А. М. Степанчук, І. І. Білик, П. А. Бойко

ТЕХНОЛОГІЯ ПОРОШКОВОЇ МЕТАЛУРГІЇ

ГОЛОВНЕ ВИДАВНИЦТВО

«ВИЩА ШКОЛА»

1989

А. М. Степанчук, І. І. Білик, П. А. Бойко

ТЕХНОЛОГІЯ ПОРОШКОВОЇ МЕТАЛУРГІЇ

Під загальною редакцією

В. Я. Шлюко, А. Н. Степанчука

Допущено Міністерством вищої і

середньої спеціальної освіти УРСР

як навчальний посібник для

студентів вузів, що навчаються за фахом

«Композиційні і порошкові матеріали, покриття»

ГОЛОВНЕ ВИДАВНИЦТВО

«ВИЩА ШКОЛА»

1989

С 79 ББК 34.39я73

Рецензенти: д-р техн. наук, проф. Н. В. Манукян (Єреванський політехнічний інститут), д-р техн. наук А. Ф. Лисовский (Інститут надтвердих матеріалів, м. Київ)

Редакційна група літератури по хімії і гірській справі

Редактор Н. А. Микитюк

Степанчук А. Н. та ін.

С79 Технологія порошкової металургії / А. Н. Степанчук, І. І. Білик, П. А. Бойко.— К.: Вища шк. Головне вид-во, 1989.—415 с.

ISBN 5-11-001378-0

Викладені технологія і физико-хімічні закономірності отримання широкого класу порошкових матеріалів — конструкційних, антифрикційних, проникних, фрикційних, композиційних, електротехнічних, жароміцних і ін. Дана характеристика початкових матеріалів, описані способи їх отримання, властивості і призначення. Особлива увага приділена технологічним режимам приготування початкової шихти, розглянуті можливі варіанти і дани рекомендації по вибору оптимальних необхідних властивостей отримуваних виробів.

Для студентів вузів, що навчаються за фахом «Композиційні і порошкові матеріали, покриття».

2606000000—030

С 196—89

М211(04)—89

Isbn 5-11-001378-0

ПЕРЕДМОВА

Порошкова металургія — відносно нова галузь науки і техніки, що дозволяє вирішувати задачі по створенню нових матеріалів і устаткування, які відповідають сучасним вимогам. На XXVII з'їзді КПРС підкреслювалася необхідність збільшення виробництва порошків і виробів з них різного призначення. У зв'язку з цим в Основних напрямах економічного і соціального розвитку СРСР на 1986—1990 роки і на період до 2000 року передбачена реалізація ряду комплексних програм в області пріоритетних напрямів науково-технічного прогресу, у тому числі і в порошковій металургії.

Разом з розвитком виробництва порошкових матеріалів і виробів з них, ставиться також завдання підготовки і перепідготовки інженерних кадрів у зв'язку з введенням в учбові плани вузів нової спеціальності «Композиційні і порошкові матеріали, покриття», що вимагає спеціальної учбової і методичної літератури. У вирішенні цієї проблеми, а також поставлених в «Основних напрямах перебудови вищої і середньої спеціальної освіти в країні», однією з яких є розвиток творчих здібностей майбутніх фахівців, спираючись на їх самостійну роботу, підготовка учбової літератури для студентів, що спеціалізуються в області порошкової металургії і композиційних матеріалів, є актуальним завданням

.Автори сподіваються, що запропонований навчальний посібник в певній мірі сприятиме заповненню дефіциту учбової літератури для студентів вказаної спеціальності.

Посібник написано відповідно до програми спеціальності «Композиційні і порошкові матеріали, покриття». При викладенні матеріалу автори спробували узагальнити чисельні літературні відомості про технологічні процеси отримання порошкових матеріалів і пропонують найбільш достовірні з них і достатньою мірою апробовані.

Матеріал викладений виходячи з припущення, що читач знайомий з фізико-хімічними основами процесів порошкової металургії і основним устаткуванням, яке застосовується в технології. Тому з метою збільшення об'єму інформації про технологічні процеси і їх суть в посібнику не описано устаткування, яке використовується і лише в окремих випадках приведені його схеми.

Розділ 1 МАТЕРІАЛИ КОНСТРУКЦІЙНОГО ПРИЗНАЧЕННЯ

1.1 ВИМОГИ ДО МАТЕРІАЛІВ КОНСТРУКЦІЙНОГО ПРИЗНАЧЕННЯ

Довговічність і надійність машин і механізмів залежить від конструктивної міцності деталей, з яких вони виготовлені. Під конструктивною міцністю розуміють комплекс міцнісних властивостей, які більшою мірою впливають на експлуатаційні властивості виробів. Це поєднання міцності, надійності і довговічності. Конструктивна міцність деталей залежить від властивостей матеріалів. Статична і динамічна міцність, опір крихкому руйнуванню, зносостійкість, опір втомному руйнуванню, корозійна стійкість — основні чинники, визначальна надійність і довговічність машин.

Сучасна техніка пред'являє до властивостей матеріалів високі вимоги, обумовлені зростаючою інтенсивністю навантаження машин, при одночасній вимозі зменшення їх металоємності, що сприяє необхідності розробки нових сплавів і способів зміцнення існуючих матеріалів. Трудові витрати на виготовлення деталей роблять вирішальний вплив на можливість застосування існуючих матеріалів, що розробляються, для виготовлення деталей конструкційного призначення.

Основною вимогою, що пред'являється до порошкових матеріалів конструкційного призначення, є забезпечення безвідмовної роботи машин, апаратів, приладів в заданих умовах протягом всього періоду експлуатації при мінімальних витратах матеріальних і енергетичних ресурсів на виробництво продукції.

Порошкові матеріали конструкційного призначення застосовуються в машинобудуванні і приладобудуванні, оскільки в деяких випадках по своїм експлуатаційним характеристикам вони перевершують ті, які використовуються традиційно. Крім того, використання порошкових матеріалів дає значний економічний ефект за рахунок скорочення витрати металів, зниження капітальних вкладень, зменшення експлуатаційних витрат. Економія металу обумовлена різким зниженням об'єму механічної обробки заготовки, в результаті якої при традиційних методах обробки в стружку переводиться до 70 % її маси.

Економічний ефект від переводу виготовлення кожної тонни конструкційних виробів загальномашинобудівного призначення на виготовлення методом порошкової металургії складає при заміні чорних металів 8…15 тис.грн., при заміні кольорових металів — 16…21тис.грн. (для деталей складної форми - до 80 тис. грн. ).

Типовими порошковими деталями конструкційного призначення є шестерні, зірочки, кулачки, корпуси, кільця, шайби, кришки, фланці, ковпачки, накидні і спеціальні гайки, корпуси підшипників, статори, диски лопатевих насосів і багато інших деталей, які використовуються в різних галузях машинобудування.

