Порошковая металлургия своими руками

Добавил пользователь Валентин П.
Обновлено: 04.10.2024

Порошковая металлургия — технология производства порошков, а также изготовление из порошков заготовок и деталей.

Способы получения порошков в зависимости от природы сырья подразделяют на механические и физико-химические. Эти технологии могут сочетаться.

Механические способы не изменяют химического состава сырья, их используют для его измельчения (стружки, обрезков металла и т. п.). Измельчение проводится в механических мельницах. Размолом получают порошки сплавов со строго заданным составом. Размол эффективен для получения порошков хрупких материалов (например, кремния). К механическим методам относится также распыление расплавленного металла струей нейтрального газа или жидкости. Так, в частности, получают порошок для изготовления порошковых быстрорежущих сталей.

При производстве порошков физико-химическими способами происходит изменение химического состава сырья. Эти способы более универсальны, чем механические. В ряде случаев они весьма экономичны. Так, можно использовать окалину для получения железных порошков путем ее восстановления. Кроме того, порошки некоторых материалов (например, карбидов тугоплавких металлов при производстве твердых сплавов) могут быть получены только физико-химическими способами. Приведем некоторые примеры.

Карбид вольфрама получают, проводя последовательные реакции получения оксида вольфрама — чистого вольфрама — оксида вольфрама. Исходный продукт — вольфрамовая кислота: H₂W0₄ —> W0₃ + Н₂0; W0₃ + ЗН₂ —> W + ЗН₂0

Карбид титана (TiC) получают восстановлением оксида титана: ТЮ + С₂Н₂ -? TiC + СО + Н₂.

Карбонильным методом — диссоциацией под действием высокой температуры (физическое воздействие) — получают, например, нитрид кремния [в результате термического разложения диамида кремния Si(NH₂)].

Для удаления оксидных пленок и снятия наклепа для повышения пластичности полученные порошки могут быть подвергнуты отжигу в вакууме или соответствующей атмосфере (например, восстановительной). При необходимости использования зерен близких размеров производят разделение порошков на фракции с помощью набора сит.

Наиболее распространенный метод приготовление смесей — размол в шаровых мельницах. При этом происходит измельчение порошков, а в многокомпонентных системах и их перемешивание для получения однородной массы. Наибольшее распространение получил размол в жидкой среде. При наличии жидкости в тонких щелях в частицах сырья вследствие капиллярных сил создается повышенное давление. Это приводит к распространению трещины в частицах, их разрушению и, таким образом, измельчению, а также к расширению промежутков между частицами в конгломератах, а затем и расчленению конгломератов, что облегчает смешивание порошков. Для мокрого размола используются различные органические жидкости: этиловый и метиловый спирты, ацетон, бензин. Время размола — от 2-3 до 4-5 сут в зависимости от требований к дисперсности порошков. По окончании мокрого размола избыток жидкости сливается, дальнейшее отделение жидкости осуществляется от- жатием или центрифугированием с последующей сушкой в восстановительной атмосфере при температуре 650. 750 °С.

Порошковая металлургия – отрасль промышленности, включающая в себя определенный набор способов производства металлических порошков, а также изготовление деталей из этих материалов. Это направление металлургии как способ получения готовых изделий начало активно развиваться около ста лет назад.

Плюсы производства

Такой способ производства деталей имеет ряд преимуществ, которые позволяют ему вытеснять более дорогие методы обработки металлов: литье, ковку и штамповку.

Существующий ряд преимуществ:

Экономичность – исходным материалом для изготовления порошков являются разного типа отходы, например, окалина. Этот отход металлургического производства больше нигде не используется, а методы порошковой металлургии позволяют компенсировать такие технологические потери.
Точность геометрических форм деталей. Изделия, изготовленные методом порошковой металлургии, не нуждаются в последующей обработке резанием. Следовательно, производство осуществляется с низким процентом отходов.
Высокая износостойкость изделий.
Простота технологического процесса.

Технология производства методом порошковой металлургии имеет много общего с изготовлением керамических изделий.

Эти процессы объединяет то, что сырьевой материал (в одном случае это песок и глина, в другом – металл) погружается в раскаленную печь. В итоге получается пористая структура материала. Такая схожесть технологических процессов привела к тому, что детали, изготовленные методом порошковой металлургии, называют металлокерамическими.

Технологический процесс производства порошков

Получение металлокерамической детали начинается с изготовления порошков. Порошки бывают разных фракций и различных размеров. Отсюда – различие в способах их производства.

Существуют две группы принципиально разных методов получения порошков:

Физико-механические методы – измельчение посредством механического воздействия на металлические частицы в твердой или жидкой фазе. Эти методы основаны на комбинировании статических и ударных нагрузок.
Химико-металлургические методы – изменение фазового состояния исходного сырья. Это восстановление окислов и солей, электролиз, термическая диссоциация карбонильных соединений.

