3. Спеченные порошковые материалы

3.1. Сущность порошковой металлургии

Производство изделий из исходных порошковых материалов является относительно новой и интенсивно развивающейся областью техники и технологии, получившей название порошковой металлургии.

В отличие от традиционной металлургии, когда изделия получают из расплавов путем литья или пластического деформирования, порошковая металлургия использует исходные твердые порошковые материалы. Технологический процесс включает следующие этапы: приготовление композиций; формование (прессование), т.е. получение требуемой конфигурации изделия; спекания с целью достижения требуемой прочности; дополнительную обработку для повышения точности или изменения физико-механических свойств.

Порошковая металлургия позволяет не только снизить отходы материалов, но и получить изделия из компонентов, которые не образуют сплавов (медь – графит, металл – асбест и др.). Данное обстоятельство широко используют для создания новых материалов с широким диапазоном физических, химических и механических свойств. Однако не следует считать порошковую металлургию сверхуниверсальной, этот процесс имеет ряд ограничений и недостатков.

3.2. Способы производства порошков

Порошки получают из исходного сырья в виде готового материала путем распыления расплавов, механического дробления, а также путем химического восстановления или электролиза из оксидов, солей и дру­гих химических соединений.

Восстановление из оксидов или солей как продуктов переработки рудных ископаемых или отходов производства (окалина) применяют наибо­лее широко для получения металлических порошков технически чистого железа, вольфрама, молибдена, кобальта, ниобия, ванадия и других ме­таллов. В качестве восстановителя используют газы (водород, природ­ный газ, окись углерода) или твердые вещества (сажа, щелочные метал­лы). Продукты восстановления в виде пористой губчатой массы подверга­ют размолу и очистке.

Электролиз основан на разложении водного раствора или расплава солей при прохождении электрического тока. Ионы металла разряжаются и осаждаются на катоде в виде плотной или рыхлой массы, чешуек, крис­таллов. Твердые и хрупкие осадки подвергают дополнительному размолу.

Электролизом получают порошки меди, никеля, кобальта, цинка, се­ребра, кадмия, Особенностью процесса является высокая чистота метал­лов, но при низкой производительности и значительной энергоемкости.

Механическое дробление (размол) в шаровых, вибрационных и вихревых мельницах используют для получения порошков из готовых материа­лов или отходов производства (стружки). Наиболее эффективен размол для хрупких материалов.

Распыление расплавов является дешевым методом получения порошков, обладает высокой производительностью. Установка для распыления спла­вов схематично изображена на рис. 3.1. Сплав, полученный в электроду­говой или индукционной печи, заливается в тигель, откуда вытекает тон­кой струей, а затем распыляется сжатым газом в виде мелких сферичес­ких капель. Охлаждение распыленного материала происходит чаще всего в воде. Частички порошка имеют сферическую форму, их размер определя­ется величиной струи и скоростью сжатого газа. Для распыления исполь­зуют инертные газы, а для малоактивных сплавов сжатый воздух.

Для тугоплавких материалов используют плазменное распыление. Проволока из требуемого материала подается в плазменную струю, оплав­ляется и распыляется с получением мелких сферических частиц.

Порошок

Рис. 3.1. Схема получения порошковых материалов распылением