Porkohászati ​​technológiák. Porkohászati ​​módszer Termékek előállítása porkohászati ​​módszerrel

• porok előállítása és előállítása kiindulási anyagokból, amelyek lehetnek tiszta fémek vagy ötvözeteik, fémek nemfémekkel alkotott vegyületei és különféle egyéb kémiai vegyületek;
• a kívánt alakú termékek préselése az elkészített tételből speciális formákba;
• sajtolt termékek hőkezelése vagy szinterezése, végső fizikai és mechanikai tulajdonságok biztosítása.

A gyakorlatban időnként előfordulnak eltérések a technológia ezen jellemző elemeitől. Például a préselési és szinterezési folyamatok kombinálhatók egy műveletben, vagy egy előszinterezett porózus brikettet ezután olvadt fémmel impregnálhatunk. A megadott sémától egyéb eltérések is előfordulhatnak, azonban az eredeti porkeverék használata és a főelem olvadáspontja alatti hőmérsékleten történő szinterezés változatlan marad.

A porkohászati ​​módszerekkel készült termékeket szinterezett anyagoknak nevezzük.

A porkohászati ​​módszereket először az orosz mérnökök, P.G. Szobolevszkij és V.V. Lyubarsky, amikor 1826-ban az Orosz Pénzverde megbízásából kifejlesztettek egy módszert érmék és termékek előállítására platinaporból préseléssel és szintereléssel. A porkohászati ​​módszerek alkalmazásának szükségességét az okozta, hogy a platina akkori olvadáspontját (1769 ºС) nem lehetett elérni.

A magas hőmérséklet elérésének technológiájának fejlődése miatt a porkohászati ​​módszerek alkalmazása a termékek előállítására egy ideig megszűnt. A huszadik század fordulóján azonban újra elkezdték alkalmazni a porkohászatot, mint a tűzálló fémekből elektromos lámpák izzószálait, és folyamatosan növekszik a porkohászati ​​eljárások aránya a termékek gyártásában.

Jelenleg nehéz olyan iparágat megnevezni, ahol nem használnak porkohászati ​​eljárással előállított anyagokat. Például a feldolgozóiparban ezek keményfém szerszámok, a bányászatban - erősítő keményfém ötvözetek és gyémánt-fém kompozíciók, amelyeket fúrószerszámok felszerelésére használnak. A hegesztési technológiában ezek a hegesztéshez, speciális vágáshoz és bevonatok készítéséhez használt porok. A gépgyártás gyakorlatában a porkohászati ​​módszerrel nagy kopásállóságú, súrlódásgátló és súrlódási tulajdonságokkal rendelkező gépalkatrészeket, mechanizmusokat gyártanak. A modern elektrotechnikában ezek olyan érintkező eszközök, amelyek nagy elektromos és hővezető képességet, jó tűzállóságot, nagyfokú elektromos erózióállóságot és ütési terhelés alatti szilárdságot biztosítanak.

A porkohászat fő előnyei, amelyek meghatározták a fejlődését:

• más módon nehezen vagy egyáltalán nem beszerezhető anyagok megszerzésének képessége. Például egyes tűzálló fémek (volfrám, tantál), ötvözetek és tűzálló vegyületeken alapuló kompozíciók (volfrámkarbid-alapú keményötvözetek, titán stb.), olyan fémek összetétele, amelyek nem keverednek olvadt formában, különösen jelentős különbséggel olvadási hőmérsékletek (volfrám - réz), fémek és nemfémek összetétele (réz - grafit, alumínium - alumínium-oxid stb.), porózus anyagok (csapágyak, szűrők, hőcserélők stb.);
• egyes magasabb műszaki-gazdasági mutatókkal rendelkező anyagok és termékek beszerzésének lehetősége fémmegtakarítással és a gyártási költségek jelentős csökkentésével. Például, amikor öntéssel és vágással gyártanak alkatrészeket, a fém akár 60-80%-a is elveszik a kapukban vagy forgácsba kerül;
• az öntött ötvözetekénál alacsonyabb szennyezőanyag-tartalmú és az adott összetételnek pontosabban megfelelő anyagok előállítása a tiszta kiindulási porok felhasználása miatt.

Az azonos összetételű és sűrűségű szinterezett anyagok szerkezetük sajátossága miatt bizonyos esetekben magasabb tulajdonságokkal rendelkeznek, mint az olvasztottak. Különösen a szinterezett anyagokat kevésbé befolyásolja hátrányosan az előnyben részesített orientáció (textúra), amely egyes öntött fémeknél az olvadék megszilárdulásának sajátos körülményei miatt előfordul. Egyes öntvényötvözetek (nagy sebességű ötvözetek, egyes hőálló acélok) nagy hátránya a lokális összetétel éles heterogenitása, amelyet a megszilárdulás során bekövetkező szegregáció okoz. A szinterezett anyagokban a szerkezeti elemek méretei és alakjai könnyebben szabályozhatók, és olyan típusú szemcsekapcsolatok, alakzatok nyerhetők, amelyek olvasztott fémnél nem lehetségesek. Ezeknek a szerkezeti jellemzőknek köszönhetően a szinterezett fémek hőállóbbak, jobban bírják a ciklikus hőmérséklet-ingadozások és feszültségek hatását, ami az új technológiájú anyagoknál nagyon fontos.

A porkohászatnak vannak hátrányai is, amelyek hátráltatják a fejlődését:

• a fémporok viszonylag magas költsége;
• a szinterezés szükségessége védő atmoszférában, ami növeli a termékek költségét;
• nehézségek a nagy méretű termékek előállításában;
• a fémek és ötvözetek nem porózus, tömör állapotú kinyerésének nehézségei;
• tiszta kiindulási porok használatának szükségessége tiszta fémek előállításához.

A porkohászat hátrányai és egyes előnyei nem tekinthetők állandó tényezőnek. Ezek a porkohászat és más iparágak állapotától és fejlődésétől függenek. A technológia fejlődésével a porkohászat egyes területekről kiszorulhat, és más területekre költözhet. Ugyanakkor a porkohászat fő előnyei egy folyamatosan működő tényező, amely a technológia további fejlődésével megőrzi jelentőségét.

A porkohászat fémporok előállítására és ezekből (vagy nem fémporokkal készült összetételük) termékek előállítására szolgáló technológia. A porkohászat technológiai folyamata általában négy fő szakaszból áll: porok előállítása, porok keverése, tömörítés (préselés, brikettálás) és szinterezés.

A tömeggyártásban a mechanikus feldolgozás költséghatékony helyettesítőjeként használják. A technológia lehetővé teszi, hogy nagy pontosságú termékeket állítsunk elő. Különleges tulajdonságok vagy meghatározott jellemzők elérésére is használják, amelyek más módszerrel nem érhetők el.

Történelem és lehetőségek

A porkohászat a Kr.e. 3. században létezett Egyiptomban. e. Az ősi inkák nemesfémporokból készítettek ékszereket és egyéb tárgyakat. A porkohászati ​​termékek tömeggyártása a 19. század közepén kezdődik.

A porkohászat fejlődött, és lehetővé tette új anyagok - pszeudoötvözetek előállítását nem olvasztott öntőelemekből, ellenőrzött jellemzőkkel: mechanikai, mágneses stb.

A porkohászati ​​termékeket ma az iparágak széles skálájában használják, az autóipartól és a repülőgépgyártástól az elektromos szerszámokig és háztartási gépekig. A technológia folyamatosan fejlődik

Fémporok készítése

A fémporok előállításának többféle módja van. A porok fizikai, kémiai és technológiai tulajdonságai, valamint a részecskék alakja az előállítás módjától függ. Íme a fémporok előállításának főbb ipari módszerei:

Fémek mechanikus köszörülése örvény-, vibrációs- és golyósmalomban.

fém titán szűrő

Rizs. 1

Az olvadékok (folyékony fémek) sűrített levegővel történő permetezése inert gázok közegében történt. A módszer az 1960-as években jelent meg. Előnyei az olvadék hatékony tisztítása a sok szennyeződéstől, a magas termelékenység és a folyamat költséghatékonysága.

Érc vagy vízkő visszanyerése. A leggazdaságosabb módszer. Az összes vaspor csaknem felét az érc redukálásával nyerik.

Az oxidok és sók redukciója az egyik legelterjedtebb és leggazdaságosabb módszer, különösen akkor, ha érceket, kohászati ​​hulladékot (vízkő) és egyéb olcsó alapanyagokat használnak kiindulási anyagként. A szó technikai értelmében a redukció az a folyamat, amikor a fémet kémiai vegyületéből nyerik ki a nem fémes komponens (oxigén, sómaradék) eltávolításával egy redukálószernek nevezett anyag segítségével. A redukciós folyamat egyben oxidációs folyamat is. Ha az eredeti kémiai vegyület (oxid, só) elveszti nemfémes komponensét vagy redukálódik, akkor a redukálószer reagál vele, vagy oxidálódik.

Általában a redukciós reakciót így írhatjuk fel

MeB + X - Me + HB,

Ahol Én bármely fém, amelynek porát meg kell szerezni;

B - az eredeti kémiai vegyület nem fémes komponense (oxigén, sómaradék stb.) redukálva van;

X - redukálószer;

A CB egy redukálószer kémiai vegyülete.

A nyilak azt jelentik, hogy a reakció során az eredeti vegyület (MeB) újraképződése lehetséges a keletkező fém (Me) és a redukáló vegyület (CB) kölcsönhatása következtében. A redukciós reakció bekövetkezésének lehetőségének felméréséhez össze kell hasonlítani a fémvegyületben (MeB) és a kapott redukálószer vegyületben (RC) lévő kémiai kötések erősségét jellemző értékeket. Ezeknek a mennyiségeknek a mennyiségi mérőszáma a megfelelő kémiai vegyület képződése során felszabaduló szabad energia mennyisége. Minél több energia szabadul fel, annál erősebb a kémiai kötés. Ezért a redukciós reakció csak akkor lehetséges, ha a redukálószer (CB) képződése során több energia szabadul fel, mint fémvegyület (MeB) képződése során.

Redukálószer csak olyan anyag lehet, amelynek nagyobb a kémiai affinitása a redukálandó vegyület nemfémes komponenséhez, mint a kapott fémé. A porkohászatban a leggyakoribb redukálószerek:

• - hidrogén;
• - szén-monoxid (CO);
• - konvertálható földgáz;
• - disszociált ammónia;
• - endoterm gáz (endogák);
• - szilárd szén (koksz, szén, korom);
• - fémek.

A hidrogén az egyik legaktívabb redukáló gáz. A természetben a hidrogén szinte soha nem található szabad állapotban, ezért ipari előállításának racionális módszerei nagy jelentőséggel bírnak. Gyakorlati jelentőségre tett szert a hidrogén előállítására szolgáló úgynevezett vas-gőz módszer és a víz elektrolízise.

A vas-gőz eljárásban a hidrogént forró (kb. 800 °C-os) vas vízgőzzel történő kezelésével nyerik a reakciók szerint.

Fe + H2O = FeO + H2

3FeO + H2O = Fe 3 O 4 + H 2

A kapott gáz 98% hidrogént tartalmaz, és meglehetősen magas költséggel rendelkezik, ami korlátozza a porkohászatban való felhasználását.

A víz elektrolízisével történő hidrogén előállítása során elektrolitként lúgok (NaOH, KOH) vagy savak (H 2 SO 4) vizes oldatait használják, mivel a tiszta víz nem engedi át jól az elektromos áramot. Amikor egyenáramot vezetünk át az ilyen oldatokon, a víz a séma szerint hidrogénionokra (H +) és hidroxilionokra (OH -) bomlik.

H 2 O > H + + OH

A hidrogénionok a katódra vándorolnak, ahol feladják töltésüket, és hidrogénatomokká alakulnak. Ennek eredményeként hidrogén gáz szabadul fel a katódon. A hidroxil-ionok az anódon adják fel töltésüket, aminek következtében az anódon víz és oxigén képződik. Az így kapott gáz legalább 99,8% hidrogént tartalmaz.

A hidrogén visszanyerési célú felhasználása viszonylag korlátozott a magas költsége miatt. Ezenkívül emlékezni kell arra, hogy a hidrogén robbanásveszélyes, és szigorúan tartsa be a biztonsági szabályokat, amikor dolgozik vele. A hidrogénes redukció során wolfram, molibdén, kobalt, vas, nikkel és néhány más ötvözet porát állítják elő.

A szén-monoxidot általában alacsony kéntartalmú koksz vagy faszén elgázosításával állítják elő oxigénfúvással a reakcióknak megfelelően

A keletkező szén-monoxidot (CO) megtisztítják a portól, kénvegyületektől, szén-dioxidtól, nedvességtől, és tisztítás után legalább 92% CO-t tartalmaz. A keletkező szén-monoxid költsége magas, ezért gyakorlatilag nem használják fémporok redukciós előállítására. Földgáz átalakító. A földgáz 93-98% metánt (CH 4) tartalmaz. Az átalakítási folyamat metán és gőz kölcsönhatásából áll 900-1100 °C hőmérsékleten és katalizátor jelenlétében a reakciónak megfelelően.

CH 4 + H 2 O = 3H 2 + CO

Az ipari kemencékben előállított átalakított gáz 75-76% H2-t, 22-23% CO-t tartalmaz. 8-10-szer olcsóbb, mint a hidrogén, és minőségétől függően oxidok redukciójára használják vaspor, közepes széntartalmú és ötvözött acélporok, vas-nikkel, vas-volfrám és egyéb ötvözetek előállításánál.

A disszociált ammónia olcsó és jó helyettesítője a hidrogénnek. Az ammóniabontást speciális reaktorokban (disszociátorokban) végzik 600-650 °C hőmérsékleten. A disszociált ammónia 75% H 2 -t és 25% N 2 -t tartalmaz, és redukálószerként használják kobalt-, vas-, nikkel- és volfrámporok gyártásában.

Az endoterm gázt földgáz vagy más jelentős levegőhiányos szénhidrogéngáz kívülről szolgáltatott hővel történő elégetésével állítják elő. Az endoterm gázt (endogas) a közelmúltban széles körben alkalmazzák a porkohászatban, bár a hidrogénhez képest alacsonyabb redukálóképességgel rendelkezik. Ez azért van, mert több mint tízszer olcsóbb, mint a hidrogén, és kevésbé robbanékony.

A földgáz tökéletlen égésének folyamata levegőhiány esetén két szakaszban történik. Az első szakaszban az oxigén a reakciónak megfelelően kölcsönhatásba lép a metánnal

CH 2 + 2O 2 = CO 2 + 2H 2 O

A folyamat második szakaszában a metánfelesleg a reakciók szerint reagál a keletkező CO 2 és H 2 O-val.

CH 4 + CO 2 = 2CO + 2H 2

CH 4 + H 2 O = CO + 3H 2

Az első és a második szakasz reakcióinak teljes hőhatása negatív, ezért a folyamat fenntartásához kiegészítő kívülről történő hőellátás szükséges. A földgázból nyert endogáz 18-20% CO-t, 38-40% H 2-t, kb. 1% CO-t, a többi N 2 -t tartalmaz. Endogáz felhasználásával vas- és közepes széntartalmú acélporokat állítanak elő.

Porok redukciós előállítása során szilárd szenet koksz, faszén és korom formájában használnak fel. Ezek az anyagok erős redukálószerek, mivel 93-98% szenet tartalmaznak. A redukálószerként használt anyagok jelentős hátránya, hogy nemkívánatos szennyeződéseket (kén, hamu, nedvesség) tartalmaznak, amelyek bejutnak a porba és rontják annak tulajdonságait.

Metallotermikus. A kémiai vegyület fémmel történő redukálásának folyamatát metallotermikusnak nevezzük, amely azon alapul, hogy a redukáló fém nagyobb affinitással rendelkezik az oxigénhez vagy a vegyület más nem fémes eleméhez, mint a redukálandó fémé. A kalcium, a magnézium, az alumínium, a nátrium, a kálium, a cirkónium és a berillium nagy affinitást mutat az oxigénhez. A gyakorlatban elsősorban a kalciumot, magnéziumot, alumíniumot és nátriumot használják metalloterm redukciós reakciók végrehajtására.

