8 Методы получения металлических порошков. Способы получения изделий из порошковых и композиционных материалов

Существует несколько способов получения металлических порошков. Физические, химические и технологические свойства порошков, форма частиц зависит от способа их производства. Вот основные промышленные способы изготовления металлических порошков:

1. Механическое измельчение металлов в вихревых, вибрационных и шаровых мельницах.

2. Распыление расплавов (жидких металлов) сжатым воздухом или в среде инертных газов. Метод появился в 1960-х годах. Его достоинства — возможность эффективной очистки расплава от многих примесей, высокая производительность и экономичность процесса.

3. Восстановление руды или окалины. Наиболее экономичный метод. Почти половину всего порошка железа получают восстановлением руды.

4. Электролитический метод.

5. Использование сильного тока приложенного к стержню металла в вакууме. Применяется для производства порошкового алюминия.

В промышленных условиях специальные порошки получают также осаждением, науглероживанием, термической диссоциацией летучих соединений (карбонильный метод) и другими способами.

В настоящее время актуальна проблема разработки эффективных технологичных способов получения композитов, в том числе дисперсно-упрочненных композитов с металлической матрицей, материалов, состоящих из непрерывной в объеме металлической матричной фазы, в которой равномерно распределены ультрадисперсные частицы другой фазы, не взаимодействующие активно с матрицей.Композиционные материалы с керамическими частицами получают, в том числе, методом порошковой металлургии путем смешивания или совместного помола порошка металла и упрочняющей фазы (Al₂O₃ , SiC и другие оксиды, карбиды, бориды и нитриды) в измельчительных установках высокой энергонапряженности (объемная плотность механической энергии, вводимой в зону измельчения), позволяющих осуществлять процесс механического легирования. При этом происходит не только измельчение и пластическая деформация веществ, а также их перемешивание на атомном уровне, когда активируется химическое взаимодействие и массоперенос твердых реагентов.Известен способ получения композиционного порошка, предусматривающий обработку порошковой смеси, состоящей из металлической матрицы на основе сплава Ni, Fe, Al и тугоплавкого соединения из числа карбидов, нитридов, боридов, оксидов тория и иттрия, вводимого в количестве 0,5-5,0 об.% (пат. № 4647304, США, B22F, 03.03.87). Для получения равномерного распределения твердого компонента в металлической матрице обработку проводят в аттриторах в среде N₂, СН₄, Ar, Kr при криогенных температурах от -240°С до -150°С.Недостатком известного способа является получение композиционного порошка дисперсность не менее ~50 мкм, низкий уровень значений и стабильности механических свойств из-за неоднородности структуры. Кроме того, данный способ весьма энергоемкий и продолжительный по времени.Известны способы получения композиционных порошковых материалов с металлической или интерметаллидной матрицей, армированной керамическими частицами, где с целью равномерного распределения керамических частиц в матрице, порошковую смесь обрабатывают, в одном известном патенте, в размольно-смесительных установках (аттриторах, вибромельницах, шаровых или планетарных мельницах) при энергонапряженности 0,02-0,2 кВт/л в течение 0,5-30 часов (RU № 2263089, C04B 35/65, B22F 3/23, 25.02.2004). В другом известном патенте, механическое легирование проводят в высокоэнергетической мельнице при энергонапряженности 0,7-1,5 кВт/кг в течение 20-40 часов (RU № 2021382, C22B 1/10, B22F 9/04, 14.12.1990).Известен способ получения металлокерамических порошковых материалов, включающий механическое легирование порошков меди и никеля, и последующее механическое плакирование (нанесение пластичных частиц Cu-Ni на твердые частицы - Al₂O₃) в планетарной мельнице САНД-1 в течение 20 ч и плакирование в течение 5 часов (RU № 2298450, B22F 1/02, B22F 3/12, 07.06.2005).