Металлический порошок: производство, виды, сферы использования

СОДЕРЖАНИЕ

Металлический порошок – это продукт порошковой металлургии, который необходим для изготовления некоторых деталей или формирования защитных покрытий. Несмотря на то что эта отрасль появилась еще в начале XX века, она продолжает развиваться и применять современные технологии.

Качество металлического порошка определяют его свойства и процесс изготовления. В нашей статье мы расскажем, как производят порошки из металла, какие требования к ним предъявляют, и поговорим о сфере применения этого материала.

Основные свойства металлического порошка

При изготовлении порошков из металла их наделяют определенными физическими, химическими и технологическими свойствами.

Химические свойства

Зависят от способа производства металлического порошка и химического состава сырья. Как правило, основной металл составляет 98-99 %, а все остальное — различные добавки. Однако это не относится к оксидам металлов, например, меди, никеля, железа, при нагревании которых атомы легко сцепляются, благодаря чему порошки очень хорошо спекаются.

Основные свойства металлического порошка

В составе металлических порошков всегда есть газы (водород, азот и др.), которые, абсорбируясь с поверхности, попадают в сырье. В электролитических порошках присутствует водород, в карбонильных — смесь диоксида углерода с кислородом, в распыленных — газообразные продукты, выделяемые при производстве.

Готовые порошки прессуют, но перед этим из них удаляют излишки газов путем вакуумирования. Если этого не сделать, то в дальнейшем в изделиях при спекании будут образовываться трещины.

Физические свойства

Определяются размерами, формой, плотностью частиц и другими параметрами. Для каждого способа производства металлического порошка характерна определенная их форма:

  • при карбонильной технологии – круглая;
  • при восстановительной – губчатая;
  • при дроблении мельницей – осколочная;
  • при вихревом измельчении – тарельчатая;
  • при распылении – каплевидная;
  • при электролизе – дендритная.
Физические свойства

Размеры частиц порошка могут быть от долей микрометра до десятых долей миллиметра. Наибольшей разнокалиберностью отличаются порошки, произведенные по восстановительной методике или электролизом.

Плотность материала определяют с помощью специального прибора — пикнометра. Она зависит от наличия дефектов кристаллической решетки и от примесей, которые могут встречаться в закрытых порах.

Читайте также: «Сварка нержавейки электродом»

В порошке могут находиться различные добавки, характеристики которых определяют микротвердость материала. В прямой зависимости от этого показателя находится степень возможного деформирования частиц порошка.

Технологические свойства

Наиболее важными свойствами являются насыпная плотность, текучесть, прессуемость и формуемость материала.

Текучесть — это скорость, при которой порошок заполняет условную единицу объема. От этого свойства зависит производительность при прессовании.

Когда порошок прессуют, он приобретает определенную плотность. Это свойство и называют прессуемостью. Формуемость — способность порошка сохранять заданную форму.

Плюсы и минусы порошка из металла

Способ получения деталей из металлического порошка очень популярен, поскольку имеет массу преимуществ, например:

  • невысокая стоимость изделий;
  • отличные физико-механические свойства;
  • возможность изготавливать крупные детали со сложными поверхностями;

Читайте также: «Контактная сварка»

Однако применение порошков в металлургии имеет и недостатки:

  • Структура материала имеет относительно небольшую плотность.
  • Материал не отличается высокой прочностью.
  • Если технология производства нарушена, то изделия получаются невысокого качества.
  • Необходимо использование специального оборудования.

В настоящее время производство деталей из металлического порошка очень распространено в различных отраслях. Идет работа над улучшением качества изделий.

Методы получения металлического порошка

Методики получения разных видов металлического порошка отличаются большим разнообразием, поэтому и изделия из них имеют широкий разброс по свойствам и стоимости. Выделяется два основных вида производства:

  • Физико-механический (сырье перерабатывают методом помола, резки, направленного распыления, а также дробления на фракции и грануляции). Химический состав при этом остается без изменений.
  • Химико-металлургический (материал подвергают восстановлению оксидами, а также процедурам электролиза и термической диссоциации). Химический состав и агрегатное состояние сырья становятся другими.
Методы получения металлического порошка

Подробнее разберем нюансы указанных технологий.

