потоком плазмы). Кроме того, одноточечный ввод может нарушать осевую симметрию диспергирующей струи плазмы, что так же приводит к уширению распределения частиц по размеру.Due to the fact that the plasmatron is made according to the scheme with a self-aligning arc length (SCL), the installation operates with increased pulsation of the plasma jet velocity and increased pulsation of the plasma jet temperature, which affects the heterogeneity of the fractional composition of the powder obtained by spraying rods or wires. Single-point injection of the sprayed material significantly reduces the efficiency of using the energy of the plasma jet (efficiency of heating the material by the plasma flow). In addition, a single-point injection can break the axial symmetry of the dispersing plasma jet, which also leads to a broadening of the particle size distribution.

Прототипом изобретения является установка для получения частиц порошка (RU № 2671034, кл. B22F 9/14, B01J 2/02, H05H 1/38, B22F2202/13, B22F2999/00, опубл. 29.10.2018), содержащая электродуговой плазмотрон, выполненный с возможностью подачи в плазму исходного материала в виде стержня или прутка и распылительный блок с соплами для подачи распыляющего газа и камеру для сбора частиц порошка. Плазмотрон снабжен соплом со сверхзвуковой частью, выполненной с возможностью подачи исходного материала под углом 10-90° к оси плазмотрона с одновременным вращением. После сопла со сверхзвуковой частью установлен распылительный блок с соплами для подачи распыляющего газа, число которых от 2 до 16. Оси сопел не пересекают ось плазмотрона, а также не пересекаются друг с другом.The prototype of the invention is an installation for producing powder particles (RU No. 2671034, class B22F 9/14, B01J 2/02, H05H 1/38, B22F2202 / 13, B22F2999 / 00, publ. 29.10.2018), containing an electric arc plasmatron made with the possibility of feeding into the plasma a starting material in the form of a rod or a rod; and a spray unit with nozzles for supplying a spraying gas and a chamber for collecting powder particles. The plasmatron is equipped with a nozzle with a supersonic part made with the possibility of feeding the starting material at an angle of 10-90 ° to the axis of the plasmatron with simultaneous rotation. After the nozzle with the supersonic part, a spraying unit with nozzles for supplying spraying gas is installed, the number of which is from 2 to 16. The axes of the nozzles do not intersect the axis of the plasmatron, nor do they intersect with each other.

Однако при использовании в плазмотроне СУДД повышает пульсацию скорости плазменной струю до 50% и пульсацию температуры плазменной струю до 20%, что неизбежно приводят к существенной разнородности фракционного состава порошка, получаемого распылением прутков или проволоки. Так же необходимо отметить, что крупномасштабное шунтирование дуги ограничивает её напряжение, а это вызывает необходимость набирать требуемую мощность плазменного потока путем увеличения силы тока дугового разряда. However, when used in a plasmatron, the SUDD increases the velocity pulsation of the plasma jet to 50% and the temperature pulsation of the plasma jet to 20%, which inevitably leads to a significant heterogeneity of the fractional composition of the powder obtained by spraying rods or wires. It should also be noted that large-scale shunting of the arc limits its voltage, and this makes it necessary to gain the required power of the plasma flow by increasing the current of the arc discharge.

Сочетание высокого значения силы тока дугового разряда (>500 А) и его крупномасштабных пульсаций приводит к увеличению эрозии катода и анода и, соответственно, к уменьшению их ресурса, загрязнению потока плазмы продуктами эрозии. В зависимости от режима работы ресурс стержневого катода, который используется в плазмотронах с СУДД, может меняться от 8 до 40 часов. Эрозия электродов приводит к нестабильности плазменной струи, так как при образовании каверны на поверхности катода начинается его интенсивное разрушение. Пятно дуги привязывается к области каверны, в результате чего генерируемая струя плазмы имеет не симметричный профиль. Так же из-за ввода распыляемого материала значительно ниже ядер плазменных струй, генерируемых плазмотронами, падает скорость потока плазмы, что делает проблематичным получение мелкой фракции порошка (размер частиц менее 40 мкм.).The combination of a high value of the arc discharge current (> 500 A) and its large-scale pulsations leads to an increase in the erosion of the cathode and anode and, accordingly, to a decrease in their resource, contamination of the plasma flow with erosion products. Depending on the mode of operation, the resource of the rod cathode, which is used in plasmatrons with the SUDD, can vary from 8 to 40 hours. Erosion of the electrodes leads to instability of the plasma jet, since when a cavity forms on the cathode surface, its intense destruction begins. The arc spot is attached to the cavity region, as a result of which the generated plasma jet has an asymmetric profile. Also, due to the introduction of the sprayed material much lower than the cores of the plasma jets generated by the plasmatrons, the plasma flow rate decreases, which makes it problematic to obtain a fine powder fraction (particle size less than 40 microns.).

