Разработка феноменологической модели воздушно-центробежной классификации порошков прецизионного сплава Ковар

Актуальной задачей является разработка моделей влияния режимов работы классификатора на гранулометрический состав тонких фракций порошка, выделяемых воздушно-центробежным методом, так как использование ситовой классификации не эффективно для пылевой фракции порошков с размером менее 40 мкм, имеющей большой потенциал применения вне классических аддитивных технологий. В рамках данной работы тонкая фракция порошка прецизионного сплава Ковар классифицировалась для использования в технологии инжекционного литья порошков – PIM. Цель работы – построение феноменологических зависимостей, позволяющих подбирать режимы воздушно-центробежной классификации для получения фракции порошка с заданным гранулометрическим составом. Для определения гранулометрического состава и морфологии порошка использовались методы лазерной дифракции и растровой электронной микроскопии. Описана методика изоконверсионного анализа гранулометрического состава, позволяющая модельно-независимо (то есть без гипотез о виде кинетической модели) получать однофакторные зависимости влияния частоты воздушно-центробежной классификации на гранулометрический состав итоговой фракции получаемого порошка. Практическая значимость данного результата заключается в возможности получения фракций порошка с заданным средним размером частиц для любой комбинации «порошок исходного гранулометрического состава – прибор для воздушно- центробежной классификации».

1. Groarke R, Vijayaraghavan RK, Powell D, Rennie A, et al. Powder characterization – methods, standards, and state of the art. In: Fundamentals of laser powder bed fusion of metals. Elsevier; 2021. p. 491-527. DOI:10.1016/B978-0-12-824090-8.00006-8

2. Shvab AV, Evseev NS. Modeling the process of particle fractionation in a pneumatic centrifugal apparatus. Journal of Engineering Physics and Thermophysics. 2016;89(4):829-839. DOI:10.1007/s10891-016-1443-3

3. Pittenger B. Sampling and classification of powders. In: Samal P, Newkirk J, eds. Powder metallurgy. ASM International; 2015. p. 95-110. DOI:10.31399/asm.hb.v07.a0006115

4. Piotter V, Bauer W, Knitter R, Mueller M, et al. Powder injection moulding of metallic and ceramic micro parts. Microsystem Technologies. 2011;17(2):251-263. DOI:10.1007/s00542-011-1274-2

5. Semenov AB, Kutsbakh AA, Muranov AN, Semenov BI. Metallurgy of thixotropic materials: the experience of organizing the processing of structural materials in engineering Thixo and MIM methods. IOP Conference Series: Materials Science and Engineering. 2019;683(1):012056. DOI:10.1088/1757-899X/683/1/012056

6. Momeni V, Hufnagl M, Shahroodi Z, Gonzalez-Gutierrez J, et al. Research progress on low-pressure powder injection molding. Materials. 2023;16(1):379. DOI:10.3390/ma16010379

7. Kablov EN, Evgenov AG, Ospennikova OG, et al. Metal power compositions for the EP648 heat resistant alloy manufactured by all-Russian research institute for aircraft materials VIAM for selective laser melting, laser metal deposition and metal injection molding technologies. Izvestiya vysshikh uchebnykh zavedeniy. Mashinostroenie. 2016;117:62-80. DOI:10.18698/0536-1044-2016-9-62-80 (In Russ.)

8. Lytvynenko A, Pavlenko I, Yukhymenko M, Ostroha R, et al. Hydrodynamics of two-phase upflow in a pneumatic classifier with the variable cross-section. Cham: Springer; 2020. p. 216–227. DOI: 10.1007/978-3-030-50491-5_21

9. Ivanov OO, Dolgunin VN, Tarakanov AG, Zhilo AA, et al. Evolution of separation effects under variable conditions of gravity flows of granular materials. Journal of Advanced Materials and Technologies. 2022;7(3):181-191. DOI:10.17277/jamt.2022.03.pp.181-191

10. Evseev NS, Belchikov IA. Study of the classification process of fine powders of the Hf-Ti-Cr-FeV-N high-entropy system. Proceedings of the XII All Russian Scientific Conference on Current Issues of Continuum Mechanics and Celestial Mechanics. Singapore: Springer Nature; 2024. p. 35-40. vol. 412. DOI:10.1007/978-981-97-1872-6_6

11. Golovkin РA. The effect of heat treatment on the size stabilization of precision parts made of 29NK-VI precision alloy. Assembling in Mechanical Engineering and Instrument-Making. 2021;(2021/07) DOI:10.36652/0202-3350-2021-22-7-320-323

12. Zhu J, Pan L, Liu Z, Liu L Hua, et al. Enhancing the strength and plasticity of Kovar alloy without sacrificing thermal expansion properties. Journal of Alloys and Compounds. 2024;1009:176860. DOI:10.1016/j.jallcom.2024.176860

13. Kitaev VN, Safonov DI Kiryunin АE, Khovanova EK. Engineering solution on compensation of the complementary temperature errors in threshold pressure difference diaphragm sensors. Nadezhnost′ i kachestvo slozhnykh sistem. 2024;2(46):72-79. DOI:10.21685/2307-4205-2024-2-8 (In Russ.)

14. Bittelli M, Pellegrini S, Olmi R, Andrenelli MC, et al. Experimental evidence of laser diffraction accuracy for particle size analysis. Geoderma. 2022;409:115627. DOI:10.1016/j.geoderma.2021.115627

15. Titov YuV, Logacheva AI, Belan DYu, Kuznetsov AA. Properties of powder produced by a highspeed method. Russian Engineering Research. 2017;37(5): 462-463. DOI:10.3103/S1068798X17050227

16. Zhu J, Pan L, Liu Z, Liu L hua, et al. Accelerating densification in Kovar alloy powders prepared by watergas combined atomization. Intermetallics. 2024;170: 108330. DOI:10.1016/j.intermet.2024.108330

17. Logacheva AI, Gusakov MS, Sentyurina ZhA, Logachev IA, et al. Manufacture of NiAl-based rods for plasma centrifugal spraying using mechanochemical synthesis. Russian Metallurgy (Metally). 2017;2017(5): 432-440. DOI:10.1134/S003602951705007X