Сфероидизация железного порошка в СВЧ- и гибридном плазмотронах

Выполнены исследования процесса сфероидизации железного пористого порошка с размером частиц от 45 до 85 мкм в режиме СВЧ-разряда и при совместном воздействии СВЧ и дугового разрядов в плазме азота и гелия. Порошок был приготовлен методом распыления воздухом и затем отожжен в среде водорода. В результате распыления в плазме получены полые сфероидизирванные частицы с толщиной стенки от 1 до 10 мкм. Определена доля сфероидизированных частиц порошка в общем их количестве. Выявлено, что при повышении мощности СВЧ-излучения от 1,5 до 5 кВт происходит линейное увеличение степени сфероидизации частиц железного порошка. При использовании режима гибридного плазмотрона наблюдается совмещение условий работы СВЧ-излучения с дуговым разрядом, что позволяет повысить температуру плазмы. При соотношении мощностей СВЧ и дугового разрядов 1 : 1 получена практически 100 %-ная сфероидизация железного порошка. Металлографическое исследование сфероидизированных частиц показало, что их конечный размер отличается от исходного примерно в 10 раз. Установлено, что независимо от режима сфероидизации происходит окисление железного порошка, которое обусловлено недостаточной степенью очистки плазмообразующих газов. Структура поверхности частиц при использовании азота или гелия в качестве плазмообразующего газа различна. Эксперименты показали, что применение гелия является более предпочтительным, так как в этом случае частицы имеют лишь незначительную шероховатость в сравнении со структурой частиц при сфероидизации на азоте.

1. Rujuta A., KatkarB., Robert М. 3D volume rendering and 3D printing. Dental Clinics of North America. 2018. Vol. 62. P. 393—402.

2. Ben E.S., Fuhrmann G.E. Volumetric covering printpaths for additive manufacturing of 3D models. Computer Aided Geometric Design. 2018. Vol. 100. P. 1—13.

3. Hing K., Chan J., Griffin J. The impact of 3D printing technology on the supply chain: Manufacturing and legal perspectives. Int. J. Prod. Econom. 2018. Vol. 205. P. 156—162.

4. Sambit G., Aditya B., Soumik S. Learning localized features in 3D CAD models for manufacturability analysis of drilled holes. Computer Aided Geometric Design. 2018. Vol. 62. P. 263—275.

5. Tim T., Stoyan S., Jessica B. Design, manufacture and test for reliable 3D printed electronics packaging. Microelectronics Reliability. 2018. Vol. 85. P. 109—117.

6. Wu P., Wang X. A critical review of the use of 3D printing in the construction industry. Automation in Construction. 2016. Vol. 68. P. 21—31.

7. Asgari H., Baxter C., Hosseinkhani K. On microstructure and mechanical properties of additively manufactured AlSi10Mg 200 °C using recycled powder. Mater. Sci. Eng. 2017. Vol. 707. P. 148—158.

8. Mercado J.G., Rojas T.W., Fleck B.A. Plasma transferred arc additive manufacturing of nickel metal matrix composites. Manuf. Lett. 2018. Vol.18. P. 31—34.

9. Sonia H., Chris T., Tim F. Selective recrystallization of cellulose composite powders and microstructure creation through 3D binder jetting. Carbohydrate Polymers. 2018. Vol. 200. P. 229—238.

10. Cheon S., Mun K., Lim S. Hydrogen-rich gas production from a biomass pyrolysis gas by using a plasmatron. Int. J. Hydr. Energy. 2013. Vol. 38. P. 14458—14466.

11. Shijie S., Zhuang M., Yanbo L. Preparation and characterization of ZrB2/SiC composite powders by induction plasma spheroidization technology. Ceram. Int. 2019. Vol. 45(1). P. 1258—1264.

12. Qijun L., Lin Z., Dongbin W. Porous Nb—Ti based alloy produced from plasma spheroidized powder. Results in Physics. 2017. Vol. 7. P. 1289—1298.

13. Shijie S., Zhuang M., Yanbo L. Induction plasma spheroidization of ZrB2—SiC powders for plasma-spray coating. J. Eur. Ceram. Soc. 2018. Vol. 38. P. 3073—3082.

14. Tong J. B., Lu X., Liu C.C. Numerical simulation and prediction of radio frequency inductively coupled plasma spheroidization. Appl. Therm. Eng. 2016. Vol. 100. P. 1198—1206.

15. Kaplanskii Yu.Yu., Korotitskiy A.V., Levashov E.A. Microstructure and thermomechanical behavior of Heusler phase Ni2AlHf-strengthened NiAl—Cr(Co) alloy produced by HIP of plasma-spheroidized powder. Mater. Sci. Eng. A. 2018. Vol. 729. P. 398—410.

16. Suresh К. Selvarajan V. Synthesis of nanophase alumina, and spheroidization of alumina particles, and phase transition studies through DC thermal plasma processing. Vacuum. 2008. Vol. 82. P. 814—820.

17. Hailong Z., Tong H., Cheng C. Study on behaviors of tungsten powders in radio frequency thermal plasma. Int. J. Refract. Met. Hard Mater. 2017. Vol. 66. P. 76—82.

18. Rui L., Mingli Q., Hua H. Fabrication of fine-grained spherical tungsten powder by radio frequency (RF) inductively coupled plasma spheroidization combined with jet milling. Adv. Powder Technol. 2017. Vol. 28. P. 3158— 3163.

19. Zhen D., Yongge C., Chaoyang M. Effect of Main Operating Parameters on Al2O3 Spheroidization by Radio Frequency Plasma System. Rare Met. Mater. Eng. 2017. Vol. 46. P. 333—338.

20. Yuming W., Junjie H., Yanwei S. Spheroidization of Nd— Fe—B powders by RF induction plasma processing. Rare Met. Mater. Eng. 2013. Vol. 42. P.1810—1813.

21. Kumar S., Selvarajan V. Plasma spheroidization of iron powders in a non-transferred DC thermal plasma jet. Mater. Characterization. 2008. Vol. 59. P. 781—785.

22. Wei W., Wang L., Chen T. Study on the flow properties of Ti—6Al—4V powders prepared by radio-frequency plasma spheroidization. Adv. Powder Technol. 2017. Vol. 28. P. 2431—2437.

23. Shekhovtsov V.V., Volokitin G.G., Kondratyuk A.A., Vitske R.E. Fly ash particles spheroidezation using low temperature plasma energy. IOP Conf. Ser.: Mater. Sci. Eng. 2016. Vol. 156. No. 012043.