Проблемой, решаемой изобретением, является усовершенствование плазменного узла распыления для получения порошковых материалов с равномерным вводом в плазменную струю обрабатываемого материала, с минимальными возмущениями плазменной струи и минимальными пульсациями её скорости и температуры.The problem solved by the invention is the improvement of the plasma spraying unit for obtaining powder materials with uniform introduction of the processed material into the plasma jet, with minimal disturbances of the plasma jet and minimal pulsations of its velocity and temperature.

Техническим результатом изобретения является получение узкофракционного состава порошковых материалов повышенного качества.The technical result of the invention is to obtain a narrow fractional composition of powdered materials of high quality.

Поставленная проблема и указанный технический результат достигаются за счет того, что плазмотрон для получения порошковых материалов содержит сопло и узел ввода распыляемого материала в поток плазмы. Согласно изобретению плазмотрон выполнен с секционированной межэлектродной вставкой, а узел ввода распыляемого материала выполнен в виде симметрично расположенных относительно продольной оси симметрии плазмотрона и на одинаковом расстоянии друг от друга каналов ввода распыляемого материала в виде стержней или прутков, выходные концы которых расположены в плазменном канале плазмотрона с возможностью расположения концов распыляемого материала в выходной части сопла плазмотрона. Угол α между проекциями каналов ввода на плоскость перпендикулярную оси симметрии плазмотрона составляет 360°/n, где n – количество каналов ввода распыляемого материала, а угол β между осью симметрии плазмотрона и продольной осью канала ввода распыляемого материала составляет от 45 до 90°.The stated problem and the specified technical result are achieved due to the fact that the plasmatron for producing powder materials contains a nozzle and a unit for introducing the sprayed material into the plasma stream. According to the invention, the plasmatron is made with a sectioned interelectrode insert, and the sprayed material input unit is made in the form of symmetrically located relative to the longitudinal symmetry axis of the plasmatron and at the same distance from each other, the sprayed material input channels in the form of rods or rods, the outlet ends of which are located in the plasma the possibility of positioning the ends of the sprayed material in the outlet part of the plasma torch nozzle. The angle α between the projections of the injection channels on the plane perpendicular to the axis of symmetry of the plasma torch is 360 ° / n, where n is the number of channels for the injection of the sprayed material, and the angle β between the axis of symmetry of the plasma torch and the longitudinal axis of the channel for the injection of the sprayed material is from 45 to 90 °.

Число n каналов ввода распыляемого материала составляет от 2 до π*D/d, причем D – диаметр канала, d – диаметр стержня распыляемого материала. The number n of channels for introducing the sprayed material ranges from 2 to π * D / d, where D is the channel diameter, d is the diameter of the sprayed material rod.

Распыляемый материал в виде стержня или прутка имеет диаметр, составляющий от 0,5 мм до ¼ диаметра сопла плазмотрона. The sprayed material in the form of a rod or rod has a diameter ranging from 0.5 mm to ¼ the diameter of the plasma torch nozzle.

Сопло плазмотрона выполнено в виде дозвукового цилиндрического или сверхзвукового сопла Лаваля.The plasmatron nozzle is made in the form of a subsonic cylindrical or supersonic Laval nozzle.

Выполнение плазмотрона с секционированной межэлектродной вставкой обеспечивает, по сравнению с плазмотронами с самоустанавливающейся длиной дуги, существенно большее рабочее напряжение, хорошую осевую симметрию плазменной струи и минимальный уровень пульсаций скорости и температуры потока плазмы. Существенно большее рабочее напряжение позволяет, при сохранении той же необходимой мощности потока плазмы, снизить силу тока дугового разряда и обеспечить, таким образом, низкую эрозию материалов катода и анода и устранить, соответственно, загрязнение получаемых порошков продуктами эрозии электродов плазмотрона.The execution of a plasmatron with a sectioned interelectrode insert provides, in comparison with plasmatrons with a self-aligning arc length, a significantly higher operating voltage, good axial symmetry of the plasma jet and a minimum level of pulsations of the velocity and temperature of the plasma flow. A significantly higher operating voltage allows, while maintaining the same required power of the plasma flow, to reduce the arc discharge current and thus ensure low erosion of the cathode and anode materials and eliminate, accordingly, the contamination of the resulting powders by the products of erosion of the plasmatron electrodes.

