Смешивание порошковых многокомпонентных смесей

Смешивание является одной из первых основных операций процесса производства изделий из порошковых сталей. Смешивание заключается в приготовлении однородной механической смеси из неметаллических и металлических порошков, имеющих разную форму частиц порошков, различный химический, а также гранулометрический состав, и отличающихся технологическими и химическими свойствами.

Главная задача смешивания - получение макрооднородной смеси различных отдельных частиц порошков при их начальном произвольном расположении между собой.

На результат смешивания оказывают влияние следующие факторы: форма частиц, их средний размер, число смешиваемых компонентов, гранулометрический состав как общий и так и по отдельным компонентам, плотность компонентов, соотношение их количеств и степень их различия, коэффициент трения между частицами, их способность к агрегации и даже степень изменения гранулометрического состава, а также конструкция смесителя [1-3].

Приняв во внимание все перечисленные факторы, можно сделать вывод, что смешивание является случайным процессом. Поэтому количественное соотношение компонентов в порошковой смеси следует описывать вероятностными величинами. Количественным критерием оценки однородности порошковой смеси служит ее среднеквадратичное отклонение от среднего значения является.

В современных исследования время смешивания выбирается так, чтобы более 95% проб соответствовали требованиям.

Из литературных источников [2, 4] следует, что при продолжительности смешивания более 3 часов однородность смеси меняется незначительно. При

этом начинается измельчение частиц порошка и их взаимодействие, которое является нежелательным.

В практике порошковой металлургии для смешивания применяются различные смесительные устройства, такие как шаровые вращающиеся мельницы, атритторы, вибрационные мельницы, планетарно -центробежные мельницы, вихревые и пр.

В случае смешивания смеси с сильным отличием количества различных компонентов, сначала готовят вспомогательную смесь, которую называют лигатурой. При этом соотношение компонентов в ней берут 50:50. Далее к этой смеси добавляют оставшийся порошок [4, 5].

В настоящее время на предприятиях порошковой металлургии проводят мокрое смешивание. Мокрое смешивание - это смешивание с добавлением жидкости, которая препятствует разделению смеси по компонентам. В качестве жидкостей для смешивания могут использоваться спирт, ацетон, вода с ингибиторами коррозии и др. Такой вид смешивания имеет свои преимущества, оно более интенсивнее, чем сухое, так как в присутствии жидкости снижается коэффициент трения, ослабляется действие электростатических сил, практически весь материал участвует в смешивании, не оседая на стенках смесителя, поэтому после смешивания готовая смесь получается требуемого химического и гранулометрического состава. Применение мокрого смешивания требует и дополнительных операций, таких как удаление влаги и последующая сушка готовой смеси.

По конструктивным особенностям смесители можно разделить на аппараты с вращающимся и неподвижным корпусом. По механизму смешивания на конвективные, диффузионные и конвективно-диффузионные. По характеру технологического процесса они делятся на аппараты периодического и непрерывного действия [6-9].

В работах [6-9] указывается на равномерное распределение компонентов

порошковой смеси при смешивании в планетарно-центробежных мельницах. Измельчение частиц в планетарно-центробежных мельницах (ПЦМ) происходит гораздо интенсивнее, чем в мельницах других типов.

Большое преимущество ПЦМ это то, что смешивание может происходить в нескольких барабанах, количество барабанов варьируется от 2 до 5 и даже более. Направление вращения барабанов может, как совпадать с направлением вращения общего для них вала, так и быть противоположным.

Поведение размольных тел в движущемся барабане зависит от скоростей вращения относительно обеих осей.

С увеличением скорости вращения барабанов можно наступает режим "отрыва". Размольные тела начинают перекатываться в сегменте и вращаются вокруг своих центров тяжести. При дальнейшем увеличении оборотов наступает "водопадный" режиме работы, как в шаровой вращающейся мельнице.

В первом режиме работы ПЦМ измельчение материала идет за счет истирания между внутренней поверхностью барабана и наружной поверхностью шаров.

При работе в режиме "отрыва" истирание происходит во всем объеме шаровой загрузки, также добавляется ударное воздействие со стороны размольных тел, которое усиливается по мере увеличения скоростей вращения [9].

Главным недостатком многих мельниц и в том числе ПЦМ является загрязнение материала из-за натирания материала шаров [9].

К достоинствам ПЦМ можно отнести их высокую удельную производительность, низкую металлоемкость, высокую энергоемкость. Они могут работать также в режиме самоизмельчения, без загрузки мелющих тел. При этом измельчение происходит главным образом истиранием . Самым

большим их преимуществом является интенсификация процесса измельчения приводит к большему КПД по сравнению с другими мельницами.

Но у ПЦМ имеются и серьезные недостатки: знакопеременные нагрузки, которым подвергаются подшипники создают большие проблемы с масштабированием планетарных мельниц; они предназначены в основном для мокрого помола продукта из-за невозможности эффективного отвода образующегося при помоле тепла.

При попадании в среду сверхвысоких контактных взаимодействий внутри барабанов, материалы не только измельчаются, но и «заряжаются» энергией, которая может очень сильно изменить их физические и химические свойства, то есть может произойти процесс механоактивации материалов. Механоактивация позволяет создавать материалы с новыми свойствами, приобретенными в результате механохимических реакций, происходящих при измельчении [10-13].

1.2.