Исследование особенностей кристаллизации гранул высокопрочных алюминиевых сплавов системы Al-Zn-Mg-Cu при сверхвысоких скоростях охлаждения

Приводятся результаты исследований процесса получения гранулированных материалов из высокопрочных алюминиевых сплавов системы Al - Zn - Mg - Cu центрифугированием расплава со сверхвысокими скоростями охлаждения гранул. Вводится понятие «паровой рубашки», а именно паровой прослойки, возникающей между телом гранулы и охлаждающей жидкостью, препятствующей интенсивности отвода тепла и являющейся препятствием увеличения скорости кристаллизации за счет меньшей теплопроводности паров воды. Установлено, что образование паровой прослойки происходит всегда ввиду нагрева слоев охлаждающей жидкости, контактирующих с каплей расплава до температур кипения и перехода охладителя из жидкой фазы в пар. Предлагается технология повышения скорости кристаллизации гранул за счет постоянного удаления паровой прослойки. Удаление (сбив) паровой оболочки, возникающей вокруг капли, происходит за счет высокой скорости движения капли в охлаждающей среде. Принципиально важным при промышленной реализации данной технологии является не столько конструкция устройства для получения гранул центрифугованием расплава, а высокая необходимая скорость вращения разбрызгивающего тигля рассматриваемого устройства. Приведены результаты полученных экспериментальных данных для определения необходимой скорости вращения перфорированного стакана, обеспечивающей создание достаточной первоначальной скорости движения капли, приводящей к постоянному «сбиву» образующейся «паровой рубашки». Определено, что повышение скоростей отвода тепла от кристаллизуемых гранул и, как результат, увеличение скорости кристаллизации приводят к повышению прочностных характеристик гранулированных алюминиевых сплавов системы Al-Zn-Mg-Cu. В частности, при производстве прессованных полуфабрикатов из сплавов системы Al-Zn-Mg-Cu, таких как В95, В96ц, увеличение прочностных характеристик материала прессованных изделий составляет до 15 % по сравнению с теми же гранулированными материалами, полученными традиционными методами с промышленными скоростями кристаллизации капель расплава. Установлено, что предлагаемый метод, основанный на удалении паровой прослойки вокруг образующейся гранулы, является единственно возможным для дальнейшего увеличения скорости охлаждения и, как следствие, скорости кристаллизации. Уменьшение размеров гранул до размеров порошинок приводит к серьезным технологическим проблемам при дальнейшей консолидации гранул и по сути является тупиковой ветвью дальнейшего развития методов гранулирования.