1.2. КЛАСИФІКАЦІЯ, ВЛАСТИВОСТІ І ПРИЗНАЧЕННЯ ПОРОШКОВИХ КОНСТРУКЦІЙНИХ МАТЕРІАЛІВ

Порошкові конструкційні матеріали класифікують залежно від умов їх експлуатації і ступеня навантаженості. За умовами експлуатації порошкові конструкційні матеріали розділяють на дві групи: матеріали загального призначення, які замінюють звичайні вуглецеві і леговані сталі, і матеріали із спеціальними властивостями — підвищеними зносостійкістю, твердістю, жароміцністю, жаростійкістю і корозійною стійкістю, магнітними, електро- і теплофізичними властивостями (схема 1).

За ступенем навантаженості порошкові конструкційні вироби підрозділяють на чотири групи: малонавантажені, помірно навантажені, середньонавантажені і важко навантажені. Розділення на вказані групи проводиться залежно від межі міцності матеріалу на стиснення і його пористості. Так, межа міцності малонавантажених деталей не перевищує 20—25 % межі міцності безпористого матеріалу при пористості 16—25 %. Деталі, виготовлені з такого матеріалу, не піддаються розрахунку на міцність, а їх розміри вибираються з конструкційних і технологічних міркувань (кришки приладів, ковпачки, заглушки і т. п.).

Для помірно навантажених деталей, виготовлених з матеріалів пористістю 10—15 %, межа міцності на стиснення складає 50—55 % межі міцності безпористого матеріалу.

Схема 1. Класифікація порошкових матеріалів конструкційного призначення

Для середньонавантаженних і важко навантажених деталей використовують матеріали, межа міцності на стиснення яких складає відповідно 70—75 і більше 90 % межі міцності безпористого матеріалу (шестерні, важелі, кулачки і т. д.). Деталі цієї групи піддаються розрахункам на міцність, жорсткість і довговічність в заданих умовах експлуатації.

Важливою структурною характеристикою, що визначає властивості порошкових матеріалів, є пористість і будова міжчасткових контактів, які істотно впливають на міцність матеріалу.

Для визначення межі міцності на стиснення матеріалів малої і середньої пористості використовують формулу Бальшина:

(1)

де σ_к — межа міцності матеріалу в області міжчасткового контакту границя міцності матеріалу в області міжчасткового контакту; т - параметр, що змінюється від 3 до 7; П — пористість матеріалу.

Для визначення межі міцності на стиснення крихких матеріалів застосовують формулу Ришкевича:

(2)

де В — коефіцієнт, що залежить від умов отримання і випробування матеріалів (зазвичай В = 4...7).

Наведені формули є найбільш зручними і простими. Проте необхідність обліку впливу структури міжчасткових контактів на механічні властивості матеріалу обумовлює необхідність вдосконалення методів розрахунку міцності пористих матеріалів. Модель пористого матеріалу можна представити як сукупність частинок, з’єднаних перешийками, міцність яких визначає міцність матеріалу. В цьому випадку формула для визначення міцності матеріалів різної пористості і структури матиме вигляд:

(3)

де σ'_к — міцність безпористого матеріалу, аналогічного за складом і структурою матеріалу частинок порошку, отриманого за таких же умов, як і пористий матеріал.

Формула (3) дозволяє охарактеризувати міцність, пружність і пластичність порошкових матеріалів у всьому інтервалі зміни їх пористості (рис. 1).

При практичному використанні наведених формул коефіцієнт В визначають в основному експериментально. Його значення для багатьох матеріалів приведені в літературі. Загальні закономірності зміни коефіцієнта В наступні: зменшення тривалості і зниження температури спікання, заміна легованих порошків сумішшю компонентів приводить до зростання абсолютного значення параметра В; підвищення пластичності матеріалу призводить до зниження значення параметра В (значення параметра В залежить також від виду виникаючої напруги; так, при появі напруги стиснення, зрізу і кручення В—1...2, вигину — В = 2...4, розтягування — В =4...5).

Рис. 1. Вплив пористості на механічні властивості матеріалів на основі порошку заліза, спечених в середовищі водню при температурі 1200 °С протягом 1 год.

1 — межа міцності на розтягування σ_в; 2 — ударна в'язкість α_к; 3 — відносне подовження після розриву δ; 4 —межа міцності на вигин σ_и.

Таким чином, міцність порошкових конструкційних деталей істотно залежить від пористості і стану міжчасткових контактів, що визначаються умовами отримання деталей, а також від виду напруженого стану і умов їх випробування. При однакових складі матеріалу і умовах його отримання основним чинником, що визначає його властивості, є пористість, змінюючи яку можна отримувати порошкові конструкційні матеріали для різних умов експлуатації. Представляється також можливість виготовляти деталі з мінімальною масою і приблизно однаковим ресурсом роботи, що дозволяє знижувати металоємність машин і конструкцій.

Проте пористість конструкційних матеріалів обмежується 25 %, оскільки при великих її значеннях спостерігається інтенсивна корозія і знижується надійність деталей.

Призначення порошкових конструкційних матеріалів полягає в заміні тих, що існують, отриманих традиційними методами. Об'єм застосування порошкових конструкційних матеріалів з кожним роком зростає в зв'язку з покращенням їх властивостей за рахунок застосування прогресивних технологічних способів виготовлення (високопродуктивних способів отримання порошків, високоенергетичних методів формування деталей і т. п.).

Розвиток порошкової металургії в даний час дозволяє велику частину деталей конструкційного призначення виготовляти з порошкових матеріалів. Проте при вирішенні питання заміни звичайних конструкційних деталей порошковими необхідно враховувати економічні чинники і умови їх експлуатації. Так, при виготовленні складних і великогабаритних деталей значно зростає вартість оснащення і устаткування, що при невеликому об'ємі випуску підвищує вартість порошкових конструкційних деталей в порівнянні із звичайними. Тому необхідно враховувати трудоємкість виготовлення прес-форм, можливість отримання рівномірної щільності по всьому перерізу заготовки і необхідної точності геометричних розмірів деталі.

Умови роботи конструкційних матеріалів можуть бути найрізноманітнішими: звичайні і агресивні середовища, наявність великої кількості мастила і його відсутність, підвищена температура і вологість, ударні і високі контактні навантаження і т.д. Тому необхідно аналізувати умови експлуатації конструкційної деталі з метою вибору відповідного порошкового матеріалу і способу виготовлення деталі.

1.3. ХАРАКТЕРИСТИКА ВИХІДНИХ МАТЕРІАЛІВ, ЇХ ПРИЗНАЧЕННЯ І ПІДГОТОВКА

При виборі вихідної сировини і технологічних схем отримання деталей конструкційного призначення необхідно враховувати наступні умови.

1. Структура матеріалу повинна бути однорідною, термічно стабільною, забезпечувати заданий рівень механічних властивостей і безвідмовну роботу виробу протягом всього періоду його експлуатації.

