Электрогидравлический эффект и его применение в промышленности

Гидравлическое получение коллоидов и уплотнение порошков

Для дробления и измельчения пластических проводящих материалов (например, металлов или их проводящих соединений) был разработан особый метод измельчения, позволяющий по­лучать как крупнозернистые порошки этих металлов, так и весьма дисперсные — коллоидные — измельчения их [4, 5, 6, 9, 27]. Сущность метода сводится к тому, что разряды и сопровождаю­щие их электрогидравлические удары возникают в местах кон­такта макрочастиц измельчаемого материала, погруженного в жидкую среду между электродами. При этом основной разряд распадается на десятки тысяч отдельных мелких разрядов, имеющих приблизительно одинаковые параметры, зависящие в данной жидкости (при стабильных параметрах основного раз­ряда) в основном от начальных размеров частиц измельчаемого материала, диаметра ванны и расстояния между электродами. Для заданных параметров ГИТ дисперсность получаемого мате­риала будет тем выше, чем больше диаметр ванны (или рас - 1 стояние между электродами) и мельче размеры макрочастиц исходного материала.

Рис. 4.37. Схема развития процессов при электрогидравлическом получении коллоидов металлов: а — контактирование макрочастиц; 6 — процессы в точке А

Контакта макрочастиц;

1 — макрочастицы металла; 2 — коллоидные частицы металла; 3 — лунка, выплавленная в металле разрядом; 4—канал разряда; 5—микрокапельки металла, выброшенные

Из лунки в жидкость

С повышением энергии импульса при заданных диаметре ванны и величине макрочастиц исходного материала дисперсность конечного продукта будет увеличиваться, если возрастание энер­гии импульса шло за счет повышения напряжения, и уменьшаться, если увеличение энергии импульса шло за счет возрастания емкос­ти накопителя ГИТ.

ГФизическая сущность происходящих процессов состоит в том, чтсгкаждый микрообъем металла, выплавленный микроразрядом, возникающим в точке контакта двух макрочастиц, затем действием микрокавитационного гидравлического удара выбрасывается в виде микрокапелек в жидкость, в процессе этого перемещения еще более диспергируясь действием мощного ультразвукового излучения, сопровождающего каждый электрогидравлический удар [5].

На рис. 4.37, а схематично показано, как контактируют между собой макрочастицы исходного материала, а на рис. 4.37, б при­ведена схема процесса диспергирования в одной из точек кон­такта А двух макрочастиц. Макрочастицы контактируют в жид­кости не непосредственно, а через ее пограничный слой. Возникаю­щий между частицами разряд выплавляет в каждой из них некото­рый объем материала. Выброшенный в виде капелек материал образует коллоид. Во время работы устройства для получения коллоидов металлов можно наблюдать, как при каждом электро­гидравлическом ударе возникают десятки тысяч микроразрядов и под действием микроэлектрогидравлических ударов интенсивно перемешиваются частицы материала, контактируя между собой все новыми и новыми участками своей поверхности. С течением времени загруженные в устройство макрочастицы превращаются в правильные шары, постепенно уменьшающиеся в диаметре. Расход энергии на получение коллоидов зависит от свойств

Измельчаемого материала, возрастая вместе с его тугоплавкостью и степенью измельчения.

^Применение электрогидравлики в порошковой металлургии Позволяет получать не только коллоиды всех металлов или прово­дящих соединений их, но и разнообразные смеси этих коллоидов, одновременно обеспечивая не только идеальное перемешивание их между собой, но и получение коллоидных порошков разно­родных металлов в виде смеси микрочастиц их сплавов~%27]. Коллоидные порошки металлов, проводящих соединен™ их, или смесей этих материалов получают в устройстве, принципиаль­ная схема которого приведена на рис. 4.38. Опилки, стружки и другие достаточно мелкие частицы измельчаемых металлов или их проводящих соединений, загруженные в устройство, находятся в нем в состоянии кипящего слоя и интенсивно переходят в кол­лоидное состояние под действием электрогидравлических ударов.

В некоторых случаях для получения относительно крупных порош­ков на устройство может быть подан и обычный переменный ток промышленной частоты [27].