Выполнение узла ввода распыляемого материала в виде симметрично расположенных, относительно продольной оси симметрии плазмотрона и на одинаковом расстоянии друг от друга, каналов ввода распыляемого материала, не нарушает осевую симметрию потока плазмы, что благоприятно сказывается на стабильности, производительности процесса распыления, а также на получении преимущественно монофракционных порошков. Расположение выходных концов прутков или стержней распыляемого материала в плазменном канале плазмотрона, в выходной части сопла плазмотрона, обеспечивает возможность регулирования, в широких пределах, скоростью истечения плазменных струй и позволяет управлять размером частиц получаемых порошковых материалов. Кроме того, такая конструкция узла ввода распыляемого материала обеспечивает повышение эффективности использования энергии плазменной струи, т.е. более высокий к.п.д. нагрева.The implementation of the injection unit for the sprayed material in the form of symmetrically located, relative to the longitudinal axis of symmetry of the plasmatron and at the same distance from each other, channels for the input of the sprayed material, does not violate the axial symmetry of the plasma flow, which favorably affects the stability, productivity of the sputtering process, as well as obtaining predominantly monofractional powders. The arrangement of the outlet ends of the rods or rods of the sprayed material in the plasma channel of the plasmatron, in the outlet of the nozzle of the plasmatron, makes it possible to regulate, over a wide range, the outflow rate of plasma jets and makes it possible to control the particle size of the resulting powder materials. In addition, such a design of the unit for introducing the sprayed material provides an increase in the efficiency of using the energy of the plasma jet, i. E. higher efficiency heating.

Выполнение угла α между проекциями каналов ввода на плоскость перпендикулярной оси симметрии плазмотрона составляет 360°/n, что обеспечивает геометрическую симметрию. The implementation of the angle α between the projections of the injection channels on the plane perpendicular to the axis of symmetry of the plasmatron is 360 ° / n, which ensures geometric symmetry.

При угле β между продольной осью симметрии плазмотрона и продольной осью канала ввода распыляемого материала составляет меньше 45 конструктивно невозможен, а превышение угла свыше 90° приведет к попаданию горячего воздуха в канал, по которому подается проволока, что отразится на качестве получаемого порошка.When the angle β between the longitudinal axis of symmetry of the plasmatron and the longitudinal axis of the sprayed material input channel is less than 45, it is structurally impossible, and exceeding the angle over 90 ° will lead to hot air entering the channel through which the wire is fed, which will affect the quality of the resulting powder.

Количество каналов ввода от 2 до n ограничено тем, что проволоки не должны соприкасаться друг с другом до их оплавления, иначе будет происходить закупоривание сопла, а следовательно, появятся пульсации параметров плазменной струи, которые приводят к уширению фракционного состава получаемого порошка.The number of input channels from 2 to n is limited by the fact that the wires should not come into contact with each other until they are melted, otherwise the nozzle will become clogged, and, consequently, pulsations of the plasma jet parameters will appear, which lead to a broadening of the fractional composition of the resulting powder.

Выбор диаметра распыляемого материала в виде стержня или прутка, не превышающего ¼ диаметра сопла плазмотрона, позволяет создать нужную скорость истечения плазменных струй, что обеспечивает получение заданных размеров частиц получаемых порошковых материалов.The choice of the diameter of the sprayed material in the form of a rod or rod, not exceeding ¼ of the plasma torch nozzle diameter, makes it possible to create the required outflow velocity of the plasma jets, which ensures the obtaining of the specified particle sizes of the obtained powder materials.

