Значення критеріїв Re та Lp для різних умов розпилення
Швидкість дуття, м/с | Причина руйнування струменя | Розмір краплі, мм | Re | Lp | |
Мідь | Вода | ||||
5…23 | Вісесиметричні коливання | - | 0…33 | 9'10-9…1'10-8 | |
25…100 | Хвилеподібні коливання | 1…3 | 1,0 | 33…165 | 1'10-8…3'10-7 |
100…250 | Грубе розпилення | 0,5…1,0 | 0,4 | 165…660 | 3'10-7…3'10-6 |
Тонке розпилення | 0,5 | 0,06 | 660…2160 | 1'10-6…1'10-4 |
Критерій Лапласа впливає на середній розмір частинок під час розпилення металевих розплавів з низькими температурами перегріву над лінією ліквідусу, тобто який за своїм структурним станом наближається до твердого (Бінгамовського). При цьому вплив в’язкості починає істотно виявлятися, якщо Lp > 0,038.
Таблиця 3.2
Значення критерію Вебера для n >2
Вихідний розмір краплі dк, мкм | Швидкість дуття Vг, м/с | Допустиме видовження краплі h, мкм | Критерій Вебера Wе |
16,5 | |||
15,8 | |||
14,5 | |||
13,5 |
3.2. Вплив різних факторів на процес розпилення розплавів газами
Вплив різних факторів на процес розпилення варто розглядати, зважаючи на їх дію на властивості отримуваних порошків, та середній розмір частинок і їх форму. На середній розмір частинок впливають як параметри газового дуття і струменя розплаву, так і фізичні властивості металів та сплавів. При цьому визначальний вплив справляють:
1) в’язкість і поверхневий натяг металевих розплавів;
2) температура і теплоємність розплавів;
3) температура газового середовища;
4) потужність газового потоку;
5) технологічні параметри.
В’язкість характеризує переміщення рідини з одного стану рівноваги в інший під дією сколювальних сил. Під час розпилювання в’язкість відіграє визначальну роль у процесах зливу металу, диспергування струменя металу розплаву, формоутворення частинок порошку. Низька в’язкість у розплаві пояснюється наявністю додаткового (~3%) вільного відносно твердого тіла об’єму, що забезпечує можливість значно вільнішого переміщення частинок (атомів), ніж у твердому тілі. В’язкість – температурно залежна величина (рис. 3.3), яку можна оцінити за формулою
, (3.2)
де tо – час, протягом якого частинка перебуває у стані рівноваги (τо10‑6…10‑10с); k – постійна Больцмана; Т – температура розплаву; r - радіус атома; U – енергія активації дифузії у рідкій фазі.
Із виразу (3.2.) випливає, що за інших однакових умов відносне переміщення прошарків рідини буде відбуватись лише в тому разі, якщо час дії на рідину зовнішніх сил τ значно більший, ніж τ0, тобто виконується нерівність: τ»τ0. Інакше рідина буде себе поводити, як тверде тіло. Ця умова майже завжди виконується у разі диспергування розплавів розпиленням.
Поряд з температурою в’язкість також залежить від кількості частинок твердих домішок (гетерогенні рідини), особливо в разі незначного перегріванння розплавів металів у період кристалізації в температурному проміжку між лініями ліквідусу і солідусу. У цьому випадку в’язкість можна оцінити за формулою, яку запропонував Ейнштейн:
,
де η0 – в’язкість гомогенної рідини; q –об’ємна частка твердої фази.
Щодо розпилення, то в’язкість визначає ступінь подрібнення струменя розплавленого металу на пучки й краплі, а надалі – на більш дрібні частинки. Очевидно, що зменшення в’язкості металевих розплавів має сприяти утворенню під час розпилення більш дрібних частинок, що найчастіше спостерігається на практиці. У зв’язку з цим для отримання дисперсних порошків необхідно підвищувати температуру розплаву і забезпечувати умови розпилення, що перешкоджають охолодженню його до повного розпилення. Останнє зумовлено тим, що для більшості матеріалів спостерігається зниження в’язкості з підвищенням температури (рис. 3.3), що призводить до збільшення виходу дрібної фракції порошку під час розпилення (табл. 3.3). Іншим істотним фактором, який може впливати на в’язкість, є легування. Так, легування заліза вуглецем і силіцієм сприяє зниженню в’язкості, і, як наслідок, отриманню більш дрібних порошків. Навпаки, наявність кисню в металевих розплавах значно підвищує їх в’язкість. Тому для отримання дрібних порошків у цьому випадку необхідно в розплав вводити розкиснювачі.
Таблиця 3.3