Имеются ключевые моменты применяющихся способов производства металлических порошков:

Шаровой способ – мелкие металлические обрезки со стружкой дробятся и перетираются в шаровой мельнице.
Вихревой способ – нагнетание в специальных мельницах (при помощи вентиляторов) сильного воздушного потока, приводящего к взаимному столкновению частиц металла. На выходе получается качественно измельченный порошок, с блюдцеобразной формой зерен.
Применение специальных дробилок. Принцип действия таких устройств основан на измельчении металлических частиц с помощью ударного воздействия падающего груза.
Распыление – легкоплавкий металл, находящийся в жидкой фазе, распыляется потоком сжатого воздуха. После этого его отправляют для размельчения к быстровращающемуся диску.
Электролиз – металл восстанавливается из расплава под воздействием электрического тока, что делает его хрупким. Это свойство дает ему возможность легко перемалываться в мельнице до состояния порошка. Форма зерен порошка при этом дендритная.

Физико-механические методы

Порошок требуемых фракций получают в центробежных мельницах разного типа.

Первичное измельчение – промежуточный этап производства порошков. Его осуществляют в конусных и валковых дробилках. В этих устройствах получат мелкие частицы металла с размером, не превышающим 1 см.

Процедура измельчения может длиться, в зависимости от применяемой технологии, от одного часа до 3–4 суток. Когда требуется сократить этот процесс, применяются уже не шаровые, а вибрационные мельницы.

В таких мельницах интенсивность процесса возрастает за счет присутствия усилий резания и создания переменных напряжений. Окончательный размер порошковых частиц составляет от 0,009 мм до 1 мм.

С целью повышения производительности процесса измельчения, его осуществляют в условиях жидкостного воздействия – для недопущения распыления металла. Объем задействованной жидкости составляет 40% от массы измельчаемых частиц.

Для измельчения твердосплавных частиц применяют планетарные центробежные мельницы. Отрицательной стороной работы такого устройства считается периодичность ее работы.

Физико-механические методы не подходят в случае необходимости измельчения цветных металлов, обладающих высокой пластичностью. Пластичные металлы измельчаются вихревыми мельницами, их принцип действия основан на измельчении частиц путем их взаимных ударов.

Химико-металлургические методы

Чаще остальных применятся метод восстановления железа. Выполняется он из рудных окислов или окалины, образующейся в процессе горячей прокатки. Во время реакции восстановления металла нужно постоянно отлеживать количество газообразных соединений в составе порошка.

Превышение предельно допустимой нормы их содержания, приведет к повышенной хрупкости порошка. А это, в свою очередь, делает невозможным операцию прессования. Если избежать этого превышения не удалось, применяют вакуумную обработку, удаляющую большое количество газов.

Способ, основанный на распылении и грануляции – самый дешевый и простой при получении порошков. Дробление происходит под воздействием струй расплава или инертного газа. Распыление осуществляется с помощью форсунок. Регулируемые параметры процесса распыления – температура и давление газового потока. Охлаждение – водяное.

Применение электролиза как метода производства порошков наиболее целесообразно для задачи получения медных порошков, которые имеют высокую степень чистоты.

Производство порошковых изделий

Свойства металлических порошков

Порошки, как и любой другой материал, имеет ряд стандартных свойств, которые влияют на его технологическую пригодность. Специалисты к ним относят следующие свойства:

плотность порошков, именуемая пикнометрической, определяется химической чистотой порошка и степенью его пористости;
насыпной плотностью порошков называется его масса, полученная при свободном наполнении емкости определенного объема;
текучестью порошков считается быстрота наполнения емкости определенного объема. Это очень важный технологический параметр, потому как от него зависит производительность последующего прессования;
пластичность – свойство порошков принимать заданную форму и сохранять ее после прекращения нагрузки.

Получение изделий из порошков

В независимости от метода получения металлических порошков, его дальнейший путь лежит через обработку давлением с помощью специальных пресс-форм.

Для формообразования изделий из порошков применяют прессование с применением пресс-форм, прокатку и шликерную формовку.

Последняя является аналогом литья расплавленного металла в форму. Таким способом изготавливаются детали, имеющие форму тел вращения.

Формовка

Формование порошков – подготовительная операция, предваряющая процесс прессования. Включает в себя термообработку, подготовку смеси и дозировку. Повысить свойства пластичности порошков помогает термический отжиг.

Термообработка проходит в среде защитных газов при температуре от 40 до 60 процентов от температуры плавления металла. Для получения однородности состава порошков, они подвергаются обязательно операции сепарирования: просеивания металлических частиц через специальные сита. Только после того, как порошок просеян, следует переходить к приготовлению смеси порошков нужного состава.