2. Малонавантажені деталі, що знаходять найбільше застосування в машинобудуванні і приладобудуванні, недоцільно виготовляти з легованих сталей, якщо немає необхідності додавати їм спеціальні властивості, наприклад електричні, магнітні або корозійні. Найдоцільніше виготовляти такі деталі із залізного порошку або шихт на його основі з добавками вуглецю холодним пресуванням і спіканням при t=0,8t_пл з отриманням пористості 16—25 %. Для підвищення корозійної стійкості вироби просочують маслом, органічними мономерами, легкоплавкими металами.Помірно навантажені деталі пористістю 10—15 % доцільно виготовляти з порошків вуглецевих або низьколегованих сталей одноразовим або подвійним пресуванням і спіканням. При виготовленні деталей підвищеної складності застосовують механічну обробку, для деталей середньої складності — калібрування. Залежно від умов експлуатації деталі піддають термообробці.

3. Середньонавантажені деталі пористістю не більше 9 %, що експлуатуються в умовах значних статичних або динамічних навантажень, слід виготовляти з порошків вуглецевих і легованих сталей, кольорових металів і сплавів. Вироби можна виготовляти подвійним пресуванням і спіканням, гарячим або холодним штампуванням, гарячим пресуванням з подальшою термічною або хіміко-термічною обробкою.

4. Важконавантажені деталі, що експлуатуються в умовах високих статичних і динамічних навантажень, доцільно виготовляти з гомогенних порошків легованих сталей або сплавів пористістю менше 2 %. Вироби отримують гарячим або холодним штампуванням спечених порошкових заготовок з подальшою термічною, хіміко-термічною або термомеханічною обробкою. Застосовуються і інші високоенергетичні методи виготовлення деталей цієї групи (гаряче, ізостатичне пресування і ін.).

Вихвдними матеріалами для виготовлення порошкових конструкційних деталей є порошки чистих металів і сплавів, отримані різними методами: відновленням оксидів твердими і газоподібними відновниками, розпилюванням розплавів металів за допомогою повітря, газів, відцентрових сил, електролізом водних розчинів або розплавів, дифузійним насиченням з точкових джерел, синтезом з елементів, дисоціацією карбонілов, випаровуванням і конденсацією. Можна також застосовувати і інші порошки, що отримуються методами, що не знайшли в даний час широкого застосування.

Основним методом отримання порошків заліза, міді, нікелю, кобальту і деяких інших металів є відновлення їх оксидів. Для отримання порошків легованих сталей широко застосовується метод розпилювання розплаву з використанням води або інертного газу. Розпилюванню піддають розплав сталі відповідного складу або розплав шихти, що складається з елементів в заданому співвідношенні.

Відповідно ГОСТ 9849—86, залізний порошок випускають п'яти марок по хімічному складу, він ділиться на п'ять підгруп по насипній щільності і на три підгрупи по максимальній щільності. Позначення порошку, наприклад ПЖВ-2.160.32, слід читати так: П — порошок, Ж — заліза, В — відновлений, 2 — друга група по хімічному складу, 160 — гранулометричний склад по максимальній щільності зерна, 32 — підгрупа по насипній щільності.

Порошки високолегованих сталей і сплавів, згідно ГОСТ 13084—67, позначаються буквою П. Букви і цифри, наступні за нею, значать відповідну марку сталі, а цифра після дефіса — групу порошку за змістом домішок. Наприклад, маркою ПХ17Н2-1 позначають порошок сталі Х17Н2, що належить до першої групи за змістом домішок. З підвищенням номера групи кількість домішок збільшується.

Порошки неіржавіючих сталей, отримані розпилюванням, згідно ГОСТ 14086-68, позначаються буквами ПР (порошки розпиленні), букви і цифри, наступні за буквою Р, позначають відповідну марку сталі, десятковий дріб після першого дефіса — фракцію порошку по гранулометричному складу, буква А або Б після другого дефіса — групу по насипній щільності.

Аналогічно позначаються і інші порошки, які застосовуються для виготовлення порошкових конструкційних матеріалів загального призначення. Мідні порошки випускаються по ГОСТ 4960—75, нікелеві карбонільні — по ГОСТ 9722—79, нікелеві електролітичні — по ГОСТ 9722—79.

Залежно від умов експлуатації конструкційних деталей для їх виготовлення вибирають склад матеріалу і спосіб його отримання, які забезпечили б необхідні властивості. Для малонавантажених деталей використовують порошок заліза. Деталі, що експлуатуються при підвищених навантаженнях, виготовляють з порошків вуглецевих, легованих і неіржавіючих сталей. Зазвичай такі порошки отримують методом легування в процесі сумісного відновлення оксидів, відпалом суміші порошку заліза з лігатурою, дифузійним насиченням порошків заліза з точкових джерел і розпилюванням.

Порошкові сталі позначають марками, що поєднують цифри і букви. Перша буква С позначає клас матеріалу — сталь, друга П — те, що матеріал отриманий методом порошкової металургії. Перша цифра після букв вказує на середній зміст загального вуглецю, виражений в сотих долях відсотка. Букви, після першої цифри, як і для литих сталей, позначають легуючі елементи: А — азот, Б — ніобій, В —вольфрам, Г — марганець, Д — мідь, К — кобальт, М — молібден, Н —- нікель, П — фосфор, С — кремній, Т — титан, Ф — ванадій, X — хром, Ц — цирконій. Цифри після позначень елементів указують на середній вміст легуючого елементу у відсотках. За відсутності цифри — вміст елементу менше 1 %. Цифри після дефіса указують, до якої підгрупи відноситься матеріал по щільності. Порошкові сталі по щільності підрозділяються на чотири підгрупи (табл. 1). Наприклад, позначення сталі СП 60ХНЗМ-2 читаємо так: С — сталь, П — отримана методом порошкової металургії, 60 — вміст вуглецю 0,6 %, X — хрому 1 %, Н — нікелю 2,8—3,2%, М — молібдену 1 %, 2 — друга підгрупа по щільності.

Порошкові сталі по складу розділяють на наступні групи: вуглецеві, леговані, високоміцні і нержавіючі.

Вуглецеві стали, такі, що містять до 0,2 % вуглецю, отримують із залізного порошку. Такі сталі мають низьку вартість, добре пресуються і спікаються, мають невисокі механічні властивості, оскільки основним компонентом структури є ферит, що характеризується високою пластичністю і низькою міцністю. Для поліпшення механічних властивостей сталі в порошок заліза додатково вводять вуглець, вміст якого може досягати 0,9 %.

З метою отримання вуглецевих порошкових сталей як початкові матеріали застосовують суміші порошку заліза з графітом або чавунним порошком. Джерелом вуглецю також може бути сажа заліза, в якій вуглець знаходиться у високоактивному стані.

