24.4. Механические методы получения порошков

Существуют следующие основные способы получения порошков: механический и физико-химический.

Механическое измельчение компактных металлов широко распространено в порошковой металлургии. Этим способом можно превратить в порошок практически любой металл. Измельчение дроблением, разломом или истиранием может быть или самостоятельным способом получения порошков, или дополнительной операцией при других способах изготовления. Механическое измельчение целесообразно применять при производстве порошков хрупких металлов и сплавов (кремний, бериллий, хром, марганец, ферросплавы, сплавы алюминия с магнием и др.). размол вязких пластичных металлов (цинк, медь, алюминий и др.) затруднен, т.к. они расплющиваются, а не разрушаются.

Согласно теории дробления, работа А, затрачиваемая на измельчение равна

где - энергия образования новых поверхностей при разрушении твердого тела; - удельная поверхностная энергия; - разность площадей поверхностей тела до и после разрушения;- энергия деформации; К – коэффициент деформации;- часть объема тела, подвергшаяся деформации.

При крупном дроблении при тонком измельчении, т.к. вновь образующая поверхность очень велика.

Операцию механического измельчения твердых тел часто совмещают с одновременным приготовлением смесей порошков. Среди методов измельчения твердых материалов наиболее распространены обработка металловрезанием, дроблением, ультразвуковым диспергированием и др.

При механическом дроблении используют шаровые, вибрационные и вихревые мельницы. Шаровая мельница представляет собой барабан, внутри которого помещены шары из закаленной стали или твердых сплавов. Металл в виде мелких кусков, стружки засыпают в барабан, который приводится во вращение (30-120 об/мин), при этом происходит дробление за счет соударения шаров и ударов о барабан. В вибрационной мельнице барабану и шарам сообщаются колебания с амплитудой 2-3 мм при частоте, равной частоте вращения барабана (1500-3000 об/мин). Колебания осуществляются с помощью вибратора в виде эксцентричного вала, соединенного с электродвигателем через упругую муфту. Вихревая мельница состоит из закрытого корпуса, внутри которого с большой скоростью вращаются в противоположных направлениях два пропеллера. Кусочки проволоки, подаваемые в рабочую камеру, увлекаются вихревыми потоками и при ударе друг о друга измельчаются.

24.5. Диспергирование расплавов

Диспергирование расплавленного металла или сплава струей сжатого газа, жидкости или механическим способом называется распылением.

Процесс распыления характеризуется высокими производительностью, технологичностью, степенью автоматизации, экологически чистый.

В настоящее время метод распыления используют для порошков железа, стали, алюминия, меди, свинца, цинка, тугоплавких металлов (титана, вольфрама и др.), а также сплавов на их основе. Распыление весьма эффективно при получении порошков многокомпонентных сплавов и обеспечивает объемную равномерность химического состава, оптимальное строение и тонкую структуру каждой образующейся частицы. Это связано с перегревом расплава перед диспергированием, приводящим к высокой степени его однородности на атомарном уровне вследствие полного разрушения наследственной структуры твердого состояния и интенсивного перемешивания, и кристаллизацией дисперсных частиц с высокими скоростями охлаждения от 10³ до 10¹¹ градусов в секунду.

Методы распыления металлического расплава различаются по виду энергии, затрачиваемой на его создание (индукционный, электродуговой, электронный, лазерный, плазменный и др.), ввиду силового воздействия на него при диспергировании (механическое воздействие, энергия газовых и водяных потоков, гравитационные силы, электромагнитные, центробежные, ультразвук и др.) и по типу среды для его создания и диспергирования (восстановительная, окислительная, инертная, вакуум).

Особое место занимает дробление струи жидкого металла при сливании его в воду или какую-либо другую жидкую среду, называемое грануляцией и дающее частицы размером  1 мм.

Учитывая кластерное строение расплава вблизи температуры плавления, большое влияние на структуру, физические свойства и форму частиц распыленного порошка должен оказывать перегрев расплава над ликвидусом.

Чем выше температура перегрева расплава, больше скорость охлаждения и меньше капля, тем больше степень переохлаждения . Это позволяет получать либо сплавы, пересыщенные по одному или многим элементам, либо аморфные материалы.

Для получения высококачественных (чистых по кислороду и азоту порошков) используют инертные среды распыления – инертные газы и вакуум.