6. ПОЛУЧЕНИЕ ЗАГОТОВОК МЕТОДАМИ
ПОРОШКОВОЙ МЕТАЛЛУРГИИ
Начиная с середины 50 годов порошковая металлургия представляющая собой важную область науки и техники, испытывает весьма быстрое развитие, обеспечивая создание изделий с уникальными свойствами и лучшими экономическими показателями. По оценочным данным мировой объем выпуска порошковых изделий составляет более 900000 т/год, а ожидаемый ежегодный прирост металлических порошков составляет 5-6 %.
Типовая технологическая схема производства заготовок и изделий методом порошковой металлургии включает четыре основные операции: получение порошковисходных материалов,формованиезаготовок из него,спекание полученной прессовки,окончательная обработказаготовки. Совокупность основных технологических операций позволяет решать с помощью порошковой металлургии две важнейшие задачи, определяющие генеральное направление ее развития:
- изготовление материалов с особыми составами, структурами и свойствами, которые недостижимы другими методами производства (например, пористые антифрикционные, фрикционные материалы, фильтры);
- изготовление материалов и изделий с обычными составами, структурами, свойствами, но при значительно более выгодных экономических показателях.
6.1. Производство металлических порошков
Существующие способы получения порошков весьма разнообразны, что позволяет широко варьировать их свойства. Общепринятым является условное деление имеющихся способов получения порошков на физико-химические и механические.
К физико-механическим методам относят технологические процессы производства порошков (табл.6.1), связанные с глубокими физико-механическими превращениями исходного сырья. В результате получаемый порошок заметно отличается по составу от исходных материалов. Основными являются методы восстановления, электролиз, термическая диссоциация и т.п. Под восстановлением понимают процесс получения металла из его химического соединения путем отделения неметаллической составляющей. В общем случае простейшая реакция восстановления имеет вид:
МеА + Х Ме + ХА +Q,
Где Ме – любой металл, А – неметаллическая составляющая, Х – восстановитель, Q– тепловой эффект реакции.
Таблица 6.1.
Основные методы производства порошков
|
Методы получения порошков |
Характеристика методов |
Получаемые порошки |
|
1 |
2 |
3 |
|
Физико-химические методы | ||
|
Химическое восстановление: оксидов и других твердых соединений металлов.
Растворов различных соединений металлов
Газообразных соединений различных металлов |
Восстановителями являются газы (водород, конвертируемый природный газ и др.), твердый углерод, (кокс, сажа и др.) и металлы (натрий, литий и др.) Исходным сырьем являются руды металлов, отходы производства, побочные продукты производства (прокатная окалина), а также различные соединения металлов. Восстановитель - водород или диоксид углерода. Исходное сырье – сернокислые или аммиачные растворы солей соответствующих металлов Восстановитель - водород в реакторе кипящего слоя или плазме. |
Железо, медь, никель, кобальт, вольфрам, молибден, тантал, ниобий, цирконий и др. металлы и сплавы Медь, никель, кобальт, серебро, золото
Вольфрам, мо-либден, никель, ниобий |
|
Электролиз водных растворов или расплавленных солей различных металлов |
На катоде под действием электрического тока осаждают из водных растворов или расплавов солей чистые порошки практически любых металлов. |
Железо, медь, никель, кобальт, вольфрам, молибден, тантал, ниобий, цирконий |
|
Диссоциация карбонилов |
Разлагают нагреванием соединения металлов с СО типа Меn(CO)m |
Железо, никель, кобальт, хром, молибден, вольфрам |
|
Продолжение табл.6 | ||
|
1 |
2 |
3 |
|
Термодиффузионное насыщение |
Чередующиеся слои или смесь порошков разнородных металлов нагревают до температуры, обеспечивающей их активное взаимодействие. |
Латунь, сплавы на основе хрома, высоколегированные стали |
|
Возгонка и конденсация. |
Для получения порошка металл испаряют и конденсирую пары на холодной поверхности. |
Цинк, магний, кадмий. |
|
Механические | ||
|
Дробление и размол |
Измельчение стружки, обрезков и компактных кусков проводят в шаровых, вихревых и молотковых мельницах. |
Железо, медь, марганец, латунь, бронза, стали, хром. |
|
Распыление |
Струю расплавленного металла диспергируют механическим способом (вращающимися лопастями под действием центробежных сил) или воздействием струи энергоносителя (газа, пара). |
Алюминий, медь, латунь, олово, никель, чугун, железо, сталь. |
|
Грануляция |
Порошок образуется при литье расплавленного металла в жидкость (воду), получают крупные порошки. |
Железо, медь, серебро, чугун |
|
Обработка металлов резанием |
При резании компактных заготовок подбирают такой режим обработки, который обеспечивает получение мелких частиц, а не стружки. |
Сталь, латунь, бронза, чугун. |
Механические методы получения порошков (табл.6.1) заключаются в измельчении начального размера частиц материала путем разрушения их под действием внешних усилий, преодолевающих внутренние силы сцепления. Наибольшая эффективность процесса наблюдается при использовании в качестве исходного сырья отходов производства, например, стружки. При измельчении комбинируются те или иные усилия, например раздавливание и удар при получении крупных порошков или истирание и удар при тонком измельчении. При дроблении твердых тел затрачиваемая энергия расходуется на упругие и пластические деформации, на теплоту и образование новых поверхностей, что и является в конечном счете целью размола.