Прессование

Суть процесса прессования заключается в плотном соединении частичек металлического порошка друг с другом. Рабочее давление механического пресса при этом составляет от 1 до 6 тыс. кг на квадратный сантиметр.

Изделия, полученные прессованием, не имеют высоких прочностных характеристик. Поэтому им требуется термообработка, заключающаяся в спекании порошков. Частицы металла в процессе расплавления образуют между собой крепкие межатомные связи, делая деталь однородной по своей структуре.

Стоит отметить, что часто операции прессования и спекания объединены в одну – горячее прессование.

Причем нагрев в этом случае осуществляют токами высокой частоты.Производство деталей из порошков методом горячего прессования значительно сокращает время, затрачиваемое на их изготовление.

Этот фактор позволяет экономить энергетические ресурсы и снижает себестоимость производства изделий.

Области применения деталей порошковой металлургии

Порошковая индустрия как способ изготовления и обработки металлов очень разнообразен по своим технологическим методам. Это дает возможность получать детали требуемого состава и необходимых свойств.

Применяя методы порошковой металлургии производства, специалисты могут производить новейшие композитные материалы, получения которых традиционными методами невозможно. Производство деталей машин и механизмов из металлических порошков дает существенную экономию на материале, за счет получения низкого расходного коэффициента.

Металлокерамические изделия применяются в широком спектре областей приборостроения, радиоэлектроники и машиностроения. Применяются порошки и в производстве режущего инструмента: резцов, сверл.

Производство изделий из металлических порошков в настоящий момент имеет высокую степень автоматизации. Технологическая простота операций позволяет применять работников без высокой квалификации. Эти факторы благоприятно отражаются на себестоимости продукции порошковой металлургии.

При уровне пористости порошков, который не превышает норму, они не уступают по показателю коррозионной стойкости. Особенно деталям, изготовленными стандартными способами.

Изделия порошковой металлургии обладают способностью хорошо переносить резкие скачки температур. Поэтому они применяются в средах, работающих в таких условиях.

Детали узлов трения

Специфика применения металлокерамических изделий обусловлена их свойством хорошо удерживать смазочные материалы. Эта их особенность определяется пористой структурой.

Это свойство способствует изготовлению из порошков деталей, испытывающих в своей работе трение: подшипники скольжения, направляющие втулки, вкладыши, щетки электродвигателей.

Пористая структура подшипников из порошков позволяет пропитывать их маслом. Впоследствии смазка попадает на трущиеся поверхности. Такие подшипники получили название самосмазывающиеся.

Они имеют следующие достоинства:

экономичность – применение таких подшипников позволяет уменьшить расход масла;
износостойкость;
экономия на материале. Замена дорогостоящей бронзы и баббита на железо.

Свойство пористости металлокерамических деталей специалисты могут усилить, если при изготовлении добавлять в них графит, который, как известно, обладает высокими смазывающими свойствами. Подшипники с повышенным содержанием графита не нуждаются в применении масла.

Композитные материалы

Большое развитие порошковая индустрия получила с развитием высокотехнологичной техники, требующей изделий из композитных материалов. Отличие композитов от сплавов состоит в возможности получать прочные соединения разнородных металлических и неметаллических компонентов.

Выплавка традиционным способом в металлургических печах не создает растворов, например, вольфрама и меди. После возникновения композитных материалов эта проблема была решена.

Достигается такой результат обыкновенным смешиванием нужных компонентов, приданием формы на прессе с последующим спеканием.

Ядерное топливо также является композитным материалом.

Твердые сплавы

Твердосплавные изделия получают методами металлокерамики. Повышенная твердость достигается включением в состав карбидных включений. Как известно, с увеличением доли углерода в металле, возрастает его твердость.

Карбидные соединения дают высокую вязкость, сохраняя прочностные свойства порошка. Металлокерамические детали нужны там, где необходима их высокая износостойкость. Чаще всего, это режущий инструмент, а также твердосплавные матрицы и пуансоны для листовой штамповки.

Порошковая металлургия

Контактные материалы

Изделия из электроконтактных материалов. Порошковая индустрия незаменима для производства электрических контактов, применяемых в электронике и радиотехнике. В этих отраслях применяются так называемые ферромагнитные порошки.

Другие сферы применения порошков

Еще одним полезным свойством порошков является их жаростойкость, что позволяет применять их в различных тормозных механизмах. Жаростойкие свойства металлокерамики возрастают с добавлением в ее состав хрома, никеля и вольфрама.

Практически все современные магнитные детали производятся из металлических порошков. Технология порошковой металлургии позволяет получить соединения железа с различными силикатами.

Применяют металлокерамические изделия также для фильтрации газов и горючих веществ.

