7.1.Методы получения и свойства металлических порошков

Поведение порошков при прессовании и спекании определя­ется свойствами исходного материала, зависящими от различных факторов, и в первую очередь, от методов его получения. От этого зависят не только характеристики конечных изделий, но зачастую и возможности применения в их производстве конкретных техно­логических приемов. Рассматривая характеристики выбираемых ис­ходных порошков, главное внимание следует уделять их физиче­ским и технологическим свойствам, химическому составу, в том числе и содержанию газов.

7.1.1. Свойства металлических порошков

Химический состав порошков характеризуется содержанием в ма­териале основного металла, легирующих элементов, примесей или заг­рязнений, оксидов и газов. Для производства изделий из порошковых материалов могут применяться предварительно легированные порош­ки, химический состав каждой частицы которых соответствует химсос­таву материалов готовых изделий. Таким образом, в данном случае речь идет о получении изделий из сплавов. Очень часто применяются меха­нические смеси порошков чистых металлов, малолегированных сплавов и тугоплавких наполнителей ( карбидов, нитридов, оксидов и т. п.).

Промышленные порошки всех металлов и сплавов содержат газо­образные примеси. Это - газы, адсорбированные на поверхности час­тиц, и такие, что попали внутрь частиц в процессе производства.

Основными газами, содержащимися в порошках, являются кис­лород, азот, водород, оксиды углерода (СО, СО₂). Газообразные включения в порошках могут появляться также в результате разло­жения имеющихся загрязнений и остатков смазок в шихте при тер­мической обработке.

Присутствие газов внутри частиц связано с методами получения порошков. Например, в порошках, полученных путем восстановления оксидов, газы-восстановители и продукты реакции могут не успеть про- диффундировать из объема частицы за время прохождения процесса и остаются в газонаполненных порах или в растворенном состоянии.

Электролитические порошки содержат много водорода, кото­рый выделяется при осаждении металлов на электроде. При распы­лении расплавов металлов газы захватываются жидкими каплями и сохраняются в объеме закристаллизовавшихся частиц. Карбониль­ные порошки имеют повышенное содержание кислорода и оксидов углерода. Особое значение не только для свойств спеченного мате­риала, но и порошков, имеет, конечно, содержание кислорода. Так, наличие оксидных пленок на поверхности частиц снижает прессуемость и спекаемость порошков но, в то же время, присутствие лег­ковосстановимых оксидов повышает их активность при спекании, благодаря образованию ненасыщенных металлических связей. Осо­бенно ухудшаются прессуемость, пластичность и другие свойства в присутствии газов в порошках при получении изделий из тугоплав­ких металлов и соединений: Тi, Zr, Мо,W, Сr, карбидов, боридов.

Существует ряд методов определения содержания газов в по­рошках, основной из которых - нагрев и плавление в вакууме.

К физическим свойствам порошков относятся гранулометричес­кий состав (размер частиц и их распределение по фракциям), форма частиц, удельная поверхность, пикнометрическа плотность, микротвер­дость частиц, микроструктура, искажения кристаллической решетки.

При получении специальных теплостойких материалов присут­ствие тугоплавких оксидов, например Аl₂O₃, МgO, ТiO₂ и других, является не только желательным, но и необходимым.

Качественная оценка содержания оксидов в порошках иногда производится путем взвешивания определенной порции до и после прокаливания ее в атмосфере водорода при температуре 1000... 1050 °С в течение часа. Уменьшение веса при прокаливании проис­ходит преимущественно вследствие восстановления оксидов водо­родом, а также обезуглероживания и удаления других примесей. По­тери массы обычно составляют 0,1...2 %.

Такое же представление можно получить на основании оценки плотности, которая понижается в присутствии оксидов. Правда, сни­жение этой плотности может вызываться и наличием закрытых пор в частицах и других факторов. Например, для железных порошков она составляет (7,4...7,8)·10³ кг/м³.

Количество газов, адсорбированных на поверхности частиц, с умень­шением их размера увеличивается. Адсорбционная способность частиц зависит также от искажений кристаллической решетки порошков. Так, наклепанные и неравновесные порошки содержат больше газов.

Для уменьшения содержания газов после процесса изготовления порошков, их часто подвергают вакуумной обработке. Поставки боль­шинства порошков осуществляются в запаянной металлической таре.