Таблиця 1 – Розподіл порошкових сталей по щільності

Підгрупа	1	2	3	4
Пористість, %	16…25	10…15	2…9	2,0
Щільність, г/см3	6,0…6,6	6,7…7,17	7,2…7,7	7,7

При отриманні вуглецевих сталей вказаними способами слід мати на увазі, що чим менше дисперсність графіту і більше рівномірність його розподілу, тим вище механічні властивості отримуваних деталей. На фізико-механічні властивості вуглецевих сталей впливає і сорт вживаного графіту. Високозольні сорти графіту підвищують вірогідність утворення цементиту, що вимагає вищих температур при спіканні для розчинення вуглецю, і негативно впливають на структуру, погіршуючи властивості конструкційних вуглецевих сталей.

При використанні суміші залізного і чавунного порошків утворюються вуглецеві сталі з рівномірним розподілом вуглецю, при цьому знижується їх собівартість, оскільки чавун є дешевою початковою сировиною. Необхідного вмісту вуглецю в таких сталях добиваються попередньою обробкою чавунної стружки, наприклад відпалом, з метою зниження змісту вуглецю до 0,7—1,0 %, дробленням і відділенням вільного графіту, використанням суміші залізного і чавунного порошків, узятих в певному співвідношенні, суміші чавунного порошку з оксидами заліза, на відновлення яких витрачається частина вуглецю чавуну. Повноту зневуглецювання регулюють кількістю оксидів, температурою спікання і тривалістю витримки.

У разі, коли використання графіту, сажі або інших вуглевмісних компонентів небажано, застосовують газову цементацію деталей. При цьому можна отримувати як пористі конструкційні, так і високоміцні сталі.

Таким чином, змінюючи вміст вуглецю в початковій сировині і технологію виробництва, можна отримувати вуглецеві порошкові конструкційні сталі з різними властивостями.

При використанні легованих сталей підвищуються міцнісні властивості конструкційних порошкових деталей. Найбільш поширеними легуючими елементами є мідь, нікель, хром, молібден та ін. Широкого поширення набуло легування міддю шляхом змішування порошків заліза і міді. Рідше застосовують заздалегідь леговані порошки, що отримуються сумісним відновленням оксидів заліза і міді або розпилюванням розплаву.

Основними перевагами міді як легуючого елементу є її зміцнююча дія і здатність регулювати усадку. Так, введення міді в порошок заліза при твердофазному спіканні викликає збільшення об'єму виробів і, отже, компенсує усадку. Останнє обумовлене проявом ефекту Френкеля I роду через різницю коефіцієнтів гетеродифузії заліза і міді. Тому, змінюючи зміст міді і початкову пористість що піддається пресуванню матеріалу, можна отримувати вироби, розміри яких не змінюються при спіканні. Спікання сталей, що містять мідь, при температурах, що перевищують температуру плавлення міді, призводить до утворення рідкої фази, яка активує дифузійні процеси і збільшує усадку, яка компенсує збільшення об'єму і, як наслідок, призводить до підвищення міцності сталі за рахунок утворення твердих розчинів, що мають в порівнянні із залізом і міддю вищі міцнісні характеристики. Зазвичай застосовуються сталі, що містять 1,5—5,0 % міді. Збільшення змісту міді понад 5 % істотно знижує пластичність сталі.

Поширеним легуючим елементом є також нікель. При збільшенні вмісту нікелю від 1 до 10 % міцність сталі зростає. Проте при легуванні залізних порошків нікелем в. процесі спікання необхідно підбирати режими для активації дифузійних процесів утворення сплавів і гомогенізації отримуваних сталей. Сумісне застосування порошків нікелю і міді сприяє прискоренню дифузійних процесів і гомогенізації. Крім того, отриманий приріст міцності перевищує сумарний ефект дії кожного елементу окремо. Тому порошкові конструкційні сталі, леговані тільки нікелем, не знаходять широкого застосування.

Для виробництва деталей загального машинобудування застосовують сталі, леговані нікелем і молібденом. Такі сталі отримують з сумішей порошків або з порошків сплавів, що містять 1,0—3,5 % нікелю, 0,3—0,8 % молібдену і 0,2—0,85 % вуглецю. Застосування вказаних легуючих елементів дозволяє отримувати порошкові деталі з високими механічними властивостями, виконуючи порівняно прості технологічні операції. Крім того, низька спорідненість вказаних елементів до кисню не вимагає застосування гостроосушених середовищ при спіканні і дає можливість піддавати деталі з цих сталей гарячому куванню на повітрі.

Недоліком вказаних легуючих елементів є їх висока вартість і дефіцитність, тому частіше застосовуються менш дефіцитні елементи, такі як хром, марганець і кремній. Проте висока спорідненість цих елементів до кисню створює певні труднощі при спіканні, оскільки вимагає наявність захисних середовищ з низьким вмістом кисню і вологи.

Високі фізико-механічні властивості мають деталі, виготовлені з хромових, марганцевмісних і крем'янистих порошкових сталей при використанні як початкові матеріали порошків сплавів. За відсутності легованих порошків вказані конструкційні сталі часто виготовляють з сумішей порошків і лігатури. Наприклад, для отримання хромових сталей використовують порошок залізохромових і залізохромонікелевих сплавів, карбіди, феросплави, плакірований порошок хрому та інші хромовмісні компоненти, змішані в певному співвідношенні із залізним порошком, для отримання крем'янистих сталей — суміш залізного порошку і залізокремнистої лігатури, що містить 10—20 % кремнію. Аналогічно отримують марганцеві сталі.

Як випливає з вищевикладеного, леговані порошкові сталі можна отримати з суміші порошків основи сплаву з легуючими елементами або лігатурою, що містить їх, і з легованих порошків, отриманих різними методами. Вибір початкових компонентів залежить від призначення деталей, умов їх експлуатації, технології виготовлення і вартості порошків. Виготовлення деталей з суміші порошків економічно вигідніше, оскільки вартість заздалегідь легованих порошків вища. Проте висока вартість таких деталей може бути компенсована за рахунок підвищення фізико-механічних, корозійних і інших властивостей, що значно збільшують термін їх експлуатації в порівнянні з такими ж деталями, виготовленими з сумішей порошків.

