DE2127563A1 - Metal flake or platelets - by fast cooling of metal spray - Google Patents
Metal flake or platelets - by fast cooling of metal sprayInfo
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Abstract
Description
Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung von flockenförmigen Metallpulvern aus der Schmelze Feinstes Aluminiumpulver in Form von Flittern mit einer Dicke in der Größenordnung von 0,1 /um wird in großen Mengen zur Herstellung von Aluminiumbronze für Anstriche und zur Beimengung zu Beton oder Kunststoffen benötigt. Method and device for the production of flaky metal powders from the melt Finest aluminum powder in the form of flakes with a thickness in of the order of 0.1 / µm is used in large quantities for the production of aluminum bronze required for painting and for admixture to concrete or plastics.
Zu seiner Herstellung wurde bisher entweder Blatt aluminium zu feinen Flittern zerrieben oder verdüstes Aluminiumgranulat in einem langwierigen Mahlprozeß unter Zusatz von Benetzungsmitteln verarbeitet. Die Herstellung derartiger Pulver ist bisher aber in jedem Fall aufwendig und für technische Anwendungszwecke oft unwirtschaftlich. Es ist daher von großer Bedeutung, daß es erfindungsgemäß gelungen ist, derartige Pulver in einfacher Weise direkt aus der Schmelze herzustellen.So far, either sheet of aluminum has been used for its manufacture to fine flakes or atomized aluminum granulate in a lengthy process Milling process processed with the addition of wetting agents. The manufacture of such So far, however, powder has always been expensive and for technical purposes often uneconomical. It is therefore of great importance that it is according to the invention has succeeded in producing such powders directly from the melt in a simple manner.
Es ist bekannt, daß man mit dem sogenannten "Splat-Cooling"-Verfahren einzelne flitterförmige, großflächige Teilchen aus Metallschmelzen herstellen kann. Hierbei wird ein kleiner Schmelztropfen, etwa durch Gasdruck, aus einer Bohrung mit einem kleinen Durchmesser unter einem kleinen Winkel auf eine- gekühlte Unterlage geschleudert. Hier zieht sich der Tropfen zu einem länglichen, äußerst dünnen Blättchen auseinander. Je höher die Auftreffgeschwindigkeit und je kleiner der Auftreffwinkel, desto geringer ist die Dicke des resultierenden Blättchens.It is known that the so-called "Splat-Cooling" process can produce individual tinsel-shaped, large-area particles from molten metal. Here, a small melt droplet is created from a hole, for example by gas pressure with a small diameter at a small angle on a chilled surface hurled. Here the drop is drawn into an elongated, extremely thin leaflet apart. The higher the speed of impact and the smaller the angle of impact, the smaller the thickness of the resulting leaflet.
Das im folgenden beschriebene Verfahren gestaltet diesen Vorgang zu einem technischen Verfahren, mit dessen Hilfe es möglich ist, kontinuierlich in großen Mengen derartige Flitter, die man auch. als flockenförmige Metallpulver bezeichnen kann, aus metallischen Schmelzen herzustellen.The procedure described below makes this process possible a technical process, with the help of which it is possible to continuously in large quantities of such tinsel, which one too. refer to as flake-shaped metal powder can be made from metallic melts.
Bisher wurden zwar schon Verfahren bekannt, mit deren Hilfe es gelingt, durch Aufschleudern von Schmelzentröpfchen auf eine feststehende, gekühlte Unterlage insbesondere aus Kupfer, ein blättchenförmiges Granulat herzustellen. Hierbei werden die Schmelzentröpfchen aus Bohrungen von rotierenden Tiegeln abgeschleudert und prallen dann auf die gekühlte Unterlage auf. Auf Grund der begrenzten Drehzahl des rotierenden Tiegels war die Geschwindigkeit der abgeschleuderten Tropfen jedoch nicht ausreichend, um Flitter mit einer Dicke der Größenordnung von 0,1 /um zu erzielen. Daher konnte auf diesem Wege bisher nicht das für die Herstellung von Aluminiumbronze benötigte Metallpulver erzeugt werden.To date, processes have already been known that can be used to by centrifuging melt droplets onto a stationary, cooled base in particular from copper to produce a flake-shaped granulate. Here will be the melt droplets are thrown out of the bores of rotating crucibles and then hit the cooled surface. Due to the limited speed of the rotating crucible was the speed of the ejected drops insufficient to achieve tinsel on the order of 0.1 µm thick. Therefore, it has not been possible to use this route to produce aluminum bronze required metal powder can be generated.
