Порошковая металлургия
Введение
Порошковая металлургия занимается получением изделий из исходных материалов в виде порошков.
Основными элементами технологии являются: получение и подготовка порошков исходных материалов, формование из подготовленной шихты изделий требуемой формы и плотности и спекание спрессованных изделий для придания им требуемых физико-механических свойств.
Развитие порошковой металлургии обусловлено особыми технологическими преимуществами получения изделий. Методами порошковой металлургии стало возможным получать изделия из особо тугоплавких металлов, сплавы и изделия из нерастворимых друг в друге металлов (W иCu, Fe и Pb), изделия из композиций металлов с различными неметаллическими материалами, пористые материалы с контролируемой пористостью, металлы особо высокой чистоты и др. Безотходность. Отсутствие обработки.
Свойство и характеристики металлических порошков
В зависимости от размеров частиц порошки разделяются на ультратонкие (до 0,5 мкм), весьма тонкие (0,5-10 мкм), тонкие (10-40 мкм), средние (40-150 мкм) и грубые (150-500мкм).
По форме частицы порошков разделяют на основные группы:
1) волокнистые, длина которых значительно больше других размеров,
2) плоские, длина которых и ширина которых значительно больше толщины,
3) равноосные, имеющие примерно одинаковые размеры по трем осям.
Основные технологические св-ва порошка – текучесть, прессуемость, спекаемость- определяются в первую очередь такими характеристиками порошка, как удельная поверхность, гранулометрический состав (разнозернистость), форма частиц, насыпной вес, относительная плотность, относительный объем и пористость.
Текучесть порошка - комплексная характеристика, зависящая от плотности, формы и размера частиц, состояния поверхности частиц, влажности и т.д.
Повышенная текучесть способствует хорошему и быстрому заполнению полости прессформы, особо важное значение она имеет при автоматическом прессовании заготовки.
Прессуемость - порошка характеризует его способность к уплотнению под действием внешней нагрузки и прочностью сцепления частиц после прессования.
Прессуемость порошка зависит от пластичности материала частиц, их размеров и формы. Чем выше пластичность материала частиц и сложнее их форма, тем лучше прессуемость порошка. Прессуемость порошка повышается с введением в его состав поверхностно- активных веществ.
Спекаемость порошка зависит от многих фактров и определяется усадкой в процессе спекания или прочностью на изгиб опытных образцов.
Методы получения порошков металлов и тугоплавких соединений
Методы производства металлических порошков разделяются на две группы:
1) физико-механические, при которых металлические порошки получают в результате измельчения твердых или жидких металлов или сплавов без изменения их химического состава,
2) физико-химические, в результате которых происходят физико-химические превращения исходного материала и получаются металлические порошки, как правило, отличающиеся от исходного материала по химическому составу.
Физико-механические методы. Для механического измельчения твердых и хрупких металлов и сплавов применяются шаровые, вибрационные, молотковые мельницы и бегуны. Измельчение и истирание мелких кусочков материала происходит вследствие столкновения их с тяжелыми и твердыми телами-стальными шарами, бегунами, молотками.
Шаровые мельницы могут быть разные по размерам и конструкции. Емкость барабанов колеблется от 0, 05 до 0, 2 м3.
Вибрационные мельницы более эффективны, чем шаровые, процесс измельчения в вибрационных мельницах идет значительно быстрее. Принцип действия этой мельницы заключается в том, что ее корпус совершает круговые колебания высокой частоты, под воздействием которых измельчаемый материал вместе с размолотыми телами совершает сложное движение.
Пластичные материалы измельчают в вихревых мельницах. Измельчение происходит в результате столкновения частиц друг с другом и со стенками под воздействием вихревых потоков воздуха или инертного газа, создаваемых пропеллерами.
Различные методы измельчения жидкого металла основаны на распылении струи металла кинетической энергией воды, парами газа, гранулировании металла при литье в воду и на распылении струи металла при литье на быстровращающийся диск.
Получаются частицы округлой формы. Эти методы применимы для получения порошков из легкоплавких металлов и сплавов олова, свинца, алюминия и меди, а также из железа, стали, чугуна и ферросплавов. Методы измельчения жидкого металла имеют высокую производительность и дают наиболее дешевые порошки.
Физико-химические методы. К этим методам относят восстановление окислов металлов, электролиз, термическую диссоциацию, химическое измельчение межкристаллической коррозией и др.
Окислы металлов можно восстанавливать газообразными и твердыми восстановителями, в том числе и металлами, например, натрием, кальцием, алюминием, магнием и др.
Наибольшее практическое применении в качестве восстановителей имеют газообразные углеродистые и углеводородистые соединения (природный, доменный), твердый углерод (сажа), и водород.
Наиболее эффективным восстановителем является водород, но он дорог и опасен.
Водородом восстанавливают W, Mo, Ni, Fe, Co, а также трудновосстанавливаемые окислы хрома, алюминия и др.
Для получения порошка железа из окислов в качестве наиболее дешевого исходного продукта применяют окалину, а восстановителем- природный газ.
Электролизом водных растворов солей можно получать тонкие и чистые порошки разных металлов и сплавов.
Электролиз расплавленных солей и комплексных соединений применяют для получения порошков металлов (тантала Ta, ниобия Nb, циркония Zr, титанаTi), которые трудно получить другими методами.