Високоміцні порошкові сталі по міцності не поступаються сталям, отриманим традиційними методами. Основними легуючими елементами таких сталей є нікель (7—20 %), кобальт (4—17 %), молібден (4—5 %), титан (0,8—3,5 %), алюміній, марганець, хром (1—4 %). Легування нікелем і кобальтом сприяє зниженню енергії дефектів упаковки і підвищує пластичність металевої матриці, що збільшує швидкість релаксації локальної напруги, підвищує опір крихкому руйнуванню і знижує поріг холодноламкості сталей. Сумісне введення цих металів сприяє підвищенню щільності дислокацій і, отже, підвищенню міцності сталі. Введення молібдену приводить до подрібнення зерна сталі, сприяє її зміцненню за рахунок старіння. Зміцнення при старінні відбувається також в результаті утворення інтерметалідів, що перешкоджають переміщенню дислокацій. Склад інтерметалідів визначається складом сталі. Так, в титановмісних сталях утворюється NiTi, в алюміновмісних — NiА1, (FeNi) Аl, при сумісному введенні кобальту, молібдену і титану утворюються Ni₃Тi, Fe₂Мо, (FeNiCo)₂Mо, Ni₃Мо. Високоміцні сталі, такі, що зміцнюються за рахунок виникнення мартенситу і інтерметалідів в процесі старіння, називаються мартенситно-старіючими. Їх отримують з сумішей початкових порошків пресуванням і спіканням. Потім для підвищення міцнісних властивостей проводять старіння при температурі 480—500 °С, холодну пластичну деформацію із ступенем деформації 30—90 % і повторне старіння при температурі 500 °С. Порошкові високоміцні стали, отримані таким чином, по міцнісних характеристиках близькі до литих, поступаючись останнім тільки по пластичності. Істотний вплив на властивості мартенситно-старіючих сталей дає дисперсність початкових порошків і присутність домішок.

Неіржавіючі порошкові сталі все ширше застосовуються в техніці як корозійностійкі матеріали. Корозійна стійкість таких матеріалів істотно залежить від гомогенності і пористості матеріалу. Тому неіржавіючі порошкові сталі з високими корозійними властивостями необхідно виготовляти з гомогенних легованих порошків, застосовуючи високоенергетичні способи отримання заготовок, гаряче штампування пористих заготовок, гаряче пресування у вакуумі і інші способи, що дозволяють отримувати безпористі заготівки.

Основними легуючими елементами неіржавіючих порошкових сталей є нікель (2—28 %) і хром (12—16 %). Крім того, в їх склад входять молібден (0,1—3,0 %), марганець (0,1 — 0,6%), кремній (0,1—1,0%), вуглець (0,02—0,18%). Порошки неіржавіючих сталей отримують дифузійним насиченням, відновленням гідридом кальцію сумішей оксидів металів, розпилюванням. Застосовуються також і суміші порошків, наприклад, сталь СП Х17Н2 отримують з суміші порошків сплавів Fе — Сr і карбонільного нікелю.

Порошкові кольорові метали і сплави застосовуються як конструкційні матеріали в електротехнічній, радіотехнічній, електронній промисловості, а також як деталі загального призначення в машинобудівній промисловості. Вони мають високі теплопровідність і корозійну стійкість, добре обробляються різанням і тиском. За хімічним складом вони відповідають литим, але відрізняються від них по структурі. Широко застосовуються матеріали на основі міді — латунь і бронза, сплави на основі алюмінію, магнію і титану. Легуючими елементами сплавів на основі алюмінію є магній, марганець, кремній і цинк, які створюють з алюмінієм інтерметаліди, які забезпечують можливість проведення термообробки (старіння) сплавів. Сплави на основі магнію легують алюмінієм, марганцем, цинком, кадмієм, неодимом, які також дозволяють проводити термообробку отримуваних сплавів. Титан легують алюмінієм, молібденом, ванадієм, кремнієм, хромом.

Шкідливими домішками кольорових металів і сплавів є елементи, які створюють розчини впровадження, оскільки вони уповільнюють дифузійні процеси і можуть викликати збільшення об'єму виробів при спіканні. Початковими матеріалами для отримання виробів з кольорових металів і сплавів можуть бути суміші порошків чистих металів, суміші порошків і лігатур, заздалегідь леговані порошки.

Порошкові конструкційні матеріали на основі кольорових металів і сплавів позначають марками, що включають букви і цифри. Перша буква в марці позначає клас матеріалу: Яскраво-червоний — алюміній, Бе — берилій, Бр — бронза, Г — марганець, Д — мідь, Же — залізо, Л — латунь, М — молібден, Мг — магній, Н — нікель, О — олово, П — фосфор, С — кремній, Св — свинець, Ср — срібло, Т — титан, Ф — ванадій, X — хром, Ц — цинк, Цр — цирконій; друга буква — П — вказує, що матеріал отриманий методом порошкової металургії, наступні букви позначають легуючі елементи, а цифри — їх кількість. Цифра після дефісу вказує на підгрупу по щільності. Чисельне значення пористості по підгрупах відповідає пористості порошкових конструкційних матеріалів на основі заліза.

При виготовленні конструкційних деталей загального призначення відповідальною операцією є приготування шихти. Основні завдання цієї операції — рівномірний розподіл компонентів, що вводяться, і по можливості зниження вмісту домішок, а також поліпшення технологічних властивостей шихти — текучості і пресуємості. Для цього порошок піддають відпалу, змішуванню і гранулюванню.

Відпал порошків застосовують при необхідності зняття наклепу, що утворюється при розмелі. Величина наклепу залежить від пластичності порошків матеріалів і зменшується із збільшенням їх твердості і крихкості. Тому у разі застосування порошків твердих і крихких матеріалів відпал можна не проводити.

При відпалі порошків усувається також і термічна напруга, що виникає при швидкому охолоджуванні після відновлення, розпилювання і інших операцій, пов'язаних з нагрівом. В процесі отримання і тривалого зберігання частинки порошку можуть окислюватися, погіршуючи тим самим його технологічні властивості. Для відновлення оксидів металів, що мають низьку спорідненість до кисню, відпал проводять в середовищі водню або дисоційованого аміаку, а оксидів металів, що мають високу спорідненість до кисню, - у вакуумних печах, що призводить до дисоціації деяких оксидів і їх видалення з порошку. Вакуумний відпал дозволяє також істотно понизити газонасиченість порошків.

З метою вирівнювання по хімічному і гранулометричному складу порошків різних партій і рівномірного розподілу елементів в багатокомпонентних сумішах порошки змішують механічними або хімічними методами. При необхідності в процесі змішування в шихту вводять пластифікатори або мастила, що забезпечують зменшення тертя між частинками порошку і стінками прес-форми в процесі пресування, що знижує тиск пресування і сприяє більш рівномірному розподілу щільності виробу за об'ємом. Кількість мастила, що вводиться в порошок, не перевищує 1 % і залежить від гранулометричного складу порошків і їх насипної щільності. Як мастила при виготовленні порошкових конструкційних матеріалів використовують графіт, стеаринову кислоту, стеарат цинку та ін. Кількість мастил, що вводяться, повинна бути мінімальною, оскільки при спіканні вони, випаровуючись, засмічують пічний простір і можуть стати причиною спучення заготовок. З метою рівномірного розподілу мастил їх вводять в шихту у вигляді розчинів. Як розчинник використовують чотирихлористий вуглець або бензин. Після випаровування розчинника частинки матеріалу виявляються рівномірно покритими мастилом.