Redukáló fémekre van szükség annak biztosítására, hogy ne képezzenek ötvözetet vagy más vegyületeket a keletkező fémmel. A redukálószer feleslegét, valamint a reakció melléktermékeit teljesen el kell választani a redukált fémtől.

A metalotermikus redukció során titán-, tantál-, nióbium- és ötvözött acélporok keletkeznek.

Elektrolitikus módszer.

A fémporok előállításának fizikai-kémiai módszerei közül az ipari elosztásban az elektrolitikus módszer a redukció után a második helyen áll.

A porok elektrolízissel történő előállítása magában foglalja az izolált fém vegyületeinek vagy olvadt sóinak vizes oldatainak lebontását egyenáram átvezetésével, majd a megfelelő fémionok katódon történő kisütésével.

Az elektrolízis során az elektromosság átvitele egy elektrolitban, amely sók, savak és bázisok oldata, ezen kémiai vegyületek molekuláinak disszociációja eredményeként keletkező pozitív és negatív ionok mozgásával történik. Az elektrolitban lévő ionok kaotikusan mozognak külső elektromos tér hiányában. Amikor elektromos mezőt alkalmazunk, az ionok mozgása rendezettté válik, és a kationok a katódra, az anionok pedig az anódra kerülnek.

Az elektromos áramforrás egyfajta motor vagy szivattyú, amely az elektronokat egyik pólusról a másikra mozgatja. Az elektronok katódon történő kényszermozgása következtében negatív töltésű elektronok feleslege képződik, a katódon a negatív töltésű elektronok feleslege képződik, és az negatív töltést vesz fel, és az anód, miután néhány elektront elvesztett pozitív töltés.

A felszabaduló fémionok forrása egy anód, amely ebből a fémből és egy oldható vegyületét tartalmazó elektrolitból áll. Oldhatatlan anód alkalmazása esetén a felszabaduló fémionok forrása csak az elektrolit.

A fémionok atommá alakítása bizonyos mennyiségű energia kiadásával jár. Ezért először a kevesebb energiát igénylő kisütési folyamat megy végbe. Ebből a szempontból az elektrolízis egyben finomítási folyamat is, mivel adott körülmények között nem szabadul fel az elektrolitban lévő összes kation a katódon. Ebben az esetben az elektrolízises eljárás lehetővé teszi nagy tisztaságú porok előállítását, lehetővé téve akár szennyezett kiindulási anyagok felhasználását is.

A katódon uralkodó elektrolízis körülményeitől függően kemény rétegek, szivacsos puha lerakódások és laza lerakódások formájában is előfordulhat kemény rideg lerakódás. A szilárd és szivacsos üledékeket aprítják, hogy port kapjanak, a laza üledékeket pedig kész porként használják fel. A katódlerakódás szerkezetét befolyásoló fő tényezők a következők:

• - a felszabaduló fémionok koncentrációja;
• - elektrolit hőmérséklet;
• - pillanatnyi sűrűség.

A felszabaduló fémionok koncentrációja befolyásolja a katódlerakódás mennyiségét és minőségét. Az elektrolízis során a fém felszabadulása a katódon nem a teljes felületén, hanem különálló helyeken, a primer kristályosodási központokban kezdődik. A felszabaduló fémionok koncentrációjának növekedése felgyorsítja ezeknek a központoknak a táplálását, ami sűrű csapadék képződését eredményezi. Az elektrolitban a fémionok koncentrációjának csökkenése feltételeket teremt a laza csapadék képződéséhez. Ha azonban a koncentráció túl alacsony, más ionok is részt vesznek az elektrotranszfer folyamatában, ami csökkenti a katódlerakódás mennyiségét.

Elektrolit hőmérséklet. A hőmérséklet emelkedésével az ionok mobilitása nő, átvitelük felgyorsul, és a katódon megnövekedett kationkoncentráció marad. Ugyanakkor a felszabaduló fém és az elektrolit kémiai kölcsönhatásának intenzitása növekszik, ami a katódon lévő fémlerakódások mennyiségének csökkenéséhez vezet. Ezenkívül az elektrolit illékonysága nő, ami rontja a munkakörülményeket. A gyakorlatban a vizes oldatok elektrolízise 40 - 60 °C elektrolit-hőmérsékleten, az olvadékok elektrolízise pedig a felszabaduló fém olvadáspontja alatti hőmérsékleten történik, minimális mellékfolyamatokat biztosítva.

Az áramsűrűség az 1 m2 elektródán áthaladó áram. Összeköti az áramerősséget, amely a teljesítményét jellemző fő tényező, a fürdőben lévő katódok vagy anódok teljes munkaterületével:

ahol P az áramsűrűség, (A / m2);

J - áramerősség, A;

S - a katódok vagy anódok teljes munkaterülete, m2.

A fürdőben a katód és az anód áramsűrűsége nem esik egybe, mivel a katódok és az anódok teljes felülete számos okból mindig eltér egymástól. Nagy áramsűrűség mellett a katód egységnyi területére több ion kisül, és így sok elsődleges kristályosodási központ jön létre. A kristálynövekedés alacsony üteme miatt apró, diszpergált csapadékok képződnek. A nagy áramsűrűség azonban melléktermékek felszabadulásához vezet a katódon, és csökkenti a lerakódott fémlerakódások mennyiségét. Ezenkívül a katód áramsűrűségének növekedésével az anódos áramsűrűség is növekszik, aminek következtében az oldalionok kisülése az anódon kezdődik, ami a műszaki és gazdasági mutatók romlásához vezet. Ezért az áramsűrűségnek a megengedett legnagyobbnak kell lennie, és nem haladhatja meg az optimális értéket.

Az áramsűrűség megváltoztatása a fürdőben lévő áramerősség változtatásával vagy a katódszám (katódfelület) változtatásával történik állandó áramerősség mellett.

Más tényezők is befolyásolják az elektrolízist és a katódlerakódás tulajdonságait. Különösen az elektródák közötti távolság, a por felhalmozódásának időtartama, az elektrolit savassága, az idegen ionok jelenléte, az elektrolit keringési sebessége, az elektródák felületének alakja és állapota stb. tényezőket.

Az elektrolízissel minden fém porát lehet előállítani. Jelenleg réz-, vas-, ezüst-, cink-, nikkel-, kadmium-, ón-, antimonporokat és ezek ötvözeteit állítják elő elektrolízissel.

A porok előállításának elektrolitikus módszerét alacsony termelékenység és a kapott por meglehetősen magas költsége jellemzi. Az elektrolitikus porok tisztasága és magas technológiai tulajdonságai azonban nagymértékben kompenzálják az eljárás hátrányait.

A karbonilok disszociációja. A karbonilok fémek szén-monoxiddal alkotott kémiai vegyületei, amelyek Me a (CO) c általános képlettel fejezhetők ki. A karbonil-módszer azon alapul, hogy egyes fémek szén-monoxid (CO) hatására komplex vegyületeket, úgynevezett karbonilokat képeznek, amelyek bizonyos körülmények között szétválva porokat képezhetnek. Az ilyen vegyületekkel szembeni általános követelmény a porok előállítása során az illékonyságuk, valamint az alacsony képződési és hőbomlási hőmérséklet.

A porok előállítására szolgáló karbonil-eljárás a reakciók szerint két lépésben zajlik:

Me a B c + cCO > Me a (CO) c

Ме a (СО) с > аМе + сСО

Az első szakaszban a fémet (Me) és egy ballasztanyaggal (B c) tartalmazó nyersanyag (Me a B c) kölcsönhatásba lép a szén-monoxiddal (CO), és közbenső terméket képez - karbonil [Me a (CO) c], amely nagy illékonysága miatt elkülönül a ballasztszennyeződésektől, és tiszta formájában gyűjtik össze.

A második szakaszban a közbenső termék (karbonil) hevítéskor fémmé és szén-monoxiddá válik, amelyet általában visszavezetnek a folyamat első szakaszába.

A karbonil folyamat első szakaszát fémkarbonil szintézisnek, a másodikat a karbonil termikus bomlásának nevezik.

A karbonil szintézise során a szén-monoxid (CO) gáz halmazállapotú molekulái adszorbeálódnak az alapanyag felületén, amely lehet fémhulladék, fémfeldolgozási hulladék, oxidált érc stb., amelyek ezután kémiai kölcsönhatásba lépnek a fémmel. az alapanyag összetevője.

A keletkező karbonilvegyület kezdetben a fém felületén marad, tapadási erők által megtartva, majd gáz formájában eltávolítják onnan. A karbonilképződési reakció ott megy végbe, ahol a szén-monoxid érintkezésbe kerül az alapanyagban lévő fém felületével, nevezetesen a szilárd testen kívül, annak repedéseiben és pórusaiban. A karbonil képződését befolyásolják a hőmérsékleti viszonyok, valamint a reakciót gátló vagy gyorsító anyagok jelenléte.

A karbonil termikus disszociációja fémmé és szén-monoxiddá általában viszonylag alacsony hőmérsékleten megy végbe. Először a fématomok és a gáznemű szén-monoxid molekulák jelennek meg. Porszemcsék keletkeznek a fémgőzös kristályosodás eredményeként. Először embriók keletkeznek, majd különféle formájú porszemek nőnek belőlük.

A gócképződés sebességét és a fémkristályok képződésének sebességét befolyásolja a készülékben lévő vákuum mértéke, a fémgőz koncentrációja és főként a hőmérséklet. Viszonylag alacsony hőmérsékleten lényegesen több mag képződik, mint magasabb hőmérsékleten. A fémgőz koncentrációjának növekedése és a vákuum csökkenése a készülékben kedvez a magok kialakulásának.

Az embriók fejlődésének feltételei eltérnek a kialakulásának feltételeitől. A kristálynövekedés sebessége a folyamat hőmérsékletétől és a fémgőz koncentrációjától is függ. A vákuum mélysége azonban befolyásolja a fémrészecskék alakját és méretét. Mélyvákuum körülmények között nagyon kicsi részecskék képződnek jól kialakított élekkel. Mérsékelt vákuumban különböző méretű szabályos kristályok keveréke képződik, sekély vákuumban pedig dendritek jelennek meg. Ipari méretekben nikkel-, vas-, kobalt-, króm-, molibdén-, volfrám- és más fémporokat állítanak elő karbonil módszerrel. Az eljárás lehetővé teszi polifém porok, például vas-nikkel, vas-molibdén, vas-kobalt és vas-nikkel-molibdén előállítását is. Ebben az esetben a megfelelő fémek karbonilcsoportjainak keveréke hőbomlásnak van kitéve. Magukat a karbonilokat külön állítják elő. Ötvözetek is előállíthatók, ha a bontóberendezésbe karbonilgőzzel együtt egy másik fém port is bevezetnek. A karbonil a porszemcsék felületén lebomlik, és ötvözet keletkezik.

Hidrometallurgiai módszer. A módszer a klórkohászat egyik módszere, amely a klór és a kloridok aktív tulajdonságait használja fel ritka fémek és anyagok nagy tisztaságú kinyerésére, amikor más ismert módszerek nem alkalmazhatók. Az eljárás alkalmazható ötvözött por előállítására is nikkelt, krómot, vanádiumot és egyéb ötvözőelemeket tartalmazó komplex ércekből, amelyeket jelenleg ezen elemek nagy veszteségeivel dolgoznak fel.

A módszer lényege, hogy a fémtartalmú anyag redukciós folyamaton megy keresztül. A kapott terméket sósavval kezeljük, amelynek eredményeként a fém oldatba megy, kloridokat képezve a következő séma szerint:

Me + HCl > MeCl + H 2

Az oldhatatlan komponensek (hulladékkő, hamu stb.) az üledékben maradnak. Az oldatot elválasztjuk a szűrési üledéktől, telítettségig bepároljuk, és kristályosításnak vetjük alá. A keletkező kloridkristályokat hidrogénnel redukáljuk.

A komplex ércek esetében a vas, a nikkel, a króm, a vanádium és a mangán átmegy az oldatba. Az oldhatatlan csapadéknak önálló értéke van, mivel a vas és egyes ötvözőelemek oldatba adása után más komponensekkel dúsul fel.

Termodinamikai szempontból az ötvözött vas ércekből kloridos módszerrel történő előállításának lehetőségét jellemzve három fő művelet érdekes:

• - érc redukciós pörkölése;
• - pörkölt érc feloldása sósavban;
• - a kloridok redukciója.

A számítások azt mutatják, hogy a 700-1000 °C hőmérséklet-tartományban végzett redukciós égetés során a vas- és nikkel-oxidok redukciója lehetséges. Más fémek oxidjai nem redukálódnak a megadott hőmérsékleti tartományban. Vas jelenlétében azonban lehetséges a króm- és a mangán-oxidok redukciója, amihez szilárd oldat (Fe - Me) képződik, ami csökkenti a redukált fém oxigén iránti affinitását.

A megadott függésekből az következik, hogy vas jelenlétében a gáz egyensúlyi összetétele hidrogénben és szén-monoxidban szegényebb. A króm és a mangán vasban való oldatának kialakulása pedig jelentősen megkönnyíti a króm- és mangán-oxidok redukciójának folyamatát, és alacsonyabb hőmérsékletre tolja el.

Következésképpen a komplex ércek reduktív pörkölése során lehetőség nyílik a vas, nikkel, króm, mangán redukálására, és ha a pörkölt ércet sósavban feloldjuk, ezek feloldódnak, kloridokat képezve. Az érceket alkotó fennmaradó elemek oxidjai ilyen körülmények között nem redukálódnak, és oldhatatlan maradékokká alakulnak.

A mangán és a króm-klorid nem redukálódik ezeken a hőmérsékleteken. A fémvas jelenlétében azonban 600-700 °C hőmérsékleten a króm és a mangán szilárd vas-oldatának képződésével csökkenthetők.

Így a termodinamikai számítások megmutatják a kloridos módszer főbb műveleteinek megvalósításának lehetőségét ötvözött vas előállítására kombinált ércekből. Égetés közben lehetséges a vas- és nikkel-oxidok redukálása 700-1000 °C-on, a tartósabb króm- és mangán-oxidok pedig 900-1000 °C-on fémvas jelenlétében, ezen elemek szilárd oldatának képződésével. vasban. Amikor az ércet sósavban oldják, a fő elemek oldatba kerülnek, kloridokat képezve, amelyek redukciója 600-700 ° C hőmérsékleten lehetséges.

Az ötvözött vas komplex ércekből kloridos módszerrel történő előállításának technológiai folyamatát az 58. ábra mutatja be. Az érctelepen átlagolt érc kerül a zúzó részlegbe. Itt szilárd redukálószert is szállítanak. Az őrlési folyamat során az érc és a redukálószer egyenletesen keveredik. Az elkészített keveréket redukciós égetésre küldik. A folyamat felgyorsítása érdekében az égetést gáz halmazállapotú redukálószerrel végezzük. A redukált pörkölt ércet sósavval töltött oldóreaktorokba küldik.

Az oldódás kezdeti szakasza gyorsan megtörténik, intenzív hidrogénfelszabadulás kíséretében, amelyet a szárító és tisztító rendszereken való áthaladás után a kloridok redukciójához vezetnek. A sósav koncentrációjának csökkenésével és a szilárd fázis felületének csökkenésével az oldódási reakció sebessége csökken. A végső szakaszban az oldódási folyamat felgyorsítása érdekében a reakciótérfogatot a reaktorok gőzköpenyeibe szállított gőzzel melegítik.

Az így kapott, oldhatatlan maradék részecskéit tartalmazó pépet szűrésre vezetik, ahol az oldatot elválasztják az oldhatatlan maradéktól. A szűrt oldatot bepároljuk és kristályosítjuk.

A klorid kristályokat redukcióra küldik, amelyet hidrogén segítségével hajtanak végre. A redukció során keletkező hidrogén-kloridot a sósav regenerálásához vezetik.

A hidrometallurgiai módszer fő előnyei közé tartozik a por nagy tisztasága, valamint a fémtartalmú nyersanyagok feloldása és a kloridok redukciója során keletkező hidrogén és sósav szinte teljes regenerációja. Ezenkívül az oldhatatlan csapadéknak megvan a maga független értéke, mivel a keletkező fém oldatba adása után más értékes komponensekkel gazdagodik.