Недостатки порошков

Среди недостатков методов порошковой металлургии следует выделить невозможность изготовления деталей, имеющих сложную геометрическую форму, а также относительно небольшой размер изделий. Прочность и однородность структуры порошков уступает деталям, изготовленным методами объемной штамповки, горячей ковки и волочения.

Детали, изготовленные из порошков, имеют более низкую плотность, в сравнении с деталями, изготовленными обработкой металлов давлением. Этот фактор имеет повышенное значение, когда нужно облегчить какой-либо узел механизма. Это дает возможность инженерам-конструкторам решать задачи уменьшения расхода металла, не теряя эксплуатационных свойств деталей.

Порошковая металлургия требует строго соблюдения мер пожарной безопасности. Склонность к самовозгоранию порошков – опасный производственный фактор, требующий четкого соблюдения правил техники безопасности.

Будущее порошковой металлургии

Развитие порошковой металлургии обязано преследовать цель увеличения номенклатуры изделий, которые мастера могут изготовить этим способом.

Детали сложных конфигураций, которые сейчас получают на заводах только обработкой резанием, должны в будущем изготавливаться методами порошковой металлургии. Это позволит уменьшить материалоемкость производства сложных деталей.

Дальнейшая автоматизация производственного процесса – отличительная черта современных промышленных предприятий. Касается она и производства изделий из металлических порошков.

Снижение влияния человеческого фактора на технологический процесс, повышает точность изготовления деталей.

Качество изделий порошковой металлургии с течением времени должно конкурировать с передовыми технологиями производства деталей машин и механизмов. Повышение качества и снижение себестоимости готовой продукции – приоритетная задача предприятий порошковой металлургии.

МЕДЬ (Cuprum) Сu, химический элемент I группы периодической системы, атомный вес 29, атомная масса 63,546. В природе 2 стабильных изотопа 63 Сu и 65 Cu. Содержание в земной коpe 4,7-10 -3 % по массе. Основные минералы: халькопирит CuFeS₂, халькозин Cu₂S, ковеллин CuS, малахит Cu₂(OH)₂(CO)₃, лазурит Cu₃ (OH)₂(CO₃)2. Пластичный розовато-красный металл; Кристаллическа. решетка гранецентрированная кубическая. Температура плавления 1083,4 0 С. Температура кипения 2567 0 С. Плотность 8,92 г/см 3 , жидкой меди при температуре 1100 – 8,36 г/см 3 , t_кип 2540 0 С; С_р 24,4 Дж(моль.К,); Твердость 3 по шкале Мооса (подобна кальциту) Медь диамагнитна. В сухом воздухе медь практически не окисляется. Взаимодействие меди с кислородом воздуха начинается при 200 0 С по схеме: >Сu₂O>CuO, где t₁ – температура 0 С; t₂ – температура >377 0 С Энтальпия плавления — ÎН_пл 12,97 кДж/моль, энтальпия испарения — ÎН_исп 302 кДж/молъ; S 0 ₂₉₈ 33,1 Дж/(моль-К). Степень окисления +1 и +2. В сухом воздухе при комнатной температуре почта не окисляется, в присутствии влаги и СО₂ на поверхности металла образуется зеленая пленка CuHCO₃, при нагревании на воздухе окисляется до СuО и Cu₂O, взаимодействует с галогенами, S, Se, HNO₃ и H₂SO₄ образует комплексное соединение с NH₃, циандиамидами и др. Получают: плавка сульфидного концентрата с последующим окислением образовавшегося медного штейна до черновой меди, которую рафинируют огневым и электролитическим методом; гидрометаллургический метод— выщелачивание Сu из медьсодержащих минералов серной кислотой (или раствором NH₃) с последующим осаждением, цементацией, электролизом и извлечением экстракцией или ионным обменом; восстановлением меди из растворов солей с помощью цинка, железа, или алюминия, например: CuSО₄ + Zn = ZnSО₄ + Cu; Cu 2+ + Zn = Zn 2+ + Cu. Таким способом получают порошкообразную медь. Применяется: для изготовления кабелей, токопроводящих частей элекгрических установок, теплообменников. Более 30% меди применяют в виде сплавов (латуней, бронзы, мельхиор, медно-никелевых и др), широко применяемых при изготовлении художественных изделий, а также в виде фольги. ugg classic mini Около 10 – 12% меди применяют в медицине, сельском хозяйстве, в качестве пигментов, катализаторов, в гальванотехнике и др. Ионы меди участвуют во многих физиологических процессах живого организма, вследствие чего содержание меди в живых организмах составляет 2 . 10 -4 % по массе. Медь постоянно находится в крови (около 0,14 мг %, около 0,001мг/л [Химическая технология неорганических веществ: В 2 книгах. Учебное пособие/ Т. Г. Ахметов, Р.Т. Порфирьева, Л. Г. Гайсин и др. asics gel lyte Под ред. Т.Г. Ахметова. – М.: Высш. шк. 2002. – 688 с. Кн 1, 533 с. Кн.2] ) Участвует как катализатор в образовании гемоглобина. Соединения меди (сернокислая и лимонокислая медь) применяется в виде капель и мазей для лечения конъюктивитов. chaussure jordan officiel Палочки сплава медного купороса, селитры, квасцов и камфоры употребляются для прижигания слизистой оболочки глаза при трахоматозном конъюктивите. Производство за рубежом около 11 млн. т/год. Металл химически мало активен; легко растворяется в азотной кислоте, в в разбавленных соляной и серной – только в присутствии окислителя (кислорода). Широко применяется в сплавах. Медь содержится в крови (около 0, 14мг%) участвует как катализатор в образовании гемоглобина.