Механічне змішування проводять в барабанних, конусних, шнекових змішувачах і вібромлинах. При виборі змішувача необхідно враховувати, що змішування повинно відбуватися щонайшвидше з метою запобігання наклепу частинок. З урахуванням цього при змішуванні пластичних порошків застосовують У-подібні змішувачі і змішувачі із зміщеною віссю, які забезпечують якісне змішування без наклепу частинок. При необхідності поєднання процесу змішування і помелу порошків застосовують вібраційні або кульові млини. Для запобігання сегрегації суміші порошкових матеріалів з різною щільністю при змішуванні додають рідину (спирт, бензин, воду, що дистилює) в кількості 0,5—1,5 %.

Хімічний спосіб змішування полягає в осадженні з розчинів на поверхні частинок солей металу домішки, їх випаровуванні та відновлення. Цей спосіб дозволяє домогтися рівномірного розподілу компонентів в шихті за рахунок того, що в цьому випадку кожна частка основного компоненту виявляється покритою тонким шаром металу домішки. Особливо ефективний спосіб хімічного змішування при приготуванні шихти, що містить менше 5% домішок. Рівномірність розподілу компонентів в цьому випадку висока, і отримати її іншими способами не вдається.

Гранулювання шихти проводять з метою підвищення насипної щільності, запобігання розшарування суміші при засипанні в прес-форму, а також підвищення її текучості. При виготовленні порошкових конструкційних матеріалів використовують, в основному, механічне і термічне гранулювання. Механічне гранулювання полягає в обкатці порошків з розміром часток ~ 1 мкм в барабані без присадок. В процесі обкатки частинки порошків, що мають високорозвинену поверхню, механічно поєднуються один з одним, утворюючи грудки, які потім піддають руйнування і розсіву. При гранулювання більших часток порошків застосовують сполучні (гліцерин, парафін). Найбільш простим методом гранулювання в цьому випадку є пресування заготовок зі сполучною з подальшим їх подрібненням і розсіву.

Термічне гранулювання полягає в спіканні вільно насипаної або спресованої суміші з подальшим її подрібненням до гранул потрібного розміру. Високопродуктивним способом гранулювання є сушка розпиленням. Суть способу полягає в приготуванні пульпи, що містить рідину, порошок, клеючі речовини, і її розпиленні гарячим повітрям або газом. При розпиленні струмінь пульпи дробиться на краплі, які, висихаючи, перетворюються на гранули.

Після виконання підготовчих операцій порошки направляють на формування, спосіб якого обирають залежно від виду та призначення виробу.

1.4. ТЕХНОЛОГІЯ ВИГОТОВЛЕННЯ ПОРОШКОВИХ КОНСТРУКЦІЙНИХ МАТЕРІАЛІВ НА ОСНОВІ ЗАЛІЗА

Технологічні процеси виготовлення порошкових конструкційних матеріалів визначаються ступенем навантаженості деталей: чим вона вища, тим складніше технологічний процес виготовлення деталі. Так, малонавантажені деталі виготовляють холодним пресуванням і спіканням, а средньонавантажені і важконавантажені - подвійним пресуванням і спіканням або іншими високоенергетичними способами (гаряче штампування, гаряче пресування і т. п.). Технологічна схема виготовлення порошкових конструкційних деталей наведена нижче (схема 2).

Малонавантажені і помірнонавантажені конструкційні деталі виготовляють пресуванням і спіканням порошків заліза або вуглецевих сталей. Тиск пресування в залежності від необхідної щільності заготовок становить 300-800 МПа, а температура спікання-1050-1200 °С. Малонавантажені деталі після спікання піддають поверхневій обробці з метою підвищення їх корозійної стійкості. Такі сталі не піддають термічній обробці.

Схема 2. Принципова технологічна схема виготовлення малонавантажених, помірно і средненагруженних конструкційних деталей

У залежності від вмісту вуглецю вони мають структуру фериту, феритоперліту та перліту. Важливою структурною характеристикою цих сталей є пори, форма яких істотно впливає на міцність порошкових конструкційних деталей. Так, якщо пори мають гострі кути, міцність деталі різко знижується. Форма пор визначається формою часток вихідного порошку, а також умовами пресування і спікання. Вироби, отримані з розпорошених порошків зі сферичної або близької до сферичної формою часток, мають пори тетраедричної форми, які при спіканні пресовок набувають сферичну форму. Вироби з відновлених порошків з розгалуженими частками характеризуються неправильною формою пор, гострі кути яких згладжуються при спіканні. Велика пористість (25-18%) таких деталей не дозволяє надати їм високі механічні властивості. При зміні вмісту вуглецю від 0,1 до 0,9% їх властивості змінюються несуттєво: межа міцності на розтяг становить 100-120 МПа, твердість - 500-800 HB. Малонавантажені деталі можна виготовляти з порошкових сталей СП 10-1, СП30-1, СП70-1 і СП90-1.

Помірно навантажені деталі виготовляють з порошкових вуглецевих і низьколегованих сталей другої підгрупи по щільності пресуванням при тиску 500-800 МПа і спіканням при температурі 1100-1200 ° С. Для підвищення твердості і міцності помірнонавантажених деталей застосовують подвійне пресування і спікання. Перше пресування проводять при порівняно низькому тиску (300-500 МПа) з подальшим спіканням заготівки при температурі 1100-1200 ° С. Після спікання заготівки піддають повторному пресуванню (допресовка) при тиску 400 - 500 МПа. Така схема дозволяє отримати конструкційні деталі по міцності і пористості відповідні деталей, отриманим при пресуванні при тиску 800-1000 МПа і наступному спіканні. Це обумовлено тим, що після спікання усувається деформаційне зміцнення частинок порошку, отримане після першого пресування. Перевагою цього способу є також те, що зменшення тиску пресування збільшує стійкість і термін служби прес-форм.

При необхідності підвищення міцності помірнонавантажених деталей застосовують термообробку (загартування і відпуск). Структура матеріалу в цьому випадку залежить від вмісту вуглецю і може складатися з мартенситу, троститу або перліту. При відсутності термообробки структура помірнонавантажених деталей відповідає структурі малонавантажених при пористості 15-10%. Межа міцності на розтяг таких сталей досягає 120 - 200 МПа, твердість - 700-1000 HB.

Для виготовлення средньонавантажених деталей застосовують вуглецеві і леговані сталі. Технологія їх виготовлення включає пресування, спікання, допресовку і термообробку, що дозволяє знизити їх пористість до 9-2% і тим самим забезпечити необхідні фізико-механічні властивості. Після термообробки такі матеріали характеризуються мартенситною або троостомартенситною структурою (вуглецеві сталі) і мартенситною або аустенітною з легуючими включеннями (леговані стали). Межа міцності на розрив таких сталей досягає 200-580 МПа, твердість HRC - 45-52.