Ötvözött fémtartalmú alapanyagok alkalmazása esetén a kapott por összetétele a komplex kloridok szelektív redukciójával módosítható.

Fémrúdra vákuumban alkalmazott erős áramot használva. Alumíniumpor gyártására használják.

Ipari körülmények között speciális porokat is nyernek kicsapással, karburizálással, illékony vegyületek termikus disszociációjával (karbonil módszer) és egyéb módszerekkel.

Por alakú termékek gyártása

A porkohászatot alkalmazó alkatrészek gyártásának tipikus technológiai folyamata a következő alapműveletekből áll: keverés, fröccsöntés, szinterezés és kalibrálás.

A keverék elkészítése

A keverés különböző kémiai és granulometrikus összetételű fémporok homogén mechanikai keverékének vagy fémporok és nem fémes porok keverékének keverővel történő előállítása. A keverés előkészítő művelet. Egyes fémpréspor gyártók kész keverékeket szállítanak.

Por alakú fröccsöntés

A termékeket hidegsajtolással, nagy nyomáson (30-1000 MPa) fémformákban öntik. Jellemzően merev zárt formákat használnak, és a présszerszámot általában függőlegesen állítják be. A porkeveréket szabadon öntjük a mátrixüregbe, a térfogati adagolást az alsó lyukasztó löketével szabályozzuk. A préselés lehet egy- vagy kétoldalas. A préspor a mátrix üregében a felső és az alsó lyukasztó (vagy átmenetes termék esetén több lyukasztás) között brikettálódik. A kialakult brikettet az alsó lyukasztó kinyomja a mátrixüregből. A fröccsöntéshez speciális présberendezéseket használnak mechanikus, hidraulikus vagy pneumatikus hajtással. Az így kapott kompakt a késztermék méretével és alakjával, valamint elegendő szilárdsággal rendelkezik a kezeléshez és a szinterelőkemencébe történő szállításhoz.

Tab. 1 Példa a porkohászati ​​speciális hidraulikus présekre és jellemzőikre

Szinterezés

A homogén fémporokból készült termékek szinterezését a fém olvadáspontja alatti hőmérsékleten végezzük. A hőmérséklet növekedésével és a szinterezés időtartamának növekedésével nő a zsugorodás és a sűrűség, és javul a szemcsék közötti érintkezés. Az oxidáció elkerülése érdekében a szinterezést redukáló atmoszférában (hidrogén, szén-monoxid), semleges gázok (nitrogén, argon) atmoszférában vagy vákuumban hajtják végre. A préselés monolit termékké alakul, a technológiai kötőanyag kiég (a szinterezés kezdetén).

Kalibráció

A termékek kalibrálása szükséges a kívánt méretpontosság eléréséhez, a felületminőség javításához és a szilárdság növeléséhez.

További műveletek

Néha további műveleteket is alkalmaznak: impregnálás kenőanyagokkal, mechanikai módosítás, termikus, kémiai kezelés stb.

Titán porkohászat

Az előállított titán és az azon alapuló ötvözetek nagy részét vákuumos újraolvasztással végzik. Ebben az esetben a fémet ezenkívül finomítják az illékony szennyeződések és a hidrogén eltávolítására. A titánporból préselt tuskó vákuumos szinterezésének azonban jelentős finomító hatása is van. Ezért számos termék és termék esetében, különösen tiszta titánpor használata esetén, előnyös és néha szükséges is a porkohászati ​​módszerek alkalmazása.

A porított titánt és ötvözeteit közvetlenül használják: pirotechnikában, egyes műanyag termékek inert töltőanyagaként, valamint tartályok bevonására a bor- és élelmiszeriparban, getterekhez, egyes katalizátorokhoz stb.

Csak porkohászati ​​módszerekkel lehet mindenféle porózus terméket előállítani, korrózióálló szűrőket... különféle megoldások, kőolajtermékek, agresszív gázok stb.

Számos szerkezeti célú terméket, különösen az összetett konfigurációkat, vagy a nagy tételben gyártott kis alkatrészeket kifizetődőbb úgy előállítani, hogy a titánporokat vagy ötvözeteit a késztermék formájához közeli formára sajtolják, majd szinterelik vagy melegsajtolják. a porok, a szintereit nyersdarabok forró kovácsolása szerszámokban és más, más fémek porkohászatában alkalmazott módszerek. Ugyanakkor jelentős megtakarítás érhető el, mivel csökken a veszteség és a fémpazarlás az öntvények esztergálásához, valamint a forgácsokhoz és vágásokhoz a termékek gyártásakor a lemezből, rúdból, öntött és hengerelt munkadarabokból történő vágás vagy sajtolás révén.

A munkadarabok szinterezéssel történő előállítása porokból nyomással történő további feldolgozásra esetenként olcsóbb, mint a vákuumolvasztás, különösen olyan ötvözetek előállítása esetén, amelyeket kétszer kell újraolvasztani az ötvöző adalékanyagok egyenletes eloszlásának biztosításához.

Porkohászati ​​módszerekkel biztosítható az ötvözőelemek egyenletesebb eloszlása, ha azokat por formájában összekeverjük az eredeti titánporral. Lehetőség van a kiindulási porok azonnali előállítására ötvözetek formájában, például úgy, hogy az oldható anódanyaghoz ötvöző fémeket vagy ezek vegyületeit adják az elektrolithoz, amikor titánporokat elektrolízissel állítanak elő.

A TsNIIchermet módszert fejlesztett ki ötvözőelemek bevitelére titán-dioxid keverékének ötvözőelemek oxidjainak kalcium-hidriddel történő együttes redukciójával.

A porkohászati ​​eljárások lehetővé teszik olyan homogén ötvözetek előállítását, amelyek ötvözőelem-tartalma a különböző sűrűségű fázisok szétválása miatt olvasztással nem érhető el.

A rúd- és huzalhegesztő elektródák titánötvözetekből történő gyártása során jelentős műszaki és gazdasági hatás érhető el, ha szinterezett tuskót titánporok keverékéből extrudálnak a szükséges ötvöző adalékokkal, például tűzálló karbidokkal, amelyek eloszlását olvasztással nehéz vagy lehetetlen elérni.

Porkohászati ​​módszerekkel számos oxigénmentes titánvegyületet állítanak elő: titán-hidrid, karbid, nitrid, karbonitrid, titán-borid, keményötvözetek előállításához, egyes termékek magas hőmérsékletű technológiával történő előállításához, részeként. kopásálló anyagok felületkezelése stb.

A titánporkohászatban titánszivacs őrlésével, a titán-dioxid kalcium-hidriddel történő redukálásával, valamint a hulladék titán és ötvözeteinek hidrogénezésével és elektrolitikus finomításával nyert porokat használnak. Nagy és közepes méretű viszkózus titán szivacsdarabok darálásához célszerű előre hidratálni, hogy rideg legyen. A hidrogénezett szivacsdarabokból származó por kevesebb szennyeződést tartalmaz, mint a legfinomabb szivacsfrakciók.

Az őrlés, hidrogénezés, dehidrogénezés, a titánpor ötvöző adalékokkal való keverése, valamint a porok tárolása során óvni kell azokat az oxidációtól és a nitrogénfelvételtől, hogy a fém oxigén- és nitrogéntartalma ne haladja meg a megengedett határértékeket. Különösen a 0,05 mm-nél kisebb porokat nem szabad őrölni.

Közvetlenül préselhet titán-hidrid port, amely jobban ellenáll az oxidációnak, vagy hidrid és dehidrogénezett por keverékét. A rideg hidrid por nehezebben préselhető, a belőle készült brikett pedig kisebb szilárdságú, de gyorsabban szinterez, mivel aktív fémkristályok képződnek, amelyekben nagy a hibakoncentráció a titán-hidrid szinterelés során történő bomlása következtében. egy vákuum. Aktivált szinterezés akkor is előfordul, ha titánporok és titán-hidrid keverékét szinterelik.

A titánpor vagy hidrid apró darabjait acél előformákban préselik 3,5-8 T/cm2 nyomással.

Az 50-100 kg vagy annál nagyobb tömegű nagy munkadarabokat hidrosztatikus préseléssel préselik.

A szinterezést 10-4 Hgmm vákuumban végezzük. Művészet. 1200-1400°C-on. A titán (a-titán) hexagonális módosulatának köbös b-titánná alakulása, amely 880°C-on megy végbe, kedvez az atomok mobilitásának növekedésének, ami jelentős mértékű elérését teszi lehetővé. zsugorodás a szinterezési folyamat során ezeken a viszonylag alacsony hőmérsékleteken. Szinterezéskor a hőmérsékletet lassan 500-800 °C-ra kell emelni, amikor a hidrogén nagy része felszabadul.

A titán-hidridből szinterezett termékek végső porozitása körülbelül 2%, lineáris zsugorodása 12-14%. Így a hidriddel permetezett termékek 3,2-3,8 g/cm3 sűrűsége esetén 8 órán át 1300 °C-on végzett szinterezés után a sűrűség 4,45 g/cm3-re nő. A szinterezés során tapasztalható nagymértékű zsugorodás miatt lehetetlen pontosan meghatározott méretű termékeket előállítani hidridporokból.

Szivacs őrlésével nyert durvább szemcséjű titánporral végzett munka során 15 órás 1000°C-on és 4 órás 1200°C-on végzett szinterezés után csak 4-5%-os lineáris zsugorodás figyelhető meg. A sűrű fém eléréséhez a munkadarab közbenső kovácsolása (összenyomása) és ismételt szinterezés szükséges.

A Szovjetunióban és külföldön is folynak kutatások a titán és ötvözetei hőállóságának növelésére diszpergált tűzálló szilárd zárványok porkohászati ​​módszerekkel történő bevezetésével. Folyamatban van a titánporok és ötvözeteinek nyomással (héjjal vagy anélkül) történő feldolgozásával kapcsolatos munka, beleértve a vákuumban történő forró nyomásos kezelést is, amely az utóbbi időben számos tűzálló fém feldolgozásában vált fontossá. Ez magában foglalja a (porózus és nem porózus) lemezek és szalagok hengerelését, az extrudálást és a kovácsolást.

Érdekes lehet más fémek porkohászatában elsajátított, új, hatékony módszerek alkalmazásának lehetősége, mint például a forró gázizosztatikus préselés (lásd II. fejezet, 5. §), impulzussajtolás, meleg hulladékmentes kovácsolás nyersdarabok és formázott termékek formázására. titán és ötvözeteinek porai, formázott termékek bélyegben stb.

A titánból és ötvözeteiből készült nyersdarabok és termékek előállítására és feldolgozására szolgáló új módszerek kidolgozása megteremti a feltételeket a gyártási lépték és a termékválaszték intenzív bővítéséhez a titán és ötvözetei porkohászatában.

A titánporkohászat fejlődése a termelés jelenlegi állása szerint elsősorban a hulladékfeldolgozáson alapul. A titán és ötvözetei, valamint a belőlük készült termékek gyártása során az eredeti titánszivacs termelésének több mint 70%-a hulladék keletkezik. A titánból és ötvözeteiből származó összes hulladék körülbelül 50%-a nem megfelelő; nem keverhetők az olvasztáshoz a bennük lévő magas oxigén-, nitrogén- és egyéb szennyeződések miatt, valamint az ötvözőelemek (alumínium, mangán, vanádium, ón stb.) véletlenszerű keveréke miatt. különböző ötvözetek. Az ilyen hulladékot, vagy legalábbis jelentős részét előnyös a fent leírt módszerek valamelyikével (hidrogénezés, majd hidrometallurgia, elektrolitikus finomítás) porrá feldolgozni.

A titánporok felhasználásának növekedésével és a velük szemben támasztott, különböző alkalmazásokhoz kapcsolódó műszaki követelmények, valamint a költségcsökkentési követelmények bővülésével szükségessé válhat más gyártási módok kidolgozása. Így a titánpor közvetlenül a fő félkész termékéből - a titán-tetrakloridból - történő elsődleges előállításának módszerei közül figyelmet érdemel a nátrium-termikus redukciós módszer, amely egy lépésben végrehajtva meglehetősen finom szemcsés tiszta port eredményez. . Nátrium termikus por, valamint magnézium termikus szivacs és por ötvözéséhez érdemes ötvözőelemek (molibdén, alumínium, vanádium stb.) kloridjait a titán-kloridhoz a redukálás előtt hozzáadni.

A titán és ötvözetei olcsó porainak előállításának új módjainak keresése során érdekes lehet az olcsó és elektromosan vezető anódanyagok karbonitridek és oxikarbidok formájában történő felhasználásának lehetősége. A titánérc-koncentrátumok szén-termikus felnyitásával nyerik, majd elektrolitikus finomítással titánport állítanak elő belőlük.

Ha megvalósul a magnéziummal redukált titánszivacs részleges elválasztása a tetrakloridtól, majd ezt követi a hidrogénezés, az őrlés és a szennyeződések kilúgozása, akkor a zúzott és mosott hidrid egy része dehidrogénezéssel titánpor előállítására használható.

Egyes alkalmazásokban, például nagy permeabilitású szűrők gyártásához, a titánporok és gömb alakú részecske alakú ötvözeteinek alkalmazása érdekes. Az ilyen porokat olvadékból inert gázzal való porlasztással, elektromos ívben megolvasztott forgó titánelektród porlasztásával vagy inert gázáramban plazma hevítéssel állítják elő.

A jövőben olcsó titánporokat lehet majd a porkohászat igényeit jelentősen meghaladó mennyiségben előállítani. A titánporokat vákuumos újraolvasztásra is el lehet küldeni öntött titánötvözetek előállítására.

Így a titángyártásban az olvasztási és porkohászati ​​módszereket párhuzamosan, egymást kiegészítve kell fejleszteni.

A porkohászat olyan technológiai terület, amely a főkomponens megolvasztása nélkül fémporok és fémszerű vegyületek, félkész termékek és ezekből vagy nemfémporokkal alkotott keverékeikből előállított termékek összességét öleli fel.

A különféle rendelkezésre álló fémfeldolgozási módszerek közül a porkohászat különleges helyet foglal el, mivel nemcsak különféle formájú és rendeltetésű termékek előállítását teszi lehetővé, hanem alapvetően új anyagok létrehozását is, amelyeket máshol nagyon nehéz vagy lehetetlen beszerezni. út. Az ilyen anyagokból egyedi tulajdonságokat lehet elérni, és bizonyos esetekben a termelés gazdasági mutatói jelentősen megnőnek. Ezzel a módszerrel szinte a legtöbb esetben 100% körüli az anyagfelhasználás.

A porkohászatot széles körben alkalmazzák a termékalkatrészek különféle működési feltételeire. A porkohászati ​​módszerekkel speciális tulajdonságokkal rendelkező termékeket állítanak elő: eszközök és gépek súrlódó egységeinek súrlódásgátló alkatrészei (perselyek, bélések, tartó alátétek stb.), szerkezeti részek (fogaskerekek, bütykök stb.), súrlódó alkatrészek (tárcsák, betétek) stb. .), szerszámanyagok (marók, vágólapok, fúrók, stb.), elektromos alkatrészek (érintkezők, mágnesek, ferritek, elektromos kefék stb.) az elektronikai és rádiótechnikai ipar számára, kompozit (hőálló stb.) .) anyagok.

A fémporokat az ókorban is használták. A réz-, ezüst- és aranyporokat a kerámiában és a festészetben minden ismert időben dekorációs célú festékekben használták. Az ásatások során az ókori egyiptomiak (i.e. 3000) vasszerszámaira bukkantak, Delhi híres vasemléke i.sz. 300-ból származik. A 19. századig nem volt ismert módja a magas hőmérséklet (kb. 1600-1800 C) elérésének. Ezek a vastárgyak a kritikus módszerrel készültek: először kovácsban 1000-es hőmérsékleten. A vasérc szénnel való redukálásával kritsát (szivacsot) kaptak, amelyet azután felmelegített állapotban többször kovácsoltak, és a A folyamatot kovácsműves melegítéssel fejezték be a porozitás csökkentése érdekében. A Kijevi Ruszban a vasat 1400 évvel az új korszak előtt szerezték be.

A nagyolvasztógyártás megjelenésével a kritsát elhagyták, a porkohászatot pedig elfelejtették.

