Порошковая металлургия и композиционные материалы (стр. 2 )

Получили развитие работы и в других регионах страны: Минске (, , ), Ленинграде (), Перми (), Ереване () и т. д.

В Новочеркасском Государственном Техническом Университете на базе работ, проводимых с середины 50-х годов по созданию методов использования металлической стружки, в 60-х годах была начата разработка нового направления в порошковой металлургии – горячей обработки давлением пористых порошковых заготовок, существенно расширившей возможности этой прогрессивной области науки и техники. Сотрудники университета вносили определенный вклад в работу ряда международных и отечественных организаций, в выполнение комплексных научно-технических программ, организацию и проведение конференций, симпозиумов.

В середине 1980-х гг. было реализовано металлических порошков и изделий из них в мире на пять миллиардов долларов, в том числе в США бо­лее чем на один миллиард долларов. По оценкам экспертов, ежегодный при­рост объема реализации изделий из порошков составляет не менее 5-7 %.

Мировое производство металлических порошков в настоящее время превышает один миллион тонн, а изделий из них - 650-750 тыс. т. В бли­жайшее десятилетие можно ожидать увеличения производства в 1,5-2 раза.

Основные направления развития порошковой металлургии связаны прежде всего с преодолением затруднений в осуществлении литья тугоплав­ких металлов и изделий со специфическими свойствами (дисперсно - упрочненных, фрикционных, антифрикционных, износостойких, высокопо­ристых и других материалов).

Изготовление порошковых изделий взамен полученных из литых ме­таллов позволяет значительно (60-70 %) снизить потери металла, количество обрабатывающего оборудования и обслуживающего его рабочего персона, а также энергозатраты на производство единицы продукции.

Начавшееся в 1950-е гг. быстрое развитие технологий порошковой металлургии обусловило необходимость унификации понятий в этой специ­фической области знаний.

В 1947 г. для разработки международных стандартов, задачей которых являлось облегчение международного товарооборота и расширение сотруд­ничества в области интеллектуальной, научной, технической и экономиче­ской деятельности, двадцатью пятью странами была создана Международная организация по стандартизации (InternationalOrganizationforStandardization - ISO). В настоящее время насчитывается уже более 100 участников - стран мира этой организации. В составе ISOв 1966 г. был создан технический ко­митет 119, занимающийся стандартизацией в области порошковой металлур­гии (ИСО/ТК 119 «Порошковая металлургия, с секретариатом в Швеции»). Россия входит в состав 13 активных членов технического комитета.

В настоящее время в РФ действует ГОСТ 17359-82 «Порошковая ме­таллургия. Термины и определения», разработанный на основе Международ­ного стандарта ИСО 3252.

Классификация методов получения порошков

Металлический порошок - совокупность частиц металла, сплава или металлоподобного соединения размерами до миллиметра, находя­щихся во взаимном контакте и не связанных между собой.

В современной промышленности трудно указать отрасль, в которой не применяются те или иные материалы и изделия, полученные методами порошковой металлургии (ПМ). Широкое практическое применение изделий из магнитных материалов стимулирует интенсивные исследования по разработке новых и совершенствованию существующих технологий изготовления порошков и изделий из них.

В настоящее время важнейшей задачей отрасли порошковой металлургии является осуществление научно обоснованного подхода к конструированию порошковых материалов и изделий из них, а также разработка рациональных, ресурсосберегающих технологий.

Металлические порошки - основа порошковой металлургии, техноло­гия которой начинается с их получения. Метод производства и природа соот­ветствующего металла, сплава или металлоподобного соединения определя­ют химические (содержание основного металла, примесей и загрязнений, пи - рофорность и токсичность), физические (форма, размер, удельная поверх­ность, плотность и микротвердость частиц) и технологические (угол естественного откоса, на­сыпная плотность, плотность утряски, текучесть, уплотняемость, прессуемость и формуемость порошка) свойства получаемого металлического порошка.

Знание технологических характеристик позволяет в сочетании с известными физическими свойствами оценить поведение порошков при компактировании, его давление, скорость заполнения пресс-формы, ее размеры и др. Примером такой характеристики является склонность порошков к образованию агрегатов и налипанию на стенки пресс-форм, коротая обусловлена аутогезионным и адгезионным взаимодействием.

Часто свойства порошка одного и того же металла существенно изме­няются в зависимости от метода производства. Порошки, идентичные по хи­мическому составу, могут иметь разные физическо-технологические  характеристики, что приводит к значительным изменениям условий дальнейшего превращения порошка в готовые изделия и влияет на их свойства. Разнообразие требований, предъявляемых к порошкам в зависимости от области их применения, а также свойства (природа) самих металлов объясняют существование большого числа различных методов производства металлических порошков.

