Методы получения порошков и их подготовка

Типовая технологическая схема получения изделий методами порошковой металлургии включает:

-производство порошков;

-формование заготовки из порошка;

-спекание заготовки;

-дополнительную обработку спеченного изделия (механическую обработку, пропитку и др.).

Существующие методы получения порошков подразделяются на механические и физико-химические.

К механическим методам относятся:

-дробление и размол в различных мельницах;

-распыление струи расплавленного металла вращающимися лопастями или струей сжатого газа;

-грануляция расплавленного металла при литье в жидкость;

-обработка металлов резанием с получением частиц, а не сливной стружки.

Размолом в шаровых мельницах наиболее целесообразно получать порошки хрупких металлов и сплавов: кремния, бериллия, чугуна, бронзы, ферросплавов и др. Шаровая мельница обычно состоит из стального барабана и размалывающих шаров (стальные, чугунные и др.) Æ 250-1500 мм рис. 16.1. Частицы порошка, полученного в шаровых мельницах, имеют вид многогранников, листочков или завитков размерами 0,1-0,3 мм. Недостатком метода является загрязнение порошков продуктами истирания барабана и шаров.

Рис. 16.1. Шаровая мельница

Размол в вихревых мельницах более интенсивен рис. 16.2. Состоит из стального кожуха, внутри которого вращаются два пропеллера в противоположных направлениях. Материал (рубленная проволока, стружка, опилки, обрезки) закруженный в бункер, захватывается пересекающимися воздушными потоками и за счет соударения дробятся на частицы размерами от 30 до 200 микрон.

Рис. 16.2. Рабочий орган вихревой мельницы с пропеллерами (а) и билами (б)

 

Для получения тонких порошков из металла пластичных материалов (карбиды металлов, окислов и др.) применяются такие вибромельницы рис. 16.3.

Рис. 16.3. Барабан вибромельницы

 

Получение порошка методом распыления жидких металлов заключается в том, что расплавленная струя металла распыляется с помощью воздуха, инертных газов или удара лопаток вращающегося диска.

Все механические способы не позволяют регулировать форму частиц и состав порошка, мал так же и КПД методов. Поэтому доминирующее место в производстве порошков занимает физико-химические методы. Основными из них являются: восстановление оксидов; электролиз водных растворов и расплавленных сред; карбонильный метод, гидрогенизация и др.

Метод химического восстановления применяется для получения порошков железа, меди, никеля, кобальта, вольфрама и др. Исходным сырьем служат окислы перечисленных металлов, а восстановителем – либо газы (водород, коксовый, доменный газ и др.), либо твердый углерод или металлы: алюминий, кальций, магний, натрий.

Широкое распространение получило электролитическое осаждение порошкообразных металлов из водных растворов солей и расплавленных сред. В первом случае получают порошки олова, серебра, меди, железа; во втором – порошки редких металлов: тантала, ниобия, тория, урана и др.

Карбонильный метод основан на том, что многие металлы (железо, никель, кобальт) при определенных условиях (давления и температуре) образуют с окисью углерода химическое соединение называемое карбонилами Fe(CO)₅; Ni(CO)₄ и др. Эти не устойчивые соединения, разлагаются (диссоциируют) с образованием тонких порошков металлов и окиси углерода. С помощью карбонильного метода получают очень чистые, но дорогие порошки железа, никеля, кобальта из низкомортного с примесями сырья.

Метод гидрогенизации заключается в том, что металл в виде губки или небольших кусочков загружается в реакторы, через которые пропускается водород. При нагреве до определенной для каждого металла температуры (300-800)^оС происходит активное поглощение водорода, в результате чего металл становиться хрупким и растрескивается. После чего его разламывают одним из механических способов и затем подвергают дегидрогенизации при температуре около 800^оС в вакууме.

Для обозначения порошковых материалов принято буквенно-цифровая маркировка. В материалах на основе порошков железа принято следующее обозначение: Ж - железо, Гр - графит, Д - медь, Н - никель, О - олово, М - молибден.

Цифры после букв обозначают долю этого элемента в %,а цифра в конце марки после тире -плотность материала,гсм3.Например,ЖГрО,4Д4Н3-7,3 - конструкционный порошковый материал на основе порошка железа (Ж), содержащий 0,4% графита, 4% меди, 3% никеля, и имеющий плотность 7,3 гсм³.

В марках порошковых конструкционных материалов из углеродистых легированных сталей первая буква определяет класс материала: "С" - сталь, вторая буква "П" - указывает, что материал был получен методом порошковой металлургии. Первая цифра после букв "СП", как и в случае конструкционных сталей, показывает среднее содержание углерода в сотых долях процента. Последующие буквы обозначают легирующие элементы, а цифры после них - их среднее содержание в целых процентах. В конце марки через тире указывается группа плотности материала (1-4). Например, СП50ХНМ-3 - порошковый конструкционный материал из стали 50ХНМ третьей группы плотности.

Порошковые конструкционные материалы на основе цветных металлов изготавливают из порошков алюминия, меди, никеля, титана, хрома или сплавов, например, латуни, бронзы и.т.п.

Марки порошковых конструкционных материалов на основе цветных металлов обозначают буквами и цифрами. Первый буквенный индекс обозначает тип материала: Ал - алюминий, Бе - бериллий, Бр - бронза, Л - латунь, В - вольфрам, Г - марганец , Д - медь, Ж - железо, М - молибден, Мг - магний, Н - никель, О - олово, С - кремний, Св - свинец, Ср - серебро, Т - титан, Ф - ванадий, Х - хром, Ц - цинк, Цр - цирконий. Второй индекс "П" указывает, что материал получен методом порошковой металлургии. Следующие после него буквы и цифры обозначают легирующие элементы в целых процентах. Цифра в конце марки после тире, как и для черных металлов, обозначают группу пористости материалов. Например, АлПМг6Г4-4 - конструкционный материал из порошка алюминия с содержанием магния 6 %, марганца 4 %, имеющий 4 группу пористости.