A porkohászat újjáélesztéséért és különleges technológiai feldolgozási módszerré alakításáért az orosz tudósok, P.G. Szobolevszkij és V.V. Lyubarsky, aki 1826-ban, három évvel az angol Wallstan munkássága előtt, kifejlesztett egy technológiát a platinapor préselésére és szinterezésére.

A porkohászati ​​eljárással előállított termékek tipikus gyártási technológiája négy fő műveletből áll: 1) a kiindulási anyag porának előállítása; 2) nyersdarabok formázása;

3) szinterezés és 4) kikészítés. Ezen műveletek mindegyike jelentős hatással van a késztermék tulajdonságainak kialakulására.

Fémporok előállítása és tulajdonságai. Jelenleg a fémporok előállítására számos módszert alkalmaznak, amely lehetővé teszi tulajdonságaik megváltoztatását, meghatározza minőségi és gazdasági mutatóit.

Hagyományosan két módszert különböztetnek meg a fémporok előállítására: 1) fizikai és mechanikai; 2) kémiai-kohászati ​​A porok előállításának fizikai-mechanikai módszerével a kiindulási anyag porrá átalakítása szilárd vagy folyékony halmazállapotú mechanikai őrléssel történik anélkül, hogy a kiindulási anyag kémiai összetétele megváltozna. A fizikai és mechanikai módszerek közé tartozik a zúzás és őrlés, a porlasztás, a granulálás és a zúzott anyag darabolása. A kémiai-kohászati ​​módszerrel az alapanyag kémiai és aggregációs állapota megváltozik. A porok kémiai és kohászati ​​előállításának fő módszerei: oxidok redukciója, fémek elektrolízise, ​​karbonilvegyületek termikus disszociációja.

Porok előállításának mechanikai módszerei. Szilárd anyagok őrlése - a kezdeti szemcseméretek csökkentése külső erők hatására történő roncsolással Az őrlést megkülönböztetjük zúzással, őrléssel vagy koptatással Leginkább a törékeny fémek és ötvözeteik mechanikai köszörülését célszerű alkalmazni, mint a szilícium, az antimon, króm, mangán, vasötvözetek, alumíniumötvözetek magnéziummal A viszkózus képlékeny fémek (réz, alumínium stb.) köszörülése nehézkes. Az ilyen fémek esetében leginkább a fémfeldolgozás során keletkező hulladékot (forgács, nyesedék stb.) célszerű alapanyagként felhasználni.

Köszörüléskor az anyagra gyakorolt ​​​​különféle hatásokat kombinálják: statikus - kompressziós és dinamikus - ütés, nyírás - kopás, az első két típus nagy részecskék előállításánál, a második és a harmadik - finom őrlésnél történik. A szilárd anyagok aprítása során az elhasznált energia a rugalmas és képlékeny alakváltozást és roncsolást, a zúzás során részt vevő anyagok melegítését végzi.

Durva köszörüléshez, pofa-, henger- ill

kúpos törők és futók; ez méretű részecskéket hoz létre

1---10mm, amelyek a vékony alapanyagok

köszörülés, biztosítva a szükséges fémek előállítását

ical porok. Finomcsiszolási alapanyag

forgács is előfordulhat esztergálás, fúrás, fúrás során.

szemcsézés és egyéb vágási műveletek; vágáskor

3...5 mm méretű forgácsdarabokat szerezz be szinte minden nekem-

vágási módok változtatásával, vágási szögekkel és bevezetéssel

oszcilláló mozgások

A kapott anyag végső őrlését forgógolyós, vibrációs vagy planetáris centrifugális, örvény- és kalapácsos malmok végzik. A golyósmalom (1. ábra) a legegyszerűbb berendezés, amellyel viszonylag finom porokat állítanak elő, amelyek részecskemérete több egységtől több tíz mikrométerig terjed.

1. ábra A golyók mozgásának sémái a malomban: a-csúszó üzemmód, b-hengerlés üzemmód, c-mentes csúszó üzemmód, d-kritikus sebességű üzemmód.

2. ábra Vibrációs malom rajza: 1 dobos ház, 2 forgású vibrátor, 3 spirál

rugók, 4-es villanymotor, 5-ös elasztikus tengelykapcsoló.

Az őrlőközeget a malomba töltik

(acél vagy keményfém golyók) és zúzott anyag.

Amikor a dob forog, a golyók a súrlódás miatt felemelkednek

egy bizonyos magasság, és ezért többféle köszörülési mód is lehetséges

tesztek: 1) csúszás, 2) gurulás, 3) szabadesés,

4) a golyók mozgása a dob kritikus forgási sebességével.

Amikor a golyók egy forgó dob belső felületén csúsznak, az anyag a dob fala és a golyótömeg külső felülete között dörzsölődik, amely egységes egységként viselkedik. A forgási sebesség növekedésével a golyók felemelkednek és lefelé gördülnek egy ferde felületen, és a dörzsölő golyók felületei között köszörülés következik be. A munkakopási felület ebben az esetben sokszorosa, ezért az anyag intenzívebb kopása következik be, mint az első esetben. Nagyobb forgási frekvenciánál a golyók a legnagyobb magasságukba emelkednek, és lezuhanva (1. ábra, a) zúzóhatást keltenek, amelyet a gördülő golyók közötti anyagkopás egészít ki. Ez a legintenzívebb csiszolás. A forgási sebesség további növelésével a golyók a maródobbal együtt forognak, és az őrlés gyakorlatilag leáll.

Az őrlés intenzitását az anyag tulajdonságai, a munkaméretek aránya - a dob átmérője és hossza, a csiszolótestek tömegének és méreteinek aránya, valamint az őrölt anyag határozza meg. D:L=3...5-nél (D - átmérő, L - dob hossza) a zúzás dominál, D:L-nél<3 - истирающее действие; для измельчения пластичных металлов это соотношение должно быть меньше трех.Масса размольных тел считается оптимальной при 1,7...2 кг размольных тел на 1 л объема бара-бана. Соотношение между массой размольных тел и измельчаемого материала составляет 2,5...3. Для интенсивного измельчения это соотношение увеличивают.Диаметр размольных шаров не должен превышать 1/20 диаметра мельницы. Для увеличения интенсивности измельчения процесс проводят в жидкой среде, препятствующей распылению материала и слипанию частичек. Количество жидкости составляет 0,4 л на 1кг размалываемого материала. Длительность измельчения:от нескольких часов до нескольких суток. В производстве используют несколько типов шаровых мельниц. В различных типах шаровых мельниц соотношение средних размеров частиц порошка до и после измельчения, называемое степенью измельчения, составляет 50. . . 100.

Az anyagrészecskékre ható külső erőhatások gyakoribb kitéve vibrációs malmokat használnak (2. ábra). Az ilyen malmokban az anyagra gyakorolt ​​hatás változó nagyságrendű nyomó- és nyíróerőt hoz létre, ami a porszemcsék kifáradását okozza. A 2. ábrán látható malomban a kiegyensúlyozatlan tengely - vibrátor 2, 1000-3000 ford./perc frekvencián forgó, 2...4 mm amplitúdóval az 1 malomház körkörös mozgását idézi elő az őrlőtestekkel és a zúzott darabokkal. anyag. Ebben az esetben az őrlés intenzívebben történik, mint a golyósmalmokban.

A nehezen őrölhető anyagok finom őrlését gyakran bolygóműves centrifugálmalmokban végzik őrlésre használt golyókkal. A planetáris centrifugális malmok golyósmalmaihoz képest az őrlés több százszor intenzívebb és egyben többszörösen kevésbé termelékeny, ezért ez a malom periodikus, de nem folyamatos (mint egy golyó), korlátozott mennyiségű zúzott anyaggal.

A műanyagok köszörülésére őrlési eljárást alkalmaznak, amelyben maguk a zúzott anyag részecskéi adnak le pusztító ütéseket. Erre a célra vortex malmokat használnak.

Folyékony fémek porlasztása és granulálása a legegyszerűbb és legolcsóbb módja akár 1600 C olvadáspontú fémporok előállításának: alumínium, vas, acél, réz, cink, ólom, nikkel és egyéb fémek és ötvözetek.

Az olvadékőrlés lényege, hogy az olvadéksugarat vagy nagy energiával telített gázzal vagy folyadékkal, vagy mechanikus permetezéssel, vagy az olvadéksugarat folyékony közegbe (például vízbe) öntjük. A sok lehetőség közül a legszélesebb körben használt fémporlasztási séma látható az ábrán. 3, A technológiai egység fő része a fúvóka.

A permetezéshez a fémet elektromos kemencékben olvasztják, az olvadék tulajdonságaitól és a por minőségi követelményeitől függően a permetezést levegővel, nitrogénnel, argonnal, héliummal, oxidáció elleni védelem céljából pedig inert gázzal végezzük. . A levegőporlasztás a porok előállításának leggazdaságosabb módja. A porlasztási folyamat főbb paraméterei: a gázáram nyomása és hőmérséklete, olvadék hőmérséklete. A permetező sugár hűtőközege víz, gáz vagy szerves folyadék lehet.

Különféle permetezési körülmények között csepp alakú, gömb alakú és más alakú porszemcséket kapunk. A részecskék mérete 1 mm-től századmilliméterig terjed.

Kémiai-kohászati ​​módszer

Fémek kinyerése oxidokból és sókból. A legegyszerűbb redukciós reakciót a következőképpen ábrázolhatjuk:

MeA+X=Me+XA+-Q

ahol Me bármely fém, A egy nemfémes komponens (sav

hidrogén, klór, fluor, sómaradék stb.) visszanyerhető

fém kémiai vegyülete, X - redukálószer, Q - hő

üvöltő reakció hatása

A nyilak jelzik a redukált fém vegyületeinek lehetséges egyidejű jelenlétét a redukálószerben és az eredeti MeA vegyület esetleges újraképződését. A redukálószer lehet olyan anyag, amely a kiválasztott eljárási hőmérsékleten nagyobb ritmikus affinitással rendelkezik a redukált vegyület nem fémes komponenséhez, mint a kapotté. A felhasznált redukálószerek a hidrogén, szén-monoxid, disszociált ammónia, átalakított földgáz, endoterm és földgázok, koksz, termikus szén és faszén, fémek (kalcium, magnézium, alumínium, nátrium, kadmium stb.). A MeA vegyület és a keletkező XA redukálószer közötti kémiai kötés erőssége lehetővé teszi a redukciós reakció bekövetkezésének lehetőségét. A mennyiségi mérték („kémiai affinitás mértéke”) a megfelelő kémiai vegyület képződése során felszabaduló szabad energia mennyisége. Minél több energia szabadul fel, annál erősebb a kémiai vegyület, vagyis a redukciós reakció abban az esetben lehetséges, ha az XA redukálószer kombinációja több energiát szabadít fel, mint a MeA fémvegyület Me + A = reakció eredménye. MeA. A redukciós reakciónak mindig hőenergiát kell felszabadítania.

Porok redukciós előállításának technológiai gyakorlata. A vasporokat oxidált érc vagy malomkő redukálásával állítják elő, ezekben az anyagokban a vas oxidok formájában van: Fe2O3, Fe3O4, FeO-oxidok, oxid-oxidok és vas-oxidok. A vas-oxidok redukciójára a létező módszerek változatosak.

A vasredukciós módszerek osztályozási sémáját a 4. ábra mutatja be.

A vas-oxidok csökkentése.

Szilárd szén-gáz Kombinált módszer

_____________________________________________________________________________

________________________________________________________________________

Tömeges tétel Brikett tétel

____________________________________________________________________

Függesztett állapot Fluidizált ágy Állóágy

________________________________

________________________________________________________________________

Speciális alagút tokos tengelyes kemence lépcsővel - forgógyűrűvel

units kemence átjáró kemence alsó kemence kemence

___________ __________ __________ _________ ___________ ___________ ________

_______________________________________________________________

____________________________________________

Mérsékelt nyomáson visszanyerés - Emelt nyomáson helyreállás - Normál nyomáson

hűtőközeg gáz, p=4-6 att hűtőgáz, p=20-40 att redukálógáz

Magas hőmérsékleten, Mérsékelt hőmérsékleten Magas hőmérsékleten

t=800-850 C t=500-600 C t>1000 C

4. ábra A vas-oxidok redukciójára szolgáló meglévő módszerek osztályozása.

A réz-, nikkel- és kobaltpor könnyen előállítható

e fémek oxidjainak redukciója, mivel megvannak

alacsony affinitása az oxigénhez. Nyersanyagok porok előállításához

Ezek a fémek vagy réz-oxid Cu2O, CuO vagy nikkel-oxid

NiO, oxid - kobalt-oxid Co2O3,Co3O4, vagy kőből

hengerelt huzal, lapok stb. A helyreállítást a mu-

nemezben vagy csőkemencékben hidrogénnel disszociált am-

meiac vagy átalakított földgáz. A hőmérséklet visszatért

a hőmérséklet viszonylag alacsony: réz - 400...500 ~ C, nikkel -

700”...750 C, kobalt - 520...570 C. A folyamat időtartama

visszanyerés 1...3 óra 20...25 mm oxidréteg vastagság mellett. Után

gyógyulást, könnyen beledörzsölhető szivacsot kapsz

A volfrámport wolfram-anhidridből nyerik, amely a H2WO4 volfrámsav (700...800 C-on kalcinálás) vagy ammónium-paravolframát 5(Na4)2O*12WO3*11H2O (bomlás 300 C-on vagy magasabb hőmérsékleten) bomlási terméke. A redukciót vagy hidrogénnel 850...900 C hőmérsékleten, vagy szénnel 1350...1550 C hőmérsékleten elektromos kemencékben végezzük.

Ezzel a módszerrel (redukcióval) molibdénporok keletkeznek

titán, cirkónium, tantál, nióbium, ötvözött acélok és ötvözetek

Elektrolízis

Ez a módszer a leggazdaságosabb a vegytiszta rézporok előállításához. Az elektrolízis fizikai lényege (5. ábra), hogy elektromos áram áthaladásakor egy elektrolitként működő vizes oldat vagy olvadt fémsó feloldódik, a fém lerakódik a katódra, ahol ionjai kisülnek Me + ne = Me Maga az elektrokémiai átalakulás folyamata a határelektródon (anód vagy katód) - oldatnál megy végbe. A felszabaduló fémionok forrása általában egy anód, amely ebből a fémből és egy oldható vegyületét tartalmazó elektrolitból áll. A fémek, mint a nikkel, kobalt, cink minden oldható fémből homogén, sűrű szemcsés üledékek formájában szabadulnak fel. Az ezüst és a kadmium egyszerű oldatokból lerakódik elágazó kristályok formájában, és cianid sók oldataiból - sűrű üledékek formájában. A lerakódott por részecskemérete az áramsűrűségtől, a kolloidok és felületaktív anyagok jelenlététől függ. A csapadék jellegét nagymértékben befolyásolja az elektrolit tisztasága, az elektróda anyaga és a feldolgozás jellege.

Az elektrolízis teljesítményét a alapján értékelik

Faraday törvényének alkalmazása elektrokémiai egyenértékre

ahol q az elektródán felszabaduló por mennyisége, G, J az áramerősség, A, T az idő, H, C az elektrokémiai ekvivalens Az elektródán felszabaduló por mennyisége mindig kisebb az elméletinél, mivel a pontos folyamatok előfordulása.

Karbonil eljárás

A karbonilok Me(CO)C szén-monoxiddal rendelkező fémvegyületek, amelyek képződési és bomlási hőmérséklete alacsony. A porok előállításának folyamata ezzel a módszerrel két fő szakaszból áll:

· karbonil kinyerése a kiindulási vegyületből

MeаXb+cCO=bX+Mea(CO)c,

fémpor képződése

Mea(CO)c=aMe+cCO

Az ilyen vegyületekkel szemben támasztott fő követelmény a könnyű illékonyság, valamint az alacsony képződési és hőbomlási (forrási vagy szublimációs) hőmérséklet. Az első műveletben - karbonil szintézis - a karbonil elválasztása a szükségtelen X anyagtól a karbonil illékonysága miatt valósul meg. A második szakaszban a karbonil disszociációja (bomlása) hevítéssel megy végbe. Ebben az esetben a keletkező CO-gáz felhasználható új karbonil-részek képzésére. A karbonilok szintéziséhez fémtartalmú nyersanyagokat használnak: forgácsot, nyesedéket, fémszivacsot stb. A karbonilporok szenet, nitrogént, oxigént (1...3%) tartalmaznak. A port száraz hidrogénben vagy vákuumban 400...600 C-ra hevítve tisztítják. Ezzel a módszerrel vas-, nikkel-, kobalt-, króm-, molibdén- és volfrámporokat állítanak elő.