Выполнение плазменного канала в виде обычного сопла, реализующего дозвуковые режимы истечения плазмы, или в виде сопла «Лаваля» для генерации сверхзвуковых плазменных струй дает возможность регулировать в широких пределах скорость истечения плазменных струй, позволяющей управлять размером частиц получаемых порошковых материалов.The implementation of the plasma channel in the form of a conventional nozzle that implements subsonic modes of plasma outflow, or in the form of a Laval nozzle for generating supersonic plasma jets makes it possible to regulate the outflow rate of plasma jets over a wide range, which makes it possible to control the particle size of the resulting powder materials.

Изобретение иллюстрируется чертежами, где на фиг. 1 представлена плазменный узел распыления для получения порошковых материалов, на фиг.2 – схема узла многоточечного ввода проволоки в плазменную струю, на фиг. 3 –сечение А-А; на фиг 4 – график распределения частиц по размеру порошков нержавеющей стали, полученых при различных соплах.The invention is illustrated in the drawings, where FIG. 1 shows a plasma spraying unit for producing powder materials; Fig. 2 shows a diagram of a unit for multi-point wire input into a plasma jet; Fig. 3 - section А-А; Figure 4 is a graph of the particle size distribution of stainless steel powders obtained with various nozzles.

Плазменный узел распыления для получения порошковых материалов включает плазмотрон 1 для генерации потоков плазмы с секционированной межэлектродной вставкой, сопряженный с соплом 2 многоточечного плазменного узла 3 ввода. Каналы 4 ввода стержня или прутка 5 расположены симметрично относительно продольной оси 6 симметрии плазмотрона 1. Угол α между проекциями каналов 4 ввода на плоскость перпендикулярной оси симметрии плазмотрона 1 составляет 360°/n, где n – количество каналов 4 ввода распыляемого материала. Угол β между продольной осью 6 симметрии плазмотрона 1 и каналом 4 ввода распыляемого материала составляет от 45 до 90°. Plasma spraying unit for producing powder materials includes a plasmatron 1 for generating plasma flows with a sectioned interelectrode insert, coupled with a nozzle 2 of a multipoint plasma unit 3 of the input. The input channels 4 of the rod or bar 5 are located symmetrically relative to the longitudinal axis 6 of symmetry of the plasmatron 1. The angle α between the projections of the input channels 4 onto the plane perpendicular to the axis of symmetry of the plasmatron 1 is 360 ° / n, where n is the number of input channels 4 of the sprayed material. The angle β between the longitudinal axis 6 of symmetry of the plasmatron 1 and the channel 4 for the injection of the sprayed material is from 45 to 90 °.

Плазменный узел распыления для получения порошковых материалов работает следующим образом. Plasma spraying unit for producing powder materials works as follows.

Плазмотрон 1 с секционированной межэлектродной вставкой генерирует поток термической плазмы, который истекает с заданной скоростью. Скорость истечения струи плазмы в зависимости от конфигурации плазменного канала (дозвуковое сопло, или сверхзвуковое сопло «Лаваля»), может быть как дозвуковой, так и сверхзвуковой. Через каналы 4 ввода распыляемого материала, стержень 5, под углом от β = 45 до 90° к оси плазменного потока вводят в высокотемпературный поток термической плазмы, где материал нагревается до температуры плавления с образованием плёнки расплава. При этом не нарушается осевая симметрия диспергирующей струи плазмы за счет синхронного ввода стержней 5 в ядро плазменной струи. Под воздействием динамического давления плазмы образованная пленка срывается с распыляемого материала в виде сферических частиц (за счёт сил поверхностного натяжения) и собирается в узле сбора порошковых материалов (на фиг. не показано). Plasmatron 1 with a sectioned interelectrode insert generates a thermal plasma flow, which flows out at a predetermined rate. The velocity of the outflow of the plasma jet, depending on the configuration of the plasma channel (subsonic nozzle, or supersonic nozzle "Laval"), can be both subsonic and supersonic. Through the input channels 4 of the sprayed material, the rod 5, at an angle from β = 45 to 90 ° to the axis of the plasma flow, is introduced into a high-temperature flow of thermal plasma, where the material is heated to the melting temperature with the formation of a melt film. In this case, the axial symmetry of the dispersing plasma jet is not violated due to the synchronous insertion of the rods 5 into the core of the plasma jet. Under the influence of the dynamic plasma pressure, the formed film is torn off the sprayed material in the form of spherical particles (due to surface tension forces) and is collected in the powder materials collection unit (not shown in the figure).

Были проведены эксперименты на установках с плазменным узлом распыления для получения порошковых материалов из нержавеющей стали. Experiments were carried out on installations with a plasma spraying unit to obtain powder materials from stainless steel.

Пример 1Example 1

Порошок получали на плазмотроне с секционированной межэлектродной вставкой. В узле ввода, симметрично продольной оси плазмотрона расположены 2 канала. Каналы расположены под углом α=180° между проекциями каналов ввода на плоскость перпендикулярной оси симметрии плазмотрона. Угол между осью симметрии плазмотрона и центральной осью симметрии канала ввода распыляемого материала составляет β=90°. В эксперименте использовали цилиндрическое сопло с D = 6 мм. Диаметр стержня = 1 мм. The powder was obtained on a plasmatron with a sectioned interelectrode insert. In the input unit, 2 channels are located symmetrically to the longitudinal axis of the plasmatron. The channels are located at an angle α = 180 ° between the projections of the input channels on the plane perpendicular to the axis of symmetry of the plasmatron. The angle between the axis of symmetry of the plasmatron and the central axis of symmetry of the injection channel of the sprayed material is β = 90 °. A cylindrical nozzle with D = 6 mm was used in the experiment. Bar diameter = 1 mm.

На фиг. 4 представлено распределения частиц порошков из нержавеющей стали, полученные с помощью рассматриваемого узла распыления. При использовании цилиндрического сопла с D = 6 мм был получен порошок со средним значением размера частиц 95 мкм, параметры, характеризующие ширину распределения d10 и d90, равнялись 54 и 140 мкм. Порошок с такими параметрами можно использовать для плазменного порошкового напыления и лазерной наплавки (Direct Metal Deposition) без дополнительного просева.FIG. 4 shows the particle distributions of stainless steel powders obtained with the spraying unit under consideration. When using a cylindrical nozzle with D = 6 mm, a powder with an average particle size of 95 μm was obtained, the parameters characterizing the distribution width d 10 and d 90 were 54 and 140 μm. Powder with such parameters can be used for plasma powder spraying and laser cladding (Direct Metal Deposition) without additional screening.

Пример 2Example 2

Порошок получали аналогично примеру 1, но в качестве сопла использовали сверхзвуковое сопло Лаваля с диаметром 6 мм. Диаметр стержня 1 мм. Число каналов составляло 3. Каналы расположены под углом α=120°. Угол между осью симметрии плазмотрона и центральной осью симметрии канала ввода распыляемого материала составляет β=45°. The powder was obtained analogously to example 1, but a supersonic Laval nozzle with a diameter of 6 mm was used as the nozzle. The diameter of the rod is 1 mm. The number of channels was 3. The channels are located at an angle α = 120 °. The angle between the axis of symmetry of the plasmatron and the central axis of symmetry of the injection channel of the sprayed material is β = 45 °.

При использовании сопла «Лаваля» был получен порошок со средним значением размера частиц 14 мкм, параметры, характеризующие ширину распределения d10 и d90, равнялись 19 и 53 мкм. На фиг. 4 представлено распределения частиц порошков из нержавеющей стали, полученные с помощью рассматриваемого узла распыления. Данный порошок можно использовать в технологии лазерного селективного спекания в лазерных 3D-принтерах без дополнительного просева. When using a Laval nozzle, a powder with an average particle size of 14 µm was obtained, the parameters characterizing the distribution width d 10 and d 90 were 19 and 53 µm. FIG. 4 shows the particle distributions of stainless steel powders obtained with the spraying unit under consideration. This powder can be used in laser selective sintering technology in laser 3D printers without additional screening.

Для сравнения, используемый коммерческий доступный порошок марки PH1 имеет средний размер 39 мкм, d10 и d90, соответственно, 22 и 59 мкм. Однако данный порошок был получен в несколько стадий: газовое распыление, термическая обработка и просев. For comparison, the used commercial available powder grade PH1 has an average size of 39 μm, d 10 and d 90 , respectively, 22 and 59 μm. However, this powder was obtained in several stages: gas atomization, heat treatment and sieving.

Плазменный узел распыления позволяет получать порошок узкофракционного состава. Данный порошок не требует дополнительного просева и термической обработки даже при использовании таких технологий как лазерное селективное спекание.Plasma spraying unit makes it possible to obtain a powder of a narrow fraction composition. This powder does not require additional screening and heat treatment, even when using technologies such as laser selective sintering.

Плазменный узел распыления для получения порошкового материала в настоящее время находится на стадии сборки пилотной установки.A plasma spraying unit for producing a powder material is currently at the stage of assembling a pilot plant.

Claims (4)

1. Плазмотрон для получения порошковых материалов, содержащий сопло и узел ввода распыляемого материала в поток плазмы, отличающийся тем, что плазмотрон выполнен с секционированной межэлектродной вставкой, а узел ввода распыляемого материала выполнен в виде симметрично расположенных относительно продольной оси симметрии плазмотрона и на одинаковом расстоянии друг от друга каналов ввода распыляемого материала в виде стержней или прутков, выходные концы которых расположены в плазменном канале плазмотрона с возможностью расположения концов распыляемого материала в выходной части сопла плазмотрона, при этом угол α между проекциями каналов ввода на плоскость, перпендикулярную оси симметрии плазмотрона, составляет 360°/n, где n – количество каналов ввода распыляемого материала, а угол β между осью симметрии плазмотрона и продольной осью канала ввода распыляемого материала составляет от 45 до 90°.1. Plasmatron for producing powder materials, containing a nozzle and a unit for introducing the sprayed material into the plasma flow, characterized in that the plasmatron is made with a sectioned interelectrode insert, and the unit for introducing the sprayed material is made in the form of symmetrically located relative to the longitudinal axis of symmetry of the plasmatron and at the same distance each from the other input channels of the sprayed material in the form of rods or rods, the output ends of which are located in the plasma channel of the plasmatron with the possibility of positioning the ends of the sprayed material in the output part of the nozzle of the plasmatron, while the angle α between the projections of the input channels on the plane perpendicular to the axis of symmetry of the plasmatron is 360 ° / n, where n is the number of injection channels for the sprayed material, and the angle β between the axis of symmetry of the plasmatron and the longitudinal axis of the input channel for the sprayed material is from 45 to 90 °. 2. Плазмотрон по п. 1, отличающийся тем, что число n каналов ввода распыляемого материала составляет от 2 до π*D/d, причем D – диаметр канала, d – диаметр стержня распыляемого материала. 2. Plasmatron according to claim 1, characterized in that the number n of channels for introducing the sprayed material is from 2 to π * D / d, and D is the channel diameter, d is the diameter of the sprayed material rod. 3. Плазмотрон по п. 1, отличающийся тем, что распыляемый материал в виде стержня или прутка имеет диаметр, составляющий от 0,5 мм до 1/4 диаметра сопла плазмотрона. 3. The plasmatron according to claim 1, characterized in that the sprayed material in the form of a rod or rod has a diameter ranging from 0.5 mm to 1/4 the diameter of the nozzle of the plasmatron. 4. Плазмотрон по п. 1, отличающийся тем, что сопло плазмотрона выполнено в виде дозвукового цилиндрического или сверхзвукового сопла Лаваля.4. Plasmatron according to claim 1, characterized in that the nozzle of the plasmatron is made in the form of a subsonic cylindrical or supersonic Laval nozzle.
RU2020134249A 2020-10-19 2020-10-19 Plasma torch for production of powdered materials RU2749533C1 (en)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2020134249A RU2749533C1 (en) 2020-10-19 2020-10-19 Plasma torch for production of powdered materials
PCT/RU2021/050334 WO2022086374A1 (en) 2020-10-19 2021-10-08 Plasma spraying assembly for producing powder materials

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2020134249A RU2749533C1 (en) 2020-10-19 2020-10-19 Plasma torch for production of powdered materials

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2749533C1 true RU2749533C1 (en) 2021-06-11

Family

ID=76377498

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2020134249A RU2749533C1 (en) 2020-10-19 2020-10-19 Plasma torch for production of powdered materials

Country Status (2)

Country Link
RU (1) RU2749533C1 (en)
WO (1) WO2022086374A1 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2794209C1 (en) * 2022-01-26 2023-04-12 Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт металлургии и материаловедения им. А.А. Байкова Российской академии наук (ИМЕТ РАН) Device for obtaining spherical metal powders

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS6462405A (en) * 1987-08-31 1989-03-08 Ishikawajima Harima Heavy Ind Apparatus for producing rotating disk type metal powder
US5707419A (en) * 1995-08-15 1998-01-13 Pegasus Refractory Materials, Inc. Method of production of metal and ceramic powders by plasma atomization
RU2406592C2 (en) * 2009-02-24 2010-12-20 Учреждение Российской академии наук Институт теплофизики им. С.С. Кутателадзе Сибирского отделения РАН Method and device to produce nanopowders using transformer plasmatron
RU2588931C1 (en) * 2015-01-20 2016-07-10 Общество с ограниченной ответственностью "НОРМИН" Method of producing ultrafine powder of metal or metal alloys
RU2593061C1 (en) * 2015-01-20 2016-07-27 Общество с ограниченной ответственностью "НОРМИН" Method of obtaining ultra-disperse powders of titanium
RU2671034C1 (en) * 2017-08-28 2018-10-29 Государственный научный центр Российской Федерации - федеральное государственное унитарное предприятие "Исследовательский Центр имени М.В. Келдыша" Installation for preparing particles of powder and method of its work

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS6462405A (en) * 1987-08-31 1989-03-08 Ishikawajima Harima Heavy Ind Apparatus for producing rotating disk type metal powder
US5707419A (en) * 1995-08-15 1998-01-13 Pegasus Refractory Materials, Inc. Method of production of metal and ceramic powders by plasma atomization
RU2406592C2 (en) * 2009-02-24 2010-12-20 Учреждение Российской академии наук Институт теплофизики им. С.С. Кутателадзе Сибирского отделения РАН Method and device to produce nanopowders using transformer plasmatron
RU2588931C1 (en) * 2015-01-20 2016-07-10 Общество с ограниченной ответственностью "НОРМИН" Method of producing ultrafine powder of metal or metal alloys
RU2593061C1 (en) * 2015-01-20 2016-07-27 Общество с ограниченной ответственностью "НОРМИН" Method of obtaining ultra-disperse powders of titanium
RU2671034C1 (en) * 2017-08-28 2018-10-29 Государственный научный центр Российской Федерации - федеральное государственное унитарное предприятие "Исследовательский Центр имени М.В. Келдыша" Installation for preparing particles of powder and method of its work

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2794209C1 (en) * 2022-01-26 2023-04-12 Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт металлургии и материаловедения им. А.А. Байкова Российской академии наук (ИМЕТ РАН) Device for obtaining spherical metal powders

Also Published As

Publication number Publication date
WO2022086374A1 (en) 2022-04-28

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US11951549B2 (en) Process and apparatus for producing powder particles by atomization of a feed material in the form of an elongated member
CA2676909C (en) Plasma spraying device and method
EP2689640B1 (en) Plasma torch
EP2514281B1 (en) Non-plugging d.c.plasma gun and method of using it
CA2830431C (en) Axial feed plasma spraying device
US11839918B2 (en) Method and apparatus for producing high purity spherical metallic powders at high production rates from one or two wires
JP2020528106A (en) Cost-effective production of large quantities of ultrafine spherical powder using thruster-assisted plasma atomization
CN110834099A (en) A kind of plasma intermediate wire feeding gas atomization pulverizing nozzle and using method thereof
Zhang et al. Spheroidization of tungsten powder by a DC arc plasma generator with multiple cathodes
RU2749533C1 (en) Plasma torch for production of powdered materials
US4080550A (en) Method and apparatus for projecting solids-containing gaseous media into an arc discharge
JPWO2019232612A5 (en)
RU142250U1 (en) PLASMOTRON FOR SPRAYING
RU2092981C1 (en) Plasma generator for deposition of powder materials
RU2366122C1 (en) Plasmatron for application of coatings
RU142944U1 (en) PLASMA BURNER FOR SPRAYING METALS AND OXIDES
JP2001003151A (en) Plasma spraying device
RU2743474C2 (en) Method of plasma synthesis of powders of inorganic materials and apparatus for implementation thereof
RU2225084C1 (en) Plasmatron
RU190126U1 (en) PLASMOTRON FOR SPRAYING
Anshakov et al. Laboratory and technological electric-arc plasma generators
Kushram et al. Design of Spray Guns
Kushram et al. Design of Spray Guns 5
EP0461259A1 (en) Plasmatron
CA3193637A1 (en) A radio frequency inductively coupled plasma (rf-icp) torch