Физические свойства.

Блестящий мягкий металл, имеющий красноватую окраску. Хорошо подвергается ковке, после ковки становится твердым, а после закалки – мягким. Медь – второй (после серебра) металл по тепло- и электропроводимости. Имеет хорошие литейные свойства, одако процессы сварки и литья на воздухе затрудняются из-за легкости окисления меди кислородом. Медь используется как проводник в электротехнике, для изготовления охлаждающих труб различных емкостей; Cu – основная составная часть анодов для меднения. Большое количество меди идет на изготовление сплавов. Температура плавления меди 1084°С, серебра 962 0 С, золота 1064°С. Кристаллическая структура этих металлов — г. ц. к. При комнатной температуре сухой воздух не действует на эти металлы. При нагревании выше 180°С медь окисляется, интенсивность окисления увеличивается с повышением температуры. Сера взаимодействует с медью и серебром. Помимо основного применения меди как материала вывсокой электро- и теплопроводности, ее в течение последних 100 лет широко используют в качестве модели — типичного представителя высокопластичных металлов, например, для изучения влияния температуры на пластичность и характер разрушения образцов. Механические свойства при комнатной температуре отожженной технической меди таковы [1. Смирягин А. П., Смирягина Н.А., Белова А. adidas zx flux belgique В. Промышленные цветные металлы и сплавы. М. Металлургия, 1974. 488с. С ил. 2. Механические и технологические свойства металлов. Справочник. Бобылев А. В. М.: Металлургия , 1980. 296 с.]: s_в =23 кгс/мм 2 , s_0,2= 6 кгс/мм 2 , d = 60%, y =75%, НВ = 45, a_н = 17 кгс . м/см 2. Бескислородная медь высокой чистоты обладает наилучшей пластичностью: отнсительное сужение ее равно 93%. Прнмеси понижают пластичность меди. Красноломкость описывается как присущее свойство меди. Однако медь пластична по своей природе и не имеет провалов пластичности [2, 30]; она не переходит в хрупкое состояние. На механические свойства меди марки Ml, содержащей 0,08.% примесей, в частности 0,02% О существенное влияние при высоких температурах оказывает скорость деформации; с её понижением временное сопротивление, относительное удлинение и относительное сужение -уменьшаются (рис, 15-^18). Рис 15 Влияние скорости растяжения на механические свойства меди марки М1 при 500 (а) и 700 0 С (б) При малой скорости испытания медь хрупка при температурах >300°С, т. е. разрушается в соответствии с гипотезой Джеффриса и Арчера; при средней скорости медь имеет зону хрупкости при промежуточной температуре ~500 0 С, т. е. разрушается в соответствии со схемой М. Т. Лозинского; при большой скорости растяжения медь пластична во всем исследованном интервале температур. Медные образцы начиная с 200°С окисляются; толщина окисной пленки увеличивается с повышением температуры и длительности испытания. При повышенной скорости деформацни длительность воздействия воздуха меньше и, поэтому, свойства меди лучше. Уменьшение скорости испытания увеличивает длительность коррозионного воздействия внешней среды. Активное влияние, последней, особенно заметно, если медь одновременно подвергается растягивающим усилиям. Увеличение же длительности выдержки образцов перед испытанием более чем в 150 раз лишь немного уменьшает временное сопротивление и практически не оказывает влияния на пластичность (табл. 6) несмотря на то, что окисление образцов увеличивается. Этот процесс имеет сходство с явлением коррозионного растрескивания под напряжением латуни, которое происходит при одновременном воздействии активной внешней среды и растягивающих напряжений. Таблица 6. Влияние длительности выдержки образца меди Перед испытанием при 500 0 С на её свойства (u_раст = 20 мм/мин)

t, мин	s кгс/мм 2	d%	y%	t, мин	s кгс/мм 2	d%	y%
5	11,б	23	46	60	10,2	28	.46
20	10,7	31	39	780	9.7	27	46.

