Химические свойства
Зависят от способа производства металлического порошка и химического состава сырья. Как правило, основной металл составляет 98-99 %, а все остальное — различные добавки. Однако это не относится к оксидам металлов, например, меди, никеля, железа, при нагревании которых атомы легко сцепляются, благодаря чему порошки очень хорошо спекаются.
В составе металлических порошков всегда есть газы (водород, азот и др.), которые, абсорбируясь с поверхности, попадают в сырье. В электролитических порошках присутствует водород, в карбонильных — смесь диоксида углерода с кислородом, в распыленных — газообразные продукты, выделяемые при производстве.
Готовые порошки прессуют, но перед этим из них удаляют излишки газов путем вакуумирования. Если этого не сделать, то в дальнейшем в изделиях при спекании будут образовываться трещины.
Физические свойства
Определяются размерами, формой, плотностью частиц и другими параметрами. Для каждого способа производства металлического порошка характерна определенная их форма:
- при карбонильной технологии – круглая;
- при восстановительной – губчатая;
- при дроблении мельницей – осколочная;
- при вихревом измельчении – тарельчатая;
- при распылении – каплевидная;
- при электролизе – дендритная.
Размеры частиц порошка могут быть от долей микрометра до десятых долей миллиметра. Наибольшей разнокалиберностью отличаются порошки, произведенные по восстановительной методике или электролизом.
Плотность материала определяют с помощью специального прибора — пикнометра. Она зависит от наличия дефектов кристаллической решетки и от примесей, которые могут встречаться в закрытых порах.
В порошке могут находиться различные добавки, характеристики которых определяют микротвердость материала. В прямой зависимости от этого показателя находится степень возможного деформирования частиц порошка.
Технологические свойства
Наиболее важными свойствами являются насыпная плотность, текучесть, прессуемость и формуемость материала.
Текучесть — это скорость, при которой порошок заполняет условную единицу объема. От этого свойства зависит производительность при прессовании.
Когда порошок прессуют, он приобретает определенную плотность. Это свойство и называют прессуемостью. Формуемость — способность порошка сохранять заданную форму.
Плюсы и минусы порошка из металла
Способ получения деталей из металлического порошка очень популярен, поскольку имеет массу преимуществ, например:
- невысокая стоимость изделий;
- отличные физико-механические свойства;
- возможность изготавливать крупные детали со сложными поверхностями;
Однако применение порошков в металлургии имеет и недостатки:
- Структура материала имеет относительно небольшую плотность.
- Материал не отличается высокой прочностью.
- Если технология производства нарушена, то изделия получаются невысокого качества.
- Необходимо использование специального оборудования.
В настоящее время производство деталей из металлического порошка очень распространено в различных отраслях. Идет работа над улучшением качества изделий.
Методы получения металлического порошка
Методики получения разных видов металлического порошка отличаются большим разнообразием, поэтому и изделия из них имеют широкий разброс по свойствам и стоимости. Выделяется два основных вида производства:
- Физико-механический (сырье перерабатывают методом помола, резки, направленного распыления, а также дробления на фракции и грануляции). Химический состав при этом остается без изменений.
- Химико-металлургический (материал подвергают восстановлению оксидами, а также процедурам электролиза и термической диссоциации). Химический состав и агрегатное состояние сырья становятся другими.
Подробнее разберем нюансы указанных технологий.
Физико-механическая обработка сырья
Размеры частиц металлических порошков зависят от степени измельчения твердого сырья, то есть его разрушения путем истирания, дробления и размола.
Механическое измельчение — удобный и экономически выгодный способ обработки хрупких материалов, таких как сурьма, марганец, хром. В случае вязких металлов, например меди, сырье представляет собой стружки, обрезки и прочие отходы.
Сырье сжимают и подвергают ударной нагрузке. Если необходимо тонко измельчить материал, то его срезают слоями. Грубое измельчение производится с помощью дробилок — конусных, щековых, валковых. Финишная обработка происходит в различных мельницах: вибрационных, центробежных, вихревых и др.
