Методы получения порошков включают
1. Механические методы:
– Дробление и размол твердых материалов (компактных, стружки, обрезков) в различных вихревых, шаровых, молотковых и др.) мельницах, измельчение ультразвуком (порошки: Fe, Cu, Mn, Cr, Al, чугун, латунь, бронза, стали);
– Распыление расплавленного металла струей сжатого газа (аргон, гелий) или жидкости, а также посредством вращения электрода за счет центробежных сил;
– Грануляция расплавленного металла при литье в жидкость. Например, при подаче в емкость с проточной водой струи расплава алюминия получают дискообразные (диаметром 2-20 мм) гранулы. Этим методом получают крупные порошки: Fe, Cu, Pb, Sn, Zn.
– Обработка металлов (магния) и сплавов (стали, чугуна, латуни, бронзы) резанием с подбором технологического режима, обеспечивающего образование продукта в виде частиц, а не стружки.
2. Физико-химические методы
– Химическое восстановление оксидов и других твердых соединений металлов. Оксиды меди, железа, никеля, кобальта, вольфрама, молибдена, рения, обладающие относительно небольшой термодинамической прочностью, можно восстанавливать водородом. Восстановителями также могут служить конвертированный природный газ, твердый углерод (кокс, сажа и др.).
– Химическое восстановление из водных растворов различных соединений металлов. Исходным сырьем являются сернокислые или аммиачные растворы солей металлов: Cu, Ni, Co, Аg, Аu. Восстановителем служат водород или монооксид углерода.
– Химическое восстановление газообразных соединений различных металлов (Ni, W, Mo, Re, Nb, Ta) осуществляется водородом в реакторе с кипящим слоем или в плазме – водородом и углеводородами.
– Электролиз водных растворов (например, AgSО4, CuCl2) или расплавленных солей (К2ТаF2, TiCl2, K2ZrF2 и др.).
– Получение порошков (например, нержавеющих сталей) методом межкристаллитной коррозии. Метод основан на растворении межкристаллитных прослоек в сталях и сплавах специальными растворами (например, 11% CuSO4, 10% H2SO4, остальное – вода).
Формование порошков.
Формованием металлического порошка называют технологическую операцию, в результате которой из него образуется порошковая заготовка (формовка), обладающая заданными формой, размерами и плотностью.
Рассмотрим методы формования порошков.
Прессование в стальной пресс-форме, где происходит деформация (обжатие) определенного объема сыпучего порошкового тела с формированием брикета заданных формы, размеров и свойств. В отличие от компактного материала изменение объема порошкового тела при прессовании происходит сначала в результате смещения отдельных частиц, заполняющих пустоты между ними, а потом за счет их деформации.
На первой стадии уплотнения свободным перемещением и более плотной упаковкой частиц под действием внешних сил. На второй стадии процесса максимально плотно упакованные частицы порошка оказывают определенное сопротивление сжатию, подвергаясь при этом упругой деформации: давление возрастает, а плотность не увеличивается. На третьей стадии, когда давление прессования превысит предел текучести частиц порошка, начинается их пластическая деформация. Она охватывает весь объем каждой частицы.
При одностороннем прессовании в стальных формах относительно матрицы перемещается только один пуансон (рисунок 1.9 а). При двустороннем прессовании (рисунок 1.9 б) перемещаются оба пуансона. Величина давления при прессовании составляет 300-1000 МПа, а для твердых сплавов ввиду их хрупкости – 100-150 МПа.
а – одностороннее; б – двустороннее
Рисунок 1.9 – Схемы холодного прессования
Получение изделий методом прокатки (рисунок 1.10). Этим методом прессуют ленты малой толщины, так как угол захвата a порошков не превышает 13°. Ленты формуют прокаткой между двумя гладкими валками. Многослойный прокат получают одновременной прокаткой порошков двух разных металлов или металлического листа со слоем порошка. Прокатка порошков химически активных металлов – титана, тантала, циркония – осуществляется в вакууме или инертной среде.
Рисунок 1.10 – Схема прокатки порошков
Мундштучное прессование используют для получения труб, прутков и других длинномерных изделий. При этом порошок с пластификатором (парафином, поливиниловым спиртом, крахмалом и др.), помещенный в контейнер, выдавливается из него пуансоном через отверстие в мундштуке в виде полуфабриката. Прессование алюминия и его сплавов проводится при 400-600°С, а никеля и стали при 1050-1250°С. Для прессования химически активных металлов (титана, циркония, бериллия) используют защитные среды или защитные оболочки из стекла, графита либо металлической фольги.