A porok tulajdonságai. A fémporok tulajdonságait kémiai, fizikai és technológiai tulajdonságok jellemzik. A fémpor kémiai tulajdonságai a kémiai összetételtől függenek, amely a por előállítási módjától és a kiindulási anyagok kémiai összetételétől függ. A porok nem nemesfém tartalma 98...99%. Speciális tulajdonságokkal rendelkező termékek, például mágneses, tisztább porokat használnak. A porban lévő szennyeződések megengedett mennyiségét a késztermékben megengedett mennyiségük határozza meg. Kivételt képeznek a vas-, réz-, nikkel-, volfrám- és néhány más oxidok, amelyek redukció jelenlétében hevítve könnyen képeznek aktív fématomokat, amelyek javítják a porok szinterezhetőségét. Az ilyen oxidok tartalma a porban 1...10% lehet. A fémporok jelentős mennyiségű gázt (oxigén, hidrogén, nitrogén stb.) tartalmaznak, mind a felületen adszorbeálva, mind a részecskék belsejében a gyártási folyamat során vagy az azt követő feldolgozás során megrekednek. a felületi rétegek erőtereinek telítetlensége. Ahogy a porszemcsék kisebbek lesznek, úgy nő a gázok adszorpciója ezen részecskék által.

A kémiai vegyületek redukálásakor a gázok - redukálószerek és gáznemű reakciótermékek egy részének nincs ideje kijutni, és vagy oldott állapotban, vagy buborékok formájában vannak. Az elektrolitikus porok hidrogént tartalmaznak, amely a katódon a fém lerakódásával egyidejűleg szabadul fel. A karbonilporok oldott oxigént, szén-monoxidot és szén-dioxidot, a porlasztott porok pedig a részecskék belsejében mechanikusan megfogott gázokat tartalmaznak.

A nagy mennyiségű gáz növeli a porok törékenységét és megnehezíti a préselést. A szinterezés során a sűrített munkadarabból a gázok intenzív felszabadulása a termékek megrepedéséhez vezethet. Ezért a préselés előtt vagy annak folyamata során a por vákuumozását alkalmazzák, amely jelentős mennyiségű gáz eltávolítását biztosítja.

A porokkal végzett munka során figyelembe kell venni azok toxicitását és piroforitását. Szinte minden por káros hatással van az emberi szervezetre, azonban a legtöbb fém még tömör formában is (apró porszemcsék formájában) ártalmatlan. Piroforitás, i.e. az a képesség, hogy levegővel érintkezve spontán meggyulladjon, ami a por meggyulladásához és akár robbanáshoz is vezethet. Ezért a porokkal végzett munka során szigorúan be kell tartani a különleges biztonsági intézkedéseket. A részecskék fizikai tulajdonságait az jellemzi; alak, méret és granulometrikus összetétel, fajlagos felület, sűrűség és mikrokeménység.

Részecske alakja A porgyártási módszertől függően

megszerezni a megfelelő részecskeformát: gömb alakú - autós-

bonil módszer permetezésben, szivacsos - helyreállítás során,

töredezettség - golyósmalomban való őrléskor, korong alakú

· örvényköszörüléssel, dendrites - elektrolízissel, csepp alakú - permetezéssel. Ez a részecskeforma némileg megváltozhat a por későbbi feldolgozása során (őrlés, lágyítás, granulálás). A részecskék alakját mikroszkóppal ellenőrizzük. A részecskék alakja jelentősen befolyásolja a préselt termék sűrűségét, szilárdságát és tulajdonságainak egyenletességét. Részecskeméret és granulometrikus összetétel. A porok jelentős része a mikrométer töredékétől a tizedmilliméterig terjedő méretű porszemcsék keveréke, a szemcseméretek legszélesebb skálája a redukcióval és elektrolízissel nyert porokban található. A különböző méretű részecskék térfogatának a por teljes térfogatához viszonyított mennyiségi arányát granulometrikus összetételnek nevezzük.

A fajlagos felület az egységnyi portérfogatban vagy tömegben jelenlévő részecskék külső felületeinek összege. A fémporokat 0,01-1 m2/g fajlagos felület jellemzi (egyedi poroknál - 4 m2/g volfrámnál, 20 m2/g karbonil-nikkelnél). A por fajlagos felülete az előállítás módjától függ, és a préselés és szinterezés jelentősen befolyásolja.

Sűrűség. A piknométernek nevezett porrészecske tényleges sűrűsége nagymértékben függ a zárt pórusok szennyeződéseitől, a kristályrács hibáitól és egyéb okoktól, és eltér az elméletitől. egy bizonyos térfogatra, és először a térfogat por 2/3-áig töltjük, majd a mérlegelés után adjunk hozzá folyadékot, amely nedvesíti a port és kémiailag semleges. Ezután a port és a folyadékot újra lemérjük. És a mérés eredményei alapján meghatározzák a folyadékban lévő por tömegét és az általa elfoglalt térfogatot. A tömegnek a térfogattal való elosztása lehetővé teszi a por piknometrikus sűrűségének kiszámítását.A porszemcsék sűrűségének legnagyobb eltérése az elméleti sűrűségtől redukált porokban figyelhető meg a maradék oxidok, mikropórusok és üregek jelenléte miatt.

A porrészecske mikrokeménysége jellemzi annak deformálódását. Az alakváltozási képesség nagymértékben függ a porrészecskékben lévő szennyeződésektől és a kristályrács hibáitól. A mikrokeménység mérésére 0,5...200g nagyságrendű terhelés mellett egy 136°-os csúcsszögű gyémánt piramist préselnek a részecske talajfelületébe. A mérés PMT-2 és PMT-Z mikrokeménységet mérő eszközökkel történik.

A por technológiai tulajdonságait a térfogatsűrűség, a folyékonyság, az összenyomhatóság és a formálhatóság határozza meg.

A térfogatsűrűség a por térfogategységére jutó tömege, amikor a térfogat szabadon meg van töltve.

A porfolyékonyság az egységnyi térfogat töltési sebességét jellemzi, és egy adott átmérőjű lyukon egységnyi idő alatt átöntött por tömege határozza meg. A por folyékonysága határozza meg a szerszám töltési sebességét és a préselési teljesítményt. A por folyékonysága általában csökken, ahogy a porszemcsék fajlagos felülete és érdessége nő, és alakjuk összetettebbé válik. Ez utóbbi körülmény megnehezíti a részecskék egymáshoz viszonyított mozgását.

A páratartalom jelentősen csökkenti a por áramlását is.

Összenyomhatóság és alakíthatóság. A por összenyomhatósága alatt a por azon tulajdonságát értjük, hogy a préselés során a nyomástól függően bizonyos sűrűséget szerezzen, az alakíthatóság pedig a por azon tulajdonsága, hogy minimális nyomáson megtartja a tömörítés után kapott adott formát. Az összenyomhatóság elsősorban a porszemcsék plaszticitásától, míg a formálhatósága a részecskék alakjától és felületi állapotától függ. Minél nagyobb a por ömlesztett tömege, annál rosszabb a legtöbb esetben az alakíthatóság és annál jobb az összenyomhatóság. Az összenyomhatóságot mennyiségileg a préselt brikett sűrűsége határozza meg, az alakíthatóságot minőségileg, a préselt brikett megjelenése alapján, vagy mennyiségileg - a nyomás mértéke alapján, amellyel nem morzsolódó, tartós brikettet kapunk.

Fémporok öntése.

A poröntés célja a munkadarabok megadása

a termékek későbbi gyártásához szükséges alakú, méretű, sűrűségű és mechanikai szilárdságú por. A fröccsöntés a következő műveleteket foglalja magában: izzítás, osztályozás, keverék előkészítés, adagolás és formázás.

A porok lágyítását a visszamaradó oxidok csökkentésével és a keményedés eltávolításával növelik plaszticitásuk és összenyomhatóságuk. A hevítést védő környezetben (redukáló, közömbös vagy vákuum) végezzük, a fémpor 0,4...0,6 abszolút olvadási hőmérsékletén. Leggyakrabban a mechanikai őrléssel, elektrolízissel és karbonilok lebontásával nyert porokat lágyítják.

A por szerinti osztályozás a porok részecskeméret alapján történő szétválasztásának folyamata. Különböző szemcseméretű porokat használnak az egyes méretek szükséges százalékos arányát tartalmazó keverék létrehozásához. A 40 mikronnál nagyobb részecskék osztályozása drótszitákon történik. Ha a szabad szitálás nehézkes, akkor dörzsölő szitákat használunk. A kisebb porok osztályozása légleválasztókkal történik.

Keverékek készítése. A gyártás során különböző fémek porainak keverékeit használják fel a termékek előállításához, a porok keverése az egyik fontos művelet, melynek feladata a keverék homogenitásának biztosítása, hiszen ettől függ a termékek végső tulajdonságai. Az alkatrészek mechanikus keverését leggyakrabban golyósmalmokban és keverőkben alkalmazzák. A töltés és a golyók tömegaránya 1:1. A keverést a komponensek őrlése kíséri. Az őrlés nélküli keverés dobos, csavaros, késes, centrifugális, bolygókerekes, kúpos keverőben és folyamatos üzemben történik.

A porszemcsék egyenletes és gyors eloszlása ​​a keverék térfogatában akkor érhető el, ha a kevert komponensek sűrűsége abszolút értékben közel van.Ha a sűrűségek abszolút értékében nagy a különbség, akkor a komponensek szétválása következik be. Ebben az esetben célszerű a komponensek részenkénti külön-külön történő betöltését alkalmazni: először a könnyebbeket néhány nehezebbvel, majd a megmaradt komponenseket A keverés mindig jobban megy végbe folyékony közegben, ami a szerkezet bonyolultsága miatt nem mindig gazdaságos. technológiai folyamat.

Egyes nagy szilárdságú fémporok (volfrám, fémkarbidok) keverékének elkészítésekor lágyítószereket adnak a keverékhez az alakíthatóság növelése érdekében - olyan anyagokat, amelyek nedvesítik a részecskék felületét. A lágyítóknak meg kell felelniük a követelményeknek: nagy nedvesítőképességűek, hevítéskor kiégnek, anélkül, hogy maradékot hagynának, szerves oldószerekben könnyen oldódhatnak A lágyítóoldatot általában kevert porba öntik, majd a keveréket szárítják az oldószer eltávolítására A szárított keveréket szitán átszitáljuk.

Az adagolás a porkeverék bizonyos térfogatainak szétválasztásának folyamata. Létezik térfogati adagolás és tömeg szerinti adagolás. A térfogatadagolást a termékek automatizált öntésében alkalmazzák. A tömeg szerinti adagolás a legpontosabb módszer, ez a módszer biztosítja a nyersdarabok azonos formázási sűrűségét.

A termékek porból történő formázására a következő módszereket alkalmazzák: sajtolás acélformában, izosztatikus préselés, porhengerlés, préselés, csúszósajtolás, dinamikus préselés.

Préselés acélformában

A zárt térfogatban végbemenő préselés során (6. ábra) a részecskék kohéziója következik be, és a kívánt alakú és méretű munkadarabot kapjuk. Ez a térfogatváltozás az egyes részecskék elmozdulásának és deformációjának eredményeként következik be, és a porszemcsék közötti üregek kitöltésével és a részecskék elakadásával - mechanikai tapadásával jár. A műanyagokban a deformáció először a kis felületű határfelületeken, hatalmas feszültségek hatására lép fel, majd mélyen a részecskékbe terjed.

6. ábra A présben történő préselés sémája. 7 Ideális tömörítési görbe.

forma (1-kocka, 2-lyuk,

3- alsó ütés, 4- por)

és a nyomáseloszlás diagramja a magasság mentén.

A rideg anyagokban a deformáció a részecskék kiemelkedéseinek megsemmisülésében nyilvánul meg. A porszemcsék tömörítésének folyamatgörbéje (7. ábra) három jellemző szakaszból áll. A sűrűség a legintenzívebben az A területen növekszik, ahol az üregeket elfoglaló részecskék viszonylag szabadon mozognak. Az üregek feltöltése után megjelenik a görbe vízszintes B szakasza, amely nyomásnövekedéssel és gyakorlatilag változatlan sűrűséggel társul. állandó térfogatú por. Amikor a portest összenyomásakor elérjük a folyáshatárt, megkezdődik a részecskék deformációja és a tömörítési folyamat harmadik szakasza (C szakasz!’). Amikor a porrészecskék mozognak a formában, nyomás keletkezik a falakon lévő küszöbön. Ez a nyomás kisebb, mint a port összenyomó lyukasztó nyomása (6. ábra) a részecskék és a forma oldalfala, valamint az egyes részecskék közötti súrlódás miatt. Az oldalfalakra ható nyomás mértéke a részecskék, részecskék és a forma fala közötti súrlódástól függ, és egyenlő a lyukasztó függőleges nyomásának 25...40%-ával. A termék magassága mentén az oldalfalakon fellépő súrlódás miatt a függőleges nyomásérték egyenlőtlen: a lyukasztónál a legnagyobb, az alján pedig a legkisebb (6. ábra). Emiatt lehetetlen egyenletes sűrűséget elérni a préselt munkadarab magassága mentén. A sűrűség egyenetlensége a magasság mentén észrevehető olyan esetekben, amikor a magasság nagyobb, mint a minimális keresztmetszet. A hengeres formába öntött, vékony fóliatávtartókkal elválasztott azonos dózisú por préselésekor különböző formájú és méretű különálló rétegeket kapunk (8. ábra).

8. ábra A függőleges sűrűségeloszlás sémája

préselt por keresztmetszete egyoldali nyomáskifejtéssel (felülről).

Függőleges irányban minden felső réteg vékonyabbnak bizonyul, mint az alatta lévő. A rétegek meghajlását a fal közelében a súrlódás miatti kisebb pormozgási sebesség magyarázza, mint a középpontban. A legnagyobb sűrűséget a préselt termék legkisebb keresztirányú méretétől körülbelül 0,2...0,3 távolságban érjük el, amely a lyukasztó vége és a por közötti súrlódási erők hatásával jár.

Jobb minőségű termékek beszerzése préselés után

· a különböző szakaszokon egyenletesebb sűrűség elérése érdekében kenőanyagokat (sztearinsav és vegyületei, olajsav, polivinil-alkohol, paraffin, glicerin stb.) használnak, amelyek csökkentik a belső súrlódást és a szerszám falán kialakuló súrlódást. A kenőanyag általában por alakú, ami biztosítja a legjobb teljesítményt.

A termék formából való kinyomásakor a keresztirányú méreteinek rugalmas növekedése miatt a termék méretei kissé meghaladják a mátrix keresztmetszetének méreteit. A méretváltozás nagysága függ a szemcsék és poranyag méretétől, a részecskék felületének alakjától és állapotától, az oxidtartalomtól, az anyag mechanikai tulajdonságaitól, a préselési nyomástól, a kenőanyagtól, a mátrix- és lyukasztóanyagtól és egyéb paraméterektől. A nyomóerő irányában a méretváltozások nagyobbak, mint a keresztirányban.

A bemutatott diagramon (6. ábra) az egyoldali préselés látható, amelyet a magasság ÉS a legkisebb keresztmetszeti mérethez képest d:H/d = 2...3 préselt termékeknél alkalmazunk. Ha ez az arány nagyobb, mint 3, de kisebb, mint 5, akkor kétoldalas préselési sémát kell alkalmazni; Nagyobb méretarányok esetén más módszert alkalmaznak.

Összetett termékek préselése, pl. a préselési irányban nem egyenlő méretű termékek nehézségekkel járnak a préselt termék egyenletes sűrűségének biztosításával a különböző szakaszokban. Ezt a problémát több lyukasztó alkalmazásával oldják meg, amelyeken keresztül különféle erők fejtik ki a port (9. ábra). Előfordul, hogy összetett formájú termékek gyártása során a munkadarabot előre összenyomják, majd ismételt tömörítéssel - préseléssel és szintereléssel - adják végleges formáját.

9. ábra Komplex termék sajtolási sémája öntőformában: 1-lyukasztó, 2-lyukasztó, 3-mátrix,

4- alsó ütés.

A préselés során az acélformák mellett - a fő gyártóeszköz - hidraulikus univerzális vagy mechanikus préseket használnak. Komplex termékek préseléséhez speciális többdugattyús présegységeket használnak.

A préselési nyomás elsősorban a termékek szükséges sűrűségétől, a por típusától és az előállítás módjától függ. A préselési nyomás elsősorban a termékek szükséges sűrűségétől, a por típusától és az előállítás módjától függ. A tömörítési nyomás ebben az esetben a poranyag folyáshatárának (3...5) Gt-ja lehet.

Az izosztatikus préselés egy elasztikus héjban történő préselés teljes körű tömörítés hatására. Ha a nyomóerőt folyadék hozza létre, a préselést hidrosztatikusnak nevezzük. Hidrosztatikus préseléssel a port gumihéjba öntik, majd vákuumozás és lezárás után egy edénybe helyezik, amelyben a nyomást a kívánt értékre emelik. A héj és a por közötti súrlódás gyakorlatilag hiánya miatt a préselt terméket minden szakaszon egyenletes sűrűséggel kapjuk, és a préselési nyomás ebben az esetben kisebb, mint az acélformákban történő préselésnél. Préselés előtt a port vibrációs tömörítésnek vetik alá. Hidrosztatikus préselés fizetés? hengerek, csövek, golyók, tégelyek és egyéb összetett alakú termékek. Ezt a módszert speciális hidrosztatikus préselési berendezésekben hajtják végre.

A hidrosztatikus préselés hátránya, hogy nem lehet adott méretű préselt alkatrészeket előállítani, valamint a precíz alakú és méretű termékek gyártásánál a mechanikai feldolgozás szükségessége, valamint az eljárás alacsony termelékenysége.

A porok hengerlése magában foglalja a por befogását és a résbe való adagolását a forgó porhengerek súrlódási erőinek hatására, és a port összenyomja (10. ábra). Ebben az esetben egy beteg hosszúságú, egyenletesen összenyomott terméket kapunk, amely elegendő szilárdságú a következő művelethez történő szállításhoz -

Rizs. 10 Hengerlési séma: a - kompakt fém, b- d - por, c - függőleges, d - vízszintes

gravitációs por betáplálással, d - vízszintes kényszerített porellátással;

1- tekercs, 2-garat, 3-por, H- munkaszélesség, h- szalagvastagság.

szinterezés. A hengerlés függőleges és vízszintes síkban, időszakosan és folyamatosan történik.

A munkadarab vastagsága és sűrűsége függ a por kémiai és granulometrikus összetételétől, a részecskék alakjától, a garat kialakításától, a küszöb nyomásától a tekercseken, a hengerek felületének állapotától és forgásától. sebesség és egyéb tényezők.

A szájsajtolás a nyersdarabok öntése keverékből

a lyukon keresztül préselve lágyítószerrel porítjuk

mátrixban. A paraffint lágyítóként használják,

keményítő, polivinil-alkohol, bakelit. Ez a módszer megkapja

csövek, rudak, szögek és egyéb hosszú termékek. Rendszer

ábrán látható a folyamat. tizenegy.

11. ábra Orbitális préselés sémája.

Csövek ketrecben történő préselésekor

1 egy fúvókával 2 változtatható keresztmetszetű, helyezzen be egy tűtartót

zhen 3, 4-es lánckerékbe rögzítve. A tartó felett egy szőnyeg található.

homlokoldalon és anyával csatlakozik a tartóhoz 5. Extrudálás a mátrixból

lágyított keveréket lyukasztóval állítanak elő 7. Elfogadható

90%-nál nagyobbnak kell lennie; itt F és f a keresztirányú területei

a mátrix és a szorzat értékeit.

A préselést jellemzően az anyag melegítésével végzik.

Ebben az esetben a termék anyaga általában nem használ lágyítót; az alumínium és ötvözeteinek porait 400...GOC*C, réz - 800...900*C, nikkel - 1000...1200 C, acél - 1050...1250 *C hőmérsékleten préselik. A forró feldolgozás során az oxidáció megelőzésére védőkörnyezetet (inert gázok, vákuum) vagy védőhéjakba (üveg, grafit, fém - réz, sárgaréz, réz-vas fólia) történő préselést használnak. A préselés után a héjakat mechanikusan vagy a préselt fémre inert oldatokban maratással távolítják el.

A csúszóformázás az a folyamat, amikor a szeletet porózus formába öntik, majd megszárítják. A csúszás ebben az esetben fémpor homogén koncentrált szuszpenziója folyadékban. A szelet 1...2 mikron (ritkábban 5...10 mikron) szemcseméretű porokból és folyadékokból - víz, alkohol, hidrogén-tetraklorid - készül. A porszuszpenzió homogén és hosszú ideig stabil. A likőröntéshez használt forma gipszből, rozsdamentes acélból, szinterezett üvegporból készül A termék kialakulása a forma porszuszpenzióval való megtöltése után a szilárd részecskék irányított lerakódásából áll a forma falán áramlás hatására szuszpenziót (por folyadékban) irányítjuk feléjük. Ezek az áramlások abból adódnak, hogy a folyadékok a gipszforma pórusaiba szívódnak fel vákuum vagy centrifugális erő hatására, és több megapascal nyomást hoznak létre. A héj felépítésének idejét a vastagsága határozza meg és 1...60 perc. A terméket a formából való kivétel után 110...150 * C-on szárítjuk levegőn, szárítószekrényekben.

A termék sűrűsége eléri a 60%-ot, a részecskék összekapcsolódása a mechanikai reteszelésnek köszönhető.

Ezzel a módszerrel adott alakú csöveket, edényeket és termékeket állítanak elő.

A dinamikus préselés impulzusterhelést alkalmazó préselési folyamat. Az eljárásnak számos előnye van: csökkennek a szerszámköltségek, csökken a rugalmas alakváltozás, és nő a termékek sűrűsége. A folyamat megkülönböztető jellemzője a terhelés alkalmazásának sebessége. Az energiaforrás: robbanó töltés robbanása, elektromos kisülés energiája folyadékban, pulzáló mágneses tér, sűrített gáz, rezgés. Az energiaforrástól függően a préselést robbanékonynak, elektrohidraulikusnak, elektromágnesesnek, pneumomechanikusnak és vibrációsnak nevezzük. A részecskék érintkezési felületein jelentős hőképződés jött létre, amely megkönnyíti a deformációjuk folyamatát, és nagyobb tömörítést biztosít, mint a statikus (hagyományos) préselés során. A por tömörítése a vibráció hatására az első 3-30 másodpercben következik be. A vibráció leghatékonyabb felhasználása nem műanyag és törékeny anyagok porainak préselésekor. Vibrációs tömörítéssel egyenletesen sűrű, 4...5:1 vagy annál nagyobb magasság/átmérő arányú termékeket lehet előállítani.

Szinterezés.

A szinterezés a részecskék közötti adhézió kialakulásának folyamata.

a formázott por hevítésével kapott terméktulajdonságok kialakulása és kialakulása. A szinterezett termékek sűrűsége, szilárdsága és egyéb fizikai és mechanikai tulajdonságai a gyártási körülményektől függenek: nyomás, préselés, hőmérséklet, idő, szinterezési atmoszféra és egyéb tényezők.

A töltet összetételétől függően megkülönböztetünk szilárd fázisú szinterezést (azaz folyékony fázis képződése nélküli szinterezést) és folyadékfázisú szinterezést, amely során a porkeverék alacsony olvadáspontú komponenseit megolvasztják.

Szilárd fázisú szinterezés. A szilárd fázisú szinterezés során a következő főbb folyamatok mennek végbe: az atomok felületi és térfogati diffúziója, zsugorodás, átkristályosodás, atomok átvitele gáznemű közegen keresztül.

Minden fém kristályos szerkezetű, és már szobahőmérsékleten jelentős oszcillációs mozgásokon megy keresztül az egyensúlyi helyzethez képest. A hőmérséklet emelkedésével az atomok energiája és amplitúdója növekszik, és egy bizonyos értéknél az atom új helyzetbe tud lépni, ahol energiája és amplitúdója ismét megnő, és új átmenet lehetséges egy másik pozícióba. Az atomoknak ezt a mozgását diffúziónak nevezik, és előfordulhat a felszínen (felületi diffúzió) és a test térfogatában (térfogat diffúzió). Az atomok mozgását az általuk elfoglalt tér határozza meg. A legkevésbé mozgékonyak a porszemcsék érintkezési területein belül található atomok, a legmobilabbak a szabadon - a részecskék kiemelkedésein és tetején - elhelyezkedő atomok. Ennek eredményeként i.e. Az atomok nagyobb mobilitása a szabad területeken és az atomok kisebb mobilitása az érintkezési területeken annak köszönhető, hogy jelentős számú atom átmenete érintkezik. Ezért az érintkezési területek kitágulnak, és a részecskék közötti üregek lekerekednek anélkül, hogy a felületi diffúzió során a térfogat megváltozna. A teljes pórustérfogat csökkentése csak térfogati diffúzióval lehetséges. Ebben az esetben a termék geometriai méretei megváltoznak - zsugorodás.

A szinterezés során fellépő zsugorodás méret- és térfogatváltozásban nyilvánulhat meg, ezért megkülönböztetünk lineáris és térfogati zsugorodást. A préselési irányban jellemzően nagyobb a zsugorodás, mint a keresztirányban. A szinterezés során a zsugorodás folyamatának mozgatórugója a rendszer azon törekvése, hogy csökkentse a felületi energiaellátást, ami csak a küszöbön lévő teljes felület csökkentésével lehetséges. Emiatt azonban a szinterezés során a fejlett felületű porok tömörödnek a legnagyobb sebességgel, mivel nagy felületi energiával rendelkeznek.

A szinterezés során néha a zsugorodási folyamat megszakadása figyelhető meg.

Ez a jogsértés a zsugorodás elégtelen mértékében vagy a térfogat növekedésében fejeződik ki. Ennek okai: a préselés utáni rugalmas maradó feszültségek eltávolítása, nem redukáló oxidok jelenléte, fázisátalakulások, valamint a kémiai redukciós reakciók során adszorbeált és képződő gázoxidok felszabadulása. A szinterezett testek térfogatának növekedése zárt porozitás és 7% -ot meghaladó pórustérfogat kialakulásával figyelhető meg (amikor a gázok tágulása a zárt pórusokban térfogatnövekedést okoz). A nem redukáló oxidfilmek gátolják a diffúziós folyamatokat, megakadályozva a zsugorodást. ábrán. A 12. ábra a zsugorodás időbeli változásának görbéjét mutatja adott hőmérsékleten.

12. ábra Préselt vaspor zsugorodása 890 C-on különböző nyomásokon: 1-400 mn/m2,

2-600 MN/m2, 3-800 MN/m2, 4000 MN/m2.

A szinterezés során bekövetkező átkristályosodás szemcsenövekedéshez és a részecskék összfelületének csökkenéséhez vezet, ami energetikailag kedvező. A szemcse növekedését azonban korlátozza az idegen zárványok gátló hatása a szemcsefelületekre: pórusokra, filmekre, szennyeződésekre. Különbséget tesznek intragranuláris és részecskék közötti átkristályosítás között.

Atomok átvitele gáznemű közegben. Ez a jelenség akkor figyelhető meg, amikor egy anyag elpárolog és kondenzálódik más részecskék felületén, ami bizonyos hőmérsékleten történik. Az ilyen átvitel az anyag e felületek feletti eltérő gőznyomása miatt következik be, a különböző érintkező részecskék eltérő görbületei miatt. Az anyagátvitel növeli a mempartial kötéseket és a részecskék tapadási szilárdságát, hozzájárul a pórusok alakjának megváltozásához, de nem változtatja meg a sűrűséget a szinterezés során.

Egyes technológiai paraméterek hatása a szinterezett testek tulajdonságaira. A kiindulási porok tulajdonságai - a részecskék mérete, alakja, felületi állapota, az oxidok típusa és a kristályszerkezet tökéletességének foka - meghatározzák a sűrűségváltozás sebességét és a préselt termékek tulajdonságait. A szinterezett termékek azonos sűrűsége mellett a mechanikai és elektromos tulajdonságok magasabbak, minél kisebbek a porszemcsék, a részecskék felületi érdessége és a kristályszerkezet hibái hozzájárulnak a diffúzió növekedéséhez, növelve a termék sűrűségét és szilárdságát. Az áramőrölt porokból szinterezett termék szerkezetére jellemző, hogy nagyszámú, a szinterezés során átkristályosodó átkristályosodás eredményeként képződő nagy szemcsék jelennek meg. A préselési nyomás növekedése a zsugorodás csökkenéséhez (térfogati és lineáris), az összes szilárdsági mutató növekedéséhez vezet - a szakítással és a tömörítéssel szembeni ellenállás, a keménység. A hőmérséklet növekedésével a szinterezett termékek sűrűsége és szilárdsága általában minél gyorsabban, minél alacsonyabb a préselési nyomás. A szinterezési hőmérséklet jellemzően 0,7...0,9 a töltetben (porkeverék) lévő legolvadékonyabb anyag olvadáspontja. Az állandó hőmérsékleten tartás a szinterezett termék sűrűségének, szilárdságának és egyéb tulajdonságainak előbb éles, majd lassabb növekedését okozza. A legnagyobb szilárdságot viszonylag rövid idő alatt érik el, majd alig növekszik. A különböző anyagok tartási ideje 30...45 perctől 2...3 óráig tart. A szinterelő légkör befolyásolja a minőségi mutatókat. A termékek sűrűsége redukáló környezetben nagyobb, mint semleges környezetben. A vákuumban történő szinterezés nagyon teljes mértékben és gyorsan megy végbe, ami a semleges környezetben történő szinterezéshez képest általában alacsonyabb hőmérsékleten kezdődik, és megnöveli a termék sűrűségét.

A szinterezési hőmérséklet-tartomány három szakaszra oszlik. Az első szakaszban (0,2...0,3 Tm-ig) a sűrűség szinte nem változik, itt eltávolítják a lágyító adalékokat és a felületen adszorbeált gázrészecskéket, részben eltávolítják a maradék feszültségeket (az 1. és részben a 2. fajta), a porszemcsék közötti fizikai kölcsönhatás. A második szakaszban (körülbelül 0,5 Tpl hőmérséklet) az oxidok redukciója és a gáznemű termékek eltávolítása alakul ki. A sűrűség kissé csökkenhet. A harmadik a magas hőmérsékletű szakasz (hőmérséklet kb. 0,9 Tm), az intenzív szinterezés szakasza, amelyet a diffúziós folyamatok sebességének jelentős növekedése, az átkristályosodás, a teljesen fémes érintkezések kialakulása, valamint a sűrűség jelentős növekedése jellemez. az anyag.

A melegsajtolással egyidejűleg préselnek és szinterelnek porokat a töltet fő komponensének 0,5...0,8 olvadási hőmérsékletén (Tm). Ez lehetővé teszi, hogy a töltés folyékonyságának növelését magas hőmérsékleten alkalmazzuk kis porozitású termékek előállítására. Ebben az esetben az öntési nyomóerők hozzáadódnak a tömörítéshez vezető belső fizikai erőkhöz. A melegsajtolás legjelentősebb eredménye a lehető leggyorsabb tömörítés és a minimális porozitású termék előállítása viszonylag alacsony nyomáson. A tömörítési mechanizmus megegyezik a hagyományos szinterezés során megfigyeltekkel: a részecskék közötti érintkezés kialakulása, a sűrűség növekedése a részecskeméret egyidejű növekedésével és a további részecskenövekedés enyhe további tömörítéssel. A melegsajtolás utáni termékek nagyobb folyáshatárral, nagyobb nyúlással, nagyobb keménységgel, jobb elektromos vezetőképességgel és pontosabb méretekkel rendelkeznek, mint a szekvenciális rendelési préselés és szintereléssel előállított termékek. Minél nagyobb a préselési nyomás, annál magasabbak a jelzett tulajdonságok. A melegen sajtolt termékek finomszemcsés szerkezetűek.