Общепринятым является условное деление этих методов на физико - химические и механические (табл. 1.1).

К физико-химическим методам относят технологические процессы производства порошков, связанные с глубокими физико-химическими пре­вращениями исходного сырья. В результате получаемый порошок по хими­ческому составу и структуре существенно отличается от исходного материа­ла.

Механические методы обеспечивают превращение исходного мате­риала в порошок без существенного изменения его химического состава. Ча­ще всего используют размол твердых материалов в мельницах различных конструкций и диспергирование расплавов.

Таблица 1. 1

Основные методы промышленного производства металлических порошков

Методы получе­ния порошков	Характеристика метода	Получаемые порошки
Механические методы
Дробление, раз­мол твердых ма­териалов	Измельчение стружки, обрезков и компакт­ных материалов проводят в шаровых, вибрационных, вихре­вых, планетарных, центробежных, гироскопических  мельницах,  в аттриторах, ультразвуком и др.	Железо, медь, марганец, латунь, бронза, хром, алюминий, сталь
Диспергирование расплава	Струю расплавленного металла диспергиру­ют механическим способом (воздействием цен­тробежных сил и др.) или действуя на нее по­током энергоносителя (газа или жидкости)	Алюминий, сви­нец, цинк, бронза, латунь, железо, чу­гун, сталь
Обработка твердых (компактных) ме­таллов резанием	Получают крупные порошки. При станочной обработке литых металлов или сплавов подби­рают такой режим резания, который обеспечи­вает образование частиц, а не стружки	Сталь, латунь, бронза, магний
Физико-химические методы
Химическое вос­становление: оксидов и других твердых соедине­ний металлов различных со­единений металлов из водных раство­ров газообразных соединений раз­личных металлов	Один из наиболее распространенных и эко­номичных способов. Восстановителями служат газы (водород, конвертированный природный газ и др.), твердый углерод (кокс, сажа и др.) и металлы (натрий, кальций и др.). Исходным сырьем являются окисленные руды, рудные концентраты, отходы и побочные продукты ме­таллургического производства (например, про­катная окалина), а также различные химиче­ские соединения металлов Один из самых экономичных способов, по­зволяющий получать высококачественные ме­таллические порошки. Восстановитель — водо­род или оксид углерода. Исходное сырье — сер­нокислые или аммиачные растворы солей соот­ветствующих металлов Газообразные соединения металлов восста­навливают водородом в реакторе кипящего слоя или в плазме	Железо, медь, никель, кобальт, вольфрам, молиб­ден, титан, тантал, цирконий, уран, сплавы, а также соединения с не­металлами (карби­ды, бориды и др.) Медь, никель, кобальт, серебро, золото Вольфрам, мо­либден, никель
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. Стоимость порошков высока из-за больших затрат электроэнергии и сравнительно низкой производительности электролизеров	Медь, никель, железо, серебро — из водных раство­ров; тантал, титан, цирконий, желе­зо — из расплав­ленных сред

Методы получе­ния порошков	Характеристика метода	Получаемые порошки
Диссоциация карбонилов	Соединение металла с СО типа Меа(СО)с разлагают нагреванием. Применяют в про­мышленности для производства высококачест­венных дисперсных порошков, стоимость ко­торых очень велика	Железо, никель, кобальт, вольфрам, молибден
Термодиффузион­ное насыщение	Чередующиеся слои или смесь порошков разнородных металлов нагревают до темпера­туры, обеспечивающей их активное взаимодей­ствие	Латунь, сплавы на основе хрома, высоколегиро­ванные стали
Испарение конден­сация	Для получения порошка металл испаряют и затем конденсируют его пары на холодной по­верхности. Порошок является тонкодисперс­ным, но содержит большое количество оксидов	Цинк, кадмий и другие металлы с невысокой темпе­ратурой испарения
Межкристаллит - ная коррозия	В компактном (литом) металле или сплаве при помощи химического травителя разрушают межкристаллитные прослойки	Коррозионно - стойкие и хромо - никелевые стали

К механическим методам получения порошков относится и грануля­ция расплава (образование порошка происходит при сливании расплавленно­го металла в жидкость). Однако получаемые частицы имеют размеры больше одного миллиметра (до 2—5 мм). С помощью этого метода получают гранулы таких металлов, как олово, свинец, цинк, висмут и пр. Совокупность методов их получения и превращения в изделия относится к другой области метал­лургического производства — гранульной металлургии.