Физико-механическая обработка сырья

Размеры частиц металлических порошков зависят от степени измельчения твердого сырья, то есть его разрушения путем истирания, дробления и размола.

Механическое измельчение — удобный и экономически выгодный способ обработки хрупких материалов, таких как сурьма, марганец, хром. В случае вязких металлов, например меди, сырье представляет собой стружки, обрезки и прочие отходы.

Сырье сжимают и подвергают ударной нагрузке. Если необходимо тонко измельчить материал, то его срезают слоями. Грубое измельчение производится с помощью дробилок — конусных, щековых, валковых. Финишная обработка происходит в различных мельницах: вибрационных, центробежных, вихревых и др.

Читайте также: «Сварка медных проводов: разбираемся в технологии»

Жидкие металлы измельчают методами распыления и грануляции. Это довольно простой способ изготовления порошков из железа и легкоплавких металлов, таких как медь, алюминий, цинк, свинец. Расплавленная струя металла дробится с помощью целенаправленного распыления, обработки жидкостью или энергонасыщенным газом. Еще один способ — сливание расплавленного металла в воду или иную жидкость. Распыленные частицы имеют разную форму — шаровидную, каплевидную и др.

Восстановление посредством химико-металлургических технологий

Сырье, имеющее в составе неметаллические компоненты (остатки солей, кислород, хлор), соединяют с восстановителем, например, углеродом, водородом, кадмием. В результате металл восстанавливается из оксидов.

Восстановление посредством химико-металлургических технологий

При получении порошка из меди, никеля и кобальта в качестве сырья применяют различные их оксиды и окалину от проката. Восстановительный процесс занимает около 3 часов и проходит в муфельных и трубчатых печах с использованием газов: водорода, аммиака после диссоциации, специально подготовленного природного газа. В результате металл приобретает губчатую структуру, и его легко растереть в порошок.

Электролиз — выгодный способ получения медного порошка высокой чистоты. Водный раствор или расплавленную соль меди подвергают воздействию электротока. В итоге на катодном элементе оседают металлические частицы различных форм и размеров. Габариты этих частиц зависят от плотности электрического тока, а также наличия в сырье коллоидов и поверхностно-активных веществ.

Читайте также: «Технология сварки сталей»

Порошки из железа, никеля, вольфрама, кобальта и некоторых других металлов изготавливают карбонильным методом. Из сырья получают соединения с оксидом углерода — карбонилы, которые разлагаются при нагревании.

Формование металлического порошка

Формование необходимо для придания заготовкам из порошков нужной формы и размера, а также обеспечения необходимых плотности и механической прочности. Процедура включает несколько операций:

  • Отжиг, благодаря которому материал становится более пластичным и лучше прессуется.
  • Классификация. С помощью воздушных сепараторов, а также различных сит частицы порошка разделяют по размерам.
  • Получение смеси. Различные металлические порошки соединяют в смесителях или шаровых мельницах и создают однородные составы.
  • Дозирование. В зависимости от массы или объема отделяют порции порошковой смеси.
  • Непосредственно формование. Порошки прессуют в пресс-форме либо одним из способов: динамическим, мундштучным, изостатическим. Также применяют прокатку или шликерное формование.

Дополнительные операции

При производстве изделий их металлических порошков с целью улучшения их физико-химических и механических показателей, а также увеличения точности и чистоты поверхности осуществляют дополнительные манипуляции. К их числу относятся пропитка маслами и жидкими металлами, нитроцементация, калибрование, диффузионное хромирование, механическое воздействие, термическая и химическая обработка.

Сферы применения металлического порошка

В зависимости от способа изготовления и свойств металлических порошков из них можно изготавливать детали различного назначения и необходимых параметров.

Благодаря технологии порошковой металлургии специалисты получают современные композитные материалы, изготовление которых с помощью других методик невозможно. Применение металлических порошков при создании элементов различных механизмов и машин экономически очень выгодно, поскольку расход материала при этом минимален.