A felhevített por vagy munkadarab forró préselését öntőformában végezzük. A fűtés általában elektromos árammal történik (13. ábra).

Rizs. 13 Formákban a kétoldalas melegsajtolás sémája: a- közvetett melegítés,

b - közvetlen fűtés, ha áramot kap a lyukasztó, c - közvetlen fűtés, ha áramot kap

mátrix, g - nagyfrekvenciás grafitforma indukciós melegítése; 1 - fűtőtest,

2 - por, 3 - termék, 4 - mátrix, 5 és 6 - lyukasztó, 7 - szigetelés, 8 - grafit érintkező, 9 - grafit lyukasztó, 10 - grafit mátrix, 11 - kerámia távtartó, 12-

induktor, 13-as kerámia mátrix.

Mielőtt a porra nyomást gyakorolnánk, a formát a porral vagy a porral más módon is fel lehet melegíteni, a formák gyártásához használt anyagok hőálló acél (IOO*C-ig), grafit, szilikonizált grafit, amely megnövekedett a mechanikai szilárdsága. Jelenleg terjed a tűzálló oxidokból, szilikátokból és egyéb kémiai vegyületekből készült formák alkalmazása. A préselt anyag és a formaanyag kölcsönhatásának megakadályozása érdekében a belső felületét valamilyen inert összetétellel (folyékony üveg, zománc, bór-nitrid * stb.) vagy fémfóliával vonják be. Ezenkívül a préselt termék oxidációjának megakadályozására védőkörnyezetet (redukáló vagy inert) vagy vákuumot alkalmaznak. A melegsajtolást speciális hidraulikus préseken végzik, amelyek rendelkeznek a préselés során a hőmérséklet szabályozására szolgáló eszközökkel.

A szinterezési folyamat intenzívebbé tételét speciális technikák alkalmazásával érik el. Ehhez kémiai és fizikai módszereket alkalmaznak a szinterezés aktiválására. A kémiai aktiválás magában foglalja a szinterelő atmoszféra összetételének megváltoztatását. Például klorid- vagy fluorvegyületek hozzáadása a szinterelő atmoszférához elősegíti a részecskenyúlványok aktív összekapcsolódását velük, és a keletkező vegyületek ismét fémmé redukálódnak, amelyek atomjai helyenként minimális szabadenergia-utánpótlás mellett kondenzálódnak. az optimális koncentráció 5...10% hidrogén-klorid hidrogénben redukáló környezetben, a szinterezett munkadarab intenzív tömörödése figyelhető meg, ha kis mennyiségű, alacsonyabb olvadáspontú fémet adunk a termék porához. Például nikkelt adnak a volfrámhoz, aranyat a vashoz stb. Jelenleg a szinterezés aktiválásának fizikai módszereit széles körben alkalmazzák: ciklikus hőmérséklet-változások, rezgések vagy ultrahang hatásának kitétele, tömörítések besugárzása, erős mágneses tér alkalmazása.

Folyékony fázisú szinterezés. Folyékony fázisú szinterezés során, ha a szilárd fázist a folyékony fázis nedvesíti, a szilárd részecskék tapadása megnő, rossz nedvesíthetőség esetén pedig a folyadékfázis lassítja a szinterezési folyamatot, megakadályozva a tömörödést. A nedvesítő folyadékfázis növeli a komponensek diffúziós sebességét és megkönnyíti a szilárd fázisú részecskék mozgását. Folyékony fázisú szintereléssel szinte pórusmentes termékek nyerhetők. Megkülönböztetik a szinterezési folyamat végéig jelenlévő folyékony fázisú szinterezést, illetve a megjelenése után hamarosan eltűnő folyékony fázisú szinterezést, amikor a szinterezés utolsó periódusa a szilárd fázisban következik be.

További műveletek

Impregnálás folyékony fémekkel. Az elektromos érintkezők és egyes szerkezeti anyagok gyártása során széles körben alkalmazzák a tűzállóbb anyagból készült préselt, majd szinterezett porózus keret impregnálását a készítmény folyékony fémkomponensével. Ebben az esetben a folyékony fém vagy ötvözet kitölti a munkadarab egymással érintkező pórusait a tűzálló komponensből. Két impregnálási lehetőség van. Az első lehetőség szerint egy porózus keretre egy impregnáló fémet helyeznek, amelynek térfogata megegyezik a keret pórusainak térfogatával, és kemencében az impregnáló anyag olvadási hőmérsékletére melegítik. Ebben az esetben az olvadékot a tűzálló keret pórusai szívják fel. A második módszer szerint a porózus keretet olvadt impregnáló fémbe vagy impregnáló fémporból készült tartóba helyezik. Az abszorpció kapilláris erők hatására történik. Az impregnálási sebesség másodpercenként tizedmilliméter, és a hőmérséklet emelkedésével növekszik. Az impregnálás hőmérséklete általában 100...150*C-kal magasabb, mint az impregnáló fém olvadáspontja. Ez a hőmérséklet azonban nem haladhatja meg a keret fém olvadáspontját. A nedvesíthetőség javítása érdekében különféle adalékokat adnak az impregnáló fémhez.

További technológiai műveleteket alkalmaznak a felületi tisztaság és pontosság elérése érdekében (megmunkálás, kalibrálás), a fizikai és mechanikai tulajdonságok elérése érdekében - kémiai-termikus kezelés és különféle impregnálások.

A mechanikai feldolgozásnak az anyag porozitása okozta jellemzői vannak. A vágószerszám mikro-ütéseket tapasztal, ami miatt gyorsan eltompul. A feldolgozáshoz keményötvözeteket használnak; A magas felületi tisztaság elérése érdekében gyémántszerszámokat használnak.

A termékek impregnálása olajjal (géppel vagy orsóval) 110...120 * C hőmérsékleten 1 órán belül megtörténik.Az olaj kitölti a termékek pórusait és működés közben átfolyik a kapillárisokon és a súrlódó felületen. Bizonyos esetekben ez lehetővé teszi, hogy megszabaduljon a termékek kenésétől a működés során, és javítja a dörzsölő pár körülményeit.

A kémiai-termikus kezelés lehetővé teszi a termékek mechanikai tulajdonságainak javítását és az alkalmazási kör kiterjesztését.

Nitrocementáció – növeli a kopásállóságot

csontrészek: a korrózióállóság növekszik ehhez képest

6-8-szoros szinterezéssel: 30-szoros kopásállóság tartalmazva

Nitrogén csökkentés akár 1%-ig

A diffúziós krómozás többszörösen növeli a kopás- és korrózióállóságot.

A galvanikus bevonatok olyan tulajdonsággal rendelkeznek, amelyet a pórusok jelenléte okoz. Hogy az elektrolit ne hatoljon be a pórusokba, azokat fel kell tölteni. Ezt gondos csiszolással és polírozással érik el - alacsony porozitású tömörített külső réteg képződik.

A kalibráció segítségével 6-11 pontossági fokozatú méreteket kapunk, és Ra = 1,25-0,32 mikron. Egy (külső vagy belső átmérő), áramerősséggel és több paraméterrel egyaránt kalibrálva vannak. Figyelembe kell venni, hogy a minimális ráhagyást 0,05-0,07 mm tartományban kell venni. Azokat az alkatrészeket, amelyek szerkezetében cementit van, kalibrálás előtt izzítani kell.

Irodalom

I. Balshin M. Yu., Kiparisov S.S. M. Kohászat 1978 .184 p.

2. Rakovsky V.S., Saklinsky V.V. Porkohászat a gépészetben. M. Gépészmérnök. 1973.126p.

Használati útmutató.

3. Libenson G.A. A porkohászat alapjai. M. Kohászat, 1975. 200 p.

Kérdések az önkontrollhoz:

1. Az alkatrészek gyártásának lényege, előnyei és jellemzői

fémporok.

2. Fémporok előállítási módszerei és tulajdonságaik.

3. Alakítási módszerek a porkohászatban: technológiai

milyen követelmények vonatkoznak az alkatrész kialakítására, minőségi mutatók után

4. A porban történő szinterezési folyamat mechanizmusai, jellemzői

tallurgia.

5. A további műveletek típusai és célja porkeverékben

tallurgia, minőségi mutatók.

Ez már a kohászat hatalmas és gyorsan fejlődő területe.

Igaz, jelenleg csak mintegy 0,1 százalék - a világ fémtermelésének ezreléke - megy át a porkohászat szakaszán, de ez még nem jellemzi az iparban elfoglalt helyét. Hiszen a porkohászati ​​módszerekkel készült termékek minden kilogrammja több kilogramm forgácsolással készült fémterméknek felel meg: a porkohászatban szinte nincs hulladék, vágáskor pedig hatalmas mennyiségű fém kerül a forgácsba. Ezzel szemben egy kilogramm porkohászattal előállított fémkerámia keményötvözet több tíz kilogramm erősen ötvözött szerszámacélt helyettesít.

A porkohászatot olyan esetekben alkalmazzuk, amikor más módszerrel nem lehet megfelelő anyagokból a kívánt magas tulajdonságokkal rendelkező terméket előállítani.

Hogyan lehet például szuperkemény wolframból egy villanykörte legvékonyabb szőrét elkészíteni, aminek olvadáspontja is 3400 fok? Itt sem vágás, sem rajzolás, sem hengerlés nem használható.

Hogyan készítsünk két olyan fém ötvözetét, amelyek olvadáspontja élesen eltérő - például réz (1083 fokon olvad) és volfrám?

Hogyan készítsünk olyan anyagot, amely fémes és nem fémes zárványokkal együtt, például korund vagy gyémántpor részecskéket tartalmaz?

Hogyan készítsünk fém csapágyhéjat úgy, hogy annak teljes vastagságát áthatolják a pórusok, és hogy teljes számuk (százalékban kifejezve) szigorúan megfeleljen a megadottnak?

Milyen ötvözetekből lesznek, a holnaputáni csillagközi hajók?!

Mindezek a technológiai problémák porkohászattal megoldhatók. De ez még nem minden. A porkohászat hatékonyságában versenyezhet más fémfeldolgozási típusokkal. Így egy vasfogaskerék gyártása a szokásos módszerrel 30 óra munkát igényel egy szakmunkástól. Egy ilyen hajtómű porkohászattal történő előállítása 10 óra munkát igényel egy alacsonyan képzett munkástól.

A porkohászat segítségével olyan precízen elkészített termékeket lehet előállítani, amelyek nem igényelnek további feldolgozást. A porkohászat során keletkező fémveszteségek rendkívül kicsik, és a keletkező anyagok tisztasága nagyon magas lehet.

Nem szabad azonban feltételezni, hogy a porkohászat helyettesítheti a fémfeldolgozás minden más típusát. És számos jelentős hiányossága van. Az ezzel a módszerrel készült termékek nagy porozitásuk miatt fokozott oxidációs képességgel rendelkeznek, különösen mivel ez a fém teljes vastagságában előfordulhat. Alacsony műanyag tulajdonságokkal rendelkeznek. Drágák azok a formák is, amelyekben fémporból préselik a termékeket, így a porkohászat csak tömeggyártásban jövedelmező. Az így kapott termékek mérete és formája jelenleg korlátozott.

De a porkohászat legfontosabb hátránya a fémporok magas költsége - a termékek ilyen módszerrel történő előállításához szükséges alapanyagok.

A mérnökök számos módszert javasoltak, teszteltek és használtak a szükséges törési finomságú fémporok előállítására.

A legegyszerűbb és leggyakoribb a golyósmalomban való őrlés. Az öntöttvas golyók ütései összetörik a törékeny fémet, a malomdobon átáramló levegő lehelete a legkisebb szemcséket is elviszi, a szeparátor csak azokat választja le, amelyek elérték a kívánt méretet, a nagyobbakat pedig visszaküldi a malomba kidolgozásra. Mindenesetre a mérnökök ma már számos módot ismernek arra, hogy különféle anyagokból, különféle őrlési finomságokkal és változatos szemcseformájú porokat állítsanak elő. Mert a porkohászatban a részecskék alakja is szerepet játszik.

De ez nem jelenti azt, hogy a legjobb és legjövedelmezőbb módszereket megtalálták. Éppen ellenkezőleg, minden valószínűség szerint a legjobbak és leggazdaságosabbak várják felfedezőiket.

De a szükséges porok megvannak. Vegyesek. Ez is összetett folyamat: végül is a jövőbeli termék minősége nagymértékben függ a keverék egyenletességétől. Ezután a keveréket formába helyezzük és préseljük.

Vegyen fel egy fémdarabot. Ez egy szilárd test, amelyben bármely részecske szorosan érintkezik a környező részecskékkel. A technológiában más állapotú anyagok vannak - az úgynevezett kolloidok. Apró részecskék, amelyek méretűek század- és ezred mikron nagyságúak, folyadékban szuszpendálva. A kolloid részecskék egyáltalán nem érintkeznek egymással. A fémporok az adhézió, a részecskék érintkezése alapján besorolt ​​anyagok e két szélső állapotának keresztezése, mivel teljes felületükből csak kis része érintkezik egymással.

De ezek az érintkezési területek a legfontosabbak a porkohászat fizikai képében. Ezeken a területeken halad át a hő- és elektromos energia fő áramlása, a préselés során maximális feszültséget érnek el, és bennük megy végbe a részecskék egyetlen folytonos monolittá szinterezésének folyamata.

A préselés során a részecskék közelebb kerülnek egymáshoz, a részecskék érintkezési felülete megnő, kiemelkedéseikkel, egyenetlenségeikkel összefonódnak egymással. De persze a hidegsajtolásból kikerülő termék még nincs kész. A préselés csak azt biztosította, hogy a leendő termék formáját megkapják a további feldolgozáshoz. És ez a szinterezésben rejlik.

A szinterezés a porkeverék főkomponensének olvadáspontjánál alacsonyabb hőmérsékleten történik, de számos jelentős változást okoz a préselt termék fizikai állapotában. A keverékben összetett folyamatok mennek végbe az atomok diffúziójával, a részecskék egymáshoz tapadásával és az anyagok kölcsönös oldódásával. Ennek eredményeként hűtés után a meghatározott tulajdonságokkal rendelkező készterméket kapjuk.

Természetesen ez csak egy általános technológiai vonal a porkohászatot alkalmazó termékek gyártásához. Minden egyes konkrét esetben, minden anyagcsoporthoz ennek a technológiának különböző változatai vannak. A préselést gyakran a melegítéssel egyidejűleg végzik. Előfordul, hogy a szinterezést inert gázok légkörében kell végrehajtani. Előfordul, hogy a préselés a sűrített folyadék körkörös nyomásával történik, és nem a préslyukasztó egyoldalú nyomásával. Vannak olyan berendezések, amelyekben nem préselést, hanem porhengerlést végeznek. És így tovább, és így tovább.

Biztosan nem merítettük ki a porkohászat minden felhasználási területét!

A porkohászat szorosan összefügg az elektrotechnikával. Az elektromos lámpák, rádiócsövek, röntgencsövek izzószálainak 2-3 ezer fokos hőmérsékleten kell működniük, és megfelelő mechanikai szilárdsággal kell rendelkezniük. Ezeket az alkatrészeket volfrámból, molibdénből és tantálból készítik porkohászattal.

Az elmúlt években megjelent kerámia-fémvágók valódi forradalmat hajtottak végre a fémvágásban. Természetesen lehetővé tették a vágási sebesség tízszeres növelését! A bányászatba behatolva lehetővé tették a kutak fúrásának jelentős felgyorsítását. De tartalmaznak karbidokat - a leginkább tűzálló fémek szénvegyületeit. Így a titán-karbid, az ilyen marók gyakori összetevője, mindössze 3140 fokos hőmérsékleten, a cirkónium- és nióbium-karbidok - 3500 fokon, a tantál-karbid - 3380 fokon olvad meg. Természetesen csak a porkohászat teszi lehetővé a vágótartókra hegesztett keskeny lemezek előállítását, amelyek ezeket a karbidokat tartalmazzák.

A keményfémporokból készült keményötvözetek nem csak a fémvágás sebességét tették lehetővé. Présszerszámok, acélhuzalhúzó matricák, fúrók és menetmérők stb. készítésére használják.

