Медь составила 90% захваченных частиц при разделении металлических порошков новым методом

Загрязнение металлических порошков частицами других материалов приводит к потерям сырья при производстве высокоточных деталей. Исследователи из Университета штата Мэн разрабатывают способ разделения таких смесей, чтобы в перспективе возвращать порошки в производство.

По словам ведущего исследователя, доцента кафедры машиностроения Башира Ходы, проблема затрагивает аэрокосмическую промышленность, системы хранения энергии, инструментальное производство, биомедицинские устройства и электронику. Возврат материалов в оборот мог бы снизить зависимость этих отраслей от нестабильных поставок сырья.

Как вращение помогает разделять порошки

Метод SHAPE основан на захвате частиц с помощью сдвига. Ученые помещали смесь металлических порошков в жидкость, обрабатывали ее во вращающейся установке с регулируемой скоростью, а затем захватывали разделенные частицы на тонкой полимерной пленке.

В экспериментах использовали микрочастицы алюминия и меди диаметром до 25 микрометров. Скорость вращения меняли в диапазоне от 200 до 1500 оборотов в минуту.

При скорости около 200 об/мин примерно 87% частиц, захваченных на подложке, составлял алюминий. При увеличении скорости до 1500 об/мин состав менялся: около 90% захваченных частиц приходилось на медь. Таким образом, настройка параметров процесса позволяла избирательно захватывать частицы разных металлов.

Высокая селективность — еще не высокий выход

Результат в 90% характеризует долю меди среди захваченных частиц, а не долю меди, извлеченной из исходной смеси. Общий выход материала в лабораторных опытах оставался очень низким.

«Нынешнее исследование демонстрирует избирательность механизма, а не готовый к промышленному применению процесс извлечения», — пояснил Хода. Следующая задача команды — увеличить количество перерабатываемого и извлекаемого материала, сохранив селективность.

Что предстоит проверить перед масштабированием

Исследователи планируют изучить, как на результат влияют размер и геометрия подложки, использование нескольких подложек, загрузка частиц, концентрация полимера и время обработки. Также они рассмотрят непрерывный и многоступенчатый режимы работы.

Отдельная задача — проверить пригодность полученных порошков к повторному использованию. Для этого команда оценит их химический состав, морфологию, текучесть и производственные характеристики.

В долгосрочной перспективе ученые рассчитывают автоматизировать процесс с применением искусственного интеллекта. Их цель — создать масштабируемую систему, которая сможет разделять загрязненные порошки и возвращать пригодный материал в аддитивное производство и другие отрасли.

Фото: Университет штата Мэн