Сферы применения металлического порошка

Изделия из металлокерамики широко используются в радиоэлектронике, приборо- и машиностроении. С помощью порошковой металлургии можно изготавливать сверла, режущие инструменты и др.

Процесс получения деталей из порошков металла в значительной мере автоматизирован. Технологические операции довольно просты, поэтому к этой работе можно привлекать сотрудников не самой высокой квалификации. Все это обеспечивают низкую себестоимость изделий из металлических порошков.

Порошки нормируются по пористости: если этот показатель не превышен, то изделия обладают хорошей стойкостью к коррозии, особенно когда они созданы стандартным способом.

Читайте также: «Высокоуглеродистая сталь»

Как правило, детали, произведенные из металлического порошка, выдерживают большие перепады температуры, поэтому их можно использовать при работе в подобных условиях.

Детали узлов трения

Поскольку структура изделий из металлокерамики имеет высокую пористость, на них могут хорошо удерживаться смазочные материалы.

Благодаря этой способности из порошков можно изготавливать детали, подвергающиеся трению, такие как щетки электродвигателей, подшипники скольжения, направляющие втулки и т. д.

Подшипники, выполненные по порошковой технологии, имеют пористую поверхность, поэтому очень хорошо пропитываются маслами, которые затем попадают на трущиеся элементы оборудования. Эти подшипники называют самосмазывающимися.

Читайте также: «Медные сплавы»

Они имеют несколько преимуществ над обычными:

  • экономичность – расход смазочных материалов снижен;
  • стойкость к износу;
  • экономия на материале. Вместо дорогих бронзы и баббита используют железо.

Положительный эффект от пористости изделий из металлокерамики можно усилить, добавив при производстве графит — материал с высокой смазывающей способностью. Подшипники из обогащенного графитом материала не нужно дополнительно смазывать.

Композитные материалы

Порошковая металлургия стала активно развиваться с появлением сложной техники, некоторые детали которой нужно изготавливать из композитов. От обычных сплавов композитные материалы отличаются тем, что сырьем для них служат не только металлы, но и неметаллические включения.

Композитные материалы

С помощью стандартной выплавки в печах нет возможности создать сплав, например, состоящий из меди и вольфрама. С появлением композитных материалов эта проблема была снята.

Нужный результат получается после смешивания необходимых компонентов, формования заготовки и последующего ее спекания.

Ядерное топливо — по сути, тоже композит.

Твердые сплавы

Твердосплавные детали изготавливают с использованием металлокерамики. Твердость изделий обеспечивается за счет добавления карбидов. Чем больше углерода содержится в металле, тем он тверже.

Читайте также: «Высокоуглеродистая сталь»

Также карбидные соединения обеспечивают высокую вязкость металла, при этом порошок не теряет прочность. Детали из металлокерамики применяют там, где требуется их высокая стойкость к изнашиванию. Как правило, это элементы станков для производства листового металла или режущий инструмент.

Контактные материалы

Напыление металлических порошков активно используется в радиотехнике и электронике. С помощью этой технологии производят такие важные элементы, как электрические контакты. Для этой цели подходят ферромагнитные порошки.

Другие сферы применения порошков

Металлические порошки отличаются высокой жаростойкостью, поэтому их используют в тормозных системах. Можно усилить эти свойства, добавив никелевые, хромовые и вольфрамовые присадки.

Благодаря порошковой металлургии есть возможность создавать соединения железа с силикатами. Также металлический порошок является основным компонентом при производстве магнитных деталей.

Изделия из металлокерамики нашли применение в фильтрах для газов и горючих веществ.

Читайте также: «Аустенитная сталь»

Порошковая металлургия — очень перспективная отрасль. Основные задачи сейчас — улучшение качества продукции и уменьшение ее себестоимости. Со временем это позволит изделиям из металлических порошков успешно конкурировать с деталями, произведенными по передовым технологиям.

Металлический порошок

Оцените, пожалуйста, статью

Всего оценок: 1, Средняя: 5
5
5
1
1
Чертеж по индивидуальным размерам Чертеж по
индивидуальным
размерам
Скачать прайс Скачать прайс