Деталі зазначених груп після спікання можуть піддаватися калібруванню з метою усунення викривлення і підвищення точності розмірів. При калібруванні щільність деталі незначно підвищується (на 1-3%).

Таблиця 2. Характеристика порошкових деталей за групами складності

Група складності	Характеристика основних ознак	Деталь
I	Деталі простої геометричної форми з постійним перерізом по висоті, обмежені паралельними площинами, перпендикулярними до напрямку пресування	Циліндри, плоскі кромки та ін.
II	Деталі, аналогічні формою деталям групи I, але мають один або декілька отворів або пазів у напрямку пресування при відношенні висоти деталей до мінімальної товщини стінки не більше 10	Втулки, кільця, колпачки
III	Деталі групи II при відношенні висоти деталі до мінімальної товщині стінки більше 10	Чохли термопар
IV	Деталі групи III з переходами по перетину (зрізи, кільцеві виїмки, глухі отвори та ін.) при відношенні висоти деталі до мінімальної товщині стінки не більше 8	Втулки з буртами, фланці та ін.
V	Деталі групи IV при відношенні висоти деталі до мінімальної товщині стінки більше 8	Подовжені втулки з буртами
VI	Деталі з кількома переходами по висоті чи перетину, а також обмежені паралельними площинами або криволінійними поверхнями	Шестерні, зірочки з буртами посередині, деталі з виступами

Найважливішою технологічною операцією виготовлення порошкових конструкційних деталей є формування заготовок. Існує багато методів формування заготовок, але не всі вони застосовуються в промисловості. Це обумовлено тим, що при виборі методу формування необхідно вирішити такі завдання: досягти однорідності ущільнення заготовки по всьому об'єму при мінімальній пористості з одночасним поєднанням високої продуктивності та низької собівартості. Як правило, жоден з існуючих методів формування не дозволяє одночасно вирішити всі поставлені задачі, тому в кожному конкретному випадку необхідний вибір оптимального методу. Істотний вплив на вибір методу формування дає пористість і складність продукції, що виготовляється. Деталі конструкційного призначення діляться на шість груп складності (табл. 2).

Методи формування можна розділити на дві групи: холодне і гаряче формування. Для груп конструкційних матеріалів, що розглядаються в цьому розділі, застосовується холодне пресування.

При холодному пресуванні порошків розрізняють три стадії. На першій стадії при невеликому тиску пресування щільність значно збільшується. Це обумовлено тим, що при невеликих тисках ущільнення відбувається в основному за рахунок переміщення частинок порошку один відносно одного, які заповнюють проміжки і порожнечі. При цьому руйнуються містки, що утворилися при засипання порошку. Швидкість переміщення всієї маси частинок в напрямку пресування приблизно дорівнює швидкості переміщення пуансона. На цій стадії пресування починає проявлятися нерівномірність розподілу щільності по висоті заготовки, тому що зусилля пресування витрачається, в основному, на подолання сил тертя між частками порошку. Завершується ця стадія пресування найбільш щільною упаковкою частинок порошку.

На другій стадії ущільнення при підвищенні зусилля пресування більша частина зусилля пресування витрачається на деформування матеріалу частинок і на подолання сил тертя заготівки об стінки прес-форми. Ущільнення заготовки відбувається за рахунок значної деформації матеріалу частинок і його закінчення в області міжчастинкових контактів. На другій стадії крім збільшення сил тертя між частинками руйнуються плівки оксидів і адсорбованої вологи на поверхні порошку, якісно і кількісно змінюється контакт між ними, з'являються сили міжатомної взаємодії, виникають металеві зв'язки і, як наслідок, відбувається схоплювання. При цьому пластичні порошки ущільнюються за рахунок пластичної деформації, а тверді - за рахунок крихкого руйнування.

На третій стадії пресування пластичні порошки ущільнюються за рахунок появи сил об'ємного стиснення і закінчення матеріалу частинок в міжчастинкові пори, за рахунок заповнення межчастинкових пор продуктами руйнування.

Одною з основних вимог, що пред'являються до конструкційних деталей, є рівномірний розподіл щільності за обсягом, оскільки міцність, твердість і працездатність порошкового конструкційного матеріалу визначаються відповідними характеристиками найменш щільного перетину. Крім того, нерівномірний розподіл щільності за обсягом заготівки призводить до концентрації напружень, які можуть привести до появи тріщин, розшарування при пресуванні, нерівномірної усадки і викривлені при спіканні.

Визначальний вплив на розподіл щільності має відношення висоти шару засипаного порошку Н до висоти пресування h, яке має дорівнювати відношенню щільності пресування до насипної щільності порошку, тобто Н / h = ρп / ρн. Тертя часток порошку об стінки прес-форми, форма і розмір пресованих деталей, схема пресування також впливають на розподіл щільності у заготівлі.

Для зменшення сил тертя застосовують інертні мастила, які знижують як сили зовнішнього тертя частинок порошку об стінки прес-форми, так і сили внутрішнього тертя між частинками і полегшують їх пластичну деформацію. Для зниження сил зовнішнього тертя необхідно зменшити шорсткість робочих поверхонь прес-форми, для чого при виготовленні їх слід піддавати поліровці (шорсткість складає 0,025-0,50 мкм).

Після формування заготовки піддають спікання. Спікання є складною технологічною операцією, яка в основному визначає кінцеву структуру і властивості отриманої деталі. Спікання супроводжується зміною геометричних розмірів деталі (усадка або збільшення обсягу), зміною форми частинок порошку і часу, які прагнуть придбати енергетично найбільш вигідну сферичну форму. Оскільки від змін розміру деталей при спіканні залежить їх точність, необхідно прагнути до мінімальних їх змін. При цьому слід враховувати, що усадка зростає зі зменшенням розміру частинок вихідних порошків і підвищенням пористості пресування. Збільшення розмірів деталі може відбуватися під дією тиску газу в закритих порах, причому у випадку високих швидкостей нагрівання воно може бути причиною утворення поверхневих тріщин. Збільшення розмірів деталей, виготовлених з суміші порошків, може бути також викликане протіканням процесів дифузії з проявом ефектів Френкеля (виникнення дифузійного пористості внаслідок різниці коефіцієнтів дифузії компонентів суміші). Збільшення розмірів деталі може пояснюватися впливом тиску кристалізації, що виникає при утворенні речовин збільшеного об'єму - оксидів, карбідів, нітридів та ін

При спіканні малонавантажених, помірно і средненагруженних конструкційних виробів кінцева пористість не робить істотного впливу на їхні властивості. Тому основна увага приділяється стабілізації усадки та забезпечення тим самим точних геометричних розмірів виробу без подальшої механічної обробки. З цією метою спікання ведуть при зниженій температурі або ж для компенсації усадки в склад матеріалу вводять мідь.