При получении коллоидов представляет интерес метод распы­ления в жидкости металлических или других ВТЭ. Коллоид в этом случае получается тем более тонким, чем больше энергия импуль­са и чем полнее испаряется ВТЭ [6]. А так как при тепловом взрыве диаметр проводника и ток импульса могут быть подобраны таким образом, что проводник после взрыва без остатка обратится в пар, то это дает еще один метод получения коллоидных по­рошков путем непрерывной подачи на искровой промежуток, расположенный в жидкой или газовой среде, взрывающегося теп­лового элемента заданного диаметра. Элемент выполняется в данном случае из проволоки большой длины, намотанной на катушку.

Поскольку коллоидные частицы некоторых проводящих мате­риалов могут быть получены и непосредственно из руд (и даже из находящихся под землей), то для тех случаев, когда они могут идти в производственный процесс порошковой технологии сразу и без дополнительной обработки, оба эти способа получения по­рошков также представляют большой интерес.

Для получения идеально перемешанных смесей коллоидов различных проводящих материалов в устройство (см. рис. 4.38) загружается дозированное количество проводящих материалов, подлежащих измельчению, что и определяет затем заданную про - / порцию веществ в конечной смеси их коллоидов. Непроводящий коллоид, необходимый в смеси, добавляется при этом одновре­менно с загрузкой устройства. В результате контактов разнородных микрочастиц возникают комбинированные коллоидные частицы в виде микросплавов веществ, загруженных в устройство. Одно­временно находящиеся в устройстве частицы непроводящего • коллоидного порошка также увлекаются в общий процесс и обра­зуют в итоге сложные конгломераты идеально перемешанных

Рис. 4.38. Электрогидравлическое устройство для получения коллоидов различных металлов:

1 — положительный электрод; 2 — планка-держа­тель электрода; 3—отверстия в корпусе для выхода коллоида; 4 — сток коллоидного раствора;

5 — кожух стока; 6 — корпус устройства; 7 — по­дача жидкости или воздуха; 8—опилки или стружки металла в «кипящем слое»; .9 — контакт­ная пластина положительного электрода; 10 — дырчатое днище из диэлектрика; 11 — выход кол­лоида

И частично сплавленных коллоидных частиц. Этим способом можно получать жаропрочные и жароупорные сплавы.

Методами электрогидравлики также можно производить и уплотнение порошков, например, располагая различные типы электрогидравлических вибраторов или вибропрессов и синхро­низируя их работу таким образом, чтобы уплотняющее воздействие их на порошок осуществлялось одновременно с разных сторон. При уплотнении порошков с помощью теплового взрыва в некото­рых случаях целесообразно располагать ВТЭ в самом уплотняемом порошке, используя его как среду, передающую давления тепло­вого взрыва на материал [66]. При этом можно достичь равно­мерного уплотнения именно тех мест прессуемого изделия, которые при обычных методах прессования практически не уплотняются.

Уплотнение порошков (например, для полых изделий) осущест­вляется путем размещения в полости будущего изделия резиновой или другой эластичной капсулы, наполненной жидкостью с раз­мещенными в ней электродами, или ВТЭ [71]. В этом случае для более полной и эффективной передачи энергии разряда или теп­лового взрыва на обрабатываемый материал можно использовать описанный выше метод утяжеления жидкости [85]. Эффективность уплотнения при этом возрастает линейно, пропорционально утяжелению.

Изготовление полых изделий из порошков может осущёствлять - ся и без жидкости, как передающей энергию среды, при замене

Ее какой-либо пастой (типа глины) или каким-либо эластичным материалом (например, полиэтиленом) с размещением внутри их объема одного или нескольких ВТЭ (рис. 4.39). При этом режим обработки подбирается таким образом, чтобы уплотнение изделия осуществлялось сразу за один прием, так как повторе­ние тепловых взрывов для этого случая и сложно, и конструктив­но не всегда осуществимо. В качестве среды, передающей энергию теплового взрыва на обрабатываемый материал, вместо сплошных пластических или эластичных материалов можно применять также какие-либо сыпучие составы. В некоторых случаях, например, при уплотнении изделий большой длины, целесообразно в такие сы­пучие составы добавлять небольшие количества смачивающих жидкостей (например, керосина, бензина, эфира, воды), придаю­щих взрыву легко регулируемые метательные свойства.

Из новых областей применения коллоидных порошковых материалов определенными перспективами обладает применение их в сложных многокомпонентных смесях в литейном производст­ве в качестве материала для приготовления жидкотекучих быстро - твердеющих формовочных смесей, в мелиорации для закрепления грунтов, а также в качестве компонентов, улучшающих строитель­ные и другие качества бетонов и пластических масс.