Испытания меди в атмосфере природного газа при 300, 500 и 800°С, выявили более существенное влияние водорода на снижение механических свойств меди марки Ml при 500 и 800°С по сравнению с воздействием атмосферного воздуха (табл. 7). На поверхности образцов после испытания видны трещины, особенно глубокие при 500°С и меньшей скорости растяжения (рис. 19). С повышением чистоты меди пластичность улучшается (табл. 8). ВЛИЯНИЕ ТЕМПЕРАТУРЫ НА ОТНОСИТЕЛЬНОЕ СУЖЕНИЕ МЕДИ РАЗЛИЧНОЙ ЧИСТОТЫ ПРИ СКОРОСТИ РАСТЯЖЕНИЯ I ММ’МИН (ЧИСЛИТЕЛЬ) И 20 ММ/МИН (ЗНАМЕНАТЕЛЬ)

Необходимо отметить, что уменьшение давления даже в 25000 раз (с 760 до 0,03 мм рт. ст.) все же не устраняет воздействия внешней среды, поскольку при дальнейшем улучшении вакуума до 5-10~ 5 мм рт. ст. наблюдается повышение механических свойств. Следовательно, испытания меди при повышенных температурах в вакууме хуже 10 -5 мм рт. ст. не могут считаться проведенными в условиях, исключающих воздействие внешней среды. В отличие от бескислородной меди медь с 0,05— 0,10% О при 150-мин испытании в вакууме при 355°С охрупчивается (y=10%, вместо 95% для бескислородной меди. (см. А.В. Бобылев. Механические и технологические свойства металлов. –М: Металлургия 1980) Металлические порошки характеризуются рядом физико-технологических и химических свойств. К основным физико-технологическим характеристикам порошков относятся: форма частиц; их величина, характеризуемая размерами и распределением частиц по размерам (гранулометрическим составом) и удельной поверхностью (дисперсностью) порошка; твердостью частиц; пикнометрической плотностью частиц; уплотняемостью и формуемостью (консолидируемостью) порошка; текучестью, определяемой скоростью вытекания порошка из отверстий и характеризующая его способность быстро заполнять полость прессформы. Форма частиц обычно определяется методом получения порошка, а их величина и гранулометрический состав – режимом получения. Так, сферические частицы получают распылением их расплава; дендритные — электролизом водных растворов солей металла (чем больше плотность тока, тем более разветвлены, шероховаты и дисперсные частицы); пористые губчатые — восстановлением окислов; частицы в форме волокна — восстановлением хлоридов; сплющенные частицы – механическим измельчением (разрушением частиц механическими рабочими органами [Основы порошковой металлургии. М. Ю. Бальшин, С. chaussures ugg femme С. Кипарисов – М.: Металлургия, 1978. 184 с.]. Рис. 1. Микрофотографии в проходящем свете частиц медного порошка (D – 106 — 150 мкм), полученного электролизом (а), восстановлением (б) и распылением (в). Химические свойства Медь – электроположительный (благородный) металл, в электрохимическом ряду напряжений стоит после водорода. Поэтому переводится в раствор только кислотами-окислителями.

ПРОИЗВОДСТВО УЛЬТРАТОНКИХ МЕТАЛЛИЧЕСКИХ ПОРОШКОВ И ИХ СВОЙСТВА

Классификация методов получения порошков

Производство порошка — первая технологическая операция порошковой металлургии. Необходимость изменения свойств порошков для различных технологий обусловило развитие целого ряда способов их получения. Это, в свою очередь, делает возможным придание изделиям из порошка требуемых физических, механических и других специальных свойств. Кроме того, метод изготовления порошка в значительной мере определяет его качество и себестоимость. Порошки металлов получают механическим и физико-химическим способами. Механические методы обеспечивают превращение исходного материала в порошок без заметного изменения его химического состава. Чаше всего используют измельчение твердых материалов в мельницах различных конструкций, диспергирование расплавов, обработки металлов резанием. К физико-химическим методам относят технологические процессы производства порошков, связанные с физико-химическим диспергированием исходного сырья, обеспечивающего не только сокращение размеров, но и изменение химического состава перерабатываемого материала.