És ezekben az esetekben a kemény ötvözetek becsülettel kiállják a próbát. A biztonsági borotvák gyártásához használt fém-kerámia bélyeg akár 2 milliárd bélyegzést is kibír, amikor egy hagyományos acélbélyegzőt 15 millió bélyegzés után kell cserélni. A keményfém hengerek élettartama 100-szor hosszabb, mint a hagyományos acélhengereké. Az acél szerszámmal 80 kg vashuzalt lehet áthúzni a kopás előtt, a keményfém szerszámmal - akár 50 tonnát, 600-szor többet!

Ilyenek a porkohászattal előállított keményötvözetek. Ezeket nagy sebességű anyagoknak lehetne nevezni, mert használatukat nagyon gyakran nagy sebességgel társítják. A sebesség növekedése pedig a mai technológia egyik legjellegzetesebb jellemzője.

Vegyük például a modern nagysebességű repülés motorját – a sugárhajtóművet. Érkezése azonnal lehetővé tette a repülőgép repülési sebességének majdnem megduplázását. Lehetővé tette a repülőgép mennyezetének felemelését a légkör azon területeire, ahol a dugattyús hajtómű fulladt. Tudtad, hogy egy sugárhajtómű még mindig nem tudja kifejleszteni teljes lehetséges erejét? Hogy az égéstereibe a szükségesnél több levegőt engedjenek be, vagy akár vizet permetezzenek az égési gázok hőmérsékletének csökkentése érdekében, bár minél magasabb, annál gazdaságosabb a motor működése? Ez pedig azért történik, mert ezeknek a másfél-kétezer fok feletti hőmérsékletű gázoknak a heves áramlásában nincs olyan anyag, amely sokáig működhetne.

Igen, a modern öntött fémötvözetek, amelyek krómot, nikkelt, kobaltot tartalmaznak (ezekről beszéltünk), nem működnek 850-900 fok felett. Magasabb hőmérsékleten tűzálló fémeket, karbidokat és nitrideket kell használni. És természetesen a porkohászat az, ami lehetővé teszi a szükséges berendezésalkatrészek gyártását belőlük.

Az egyik legígéretesebb ilyen anyag a titán-karbid. Jól ellenáll a hősokknak - gyors felmelegedés a motor indításakor és gyors lehűtés leállításkor. 20 százalékos kobalt hozzáadásával körülbelül 900 fokos hőmérsékleten majdnem kétszer olyan erős, mint a legjobb hőálló fémötvözetek.

És egy sugárhajtómű fúvókája... Táguló cső, amelyben a forró gázok mozgásukat felgyorsítva reaktív erőt hoznak létre. Milyen erőfeszítéseket nem tesznek a tervezők a hőmérséklet csökkentésére! Az égéstérbe jutó tüzelőanyag lehűti, porózussá teszi, és az üzemanyag egy része ezeken a pórusokon keresztül pumpálódik. A cső belső felületén elpárologva a tüzelőanyag lehűti azt, és hideg gázréteget hoz létre a felületen.

Kell hozzá, hogy ilyen porózus, hőségben „izzadni” képes csöveket is csak porkohászattal lehet készíteni?

Ugyanezzel a módszerrel készítenek elképesztő porózus önkenő csapágyakat. A bennük lévő pórusok tele vannak olajjal. Amint a csapágy felmelegszik, az olaj kitágul, és elkezd kijönni a pórusokból, és kenőréteget hoz létre. Ahogy lehűl, az olaj visszaszívódik, mint a víz a szivacsba.

A porkohászati ​​módszert a tengelykapcsolók, fogaskerekek és bütykök legfinomabb szűrőinek és súrlódó béléseinek, elektromágnesek alátéteinek és magjainak, dinamókeféinek és precíziós műszerek elektromos érintkezőinek elkészítésére használják, és így tovább, és így tovább, mert ma már lehetetlen sorold fel mindazt, ami ezzel a módszerrel történik, és holnap ez a lista megduplázódik és megháromszorozódik...

Porkohászati ​​módszerekkel briliáns berilliumból, valamint sok más fémből is lehet gép-, készülék- és műszeralkatrészt készíteni.

Mint tudják, a piramisokat, amelyekbe az ókori egyiptomiak eltemették fáraóikat, az ókorban kifosztották. Az egyiptomi királyok sziklatemetkezéseit is kifosztották. És csak véletlenül jutott el korunkba a 14. században élt Tutanhamon fáraó, az ókorban elveszett temetése. időszámításunk előtt e.

A történészek sok érdekességet találtak sírjában, amikor 1922-ben először ereszkedtek le a sziklába vágott kanyargós járatokon a fáraó posztumusz lakhelyébe. Nyilvánvalóan Tutanhamon különös szeretettel viseltetett a műalkotások iránt – a sír szó szerint tele volt velük. Közöttük pedig porarannyal díszített tőröket fedeztek fel.

Kiderült, hogy itt van a porkohászat eredete!

Azonban nemcsak az egyiptomiak, hanem Amerika ősi lakói - az inkák - is tudták, hogyan kell nemesfémek porainak szinterezésével termékeket előállítani. De az ősi művészet sok évszázadon át feledésbe merült. A kohászat fejlődése más utat járt be.

Csak a 19. század elején, amikor először merült fel a kérdés a tűzálló fémekből tárgyak előállításának módjáról, az elfeledett készség rövid időre feltámadt. Pjotr ​​Grigorjevics Szobolevszkij kiváló orosz kohász támasztotta fel.

A porkohászat segítségével platinából érméket és érmeket készített. Azokban az években szinte lehetetlen volt megolvasztani: végül is ehhez 1773 fokos hőmérséklet kell. Sobolevsky a természetes ásványok vegyi feldolgozásával nyert tisztított szivacsos platinát öntőformába helyezte, préselésnek, majd melegítésnek és újra préselésnek vetette alá. Az eredmény sűrű fémtermékek lettek. Ez 1826-ban volt.

Több évtizeden át az orosz kohász módszerét alkalmazták nálunk és külföldön egyaránt. Aztán megtanulták megolvasztani a platinát. És ismét, a porkohászat hosszú évtizedekre meghalt.

A 20. század fordulóján újjáélesztették, és most sem adja fel megszerzett pozícióit. Éppen ellenkezőleg: egyre több új alkalmazási területet fog megragadni.

Bevezetés

A porkohászat fémporok és az ezekből készült különféle termékek gyártásával foglalkozik. A porkohászat, mint a különféle típusú anyagok előállítására szolgáló ipari módszer jellegzetessége, hogy a nyersanyagokat por formájában használják fel, amelyeket azután adott méretű termékekké préselnek (öntenek) és hőkezelésnek (szinterelésnek) vetik alá. ki a töltés főkomponensének olvadáspontja alatti hőmérsékleten /1/.

A portechnológia széles terület a különböző iparágakban - porkohászat, kerámiaipar, élelmiszer- és gyógyszergyártás, műtrágya, üzemanyag, építőanyag stb. - használt diszpergált testek előállítására /2/. A porkohászati ​​technológia és a kerámiagyártási technológia közötti némi külső hasonlóság miatt a porkohászati ​​módszerekkel előállított termékeket széles körben fémkerámia néven is ismerik.

A porkohászati ​​technológia fő elemei a következők:

· porok előállítása és előállítása kiindulási anyagokból, amelyek lehetnek tiszta fémek vagy ötvözetek, fémek nemfémekkel alkotott vegyületei és különféle egyéb kémiai vegyületek;

· préselés az előkészített, kívánt alakú termékek tételből speciális formákba, pl. a jövőbeli termék formázása;

· préselt termékek hőkezelése vagy szinterezése, végső fizikai, mechanikai és egyéb tulajdonságok megadása

· speciális tulajdonságok.

A gyártási vagy kutatási gyakorlatban néha előfordulnak eltérések a technológia ezen jellemző elemeitől, például a préselési és szinterezési műveletek kombinációja, a porózus brikett olvadt fémekkel való impregnálása, a szinterezett termékek további mechanikai és egyéb feldolgozása stb. a technológia alapelve az eredeti porkeverék alkalmazása és a szinterezés alacsonyabb hőmérsékleten az összenyomott testet alkotó fő elem megolvadása változatlan marad /1/.

A porkohászati ​​módszernek számos előnye van:

· a fémes alkatrészek mellett nemfémes, valamint két (bimetall) vagy több réteg különböző fémből álló anyagok és termékek gyártásának lehetősége;

· szabályozott porozitású porózus anyagok előállításának lehetősége, amely olvasztással és öntéssel nem érhető el.

A porkohászat előnyei mellett meg kell jegyezni, hogy vannak olyan hátrányai is, amelyek bonyolítják és korlátozzák a széles körű alkalmazását. A fő hátrányok közé tartozik a fémporok magas költsége és az ötvözött porok - acélok, bronzok, sárgaréz stb. - előállítására szolgáló jól elsajátított eljárások hiánya. A fémporokból nyert termékek porozitása miatt fokozott oxidációs hajlamot mutatnak, és oxidáció léphet fel. nem csak a felületről, hanem a termék teljes vastagságában. A fémkerámia termékek viszonylag alacsony képlékeny tulajdonságokkal is rendelkeznek (ütőszilárdság, nyúlás) /3/.

1 Poranyagok előállításának módszerei

A poranyag fém, ötvözet vagy fémszerű vegyület legfeljebb 1 mm méretű részecskéinek gyűjteménye, amelyek egymással érintkeznek és nem kapcsolódnak egymáshoz /4/.

Minden szemcsés test részecskékből és részecskék közötti (külső) pórusokból áll. A porszemcsék pedig kisebb szerkezeti elemekre oszthatók. A fémrészecskék szinte mindig tartalmaznak szennyeződéseket, amelyek mind a felületen, mind belső zárványok formájában eloszlanak, és gyakran vannak részecskén belüli pórusok.

A részecskék nagyon sokféle alakúak lehetnek. A különféle szerkezetek három fő csoportra oszthatók:

· rostos vagy tűszerű részecskék, amelyek hossza más méretben jelentősen meghaladja méretüket;

· lapos részecskék (tányérok, levelek, asztalok), amelyek hossza és szélessége sokszorosa a vastagságnak;

· egyentengelyű részecskék, amelyek minden dimenzióban megközelítőleg azonos méretűek.

A részecskéket pórusok (részecskék közötti) és érintkezési terek választják el egymástól. A préseletlen porok pórusai általában a teljes térfogat 70-85%-át foglalják el. A részecskék közötti pórusokon kívül a poroknak lehetnek részecskén belüli pórusai is. A részecskék közötti pórusok mérete a részecskeméret növekedésével és a csomagolási sűrűség csökkenésével növekszik.

A fajlagos felület jelentős mérete miatt a porokban, különösen a vékonyakban az egységnyi tömegre jutó felületi szennyeződések (főleg oxidok) mennyisége lényegesen nagyobb, mint a tömör testekben. A porok részecskéken belüli szennyeződéseket is tartalmaznak - szennyeződések zárványait, oxidokat stb. A porok mechanikai szennyeződése egyedi szennyeződésrészecskékkel is lehetséges /5/.

A porgyártás a porkohászati ​​módszer első technológiai művelete. A porgyártás jelenlegi módszerei igen változatosak – ez lehetővé teszi a portermékek szükséges fizikai, mechanikai és egyéb tulajdonságainak kölcsönzését. Ezenkívül a por előállításának módja határozza meg annak minőségét és költségét. A porok előállításának két módja van: fizikai-kémiai és mechanikai.

A fizikai-kémiai módszerek közé tartoznak a porok előállítására szolgáló technológiai eljárások, amelyek az alapanyag mély fizikai-kémiai átalakulásaihoz kapcsolódnak. Ennek eredményeként a kapott por kémiai összetételében jelentősen eltér az eredeti anyagtól. A fizikai-kémiai módszerek közé tartozik: elektrolízis, karbonilvegyületek termikus disszociációja, oxidok redukciója szilárd redukálószerekkel és gázokkal, párologtatási és kondenzációs módszer stb.

A porok előállításának mechanikai módszerei olyan technológiai eljárások, amelyek során külső mechanikai erők hatására a kiindulási fém kémiai összetételének megváltoztatása nélkül porrá törik. Leggyakrabban szilárd anyagok köszörülését használják különféle kivitelű malmokban. A mechanikai módszerek a következők: fém őrlés vágással, őrlés golyósmalomban, őrlés örvénymalomban, zúzás inerciális zúzógépben, folyékony fémsugár permetezése gőzzel, vízzel, sűrített gázzal.

A fizikai-kémiai módszerek univerzálisabbak, de a porkohászat gyakorlatában nincs egyértelmű határ a két porgyártási mód között. Leggyakrabban a porgyártás technológiai sémája magában foglalja a porgyártás mechanikai és fizikai-kémiai módszereinek egyedi műveleteit.

A fémporok oxidokból történő redukciós előállítása a legelterjedtebb, rendkívül termelékeny és gazdaságos módszer /6/.

A visszanyerés egy fém, anyag, anyag vagy ezek vegyületeinek kinyerésének folyamata a nem fémes komponens (oxigén vagy sómaradék) eltávolításával az eredeti kémiai vegyületből /4/.

A redukcióval nyert porok alacsony költséggel rendelkeznek, gyártásukhoz érckoncentrátumokat, oxidokat és a kohászati ​​gyártásból származó hulladékot használnak kiindulási anyagként. A helyreállítási módszer ezen jellemzője széles körű gyakorlati alkalmazásához vezetett. Jelenleg sok fém porát állítják elő ezzel a módszerrel /6/.

Általában a kémiai redukciós reakciót a következőképpen ábrázolhatjuk:

MeX + B ↔ Me + BnXm ± Q,

ahol X a nemfémes komponens,

B – redukálószer (szén koksz, korom, faszén, földgáz formájában; H2; CO; CO2; aktív fémek) /4/.

A fémek oxidokból történő redukciója történhet szilárd vagy gáz halmazállapotú redukálószerekkel. Az aktív gáz halmazállapotú redukálószerek közé tartozik a hidrogén, a szén-monoxid és a különféle CO-t és H2-t tartalmazó gázok. Szilárd redukálószerként olyan szenet és fémeket használnak, amelyeknek nagyobb a kémiai affinitása az oxigénhez: nátriumot, kalciumot és magnéziumot. Egyes fémek redukcióját olyan fémek segítségével, amelyek nagyobb affinitásúak az oxigénhez, metallotermiának nevezik.

A redukálószerek közül a szenet (alacsony költsége és a redukciós eljárás egyszerűsége miatt) széles körben használják. Az eljárás hátránya, hogy a fémek karburizálódása csökken, ami korlátozza a folyamatot. A szénnel való redukció a legelterjedtebb a vas-, króm-, volfrám- és néhány más fémpor gyártásánál, valamint a porok közvetlen karbid-oxidokból történő előállításánál.

Mivel a fémeket oxidjaik redukálhatósága szerint könnyen redukálható (réz, nikkel, kobalt, vas, volfrám és molibdén) és nehezen redukálható (króm, mangán, vanádium, alumínium, magnézium) csoportokra osztják, a sok oxid redukciójához erősebb oxidokra van szükség.a szénredukáló szerekhez képest. Gyakran szénnel nem szennyezett porok, például kobalt-, volfrám- és molibdénporok előállításához redukálószerként hidrogént használnak.

A redukálószertől függetlenül a porok redukálással történő előállítása rugalmas eljárás. A porszemcsék szivacsosak, erősen fejlett felületű poliéderek, amelyek nagy porozitásuk miatt jól nyomódnak. A szemcseméretet a redukciós hőmérséklet határozza meg: minél alacsonyabb a hőmérséklet, annál kisebbek a porszemcsék.

A fém-oxidok fémekkel történő redukcióját csak akkor alkalmazzák, ha a szénnel vagy gázzal történő redukció lehetetlen vagy nem kivitelezhető /6/.

2 Módszerek a porok tulajdonságainak nyomon követésére

2.1 Kémiai tulajdonságok

A porok kémiai tulajdonságai a komplex porokban lévő nem nemesfém vagy főkomponensek tartalmától, valamint a szennyeződések, különböző mechanikai szennyeződések és gázok tartalmától függenek. A porok fontos kémiai tulajdonságai is a gyúlékonyság, a robbanásveszély és a toxicitás.