Жидкие металлы измельчают методами распыления и грануляции. Это довольно простой способ изготовления порошков из железа и легкоплавких металлов, таких как медь, алюминий, цинк, свинец. Расплавленная струя металла дробится с помощью целенаправленного распыления, обработки жидкостью или энергонасыщенным газом. Еще один способ — сливание расплавленного металла в воду или иную жидкость. Распыленные частицы имеют разную форму — шаровидную, каплевидную и др.
Восстановление посредством химико-металлургических технологий
Сырье, имеющее в составе неметаллические компоненты (остатки солей, кислород, хлор), соединяют с восстановителем, например, углеродом, водородом, кадмием. В результате металл восстанавливается из оксидов.
При получении порошка из меди, никеля и кобальта в качестве сырья применяют различные их оксиды и окалину от проката. Восстановительный процесс занимает около 3 часов и проходит в муфельных и трубчатых печах с использованием газов: водорода, аммиака после диссоциации, специально подготовленного природного газа. В результате металл приобретает губчатую структуру, и его легко растереть в порошок.
Электролиз — выгодный способ получения медного порошка высокой чистоты. Водный раствор или расплавленную соль меди подвергают воздействию электротока. В итоге на катодном элементе оседают металлические частицы различных форм и размеров. Габариты этих частиц зависят от плотности электрического тока, а также наличия в сырье коллоидов и поверхностно-активных веществ.
Порошки из железа, никеля, вольфрама, кобальта и некоторых других металлов изготавливают карбонильным методом. Из сырья получают соединения с оксидом углерода — карбонилы, которые разлагаются при нагревании.
Формование металлического порошка
Формование необходимо для придания заготовкам из порошков нужной формы и размера, а также обеспечения необходимых плотности и механической прочности. Процедура включает несколько операций:
- Отжиг, благодаря которому материал становится более пластичным и лучше прессуется.
- Классификация. С помощью воздушных сепараторов, а также различных сит частицы порошка разделяют по размерам.
- Получение смеси. Различные металлические порошки соединяют в смесителях или шаровых мельницах и создают однородные составы.
- Дозирование. В зависимости от массы или объема отделяют порции порошковой смеси.
- Непосредственно формование. Порошки прессуют в пресс-форме либо одним из способов: динамическим, мундштучным, изостатическим. Также применяют прокатку или шликерное формование.
Дополнительные операции
При производстве изделий их металлических порошков с целью улучшения их физико-химических и механических показателей, а также увеличения точности и чистоты поверхности осуществляют дополнительные манипуляции. К их числу относятся пропитка маслами и жидкими металлами, нитроцементация, калибрование, диффузионное хромирование, механическое воздействие, термическая и химическая обработка.
Сферы применения металлического порошка
В зависимости от способа изготовления и свойств металлических порошков из них можно изготавливать детали различного назначения и необходимых параметров.
Благодаря технологии порошковой металлургии специалисты получают современные композитные материалы, изготовление которых с помощью других методик невозможно. Применение металлических порошков при создании элементов различных механизмов и машин экономически очень выгодно, поскольку расход материала при этом минимален.
Изделия из металлокерамики широко используются в радиоэлектронике, приборо- и машиностроении. С помощью порошковой металлургии можно изготавливать сверла, режущие инструменты и др.
Процесс получения деталей из порошков металла в значительной мере автоматизирован. Технологические операции довольно просты, поэтому к этой работе можно привлекать сотрудников не самой высокой квалификации. Все это обеспечивают низкую себестоимость изделий из металлических порошков.
Порошки нормируются по пористости: если этот показатель не превышен, то изделия обладают хорошей стойкостью к коррозии, особенно когда они созданы стандартным способом.
Как правило, детали, произведенные из металлического порошка, выдерживают большие перепады температуры, поэтому их можно использовать при работе в подобных условиях.