Спікання проводять при температурі 1050-1200 ° С в захисної середовищі, у якості якої можуть застосовуватися: гази (водень, аміак дисоційованому, генераторний газ, конвертованій природний газ), рідини (розплави солей, скла, металів) і тверді засипки (активоване вугілля, графіт і хімічно активні метали).

Найбільш ефективною захисною газовим середовищем є водень, що характеризується відновлювальні властивості. Він дозволяє отримувати добрі результати навіть при спіканні порошків, що містять легуючі добавки хрому, титану і кремнію, які володіють високою спорідненістю до кисню. Якщо порошки сталей містять легуючі елементи, що мають низьку спорідненість до кисню і не утворюють нітріди (мідь, нікель, вольфрам), використовують більш дешеву захисне середовище - дисоційованому аміак (75% N₂ і 25% Н₂) або конвертованій природний газ (75% Н₂ і 24% СО), що мають сильні відновлювальні властивості. Застосування генераторного та інших промислових газів, що містять водяну пару і кисень (до 0,5%), може призводити до окислення деталей і їх зневуглецювання. Тому при їх використанні необхідно забезпечити ставлення Рн₂о/Рн₂ не більше 0,04-0,05. При спіканні в рідких захисних середовищах, особливо в розплавленому склі, забезпечується надійний захист вироби від окислення навіть за наявності в їх складі компонентів, що мають сильне спорідненість до кисню (алюміній, титан та ін.) При цьому досягається висока продуктивність і економічність процесу за рахунок технологічності скла та його низькою вартістю.

Тверді захисні засипки в основному застосовуються в тих випадках, коли необхідно поєднати спікання і поверхневу хіміко-термічну обробку, наприклад цементацію.

Порошкові конструкційні деталі розглянутого класу мають підвищену пористість, тому для запобігання корозії проводять спеціальну обробку їх поверхні. Для збільшення корозійної стійкості малонавантажених деталей їх пори заповнюють легкоплавкими неорганічними речовинами або пластмасами з наступним нанесенням на поверхню захисних або декоративних покриттів. Найбільш ефективним матеріалом для заповнення пір перед покриттям поверхні є 10%-й розчин гідрофобізуючої кремнійорганічної рідини ГФЖ-136 в бензині. При хімічній взаємодії рідини з вологою, що знаходиться на поверхні матеріалу, утворюється полімер у вигляді тонкої плівки, не змочується водою. Така плівка полімеризується при температурі 130-140 °С і міцно утримується на поверхні металу і всередині пор, що дозволяє надійно захистити внутрішню поверхню виробів, особливо при пористості 16-18%, від попадання агресивних розчинів при нанесенні захисних покриттів. Перед нанесенням захисних покриттів поверхню деталей очищають від плівки струменево-абразивною обробкою або обробкою залізним порошком в змішувальних барабанах. При цьому вдається отримати високу ефективність очищення поверхні й зберегти полімер в порах. В якості попередньої підготовки поверхні застосовують також оксидування. Для цього порошкові вироби спочатку нагрівають в середовищі водню, а потім в середовищі водяної пари при 400-600 ° С:

3Fe+4H₂O=Fe₃O₄+4H₂

На поверхні виробу і в порах утворюється щільна плівка магнетиту Fe₃O₄. При збільшенні товщини плівки закриваються канали пор. Плівка магнетиту добре зчіплюється з металом і захищає його від корозії. Крім того, така обробка підвищує твердість виробів і приблизно на 10% збільшує межу їх міцності на розтяг.

Перед нанесенням захисних покриттів також необхідно застосовувати струменево-абразивну обробку поверхні деталей. Оксидування може застосовуватися як остаточна обробка порошкових деталей для захисту їх від корозії.

Для захисту порошкових конструкційних виробів також наносять хімічні і електролітичні покриття, серед яких найбільш поширені:

1. Хімічне нікелювання в розчині, що містить 30 г / л сульфату нікелю, 20 г / л гіпофосфіта натрію, 20 г / л ацетату натрію, 15 г / л цитрату натрію і 30 г / л гліколя, при рН = 5,0 ... 5 , 5 і температурі 80-90 ° С. Якщо необхідно отримати безпористе нікелеве покриття товщиною більше 15 мкм, проводять двоступенева нікелювання. Повторне нікелювання проводять в новій суміші розчинів такого ж складу без попередньої промивки.

2. Фосфатування в розчині, що містить 30 г / л Zn(H₂PO₄)₂, 40-60 г / л Zn(NO₃)₂, 10-13 г / л Н₃РO₄, при температурі 85-90 °С протягом 15-20 хв. Перевагою цього методу є можливість одержання корозійно-стійких фосфатних плівок без попередньої струменево-абразивної обробки поверхні деталі.

3 Електролітичне нікелювання в розчині, що містить 120-150 г/л NiSO₄, 80-120 г/л Na₂SO₄, 5-10 г/л NaCl, 20-30 г / л Н₃ВО₄, при температурі не нижче 18 °С і рН = 4,5 ...5,2. Початкова щільність струму (протягом перших 5-10 с) 7-10 А/дм², надалі при сталому режимі 0,8-1,0.

4. Міднення в сірчано-кислих електролітах, що містять 200 - 250 г/л CuS0₄-6H₂0, 50-70 г/л H₂S0₄, при температурі 15-25 °С і щільності струму 1-2 А/дм². При необхідності отримання товстих покриттів (до 300 мкм) застосовують борфтористоводневий електроліт: 225-250 г/л CuBF₂, 60-80 г/л Сu, 15-20 г/л Н₃В0₃ при рН = 0,8 ... 1,0, температурі 20-25 °С і щільності струму 6-7 А/дм². Міднення застосовують, в основному, для отримання проміжного шару при нанесенні товстих нікелевих покриттів.

5. Цинкування при кімнатній температурі і щільності струму 2 А/дм². Склад електроліту: 300 г/л ZnS0₄, 100 г/л Na₂S0₄, 45 г/л алюмокалієвих квасців і 10 г/л декстрину. Для підвищення корозійної стійкості проводять хроматне пасивування.

6. Хромування порошкових виробів не дозволяє отримувати щільні шари хрому і тому не може служити самостійним видом покриття. Тому хромування проводять на щільний безпористій подкладинці нікелю в електроліті, що містить 250-280 г / л Сr0₃, 2,5-2,8 г / л H₂S0₄, при температурі 55-60 °С, початковій щільності струму 90-100 А/дм² протягом 5-10 с. Робоча щільність струму складає 35-45 А/дм² з витримкою при цьому 45-60 хв. Для поліпшення зчеплення покриття з поверхнею перед нанесенням покриття рекомендується прогрівання виробів і анодна декапіровка в тій же ванні при щільності струму 20-25 А/дм² протягом 30 с. Швидкість утворення покриття 18-20 мкм / год