Механические методы получения порошков

Методы производства металлических порошков

Метод центробежного гранулирования (ЦГ) расплава

Метод ЦГ заключается в дроблении расплава центробежной силой. Этот метод имеет различное исполнение: дробление вращаюшимся перфорированным (с отверстиями) стаканом; распыление с кромки вращающегося диска или чаши; распыление оплавленного слоя вращающейся заготовки. В настоящее время развивается первые два направления с целью производства гранул или дроби от 100 мкм до 3 мм. Гранулирование через перфорированный стакан, при известных достоинствах (высокая производительность, однородность частиц по размерам), имеет и существенный недостаток — невозможность получения мелких частиц ( менее 200-300 мкм) или их не высокий выход (менее 10%). Способ гранулирования расплава (Патент 1827325), разработанный Уралнетрамм, позволяет при сохранении достоинств известного метода значительно ( до 95%) увеличить выход мелких частиц. Гранулирование может выполняться вводу, керосин (или другую инертную жидкую среду) и при этом значительно уменьшаются требуемые производственные площади, однако появляется операция сушки гранул. Nike Air Huarache Гранулирование в воздухе или инертном газе (аргон, азот) приводит к увеличению размеров камеры распыления. Однако здесь возможно получение гранул со сферической формой. Методом ЦГ можно получать гранулы и дробь алюминия, магния, свинца, цинка, олова и других металлов и сплавов с температурой плавления до 700 ОС Высокоскоростное затвердевание расплава обеспечивает извлечение малых объемов металла кромкой быстровращающегося (2000 5000 об/мин) в вертикально^ лиска из высокотеплопроволного материала (Рисунок 6, б). При контакте с кромке диска затвердевает некоторый слой металла, затем он выходит из р; охлаждается, после чего частица отделяется от кромки диска (скорость охл, 10 8 °С/с). В любом случае методы распыления при кристаллизации капли расплава со скоростью более 10 6 °С/с приводят к получению порошков, частицы которых имеют а структуру, придающую им чрезвычайно специфические свойства, позволяй уникальные материалы для различных отраслей техники.

Физико-химические способы получения порошков

24. БУТЯГИН П.Ю. О критическом состоянии вещества в механохимических превращениях. // ДАН. — 1993. -Т. 331, № 3. — С. 311-314. 25. ДОРОХОВ И.Н., АРУТЮНОВ С.Ю., ЭСКИН Д.И. Математическое описание процессов струйного измельчения. // Теорет. основы хим. технологии. — 1993. — Т. 27, № 5,.С. 514-517. Прочность меди на разрыв, т.е. величина напряжения, необходимая для разрушения по денным Дж.

Задумывались ли вы над тем, как трудно делать металлические детали сложной формы или с большим числом отверстий? Сколько времени потребовалось бы, например, для того, чтобы из металлического кружка сделать шестерню или фланец, то есть, устранить металл из тех мест, где должны быть промежутки между зубцами, или отверстия? А сколько ценного материала тратится при этом впустую, уходит в стружку!

Есть, однако, метод, который позволяет делать такие детали быстро и почти без потерь материала. Это метод прессования и спекания металлических порошков. Самое интересное, что эта, одна из наиболее современных в настоящее время технологий, была известна уже несколько тысяч лет тому. Разумеется, тогда не применялись сложные машины и устройства, однако, принцип был тот же.

Производство деталей машин из металлических порошков происходит в несколько этапов. Сначала изготовляется исходный материал для дальнейшей обработки - металлический порошок, гранулы которого, имеют от нескольких до десяти с лишним микрометров. Этот порошок получают в результате механического измельчения металлов в специальных мельницах, распыления жидких металлов, химического восстановления окислов металлов, а также в результате электролиза, то есть, осаждения порошка на катоде из растворов солей металлов. Каждый из перечисленных методов, позволяет получить гранулы разной формы: у одних форма шариков, у других - пластинок, у третьих - пушистых хлопьев.
С металлическими порошками дело обстоит, примерно, так же, как с мукой. Если из разных сортов муки можно приготовить разные виды теста, лишь незначительно изменяя состав компонентов или их количество, то и из порошков металлов разного химического состава, размера и формы гранул изготовляют детали, обладающие разными свойствами (механическое сопротивление, твердость, коэффициент трения, устойчивость к коррозии, электрические и магнитные параметры).

Именно поэтому, применяются не однородные порошки, а смеси порошков различных металлов в соответствующих пропорциях, и порошков, полученных разными методами. Неметаллические примеси, содержащиеся в порошковой смеси, влияют не только на свойства изделий, но и на характер последующих операций.
Так, например, графит, находящийся в порошке железа, снижает трение между гранулами порошка, а также между прессуемой деталью и стенками формы. Эта примесь уменьшает, таким образом, силу, необходимую для формования деталей из порошка и повышает срок службы инструментов.

Металлические порошки производятся на специальных предприятиях. На заводах, изготовляющих детали из порошков, компоненты смеси взвешиваются и перемешиваются в специальных мельницах, после чего проводится формование деталей.
Но как из сыпучего порошка делаются детали определенного вида? Это достигается разными способами, однако, в промышленности наибольшее распространение получило - прессование профилей в металлических формах.
Как выглядит такая форма? Основные части формы - матрица с отверстием, размеры и форма и которого, определяют размеры и сечение изготавливаемого, прессуемого профиля, и нижний и верхний пресс-штемпели.