Zur Steigerung der Relativgeschwindigkeit zwischen dem fliegenden Tropfen und der gekühlten Unterlage wird diese daher erfindungsgemäß mit einer hohen Geschwindigkeit bewegt.To increase the relative speed between the flying Drops and the cooled base, this is therefore according to the invention with a high Speed moves.
Erst auf diesem Wege gelingt es, die für die Herstellung derart feiner Flitter erforderlichen Auftreffgeschwindigkeiten der Tropfen auf der gekühlten Unterlage zu verwirklichen.Only in this way is it possible to make them so finer Flitter required speed of impact of the drops on the cooled base to realize.
Eine weitere Grundbedingung für eine erfolgreiche Durchführung dieses Verfahrens ist das Abschleudern hinreichend kleiner Tröpfchen einer engen Größentoleranz in größeren Mengen. Dabei darf es nicht zum Verstopfen der engen Bohrungen durch Reaktionsprodukte der Schmelze etwa mit der Atmosphäre in Form von Schlacken kommen. Weiterhin muß die Flugbahn der Teilchen und ihre Geschwindigkeit nahezu konstant sein.Another basic requirement for a successful implementation of this Process is the throwing off of sufficiently small droplets of a narrow size tolerance In larger quantities. In doing so, it must not clog the narrow bores by Reaction products of the melt come with the atmosphere in the form of slag. Furthermore, the trajectory of the particles and their speed must be almost constant be.
Diese Bedingungen werden optimal erfüllt, wenn die Schmelze mit einem rotierenden Zentrifugalheber nach der DAS 1 285 098 unter der Oberfläche des Vorratsgefäßes abgesaugt und insbesondere in Form feinster Tröpfchen auf einer schräg nach oben weisenden Bahn abgeschleudert wird. Die Gesamtheit der Teilchen beschreibt dann einen rotationssymmetrischen Schirm.These conditions are optimally fulfilled when the melt with a rotating centrifugal lifter according to DAS 1 285 098 under the surface of the storage vessel sucked off and in particular in the form of the finest droplets on a sloping upward pointing web is thrown off. The totality of the particles then describes a rotationally symmetrical screen.
Dabei ist es von Vorteil, daß kontinuerlich gearbeitet werden kann, da der langgestreckte Ansaugteil des Zentrifugalhebers unabhängig vom Stand der Schmelze im Vorratsgefäß Schmelze nachsaugt, und zudem die Schmelze ohne Unterbrechung des Verfahrens im Vorratsgefäß nachgefüllt werden kann.It is advantageous that you can work continuously, because the elongated suction part of the centrifugal lifter regardless of the state of the Melt in the storage vessel sucks in melt, and also the melt without interruption of the process can be refilled in the storage vessel.
Desweiteren ist es mit diesem Verfahren möglich, unter Schutzgas oder unter verminderten Druck sowie im Vakuum zu arbeiten. Dies ist bei der starken Tendenz insbesondere der-Aluminiumschmelzen mit dem Sauerstoff der Atmosphäre zu reagieren, von Wichtigkeit. Unter Schutzgas oder Vakuum bleiben die feinen Bohrungen des rotierenden Zentrifugalhebers frei von Verstopfungen. Auch die Qualität des erzeugten flockenförmigen Pulvers wird unter fliesen Bedingungen wesentlich verbessert.Furthermore, it is possible with this process, under protective gas or to work under reduced pressure and in a vacuum. This is on the strong trend in particular aluminum melts react with the oxygen in the atmosphere, of importance. The fine bores of the rotating one remain under inert gas or vacuum Centrifugal lifter free from clogging. Also the quality of the flake-shaped produced Powder is significantly improved under tile conditions.
Die Funktion der erfindungsgemäßen Vorrichtung soll anhand der Figuren 1 und 2 erläutert werden. Die Schmelze 13 im Tiegel 11 wird induktiv durch die wassergekühlte Induktionsspule 9 aufgeheizt. In die Schmelze taucht das Ansaugrohr 12 des rotierenden Zentrifugalhebers. Die Schmelze wird aus den Kanälen 14 in Form kleiner Tröpfchen abgeschleudert.The function of the device according to the invention should be based on the figures 1 and 2 are explained. The melt 13 in the crucible 11 is inductively cooled by the water Induction coil 9 heated. The suction pipe 12 of the rotating one is immersed in the melt Centrifugal lifter. The melt is from the channels 14 in the form of small droplets thrown off.
Diese treffen auf die rasch rotierenden Kühlfächen 8 auf.These hit the rapidly rotating cooling surfaces 8.
In Figur l besteht diese aus einem wassergekühlten Kupfer teller, der mit der Achse 2 des Zentrifugalhebers fest verbunden ist, und von dieser in Rotation versetzt wird. In Figur 2 ist die rasch rotierende Kühlfläche als Kegelmantel ausgebildet, der einen nur geringen Abstand zu den feststehenden Kühlkörpern 6 aufweist. Die einander gegenüberstehenden Flächen sind geschwärzt. Auch unter Vakuum oder verminderten Druck erfolgt eine ausreichende Kühlung des rasch rotierenden Kegelmantels 8 durch Abstrahlung.In figure l this consists of a water-cooled copper plate, which is firmly connected to the axis 2 of the centrifugal lifter, and from this in Rotation is offset. In Figure 2, the rapidly rotating cooling surface is as a cone shell formed, which has only a small distance from the stationary heat sinks 6. The surfaces facing each other are blackened. Even under vacuum or The rapidly rotating cone shell is adequately cooled under reduced pressure 8 by radiation.
Auf den rotierenden Kühlflächen 8 werden die aufgeschleuderten kleinen Schmelztröpfchen zu Folien auseinandergezogen und in Form eines Strahles flockenförmiger Pulver 10 abgeschleudert. Die intensive Kühlung und Abfuhr der Wärme über das im Kreislauf fließende Kühlmittel - es kann sich dabei um Wasser, organische Kühlmittel oder flüssige Luft sowie gasförmige Kühlmittel wie Wasserstoff handeln - führt zur sofortigen Erstarrung der zu dünnen Folien auseinandergezogenen Eeinen Schmelzenteilchen.On the rotating cooling surfaces 8, the centrifuged small Melt droplets pulled apart into foils and flaky in the form of a jet Powder 10 thrown off. The intensive cooling and dissipation of heat via the im Circulatory flowing coolant - it can be water, organic coolant or liquid air as well as gaseous coolants such as hydrogen act - leads to the Immediate solidification of the particles of melt, which have been pulled apart to form thin films.
Der Antrieb des rotierenden Zentrifugalhebers erfolgt über den Motor 1. In Figur 1 wird damit auch der rotierende Kühlkörper 8 in Rotation versetzt. Damit lassen sich jedoch für viele Zwecke keine ausreichenden Drehzahlen erreichen. Daher erfolgt nach Figur 2 der Antrieb des rotierenden Kegelmantels 8 durch einen getrennten Motor 3, durch dessen hohle Achse die Antriebsachse des rotierenden Zentrifugalhebers durchgeführt wird. Vorteilhafterweise drehen sich Zentrifugalheber und Kegelmantel 8 in entgegengesetzter Richtung.The rotating centrifugal lifter is driven by the motor 1. In FIG. 1, the rotating heat sink 8 is thus also set in rotation. However, this does not allow sufficient speeds to be achieved for many purposes. Therefore, according to Figure 2, the rotating conical shell 8 is driven by a separate motor 3, through whose hollow axis the drive axis of the rotating centrifugal lifter is carried out. Advantageously, the centrifugal lifter and the cone shell rotate 8 in the opposite direction.
Der Motor 1 mitsamt dem rotierenden Zentrifugalheber kann an der vertikalen Gleitschiene 17 in der Höhe verstellt werden. Dies ist für den Anfahrvorgang von Bedeutung, da dann der rotierende Zentrifugalheber zur'Einleitung des Ansaugvorgangs und zur Aufwärmung möglichst tief in die Schmelze eingetaucht werden kann.The motor 1 together with the rotating centrifugal lifter can be attached to the vertical Slide rail 17 can be adjusted in height. This is for the start-up process of Importance, because then the rotating centrifugal lifter is used to initiate the suction process and can be immersed as deep as possible into the melt for heating.
Für oxydierende Schmelzen und zur Herstellung eines sehr feinen flockenförmigen Pulvers wird das Innere des umfassenden Behälters evakuiert. Damit lassen sich sehr hohe Drehzahlen erreichen, da die Reibung der rotierenden Kühlflächen und die dadurch bedingte zum Teil heftige Gaszirkulation unterbunden wird. Es zeigte sich jedoch, daß bei mittleren Drehzahlen insbesondere bei herabgesetzten Gasdruck die starke Gaszirkulation zur Ablösung und zum Abtransport der erzeugten Pulver nutzbringend eingesetzt werden kann. Gleichzeitig lassen sich damit Pulver mit einer besonders geringen Schüttdichte erhalten. Zugleich erfolgt auch ein zusätzlicher Abtransport von Wärme.For oxidizing melts and for the production of a very fine flake-shaped Powder is evacuated from the inside of the encompassing container. This can be very Reach high speeds because of the friction of the rotating cooling surfaces and the sometimes violent gas circulation caused by this is prevented. It showed however, that at medium speeds, especially at reduced gas pressure the strong gas circulation to detach and remove the generated powder can be used beneficially. At the same time, powder can be used with a obtained particularly low bulk density. At the same time, there is also an additional Removal of heat.
Mit der in Figur 2 beschriebenen erfindungsgemäßen Vorrichtung lassen sich mit einem Heberkörper aus Elektrographit mit einem Kopfdurchmesser von 50 mm und 72 Kanälen in drei Etagen mit einem Durchmesser von 0,35 mm bei einer Drehzahl des Hebers von 15 000 U/min 300 kg pro Stunde eines flockenförmigen Aluminiumpulvers gewinnen, das sich z.B. zur Herstellung von Aluminiumbronze verwenden läßt.Leave with the device according to the invention described in FIG with a lifter body made of electrographite with a head diameter of 50 mm and 72 channels in three floors with a diameter of 0.35 mm at one speed of the lifter at 15,000 rpm, 300 kg per hour of an aluminum flake powder win, which can be used e.g. for the production of aluminum bronze.
Wenn es nicht so sehr auf äußerst dünne Teilchen mit einer Dicke von etwa der Größenordnung 0,1 /um ankommt, kann man die Schmelzentröpfchen auch auf bewegliche Kühlkörper in Form von endlosen Bänagn oder rotierenden Walzen aufschleudern. Die Kühlung dieser Bänder oder Walzen läßt sich einfach gestalten. Zugleich ist es möglich, die an den Kühlflächen haftenden Teilchen durch die Bewegung der Bänder oder Walzen aus dem Bereich der aufprallenden Schmelzteilchen zu entfernen, und die erzeugten Teilchen über einem Sammelgefäß abzustreifen. Eine erfindungsgemäße Vorrichtung ist in Figur 3 dargestellt. Ein rotierender Saugheber 5 taucht mit seinem unteren Ende in die Schmelze 6 ein, und schleudert aus im wesentlichen radialen Bohrungen 10 die Schmelze in Form von Schmezentröpfchen 7 ab. Diese prallen auf bewegliche Kühlkörper in Form von Bändern 2 auf, die über gekühlte Umlenktrommeln 3 laufen. Dabei wird das anhaftende Granulat aus dem Sprühbereich des Zentrifugalhebers herausgetragen und in Vorratsgefäße 1 gefördert Bei fest anhaftendem Granulat kann eine zusätzliche Vorrichtung in Form eines Kammes oder einer Schneide 11 zum Ablösen der Teilchen 12 dienen.If not so much on extremely thin particles with a thickness of about 0.1 / um arrives, you can also use the melt droplets Spin on movable heat sinks in the form of endless belts or rotating rollers. The cooling of these belts or rollers can be designed easily. At the same time is it is possible to remove the particles adhering to the cooling surfaces due to the movement of the belts or To remove rollers from the area of the impacting melt particles, and the generated Scrape off particles over a collecting vessel. A device according to the invention is shown in FIG. A rotating suction lifter 5 dips with its lower one End into the melt 6, and hurls out of substantially radial bores 10 the melt in the form of melt droplets 7 from. These collide with moving ones Heat sinks in the form of ribbons 2 that run over cooled pulleys 3. The adhering granulate is carried out of the spray area of the centrifugal lifter and conveyed into storage vessels 1 Device in the form of a comb or a cutting edge 11 for removing the particles 12 serve.
Eine analoge erfindungsgemäße Vorrichtung mit Walzen als beweglichen Kühlkörpern ist in Figur 4 dargestellt.An analog device according to the invention with rollers as movable ones Heat sinks is shown in Figure 4.
Hervorzuheben ist, daß die Abkühlungsgeschwindigkeit der Schmelzen beim Aufschleudern auf gekühlte Körper im Bereich von 104 - 107 OC/sec liegt. Derartige Abkühlungsgeschwindigkeiten sind die Voraussetzungen zur Herstellung von Legierungen mit besonderen Eigenschaften.It should be emphasized that the cooling rate of the melts is in the range of 104-107 OC / sec when being spun onto a cooled body. Such Cooling speeds are the prerequisites for the production of alloys with special properties.
Von großer Wichtigkeit ist es, das Anhaften der rasch erstarrenden Schmelzentröpfchen auf den schnell bewegten Kühlflächen zu verhindern. Ein Fest schweißen führt innerhalb kurzer Zeit zur Funktionsuntüchtigkeit der Anlage.It is of great importance to ensure that the rapidly solidifying To prevent melt droplets on the rapidly moving cooling surfaces. A feast Welding leads to the system becoming inoperable within a short period of time.
Es stellte sich heraus, daß für die niedrig schmelzenden Metalle Blei, Zinn und Zink ohne weiteres polierte Flächen etwa aus Kupfer benutzt werden können. Für Aluminiumschmelzen hingegen entstehen schon Schwierigkeiten bei der Benutzung von Kupferoberflächen. Bei genügend kleinen Schmelzenteilchen, ausreichender Kühlung und hoher Umdrehungszahl der rotierenden Kühlflächen werden die anhaftenden dünnen Blättchen im allgemeinen von der Zentrifugalkraft, und beim Arbeiten unter Gasen von der intensiven Gasströmung abgelöst.It turned out that for the low-melting metals lead, Tin and zinc can easily be used on polished surfaces made of copper, for example. For aluminum melts, on the other hand, there are already difficulties in use of copper surfaces. With enough small melt particles, sufficient cooling and high number of revolutions of the rotating cooling surfaces, the adhering ones become thin Leaflets in general from centrifugal force, and when working under gases detached from the intense gas flow.
Um jedoch auf jeden Fall ein Anhaften zu vermeiden, erwies es sich als vorteilhaft, auf den Kühlflächen einen sehr dünnen ueberzug, der den Wärmeübergang nur wenig beeinträchtigt, aufzubringen. Das Material des Uberzuges sollte sowohl im festen wie im flüssigen Zustand mit der aufgeschleuderten Schmelze weder reagieren noch eine merkliche Löslichkeit aufweisen und von dieser nicht benetzt werden.However, in order to avoid sticking in any case, it turned out as an advantage, a very thin coating on the cooling surfaces, which allows the heat transfer little impaired to apply. The material of the coating should be both in the solid as in the liquid state neither react with the centrifuged melt still have a noticeable solubility and are not wetted by this.
Für Aluminiumschmelzen haben sich durch Flammspritzen oder "Chemical Vapor Deposition" aufgebrachte dünne Überzüge aus Al2O3, ZrO2 und MgO, sowie aus Graphit bewährt.For aluminum smelting have been made by flame spraying or "Chemical Vapor Deposition "applied thin coatings made of Al2O3, ZrO2 and MgO, as well as from Proven graphite.
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1971
- 1971-06-03 DE DE19712127563 patent/DE2127563A1/en active Pending
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