Технические науки 1. Металлургия

К.т.н. Агеева Е.В., аспирант Карпенко В.Ю., Зубарев М.А. студент

Юго-Западный государственный университет, Россия

Гранулометрический состав вольфрамсодержащего электроэрозионного порошка, используемого при восстановлении и упрочнении деталей

Анализ исследовательских работ в области вольфрамсодержащих отходов показывает, что большинство из них связано с вопросом экономии вольфрама. Этот вопрос имеет весьма актуальное значение в связи с дефицитом, дороговизной и непрерывным расширением областей применения вольфрама. С экономией вольфрама тесно связаны мероприятия по сбору отходов и их переработка.

Одним из наиболее перспективных методов получения порошка, практически из любого токопроводящего материала, в том числе и твердого сплава, отличающийся относительно невысокими энергетическими затратами, безвредностью и экологической чистотой процесса, отсутствием механического износа оборудования, получением порошка непосредственно из кусков различной формы за одну операцию, получением частиц преимущественно сферической формы размером от нескольких нанометров до сотен микрон является метод электроэрозионного диспергирования (ЭЭД).

Широкое использование метода ЭЭД для переработки отходов быстрорежущих сталей в порошки с целью их повторного использования сдерживается отсутствием в научно-технической литературе сведений о составе и свойствах порошков.

Целью настоящей работы являлось изучение гранулометрического состава вольфрамсодержащего электроэрозионного порошка, используемого при восстановлении и упрочнении деталей и инструмента.

Вольфрамсодержащие отходы загружали в реактор, заполненный рабочей жидкостью – дистиллированной водой, процесс проводили при следующих электрических параметрах: емкость разрядных конденсаторов 35 мкФ, напряжение 200 … 220 В, частота следования импульсов 30 Гц. В результате локального воздействия кратковременных электрических разрядов между электродами произошло разрушение материала отходов с образованием дисперсных частиц порошка.

Полученные методом электроэрозионного диспергирования в дистиллированной воде порошки проанализировали с помощью лазерного анализатора размеров частиц «Analysette 22 NanoTec» для определения распределения полученных частиц порошка по размерам. Лазерная дифракция обладает рядом важных преимуществ, таких как краткое время анализа, хорошая воспроизводимость и точность, простая калибровка, большой диапазон измерений (от 0,01 до 2000 мкм) и высокая универсальность.

Распределение по размерам микрочастиц медного порошка определялось диспергированием в жидкости с ультразвуком. Диспергирование проводилось по методу Фраунгофера в соответствии с ФР 1.27.2009.06762 в два этапа. Вначале проводилось измерение фона – для того, чтобы снизить влияние измерительной жидкости. Затем - измерение распределения частиц по размеру: образец исследуемого объемом около 1−5 г помещали в модуль для диспергирования в жидкости (объемом 500 мл). Измерение начиналось автоматически, как только значение абсорбции достигало указанной величины. Диапазон измерения − 0,1 [мкм] – 1021,87 [мкм]; разрешение − 102 канала (20/383 мм); абсорбция − 10,00 %; продолжительность измерения − 90 (сканов); регуляризация − средняя модель.

Результаты измерения размера частиц представлены на рисунке 1.

На рисунке 1 представлены интегральная кривая 1 и гистограмма 2. Каждая точка интегральной кривой (левая шкала) показывает, сколько процентов образца имеет размер частиц меньше либо равно данного. Гистограмма (правая шкала) показывает количество образца с данным размером частиц.

Рисунок 1 − Распределение по размерам микрочастиц образца порошка быстрорежущей стали (рабочая жидкость вода): 1 − интегральная кривая; 2 − гистограмма

На основании результатов, приведенных на рисунке 1 установлено, что средний размер частиц составляет 16,88 мкм, арифметическое значение – 16,883 мкм, удельная площадь поверхности – 28476,27 см²/см³.

Информация дифракционных картин может использоваться не только для определения размера частиц, но и для анализа их формы. Частицы несферической формы рассеивают излучение в их предпочтительных пространственных направлениях. Если в лазерный пучок попадает не слишком большое количество частиц, на основе получаемой информации может выполняться анализ их формы. Установлено, что коэффициент элонгации (удлинения) частиц размером 10,435 мкм составляет 1,25, что говорит о сферической форме частиц порошка.

Работа выполнена по теме гранта Президента Российской Федерации № МК-1765.2013.8.