8.2. Плотность и пористость изделий

Плотность и пористость сформованных и спеченных изделий (кроме изделий из твердых сплавов) определяется расчетным и гидростатическим методами. Перед проведением испытаний изделие необходимо очистить от загрязнений и осмотреть визуально для определения качества поверхности. Изделия, имеющие трещины, раковины, сколы к испытаниям не допускаются. Испытания проводят не менее, чем на трех образцах.

Расчетный метод. Этот метод применяется только для изделий простой геометрической формы. Линейные размеры, по которым рассчитывается объем, замеряют мерительным инструментом с точностью ± 0,1 мм, массу изделия определяют взвешиванием на воздухе с погрешностью не более 0,01%. Плотность изделия определяют делением массы в г на объем в см³. Общую пористость П, (%) определяют как П = 100 – ρ, где ρ –относительная плотность изделия,%. Допустимое расхождение результатов анализа не должно превышать 5%.

Гидростатический метод. Этот метод позволяет определить плотность изделий сложной формы и оценить величину открытой пористости. Для определения плотности изделие взвешивают на воздухе с погрешностью не более 0,01%. Затем закрывают поверхностные поры изделия путем пропитки его расплавленным парафином или, покрывая его поверхность тонким слоем лака. Изделие снова взвешивают на воздухе, а затем в дистиллированной воде. Плотность изделия (ρ) определяют делением массы изделия (m₁) на его объем (V). Объем изделия определяют по формуле:

V = (m₂ - m₃)/ ρ_в , (8.1)

где m₂ – суммарная масса подвеса и изделия на воздухе; m₃ – тоже, но в воде;

ρ_в – плотность воды. Изделие и вода должны иметь температуру от 15 до 30^оС. При взвешивании изделия в воде не должно быть пузырьков воздуха на поверхности изделия. Если пузырьки появляются, следует вынуть изделие из воды, высушить, тщательно закрыть поверхностные поры и повторить взвешивание.

Для определения открытой пористости изделие взвешивают на воздухе (m₁), а затем его пропитывают жидкостью (индустриальное масло, бензиловый спирт, дистиллированная вода). Выбор жидкости зависит от размера пор и материала изделия. Пропитанное изделие взвешивают на воздухе (m₄). Открытую пористость (П_о) определяют по формуле:

П_о = [(m₄ - m₁) 100] / ρ_ж V, (8.2)

где ρ_ж- плотность пропитывающей жидкости; V – объем образца.

Закрытую пористость определяют как разность между общей и открытой пористостью.

8.3. Электрические, тепловые и магнитные свойства

Из-за наличия пористости, тепло- и электропроводность порошковых изделий ниже, чем компактных, однако по мере повышения плотности эти свойства пропорционально растут и асимптотически приближаются к свойствам компактных изделий с таким же химическим составом. В табл. 8.2 приведены данные, характеризующие влияние пористости на обобщенную проводимость (ω) при проводимости компактного материала (ω_к).

Таблица 8.2. Влияние пористости на проводимость

Автор	Зависимость (формула)	Применимость формулы
В.И. Оделевский М.Ю. Бальшин	ω = ωк(1 – 1,5П) ω = ωк[1 – 3П / (2 + П)] ω = ωк(1 – П )1/5 ω = ωк(1 – П)2	0 ≤ П ≤ 0,66 Для матричных систем Для матричных систем Для смесей

Связь между теплопроводностью и электропроводностью металлов и сплавов определяется числом Лоренца L = λθ/T, где λ – теплопроводность, (Вт/м·К); θ – электропроводность, Ом·м; Т – температура, К. Для большинства металлов и сплавов L = (2,1 – 2,8) 10^-8 Вт·Ом / К² при 20^оС. Расчет числа Лоренца по экспериментальным значениям теплопроводности и удельной электропроводности показал, что его значение не зависит от пористости в широком интервале температур (290-1170К). Зная величину L и температурную зависимость удельного электрического сопротивления (теплопроводности) в беспористом материале, можно приближенно вычислить теплопроводность (электропроводность) материала при любой пористости и при любой температуре. На рис.8.2.показана зависимость коэффициента теплопроводности спеченного железа от пористости. Практически для всех пористых материалов на основе железа электропроводность снижается в 2-3 раза, а теплопроводность на 20-40%.

Величина пористости и форма пор существенно влияют и на магнитные свойства порошковых материалов. Магнитная проницаемость и магнитная энергия снижаются по мере увеличения пористости. Магнитная проницаемость в сильной степени зависит и от других факторов, прежде всего от среды спекания. Поэтому при одной и той же пористости магнитная проницаемость может изменяться почти в 2 раза.