Как происходит процесс прессования? Как только засыпное устройство наполнит матрицу порошком, передвижные пресс-штемпели, входящие в нее сверху и снизу, сдавливают порошок, передавая на него давление 20-80 кг/см2. Благодаря такому сильному давлению - получается прессовка, то есть деталь, полученная путем прессования.
Она настолько прочная и плотная, что ее можно без опаски вытолкнуть из матрицы с помощью одного из пресс-штемпелей. Засыпное устройство, передвигаясь для очередного наполнения матрицы порошком, сбрасывает прессовку в сторону. Автоматический пресс, в котором находятся формы, повторяет описанные операции непрерывно с частотой до 1000 и более раз в час. Порошок, сдавливаемый в матрице пресс-штемпелями, подвергается обжатию. Однако, даже тогда, когда применяются очень большие силы, в полученных профилях под микроскопом можно заметить воздушные канавки и пустоты. Это явление называется пористостью. В связи с наличием пор, удельный вес деталей, полученных из порошков, всегда меньше, чем удельный вес деталей, изготовленных литьем. В некоторых случаях пористость - желательное свойство. Так, например, в самосмазывающихся подшипниках, поры, которые занимают значительную часть объема подшипника, наполняются маслом, что значительно снижает трение. Детали же, работающие под нагрузкой, должны иметь как можно меньшую пористость, то есть, обладать высоким механическим сопротивлением.
Пористость деталей можно уменьшать или увеличивать, благодаря подбору соответствующего давления при прессовании (чем выше давление, тем ниже пористость), а также подбирая величину гранул компонентов порошковой смеси (маленькие гранулы могут заполнять поры, образованные между крупными гранулами).

Следующая операция в процессе изготовления деталей из порошков - спекание. Она напоминает обжиг кирпича. Температура спекания равна примерно 3/4 температуры абсолютной точки плавления основных компонентов порошковой смеси.

В печи происходит спекание металлических гранул порошка. Этим значительно повышается плотность и механические свойства деталей. После охлаждения, прессовки с низкой пористостью обладают почти такими же свойствами, как аналогичные детали из литья. Их можно считать готовыми к употреблению. Так из металлических порошков изготовляют детали машин, весом от нескольких граммов до не скольких килограммов.
Если детали должны отличаться особенно высокими свойствами, то после спекания они подвергаются дополнительной обработке. Например, более высокое качество поверхности и более точные размеры детали из спеченного металла, можно получить путем калибровки, то есть, проталкивания деталей через специальные матрицы. Снизить пористость и повысить механические свойства, можно благодаря вторичному прессованию и спеканию. Для противокоррозионной защиты и отделки деталей применяется гальваническая обработка. Изменение электрических свойств, коэффициента трения, а также коррозиеустойчивость достигаются путем пропитки пористых деталей металлическими сплавами, маслами или пластмассами. Детали, спеченные из порошков, подвергаются обработке резанием: точению, сверлению, шлифовке, нарезке. Таким образом удается получить подрезы и отверстия с осями, непараллельными к направлению прессования.

Сейчас трудно найти такую область техники, где не применяются детали, изготовляемые из порошков. Шестерни, фрикционные накладки сцеплений, подшипники скольжения, рычаги, прокладки, фильтры применяются в автомобилях, тракторах, сельскохозяйственных машинах, велосипедах, канцелярских машинах, бытовых приборах. Из металлических порошков изготовляются решетки мясорубок и детали швейных машин, строительные элементы и детали станков, огнеупорные части авиационных двигателей и ракет, лопасти турбин, детали химической аппаратуры и оружия, корпусы часов и фильтры для очистки жидкостей и газов.

Такое широкое применение и бурный рост производства деталей из металлических порошков, объясняется многочисленными преимуществами этой технологии. Вы только подумайте, какую экономию материала это дает!

Вес стружек при обработке резанием доходит, иногда, до половины веса изделия. Потери порошка составляют, только несколько сотых веса детали. Пресс-форма, обслуживаемая одним работником, в несколько секунд дает изделие, которое при обработке резанием, изготовляется десять с лишним или даже несколько десятков минут, а в печи можно спекать одновременно много деталей.
Благодаря этому, снижаются издержки по производству деталей, причем тем больше, чем сложнее форма и чем крупнее серия изделий. Нельзя забывать о том, что таким методом можно получать детали, обладающие особыми свойствами. Порошковая металлургия позволяет осваивать крупные серии точных изделий, изготовление которых другими методами, было бы делом невыгодным или вообще - невыполнимым.

Читайте также: