Toz metalurjisi teknolojileri. Toz metalurjisi yöntemi Toz metalurjisi yöntemi kullanılarak ürünlerin üretimi

• saf metaller veya bunların alaşımları, metallerin metal olmayan bileşikleri ve diğer çeşitli kimyasal bileşikler olabilen başlangıç ​​malzemelerinin tozlarının elde edilmesi ve hazırlanması;
• hazırlanan partiden istenilen şekle sahip ürünlerin özel kalıplarda preslenmesi;
• preslenmiş ürünlerin ısıl işlemi veya sinterlenmesi, onlara nihai fiziksel ve mekanik özelliklerin verilmesi.

Uygulamada bazen teknolojinin bu tipik unsurlarından sapmalarla karşılaşılmaktadır. Örneğin presleme ve sinterleme işlemleri tek bir işlemde birleştirilebilir veya önceden sinterlenmiş gözenekli briket daha sonra erimiş metalle emprenye edilebilir. Belirtilen şemadan başka sapmalar da olabilir, ancak orijinal toz karışımının kullanımı ve ana elemanın erime noktasının altındaki bir sıcaklıkta sinterleme değişmeden kalır.

Toz metalurjisi yöntemleriyle üretilen ürünlere sinterlenmiş malzemeler denir.

Toz metalurjisi yöntemleri ilk olarak Rus mühendisler P.G. Sobolevsky ve V.V. Lyubarsky, 1826'da Rus Darphanesi adına, presleme ve sinterleme yoluyla platin tozundan madeni para ve ürünler yapmak için bir yöntem geliştirdiler. Bu amaçla toz metalurjisi yöntemlerinin kullanılması ihtiyacı, o dönemde platinin erime noktasına (1769 ºС) ulaşmanın imkansızlığından kaynaklanıyordu.

Yüksek sıcaklık elde etme teknolojisinin gelişmesi nedeniyle, ürünlerin üretiminde toz metalurjisi yöntemlerinin kullanımı bir süreliğine durdurulmuştur. Ancak yirminci yüzyılın başında toz metalurjisi, refrakter metallerden elektrik lambaları için filaman üretme yöntemi olarak yeniden kullanılmaya başlandı ve toz metalurjisi yöntemlerinin ürün imalatındaki payı sürekli artıyor.

Günümüzde toz metalurjisi yöntemleriyle üretilen malzemelerin kullanılmadığı bir sektöre isim vermek zordur. Örneğin, imalat endüstrisinde bunlar karbür aletlerdir, madencilik endüstrisinde ise sondaj aletlerini donatmak için kullanılan takviye edici karbür alaşımları ve elmas-metal bileşimleridir. Kaynak teknolojisinde kaynak, özel kesim ve kaplama yapımında kullanılan tozlardır. Makine mühendisliği uygulamasında toz metalurjisi yöntemi, yüksek aşınma direnci, sürtünme önleyici ve sürtünme özelliklerine sahip makine parçaları ve mekanizmaların imalatında kullanılır. Modern elektrik mühendisliğinde bunlar, yüksek elektriksel ve termal iletkenlik, iyi refrakterlik, yüksek derecede elektriksel erozyon direnci ve şok yükleri altında dayanıklılık sağlayan kontak cihazlarıdır.

Toz metalurjisinin gelişimini belirleyen başlıca avantajları şunlardır:

• Başka yollarla elde edilmesi zor veya imkansız olan malzemeleri elde etme yeteneği. Örneğin, bazı refrakter metaller (tungsten, tantal), refrakter bileşiklere dayanan alaşımlar ve bileşimler (tungsten karbürlere dayalı sert alaşımlar, titanyum vb.), özellikle erimiş halde karışmayan metallerin bileşimleri, özellikle önemli bir farkla erime sıcaklıkları ( tungsten - bakır), metal ve metal olmayan bileşimler (bakır - grafit, alüminyum - alüminyum oksit vb.), gözenekli malzemeler (rulmanlar, filtreler, ısı eşanjörleri vb.);
• metalden tasarruf ederek ve üretim maliyetlerini önemli ölçüde azaltarak teknik ve ekonomik göstergeleri daha yüksek olan bazı malzeme ve ürünleri elde etme imkanı. Örneğin, döküm ve kesme yoluyla parça üretirken, metalin %60-80'e kadarı kapaklarda kaybolur veya talaşlara dönüşür;
• saf başlangıç ​​​​tozlarının kullanılması nedeniyle, döküm alaşımlarına göre daha düşük yabancı madde içeriğine sahip ve belirli bir bileşime daha doğru uyum sağlayan malzemeler elde etme yeteneği.

Aynı bileşim ve yoğunluğa sahip sinterlenmiş malzemeler, bazı durumlarda yapılarının özelliğinden dolayı erimiş olanlardan daha yüksek özelliklere sahiptir. Özellikle, sinterlenmiş malzemeler, eriyik katılaşmasının özel koşulları nedeniyle bazı döküm metallerde meydana gelen tercih edilen yönelimden (doku) daha az olumsuz etkilenir. Bazı döküm alaşımlarının (yüksek hızlı alaşımlar, bazı ısıya dayanıklı çelikler) büyük bir dezavantajı, katılaşma sırasında ayrışmanın neden olduğu yerel bileşimin keskin heterojenliğidir. Sinterlenmiş malzemelerde yapı elemanlarının boyutları ve şekilleri daha kolay kontrol edilebilmekte ve erimiş metalle mümkün olmayan türdeki tane ilişkileri ve şekilleri elde etmek mümkün olmaktadır. Bu yapısal özellikleri sayesinde sinterlenmiş metaller ısıya daha dayanıklı olup, yeni teknoloji malzemeler için çok önemli olan sıcaklık ve stresteki döngüsel dalgalanmaların etkilerine daha iyi dayanabilmektedir.

Toz metalurjisinin gelişimini engelleyen dezavantajları da vardır:

• metal tozlarının nispeten yüksek maliyeti;
• ürünlerin maliyetini artıran koruyucu bir atmosferde sinterleme ihtiyacı;
• büyük boyutlu ürünlerin imalatında zorluk;
• gözeneksiz, kompakt bir durumda metal ve alaşım elde etmenin zorluğu;
• saf metaller elde etmek için saf başlangıç ​​tozlarının kullanılması ihtiyacı.

Toz metalurjisinin dezavantajları ve bazı avantajları kalıcı faktörler olarak değerlendirilemez. Hem toz metalurjisinin hem de diğer endüstrilerin durumuna ve gelişimine bağlıdırlar. Teknoloji geliştikçe toz metalurjisi bazı alanlardan çıkıp diğer alanlara yönelebilmektedir. Aynı zamanda toz metalurjisinin temel avantajları, sürekli işleyen bir faktör olması ve teknolojinin daha da gelişmesiyle önemini koruyacak olmasıdır.

Toz metalurjisi, metal tozları üretmek ve bunlardan ürünler (veya bunların metalik olmayan tozlarla bileşimleri) üretmek için kullanılan bir teknolojidir. Genel olarak toz metalurjisinin teknolojik süreci dört ana aşamadan oluşur: tozların üretimi, tozların karıştırılması, sıkıştırma (presleme, briketleme) ve sinterleme.

Seri üretimde mekanik işlemenin yerine uygun maliyetli bir alternatif olarak kullanılır. Teknoloji, yüksek hassasiyetli ürünler elde etmemizi sağlıyor. Ayrıca başka hiçbir yöntemle elde edilemeyen özel özellikleri veya belirli özellikleri elde etmek için de kullanılır.

Tarih ve fırsatlar

Toz metalurjisi M.Ö. 3. yüzyılda Mısır'da mevcuttu. e. Antik İnkalar, değerli metal tozlarından mücevherler ve diğer eserler yaptılar. Toz metalurjisi ürünlerinin seri üretimi 19. yüzyılın ortalarında başlar.

Toz metalurjisi geliştirildi ve kontrollü özelliklere sahip kaynaşmamış döküm bileşenlerinden sahte alaşımlar gibi yeni malzemeler elde edilmesini mümkün kıldı: mekanik, manyetik vb.

Toz metalurjisi ürünleri günümüzde otomotiv ve havacılıktan elektrikli el aletlerine ve ev aletlerine kadar çok çeşitli endüstrilerde kullanılmaktadır. Teknoloji gelişmeye devam ediyor

Metal tozlarının hazırlanması

Metal tozları elde etmenin birkaç yolu vardır. Tozların fiziksel, kimyasal ve teknolojik özellikleri ve parçacıkların şekli, üretim yöntemine bağlıdır. Metal tozları üretmek için başlıca endüstriyel yöntemler şunlardır:

Metallerin girdaplı, titreşimli ve bilyalı değirmenlerde mekanik olarak taşlanması.

metal titanyum filtre

Pirinç. 1

Eriyiklerin (sıvı metaller) basınçlı hava ile püskürtülmesi, inert gazların bulunduğu bir ortamda gerçekleştirildi. Yöntem 1960'larda ortaya çıktı. Avantajları, eriyiği birçok yabancı maddeden etkili bir şekilde temizleme yeteneği, yüksek verimlilik ve sürecin maliyet etkinliğidir.

Cevher veya tortunun geri kazanılması. En ekonomik yöntem. Demir tozunun neredeyse yarısı cevherin indirgenmesiyle elde edilir.

Oksitlerin ve tuzların azaltılması, özellikle başlangıç ​​malzemesi olarak cevherler, metalurjik atıklar (ölçek) ve diğer ucuz hammadde türleri kullanıldığında en yaygın ve ekonomik yöntemlerden biridir. Kelimenin teknik anlamıyla indirgeme, indirgeyici madde adı verilen bir madde kullanılarak metalik olmayan bileşenin (oksijen, tuz kalıntısı) uzaklaştırılmasıyla kimyasal bileşiğinden bir metal elde etme işlemidir. İndirgeme işlemi aynı zamanda bir oksidasyon işlemidir. Orijinal kimyasal bileşik (oksit, tuz) metalik olmayan bileşenini kaybederse veya indirgenirse, indirgeyici madde onunla reaksiyona girer veya oksitlenir.

Genel olarak indirgeme reaksiyonu şu şekilde yazılabilir:

MeB + X - Ben + XB,

Me, tozunun elde edilmesi gereken herhangi bir metaldir;

B - indirgenen orijinal kimyasal bileşiğin metalik olmayan bileşeni (oksijen, tuz kalıntısı vb.);

X - indirgeyici ajan;

CB, indirgeyici bir maddenin kimyasal bir bileşiğidir.

Oklar, reaksiyon sırasında, ortaya çıkan metal (Me) ile indirgeyici bileşiğin (CB) etkileşimi sonucunda orijinal bileşiğin (MeB) yeniden oluşumunun mümkün olduğu anlamına gelir. Bir indirgeme reaksiyonunun meydana gelme olasılığını değerlendirmek için, metal bileşiğindeki (MeB) kimyasal bağların gücünü karakterize eden değerlerin ve sonuçta ortaya çıkan indirgeyici madde bileşiğinin (RC) karşılaştırılması gerekir. Bu miktarların niceliksel bir ölçüsü, karşılık gelen kimyasal bileşiğin oluşumu sırasında açığa çıkan serbest enerji miktarıdır. Ne kadar çok enerji açığa çıkarsa kimyasal bağ o kadar güçlü olur. Bu nedenle, bir indirgeme reaksiyonu ancak bir indirgeyici madde bileşiğinin (CB) oluşumu, bir metal bileşiğinin (MeB) oluşumundan daha fazla enerji açığa çıkarırsa mümkündür.

Bir indirgeyici madde, yalnızca indirgenen bileşiğin metalik olmayan bileşeni için, sonuçta ortaya çıkan metalden daha büyük bir kimyasal afiniteye sahip olan bir madde olabilir. Toz metalurjisinde en yaygın indirgeyici maddeler şunlardır:

• - hidrojen;
• - karbon monoksit (CO);
• - dönüştürülebilir doğal gaz;
• - ayrışmış amonyak;
• - endotermik gaz (endogaz);
• - katı karbon (kok, kömür, is);
• - metaller.

Hidrojen en aktif indirgeyici gazlardan biridir. Doğada hidrojen neredeyse hiçbir zaman serbest halde bulunmaz ve bu nedenle endüstriyel üretimi için rasyonel yöntemler büyük önem kazanmaktadır. Hidrojen üretimi ve suyun elektrolizi için demir-buhar yöntemi olarak adlandırılan yöntem pratik önem kazanmıştır.

Demir-buhar prosesinde, reaksiyonlara göre sıcak (yaklaşık 800 °C) demirin su buharı ile işlenmesiyle hidrojen elde edilir.

Fe + H2O = FeO + H2

3FeO + H2O = Fe304 + H2

Ortaya çıkan gaz %98'e kadar hidrojen içerir ve oldukça yüksek bir maliyete sahiptir, bu da toz metalurjisinde kullanımını sınırlar.

Suyun elektrolizi ile hidrojen üretilirken, saf su elektrik akımını iyi geçirmediğinden, elektrolit olarak sulu alkali çözeltileri (NaOH, KOH) veya asitler (H2S04) kullanılır. Bu tür çözeltilerden doğru akım geçtiğinde su, şemaya göre hidrojen iyonlarına (H +) ve hidroksil iyonlarına (OH -) ayrışır.

H 2 O > H + + OH

Hidrojen iyonları katoda hareket ederek yüklerini bırakarak hidrojen atomlarına dönüşürler. Bunun sonucunda katotta hidrojen gazı açığa çıkar. Hidroksil iyonları anotta yüklerini bırakarak anotta su ve oksijen oluşumuna neden olur. Bu şekilde elde edilen gaz en az %99,8 oranında hidrojen içerir.

Hidrojenin geri kazanım amacıyla kullanımı yüksek maliyeti nedeniyle nispeten sınırlıdır. Ayrıca hidrojenin patlayıcı olduğunu unutmamak ve onunla çalışırken güvenlik kurallarına kesinlikle uymak gerekir. Hidrojenin indirgenmesi tungsten, molibden, kobalt, demir, nikel ve diğer bazı alaşımların tozlarını üretir.

Karbon monoksit genellikle reaksiyonlara göre düşük kükürtlü kok veya odun kömürünün oksijen patlaması kullanılarak gazlaştırılmasıyla üretilir.

Ortaya çıkan karbon monoksit (CO), tozdan, kükürt bileşiklerinden, karbon dioksitten, nemden arındırılır ve arıtma sonrasında en az %92 oranında CO içerir. Ortaya çıkan karbon monoksitin maliyeti yüksektir, bu nedenle indirgeme yoluyla metal tozlarının üretiminde pratik olarak kullanılmaz. Dönüştürücü doğal gaz. Doğal gaz %93 - 98 oranında metan (CH4) içerir. Dönüşüm süreci, reaksiyona göre metanın buharla 900 - 1100 °C sıcaklıkta ve bir katalizör varlığında etkileşiminden oluşur.

CH4 + H20 = 3H2 + CO

Endüstriyel fırınlarda üretilen dönüştürülmüş gaz %75-76 H2, %22-23 CO içermektedir. Hidrojenden 8 - 10 kat daha ucuzdur ve kalitesine bağlı olarak demir tozu, orta karbonlu ve alaşımlı çelik tozları, demir-nikel, demir-tungsten ve diğer alaşımların üretiminde oksitlerin indirgenmesinde kullanılır.

Ayrışmış amonyak, hidrojenin ucuz ve iyi bir alternatifidir. Amonyağın ayrıştırılması, 600 - 650 °C sıcaklıkta özel reaktörlerde (ayırıcılarda) gerçekleştirilir. Ayrışmış amonyak %75 H2 ve %25 N2 içerir ve kobalt, demir, nikel ve tungsten tozlarının üretiminde indirgeyici madde olarak kullanılır.

Endotermik gaz, doğal gazın veya diğer hidrokarbon gazlarının dışarıdan sağlanan ısı ile önemli miktarda hava eksikliği ile yakılmasıyla üretilir. Endotermik gaz (endogaz), hidrojenle karşılaştırıldığında daha düşük indirgeme kabiliyetine sahip olmasına rağmen, toz metalurjisinde son zamanlarda geniş kullanım alanı bulmuştur. Bunun nedeni hidrojenden on kat daha ucuz olması ve daha az patlayıcı olmasıdır.

Doğal gazın eksik yanma işlemi, hava eksikliği olduğunda iki aşamada gerçekleştirilir. İlk aşamada oksijen, reaksiyona göre metan ile etkileşime girer.

CH2 + 2O2 = C02 + 2H2O

Prosesin ikinci aşamasında fazla metan, reaksiyonlara göre ortaya çıkan CO2 ve H2O ile reaksiyona girer.

CH4 + C02 = 2CO + 2H2

CH4 + H20 = CO + 3H2

Birinci ve ikinci aşamadaki reaksiyonların toplam termal etkisi negatiftir ve bu nedenle prosesi sürdürmek için dışarıdan ilave ısı temini gereklidir. Doğal gazdan elde edilen endogaz %18 - 20 CO, %38 - 40 H2, yaklaşık %1 CO, geri kalanı N2 içerir. Endogaz kullanılarak demir ve orta karbonlu çelik tozları üretilir.

İndirgeme yoluyla tozlar üretilirken kok, odun kömürü ve is formunda katı karbon kullanılır. Bu malzemeler %93 - 98 oranında karbon içerdikleri için güçlü indirgeyici maddelerdir. İndirgeyici madde olarak kullanılan bu malzemelerin önemli bir dezavantajı, tozun içine geçerek özelliklerini kötüleştiren istenmeyen yabancı maddeleri (kükürt, kül, nem) içermeleridir.

Metalotermik. Kimyasal bir bileşiğin bir metalle indirgenmesi işlemine, indirgeyici metalin oksijene veya bileşiğin başka bir metalik olmayan elementine indirgenen metalden daha fazla afinitesine dayanarak metalotermik denir. Kalsiyum, magnezyum, alüminyum, sodyum, potasyum, zirkonyum ve berilyumun oksijene karşı ilgisi yüksektir. Uygulamada, metalotermik indirgeme reaksiyonlarını gerçekleştirmek için esas olarak kalsiyum, magnezyum, alüminyum ve sodyum kullanılır.

İndirgeyici metallerin, ortaya çıkan metalle alaşımlar veya başka bileşikler oluşturmamalarını sağlamak için gereklidir. Fazla indirgeyici maddenin yanı sıra reaksiyon yan ürünleri de indirgenmiş metalden tamamen ayrılmalıdır.

Metalotermik indirgeme, titanyum, tantal, niyobyum ve alaşımlı çelik tozları üretir.

Elektrolitik yöntem.

Metal tozu üretimine yönelik fizikokimyasal yöntemler arasında endüstriyel dağıtımda elektrolitik yöntem indirgemeden sonra ikinci sırada yer almaktadır.

Tozların elektroliz yoluyla üretimi, izole edilmiş metalin bileşiklerinin veya bunun erimiş tuzlarının sulu çözeltilerinin, içinden doğrudan bir elektrik akımı geçirilerek ayrışmasını ve ardından karşılık gelen metal iyonlarının katotta boşaltılmasını içerir.

Elektroliz sırasında tuz, asit ve baz çözeltisi olan bir elektrolitte elektriğin aktarımı, bu kimyasal bileşiklerin moleküllerinin ayrışması sonucu oluşan pozitif ve negatif iyonların hareketi ile gerçekleştirilir. Elektrolitteki iyonlar, harici bir elektrik alanının yokluğunda düzensiz bir şekilde hareket eder. Bir elektrik alanı uygulandığında iyonların hareketi düzenli hale gelir ve katyonlar katoda, anyonlar ise anoda hareket eder.

Elektrik akımı kaynağı, elektronları bir kutuptan diğerine hareket ettiren bir tür motor veya pompadır. Elektronların katottaki bu zorunlu hareketinin bir sonucu olarak, fazla miktarda negatif yüklü elektron oluşur; katotta fazla miktarda negatif yüklü elektron oluşur ve negatif bir yük alır ve bazı elektronları kaybeden anot, kazanır. pozitif bir yük.

Açığa çıkan metal iyonlarının kaynağı, bu metal ve onun çözünebilir bileşiğini içeren bir elektrolitten oluşan bir anottur. Çözünmeyen bir anot kullanılması durumunda, açığa çıkan metal iyonlarının kaynağı yalnızca elektrolittir.

Bir metal iyonunun atoma dönüşümü belirli miktarda enerjinin harcanmasını gerektirir. Bu nedenle daha az enerji gerektiren deşarj işlemi ilk önce gerçekleşir. Bu bakımdan elektroliz aynı zamanda bir arıtma işlemidir, çünkü elektrolitte bulunan katyonların tümü belirli koşullar altında katotta salınamaz. Bu durumda, elektroliz yöntemi yüksek saflıkta tozların elde edilmesini mümkün kılarak kirlenmiş başlangıç ​​malzemelerinin bile kullanılmasına olanak sağlar.

Katottaki elektroliz koşullarına bağlı olarak yoğun tabakalar, süngerimsi yumuşak birikintiler ve gevşek birikintiler şeklinde sert, kırılgan birikintiler elde etmek mümkündür. Katı ve süngerimsi çökeltiler toz elde etmek için ezilir ve gevşek çökeltiler nihai toz olarak kullanılır. Katot birikintisinin yapısını etkileyen ana faktörler şunlardır:

• - salınan metal iyonlarının konsantrasyonu;
• - elektrolit sıcaklığı;
• - akım yoğunluğu.

Açığa çıkan metal iyonlarının konsantrasyonu katot birikintisinin miktarını ve kalitesini etkiler. Elektroliz sırasında, katot üzerindeki metalin salınımı tüm yüzey üzerinde değil, ayrı yerlerde, birincil kristalizasyon merkezlerinde başlar. Salınan metal iyonlarının konsantrasyonundaki bir artış, bu merkezlerin beslenmesini hızlandırır ve bunun sonucunda yoğun bir çökelti oluşur. Elektrolitteki metal iyonlarının konsantrasyonundaki bir azalma, gevşek bir çökeltinin oluşması için koşullar yaratır. Bununla birlikte, eğer konsantrasyon çok düşükse, elektrotransfer işlemine başka iyonlar dahil olacak ve bu da katot birikintisinin miktarını azaltacaktır.

Elektrolit sıcaklığı. Sıcaklık arttıkça iyonların hareketliliği artar, transferleri hızlanır ve katotta artan katyon konsantrasyonu kalır. Aynı zamanda açığa çıkan metalin elektrolit ile kimyasal etkileşiminin yoğunluğu artar, bu da katot üzerindeki metal birikintisi miktarının azalmasına yol açar. Ayrıca elektrolitin uçuculuğu artarak çalışma koşulları kötüleşir. Uygulamada, sulu çözeltilerin elektrolizi 40 - 60 °C'lik bir elektrolit sıcaklığında gerçekleştirilir ve eriyiklerin elektrolizi, salınan metalin erime noktasının altındaki bir sıcaklıkta gerçekleştirilir ve böylece minimum yan işlemler sağlanır.

Akım yoğunluğu 1 m2 elektrottan geçen akımdır. Performansını karakterize eden ana faktör olan mevcut gücü, banyodaki katotların veya anotların toplam çalışma alanıyla birleştirir:

burada P akım yoğunluğudur (A / m2);

J - mevcut güç, A;

S - katot veya anotların toplam çalışma alanı, m2.

Banyodaki katot ve anot akım yoğunlukları çakışmaz çünkü katotların ve anotların toplam yüzeyleri çeşitli nedenlerden dolayı her zaman birbirinden farklıdır. Yüksek akım yoğunluğunda katodun birim alanı başına daha fazla iyon boşaltılır ve böylece birçok birincil kristalizasyon merkezi oluşturulur. Düşük kristal büyüme hızı nedeniyle küçük, dağılmış çökeltiler oluşur. Ancak yüksek akım yoğunluğu katotta yan ürünlerin salınmasına neden olur ve biriken metal birikintilerinin miktarını azaltır. Ayrıca katot akım yoğunluğunun artmasıyla birlikte anodik akım yoğunluğu da artmakta, bunun sonucunda anotta yan iyonların deşarjı başlayarak teknik ve ekonomik göstergelerin bozulmasına yol açmaktadır. Bu nedenle akım yoğunluğu izin verilen maksimum olmalı ve optimum değeri aşmamalıdır.

Akım yoğunluğundaki değişiklik, banyodaki akım gücünün değiştirilmesi veya sabit bir akım gücünde katot sayısının (katot yüzeyi) değiştirilmesiyle gerçekleştirilir.

Diğer faktörler ayrıca elektrolizi ve katot birikintisinin özelliklerini de etkiler. Özellikle elektrotlar arasındaki mesafe, toz oluşma süresi, elektrolitin asitliği, içindeki yabancı iyonların varlığı, elektrolitin dolaşım hızı, elektrotların yüzeyinin şekli ve durumu ve diğer faktörler. faktörler.

Elektroliz tüm metallerin tozlarını elde etmek için kullanılabilir. Günümüzde bakır, demir, gümüş, çinko, nikel, kadmiyum, kalay, antimon tozları ve bunların alaşımları elektroliz yoluyla üretilmektedir.

Toz üretmenin elektrolitik yöntemi, düşük verimlilik ve elde edilen tozun oldukça yüksek maliyeti ile karakterize edilir. Ancak elektrolitik tozların saflığı ve yüksek teknolojik özellikleri, yöntemin dezavantajlarını büyük ölçüde telafi etmektedir.

Karbonillerin ayrışması. Karboniller, metallerin karbon monoksitli kimyasal bileşikleridir ve Me a (CO) c genel formülüyle ifade edilebilir. Karbonil yöntemi, bazı metallerin, karbon monoksitin (CO) etkisi altında, belirli koşullar altında toz oluşturmak üzere ayrışabilen, karboniller adı verilen karmaşık bileşikler oluşturma yeteneğine dayanmaktadır. Toz üretirken bu tür bileşikler için genel gereklilik, bunların uçuculuğu ve düşük oluşum ve termal ayrışma sıcaklıklarıdır.

Toz üretimi için karbonil işlemi reaksiyonlara göre iki aşamada gerçekleşir:

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

Ме a (СО) с > аМе + сСО

İlk aşamada, bir balast maddesi (Bc) ile kombinasyon halinde metal (Me) içeren besleme stoğu (Me a B c), karbon monoksit (CO) ile etkileşime girerek bir ara ürün - karbonil [Me a (CO) oluşturur. c], yüksek uçuculuğu nedeniyle balast safsızlıklarından ayrılarak saf haliyle toplanır.

İkinci aşamada, ara ürün (karbonil) ısıtıldığında metal ve karbon monoksite ayrışır ve bu genellikle işlemin ilk aşamasına geri döner.

Karbonil işleminin ilk aşamasına metal karbonil sentezi, ikinci aşamasına ise karbonilin termal ayrışması denir.

Karbonil sentezi sırasında, hurda metal, metal işleme atığı, oksitlenmiş cevherler vb. olabilen kaynak malzemenin yüzeyinde gaz halindeki karbon monoksit (CO) molekülleri adsorbe edilir ve bunlar daha sonra metal ile kimyasal bir etkileşime girer. Hammadde bileşeni.

Ortaya çıkan karbonil bileşiği başlangıçta metal yüzeyinde yapışma kuvvetleri tarafından tutulur ve daha sonra bir gaz formunda uzaklaştırılır. Karbonil oluşumu reaksiyonu, karbon monoksitin hammaddedeki metalin yüzeyi ile, yani katının dışında, çatlaklarında ve gözeneklerinde temas ettiği her yerde meydana gelir. Karbonil oluşumu sıcaklık koşullarından ve reaksiyonu inhibe eden veya hızlandıran maddelerin varlığından etkilenir.

Karbonilin metal ve karbon monoksite termal ayrışması genellikle nispeten düşük bir sıcaklıkta meydana gelir. İlk önce metal atomları ve gaz halindeki karbon monoksit molekülleri ortaya çıkar. Buhar halindeki metalin kristalleşmesi sonucu toz parçacıkları oluşur. İlk önce embriyolar oluşur ve ardından onlardan çeşitli şekillerde toz taneleri büyür.

Çekirdeklenme hızı ve metal kristallerinin oluşum hızı, aparattaki vakumun derecesinden, metal buharının konsantrasyonundan ve esas olarak sıcaklıktan etkilenir. Nispeten düşük bir sıcaklıkta, yüksek sıcaklıklara göre önemli ölçüde daha fazla çekirdek oluşur. Aparattaki metal buharı konsantrasyonunun artması ve vakumun azalması çekirdek oluşumunu kolaylaştırır.

Embriyoların gelişim koşulları, oluşum koşullarından farklıdır. Kristal büyüme hızı aynı zamanda proses sıcaklığına ve metal buharının konsantrasyonuna da bağlıdır. Ancak vakumun derinliği metal parçacıklarının şeklini ve boyutunu etkiler. Derin vakum koşulları altında kenarları iyi şekillendirilmiş çok küçük parçacıklar oluşur. Orta derecede bir vakumda, çeşitli boyutlarda düzenli kristallerin bir karışımı oluşur ve sığ bir vakumda dendritler ortaya çıkar. Endüstriyel ölçekte karbonil yöntemi kullanılarak nikel, demir, kobalt, krom, molibden, tungsten ve diğer bazı metallerin tozları üretilir. Yöntem aynı zamanda demir-nikel, demir-molibden, demir-kobalt ve demir-nikel-molibden gibi polimetalik tozların elde edilmesini de mümkün kılar. Bu durumda karşılık gelen metallerin karbonillerinin bir karışımı termal ayrışmaya maruz kalır. Karbonillerin kendileri ayrı ayrı hazırlanır. Alaşımlar, başka bir metalin tozunun karbonil buharıyla birlikte ayrıştırma aparatına eklenmesiyle de elde edilebilir. Toz parçacıklarının yüzeyinde karbonil ayrışır ve bir alaşım oluşur.

Hidrometalurjik yöntem. Yöntem, bilinen diğer yöntemlerin kullanılamadığı durumlarda, nadir metalleri ve maddeleri yüksek saflıkta elde etmek için klor ve klorürlerin aktif özelliklerini kullanan klor metalurjisi yöntemlerinden biridir. Yöntem aynı zamanda nikel, krom, vanadyum ve diğer alaşım elementlerini içeren ve şu anda bu elementlerin büyük kayıplarıyla işlenen kompleks cevherlerden alaşımlı toz elde etmek için de kullanılabilir.

Yöntemin özü, metal içeren malzemenin bir indirgeme işlemine tabi tutulmasıdır. Ortaya çıkan ürün, hidroklorik asit ile muamele edilir, bunun sonucunda metal, aşağıdaki şemaya göre klorürler oluşturan çözeltiye girer:

Me + HCl > MeCl + H 2

Çözünmeyen bileşenler (atık kaya, kül vb.) tortuda kalır. Çözelti, filtrasyon çökeltisinden ayrılır, doygunluk konsantrasyonuna kadar buharlaştırılır ve kristalizasyona tabi tutulur. Elde edilen klorür kristalleri hidrojen ile indirgenir.

Kompleks cevherlerde demir, nikel, krom, vanadyum ve manganez çözeltiye geçer. Çözünmeyen çökelti bağımsız bir değere sahiptir, çünkü demir ve bazı alaşım elementlerinin çözeltiye aktarılmasından sonra diğer bileşenlerle zenginleştirilmiştir.

Termodinamik açıdan, klorür yöntemini kullanarak cevherlerden alaşımlı demir elde etme olasılığını karakterize eden üç ana işlem ilgi çekicidir:

• - cevherin kavrulmasının azaltılması;
• - kavrulmuş cevherin hidroklorik asit içinde çözülmesi;
• - klorürlerin azaltılması.

Hesaplamalar, 700 - 1000 °C sıcaklık aralığında indirgeme ateşlemesi sırasında demir ve nikel oksitlerin indirgenmesinin mümkün olduğunu göstermektedir. Diğer metallerin oksitleri belirtilen sıcaklık aralığında indirgenmez. Bununla birlikte, demir varlığında, indirgenmiş metalin oksijene olan afinitesini azaltan katı bir çözeltinin (Fe - Me) oluşmasıyla birlikte krom ve manganez oksitlerin indirgenmesi mümkündür.

Verilen bağımlılıklardan, demir varlığında gazın denge bileşiminin hidrojen ve karbon monoksit açısından daha zayıf olduğu sonucu çıkar. Demirde bir krom ve manganez çözeltisinin oluşması, krom ve manganez oksitlerin indirgenme sürecini önemli ölçüde kolaylaştırır ve onu daha düşük sıcaklıklara kaydırır.

Sonuç olarak, kompleks cevherlerin indirgeyici kavrulması sırasında demir, nikel, krom, manganezin indirgenmesi mümkündür ve kavrulmuş cevher hidroklorik asit içinde çözüldüğünde bunlar çözeltiye geçerek klorürler oluşturur. Cevherleri oluşturan geri kalan elementlerin oksitleri bu koşullar altında indirgenmez ve çözünmeyen bir kalıntıya dönüşür.

Manganez ve krom klorürler bu sıcaklıklarda indirgenmez. Bununla birlikte, metalik demir varlığında bunların indirgenmesi, demirde katı bir krom ve manganez çözeltisinin oluşmasıyla 600 - 700 °C sıcaklıklarda mümkündür.

Böylece termodinamik hesaplamalar, birleşik cevherlerden alaşımlı demir elde etmek için klorür yönteminin ana işlemlerinin uygulanma olasılığını göstermektedir. Ateşleme sırasında, 700 - 1000 °C sıcaklıklarda demir ve nikel oksitleri ve metalik demir varlığında 900 - 1000 °C'de daha dayanıklı krom ve manganez oksitleri bu elementlerin katı çözeltilerinin oluşmasıyla azaltmak mümkündür. demirde. Cevher hidroklorik asit içinde çözüldüğünde, ana elementler çözeltiye geçerek 600 - 700 ° C sıcaklıklarda indirgenmesi mümkün olan klorürler oluşturur.

Klorür yöntemini kullanarak karmaşık cevherlerden alaşımlı demir üretmeye yönelik teknolojik süreç Şekil 58'de gösterilmektedir. Cevher sahasında ortalaması alınan cevher, kırma bölümüne girer. Burada katı bir indirgeyici madde de sağlanır. Öğütme işlemi sırasında cevher ve indirgeyici madde eşit şekilde karıştırılır. Hazırlanan karışım indirgeme pişirimine gönderilir. Süreci hızlandırmak için ateşleme, gaz halindeki bir indirgeyici madde kullanılarak gerçekleştirilir. İndirgenmiş kavrulmuş cevher, hidroklorik asitle dolu çözünme reaktörlerine gönderilir.

Çözünmenin ilk aşaması, kurutma ve arıtma sistemlerinden geçtikten sonra klorürlerin indirgenmesine sağlanan yoğun hidrojen salınımıyla birlikte hızlı bir şekilde gerçekleşir. Hidroklorik asit konsantrasyonu azaldıkça ve katı fazın yüzey alanı azaldıkça çözünme reaksiyonunun hızı azalır. Son aşamada çözünme sürecini hızlandırmak için reaksiyon hacmi, reaktörlerin buhar ceketlerine sağlanan buharla ısıtılır.

Çözünmeyen kalıntı parçacıkları içeren elde edilen hamur, çözeltinin çözünmeyen kalıntıdan ayrıldığı filtrasyona beslenir. Filtrelenen çözelti buharlaştırma ve kristalizasyon için gönderilir.

Hidrojen yardımıyla gerçekleştirilen indirgeme için klorür kristalleri gönderilir. İndirgeme sırasında oluşan hidrojen klorür, hidroklorik asitin rejenerasyonuna sağlanır.

Hidrometalurjik yöntemin ana avantajları arasında tozun yüksek saflığı ve metal içeren hammaddelerin çözünmesi ve klorürlerin indirgenmesi aşamalarında oluşan hidrojen ve hidroklorik asidin neredeyse tamamen yenilenmesi yer alır. Ek olarak, çözünmeyen çökeltinin kendi bağımsız değeri vardır, çünkü elde edilen metal çözeltiye aktarıldıktan sonra diğer değerli bileşenlerle zenginleştirilir.

Alaşımlı metal içeren hammaddelerin kullanılması durumunda, elde edilen tozun bileşimi, kompleks klorürlerin seçici olarak indirgenmesiyle ayarlanabilir.

Vakumda metal bir çubuğa uygulanan güçlü bir akımın kullanılması. Toz alüminyum üretiminde kullanılır.

Endüstriyel koşullar altında, çökeltme, karbürizasyon, uçucu bileşiklerin termal ayrışması (karbonil yöntemi) ve diğer yöntemlerle de özel tozlar elde edilir.

Toz ürünlerin imalatı

Toz metalurjisi kullanılarak parça imalatına yönelik tipik bir teknolojik süreç aşağıdaki temel işlemlerden oluşur: karıştırma, kalıplama, sinterleme ve kalibrasyon.

Karışımın hazırlanması

Karıştırma, çeşitli kimyasal ve granülometrik bileşimlerdeki metal tozlarının homojen bir mekanik karışımının veya metal tozlarının metalik olmayanlarla bir karışımının karıştırıcılar kullanılarak hazırlanmasıdır. Karıştırma bir hazırlık işlemidir. Bazı metal presleme tozu üreticileri hazır karışımlar tedarik etmektedir.

Toz kalıplama

Ürünler metal kalıplarda yüksek basınç (30-1000 MPa) altında soğuk preslenerek kalıplanır. Tipik olarak sert kapalı kalıplar kullanılır ve pres aleti genellikle dikey olarak yönlendirilir. Toz karışımı matris boşluğuna serbestçe dökülür, hacimsel dozaj alt zımbanın stroku ile düzenlenir. Presleme tek veya çift taraflı olabilir. Pres tozu, üst ve alt zımbalar (veya geçişli bir ürün durumunda birkaç zımba) arasındaki matrisin boşluğunda briketlenir. Oluşturulan briket alt zımba tarafından matris boşluğunun dışına itilir. Kalıplama için mekanik, hidrolik veya pnömatik tahrikli özel presleme ekipmanı kullanılır. Ortaya çıkan kompakt, bitmiş ürünün boyutuna ve şekline sahip olmanın yanı sıra, sinterleme fırınına taşınması ve taşınması için yeterli dayanıklılığa da sahiptir.

Sekme. 1 Toz metalurjisi için özel hidrolik pres örnekleri ve özellikleri

Sinterleme

Homojen metal tozlarından elde edilen ürünlerin sinterlenmesi, metalin erime noktasının altındaki bir sıcaklıkta gerçekleştirilir. Sıcaklık arttıkça ve sinterleme süresi arttıkça büzülme ve yoğunluk artar ve taneler arasındaki temaslar iyileşir. Oksidasyonu önlemek için sinterleme, indirgeyici bir atmosferde (hidrojen, karbon monoksit), nötr gazlardan oluşan bir atmosferde (azot, argon) veya vakumda gerçekleştirilir. Presleme monolitik bir ürüne dönüşür, teknolojik bağlayıcı yanar (sinterlemenin başlangıcında).

Kalibrasyon

Gerekli boyutsal doğruluğu elde etmek, yüzey kalitesini iyileştirmek ve mukavemeti arttırmak için ürünlerin kalibrasyonu gereklidir.

Ek işlemler

Bazen ek işlemler kullanılır: yağlayıcılarla emprenye etme, mekanik modifikasyon, termal, kimyasal işlem vb.

Titanyum Tozu Metalurjisi

Üretilen titanyum ve buna dayalı alaşımların ana payı vakumla yeniden eritmeye tabi tutulur. Bu durumda metal, uçucu yabancı maddeleri ve hidrojeni uzaklaştırmak için ek olarak rafine edilir. Bununla birlikte, titanyum tozundan preslenen kütüklerin vakumla sinterlenmesi de önemli bir inceltme etkisine sahiptir. Bu nedenle, bir dizi ürün ve ürün için, özellikle saf titanyum tozu kullanıldığında, toz metalurjisi yöntemlerinin kullanılması faydalı ve bazen de gerekli olabilir.

Toz haline getirilmiş titanyum ve alaşımları doğrudan kullanılır: piroteknikte, bazı plastik ürünler için inert bir dolgu maddesi olarak ve şarap ve gıda endüstrilerinde kapların kaplanmasında, gaz gidericiler, bazı katalizörler vb. için.

Her türlü gözenekli ürünün, korozyona dayanıklı filtrelerin üretiminde sadece toz metalurjisi yöntemleri kullanılabilir. çeşitli çözümler, petrol ürünleri, agresif gazlar vb.

Yapısal amaçlara yönelik bir dizi ürünün, özellikle karmaşık konfigürasyonların veya büyük partiler halinde üretilen küçük parçaların, titanyum tozlarının veya alaşımlarının bitmiş ürünlerin şekillerine yakın şekillere preslenmesi ve ardından sinterleme veya sıcak presleme yoluyla üretilmesi daha karlıdır. tozlar, sinterlenmiş işlenmemiş parçaların kalıplarda sıcak dövülmesi ve diğer metallerin toz metalurjisinde benimsenen diğer yöntemler. Aynı zamanda, sac, çubuk, döküm ve haddelenmiş iş parçalarından keserek veya damgalayarak ürünlerin imalatında külçelerin döndürülmesi ve talaş ve kesimler için metal kayıplarının ve israfının azaltılması nedeniyle büyük tasarruflar elde edilir.

Basınçla daha ileri işlemler için tozlardan sinterlenerek iş parçalarının üretilmesi, bazı durumlarda, özellikle alaşım katkı maddelerinin eşit dağılımını sağlamak için iki kez yeniden eritilmesi gereken alaşımların üretilmesi durumunda, vakumla eritmeden daha ucuzdur.

Toz metalurjisi yöntemleri kullanılarak, alaşım elementlerinin toz halindeki orijinal titanyum tozu ile karıştırılmasıyla daha düzgün bir dağılım sağlanması mümkündür. Elektroliz yoluyla titanyum tozları üretilirken, örneğin çözünebilir bir anot malzemesine alaşım metalleri veya bunların bileşiklerinin elektrolite eklenmesiyle başlangıç ​​tozlarının hemen alaşım formunda elde edilmesi mümkündür.

TsNIIchermet, titanyum dioksit ile alaşım elementlerinin oksitleri ve kalsiyum hidrit karışımının ortak indirgenmesi yoluyla alaşım elementlerinin eklenmesi için bir yöntem geliştirmiştir.

Toz metalurjisi yöntemleri, yoğunlukları farklı olan fazların ayrılması nedeniyle eritilerek elde edilemeyen alaşım elementleri içeriğine sahip homojen alaşımların üretilmesini mümkün kılar.

Titanyum alaşımlarından çubuk ve tel kaynak elektrotlarının üretiminde, sinterlenmiş kütüklerin, refrakter karbürler gibi gerekli alaşım katkı maddeleri ile titanyum tozlarının bir karışımından ekstrüzyon yöntemi kullanılarak önemli bir teknik ve ekonomik etki elde edilir. dağıtımının eritilerek sağlanması zor veya imkansız olan.

Toz metalurjisi yöntemleri kullanılarak, bir dizi oksijensiz titanyum bileşiği üretilir: titanyum hidrit, karbür, nitrür, karbonitrit, titanyum borür, sert alaşımların üretiminde, yüksek sıcaklık teknolojisindeki belirli ürünlerin imalatında kullanılır. aşınmaya dayanıklı malzemelerin yüzeylenmesi vb.

Titanyum tozu metalurjisinde, titanyum süngerinin öğütülmesi, titanyum dioksitin kalsiyum hidrit ile indirgenmesi, ayrıca atık titanyum ve alaşımlarının hidrojenasyonu ve elektrolitik rafine edilmesiyle elde edilen tozlar kullanılır. Büyük ve orta büyüklükteki viskoz titanyum sünger parçalarını öğütmek için, kırılgan hale getirmek için önceden nemlendirilmesi tavsiye edilir. Hidrojenlenmiş sünger parçalarından elde edilen toz, en ince sünger fraksiyonlarından daha az yabancı madde içerir.

Öğütme, hidrojenasyon, dehidrojenasyon, titanyum tozunun alaşım katkı maddeleri ile karıştırılması ve tozların depolanması sırasında, metaldeki oksijen ve nitrojen içeriğinin izin verilen sınırları aşmaması için oksidasyon ve nitrojen emiliminden korunmaları gerekir. Özellikle 0,05 mm'den küçük tozlar öğütülmemelidir.

Oksidasyona daha dayanıklı olan titanyum hidrit tozuna veya hidrit ve hidrojeni giderilmiş tozun bir karışımına doğrudan basabilirsiniz. Kırılgan hidrit tozunun preslenmesi daha zordur ve ondan yapılan briketler daha az mukavemete sahiptir, ancak sinterleme sırasında titanyum hidrürün ayrışmasının bir sonucu olarak içlerinde yüksek konsantrasyonda kusur bulunan aktif metal kristallerin oluşması nedeniyle daha hızlı sinterlenir. bir vakum. Aktifleştirilmiş sinterleme, titanyum tozları ve titanyum hidrit karışımının sinterlenmesi sırasında da meydana gelir.

Küçük titanyum tozu veya hidrit parçaları, 3,5 ila 8 T/cm2 basınç altında çelik ön kalıplarda preslenir.

Ağırlığı 50-100 kg veya daha fazla olan büyük iş parçaları hidrostatik presleme kullanılarak preslenir.

Sinterleme 10-4 mm Hg'lik bir vakumda gerçekleştirilir. Sanat. Titanyumun (a-titanyum) altıgen modifikasyonunun, 880° C'de meydana gelen kübik b-titanyuma dönüşümü, atomların hareketliliğinde bir artışa yardımcı olur ve bu da önemli düzeyde başarım elde edilmesini mümkün kılar. Bu nispeten düşük sıcaklıklarda sinterleme işlemi sırasında büzülme meydana gelir. Sinterleme sırasında, hidrojenin çoğunun açığa çıktığı 500-800 °C civarında sıcaklık yavaş yavaş artırılmalıdır.

Titanyum hidritten sinterlenen ürünlerin nihai gözenekliliği, %12-14'lük doğrusal büzülme ile yaklaşık %2'dir. Böylece 3,2-3,8 g/cm3 hidrit püskürtmeli ürünlerin yoğunluğu ile 1300°C'de 8 saat sinterleme sonrasında yoğunluk 4,45 g/cm3'e çıkar. Sinterleme sırasındaki büyük büzülme nedeniyle hidrit tozlarından kesin olarak belirlenmiş boyutlarda ürün elde etmek mümkün değildir.

Süngerin öğütülmesiyle elde edilen daha iri taneli titanyum tozu ile çalışırken, 1000°C'de 15 saat ve 1200°C'de 4 saat sinterleme sonrasında sadece %4 - 5 oranında doğrusal büzülme gözlemlenir. Yoğun metal elde etmek için iş parçasının ara dövmesi (sıkıştırılması) ve tekrarlanan sinterleme gereklidir.

SSCB'de ve yurtdışında, toz metalurjisi yöntemleri kullanılarak dağınık refrakter katı kalıntıların eklenmesiyle titanyum ve alaşımlarının ısı direncini arttırmak için araştırmalar yürütülmektedir. Son zamanlarda bir dizi refrakter metalin işlenmesinde önemli hale gelen, vakumda sıcak basınç işlemi de dahil olmak üzere, titanyum tozlarının ve alaşımlarının basınçla (kabuklu veya kabuksuz) işlenmesi üzerine çalışmalar geliştirilmektedir. Bu, haddeleme (gözenekli ve gözeneksiz) levha ve şeritleri, ekstrüzyon ve dövme işlemlerini içerir.

İlgi çekici olan, sıcak gaz izostatik presleme (bkz. Bölüm II, § 5), darbeli presleme, sıcak atıksız dövme gibi diğer metallerin toz metalurjisinde uzmanlaşan yeni etkili yöntemlerin, metalden boşluklar ve şekillendirilmiş ürünler oluşturmak için kullanılması olasılığıdır. damgalarda titanyum tozları ve alaşımları şekillendirilmiş ürünler vb.

Titanyum ve alaşımlarından yapılmış işlenmemiş parçaların ve ürünlerin üretimi ve işlenmesi için yeni yöntemlerin geliştirilmesi, titanyum ve alaşımlarının toz metalurjisinde üretim ölçeğinin ve ürün yelpazesinin yoğun bir şekilde genişletilmesi için koşullar yaratır.

Titanyum tozu metalurjisinin gelişimi, üretimin mevcut durumuna göre öncelikle atık işlemeye dayanmaktadır. Titanyum ve alaşımlarının ve bunlardan yapılan ürünlerin üretiminde, orijinal titanyum sünger üretiminin %70'inden fazlasını oluşturan atık oluşur. Titanyum ve alaşımlarından üretilen atıkların yaklaşık %50'si standartların altındadır; İçlerindeki yüksek oksijen, nitrojen ve diğer safsızlıkların yanı sıra rastgele atık karışımlarındaki alaşım elementlerinin (alüminyum, manganez, vanadyum, kalay vb.) kontrolsüz içeriği nedeniyle eritme işlemine karıştırılamazlar. farklı alaşımlar. Bu tür atığın veya en azından önemli bir kısmının yukarıda açıklanan yöntemlerden biri (hidrojenasyon ve ardından hidrometalurji, elektrolitik rafinasyon) kullanılarak toz haline getirilmesi avantajlıdır.

Titanyum tozlarının tüketimi arttıkça ve farklı uygulamalara yönelik çeşitli teknik gereksinimler arttıkça ve aynı zamanda maliyetlerini düşürme gereksinimleri de arttıkça, bunların üretimi için başka yöntemlerin geliştirilmesi gerekli hale gelebilir. Bu nedenle, titanyum tozunun doğrudan ana yarı mamul ürünü olan titanyum tetraklorürden birincil üretim yöntemleri arasında, tek aşamada gerçekleştirildiğinde oldukça ince taneli saf bir toz üreten sodyum-termal indirgeme yöntemi dikkati hak eder. Sodyum termal tozunun yanı sıra magnezyum termal süngeri ve tozunu alaşımlamak için, indirgemeden önce titanyum klorüre bazı alaşım elementlerinin (molibden, alüminyum, vanadyum vb.) klorürlerinin eklenmesi ilgi çekicidir.

Ucuz titanyum ve alaşım tozları üretmenin yeni yollarını ararken, karbonitridler ve oksikarbürler formunda ucuz ve elektriksel olarak iletken anot malzemelerinin kullanılması olasılığı ilgi çekicidir. Titanyum cevheri konsantrelerinin karbon-termal açılmasıyla elde edilirler ve daha sonra elektrolitik rafinasyon yoluyla titanyum tozu üretilir.

Magnezyum ile indirgenmiş titanyum süngerin tetraklorürden kısmen ayrılması işlemi uygulanırsa, ardından hidrojenasyon, öğütme ve yabancı maddelerin süzülmesi uygulanırsa, ezilmiş ve yıkanmış hidrürün bir kısmı, dehidrojenasyon yoluyla titanyum tozu üretmek için kullanılabilir.

Bazı uygulamalar için, örneğin yüksek geçirgenliğe sahip filtrelerin üretimi için, titanyum tozlarının ve küresel parçacık şekilli alaşımlarının kullanımı ilgi çekicidir. Bu tür tozlar, bir eriyikten inert bir gazla atomizasyon, bir elektrik arkında eritilmiş dönen bir titanyum elektrotun atomizasyonu veya bir inert gaz akışında plazma ısıtma yoluyla üretilir.

Gelecekte ucuz titanyum tozları, toz metalurjisinin ihtiyaçlarını önemli ölçüde aşan miktarlarda üretilebilecektir. Dökme titanyum alaşımları üretmek için titanyum tozları vakumlu yeniden eritme işlemine de gönderilebilir.

Bu nedenle titanyum üretiminde izabe ve toz metalurjisi yöntemlerinin birbirini tamamlayacak şekilde paralel olarak geliştirilmesi gerekmektedir.

Toz metalurjisi, ana bileşeni eritmeden metal tozları ve metal benzeri bileşikler, yarı mamul ürünler ve bunlardan yapılan ürünler veya bunların metalik olmayan tozlarla karışımlarını üretmek için bir dizi yöntemi kapsayan bir teknoloji alanıdır.

Mevcut çeşitli metal işleme yöntemlerinden toz metalurjisi özel bir yere sahiptir, çünkü yalnızca çeşitli şekil ve amaçlara sahip ürünler elde etmenize değil, aynı zamanda başka herhangi bir şekilde elde edilmesi çok zor veya imkansız olan temelde yeni malzemeler yaratmanıza da olanak tanır. yol. Bu tür malzemelerden benzersiz özellikler elde edilebilir ve bazı durumlarda üretimin ekonomik göstergeleri önemli ölçüde artar. Bu yöntemle neredeyse çoğu durumda malzeme kullanım oranı %100 civarındadır.

Toz metalurjisi, ürün parçalarının çeşitli çalışma koşullarında yaygın olarak kullanılmaktadır. Toz metalurjisi yöntemleri, özel özelliklere sahip ürünler üretmek için kullanılır: cihaz ve makinelerin sürtünme üniteleri için sürtünme önleyici parçalar (burçlar, gömlekler, destek pulları vb.), yapısal parçalar (dişliler, kamlar vb.), sürtünme parçaları (diskler, pedler). vb.), alet malzemeleri (kesiciler, kesici plakalar, matkaplar vb.), elektronik ve radyo mühendisliği endüstrisi için elektrikli parçalar (kontaklar, mıknatıslar, ferritler, elektrikli fırçalar vb.), kompozit (ısıya dayanıklı vb.) .) malzemeler.

Antik çağlarda metal tozları da kullanılmıştır. Bakır, gümüş ve altın tozları bilinen tüm zamanlarda seramik ve resim sanatında dekoratif amaçlı boyalarda kullanılmıştır. Kazılarda eski Mısırlılara (MÖ 3000) ait demir aletler bulundu; Delhi'deki ünlü demir anıtın tarihi MS 300'e kadar uzanıyor. 19. yüzyıla kadar yüksek sıcaklıkları (yaklaşık 1600-1800 C) elde etmenin bilinen hiçbir yolu yoktu. Bu demir nesneler kritik yöntem kullanılarak yapıldı: ilk olarak, 1000 ° C sıcaklıktaki bir demirhanede. Demir cevherinin kömürle indirgenmesiyle, bir kritsa (sünger) elde edildi ve bu daha sonra ısıtılmış halde tekrar tekrar dövüldü ve gözenekliliği azaltmak için demirhanede ısıtılarak işlem tamamlandı. Kiev Rus'ta demir, yeni çağdan 1400 yıl önce elde edildi.

Yüksek fırın üretiminin ortaya çıkmasıyla birlikte kritsa terk edildi ve toz metalurjisi unutuldu.

Toz metalurjisini yeniden canlandırmanın ve onu özel bir teknolojik işleme yöntemine dönüştürmenin kredisi Rus bilim adamları P.G. Sobolevsky ve V.V. 1826'da İngiliz Wallstan'ın çalışmasından üç yıl önce Lyubarsky, platin tozunun preslenmesi ve sinterlenmesi için bir teknoloji geliştirdi.

Toz metalurjisi yöntemi kullanılarak ürünlerin hazırlanmasına yönelik tipik bir üretim teknolojisi dört ana işlemi içerir: 1) başlangıç ​​malzemesinin tozunun elde edilmesi; 2) boşlukların oluşturulması;

3) sinterleme ve 4) bitirme. Bu işlemlerin her birinin bitmiş ürünün özelliklerinin oluşumu üzerinde önemli bir etkisi vardır.

Metal tozlarının üretimi ve özellikleri. Şu anda, metal tozlarının üretimi için, özelliklerini değiştirmelerine olanak tanıyan, kalitelerini ve ekonomik göstergelerini belirleyen çok sayıda yöntem kullanılmaktadır.

Geleneksel olarak metal tozlarının üretilmesi için iki yöntem vardır: 1) fiziksel ve mekanik; 2) kimyasal-metalurjik Toz üretmenin fiziksel-mekanik yöntemiyle, başlangıç ​​malzemesinin toza dönüşümü, başlangıç ​​malzemesinin kimyasal bileşimini değiştirmeden katı veya sıvı halde mekanik öğütme yoluyla gerçekleşir. Fiziksel ve mekanik yöntemler kırılan malzemenin ezilmesi ve öğütülmesi, püskürtülmesi, granüle edilmesi ve kesilmesini içerir. Kimyasal-metalurjik yöntemle kaynak malzemenin kimyasal ve agregat durumu değişir. Tozların kimyasal ve metalurjik üretimindeki ana yöntemler şunlardır: oksitlerin indirgenmesi, metallerin elektrolizi, karbonil bileşiklerinin termal ayrışması.

Toz üretimi için mekanik yöntemler. Katı malzemelerin öğütülmesi - dış kuvvetlerin etkisi altında onları yok ederek başlangıç ​​parçacık boyutlarının azaltılması Öğütme, kırılma, öğütme veya aşınma ile ayırt edilir. Kırılgan metallerin ve bunların silikon, antimon gibi alaşımlarının mekanik olarak öğütülmesi tavsiye edilir. krom, manganez, ferroalyajlar, magnezyumlu alüminyum alaşımları Viskoz sünek metallerin (bakır, alüminyum vb.) taşlanması zordur. Bu tür metaller söz konusu olduğunda, metal işleme sırasında ortaya çıkan atıkların (talaşlar, kırpıntılar, vb.) hammadde olarak kullanılması en çok tavsiye edilendir.

Öğütme sırasında malzeme üzerindeki çeşitli etkiler birleştirilir: statik - sıkıştırma ve dinamik - darbe, kesme - aşınma, ilk iki tür büyük parçacıklar üretilirken, ikinci ve üçüncü - ince öğütme sırasında gerçekleşir. Katıları ezerken harcanan enerji, elastik ve plastik deformasyon ve yıkım işini, kırma işleminde yer alan malzemelerin ısıtılmasını gerçekleştirir.

Kaba taşlama için çene, merdane ve

konik kırıcılar ve yolluklar; bu boyutta parçacıklar üretir

İnce hammadde olan 1 --- 10mm

öğütme, gerekli metallerin üretiminin sağlanması

ikal tozlar. İnce öğütme için kaynak malzeme

tornalama, delme, frezeleme sırasında da talaşlar oluşabilir.

taneleme ve diğer kesme işlemleri; keserken

hemen hemen her türlü işlem için 3...5 mm boyutunda talaş parçaları elde edin.

kesme modlarını, kesme açılarını değiştirerek ve

salınım hareketleri

Ortaya çıkan malzemenin son öğütülmesi, döner bilyeli, titreşimli veya planeter santrifüjlü, girdaplı ve çekiçli değirmenlerde gerçekleştirilir. Bilyalı değirmen (Şekil 1), birkaç birimden onlarca mikrometreye kadar değişen parçacık boyutlarına sahip nispeten ince tozlar üretmek için kullanılan en basit aparattır.

Şekil 1. Bilyaların değirmendeki hareket şemaları: a-kayma modu, b-yuvarlanma modu, c-serbest kayma modu, d-kritik hız modu.

Şekil 2. Titreşimli öğütücünün diyagramı: 1 tamburlu muhafaza, 2 dönüşlü vibratör, 3 sarmallı

yaylar, 4-elektrik motoru, 5-elastik kaplin.

Öğütme ortamı değirmene yüklenir

(çelik veya karbür bilyalar) ve kırılmış malzeme.

Tambur döndüğünde sürtünme nedeniyle toplar yükselir

belirli bir yükseklik ve dolayısıyla birden fazla taşlama modu mümkündür

testler: 1) kayma, 2) yuvarlanma, 3) serbest düşme,

4) topların tamburun kritik dönüş hızında hareketi.

Bilyalar dönen bir tamburun iç yüzeyi boyunca kayarken, malzeme tambur duvarı ile tek bir ünite gibi davranan bilya kütlesinin dış yüzeyi arasında aşınır. Dönme hızı arttıkça toplar eğimli bir yüzeyde yükselip aşağı yuvarlanır ve sürtünen topların yüzeyleri arasında sürtünme meydana gelir. Bu durumda çalışma aşınma yüzeyi birçok kez daha büyüktür ve bu nedenle malzemenin ilk duruma göre daha yoğun aşınması meydana gelir. Daha yüksek bir dönme frekansında, bilyalar en yüksek yüksekliklerine yükselir ve aşağıya düşerek (Şekil 1, a), yuvarlanan bilyalar arasındaki malzemenin aşınmasıyla desteklenen bir ezilme etkisi yaratır. Bu en yoğun taşlamadır. Dönme hızının daha da artmasıyla, bilyalar değirmen tamburu ile birlikte döner ve öğütme pratik olarak durur.

Öğütmenin yoğunluğu, malzemenin özelliklerine, çalışma boyutlarının oranına - tamburun çapı ve uzunluğuna, öğütme gövdelerinin kütlesi ve boyutları ile öğütülen malzeme arasındaki orana göre belirlenir. D:L=3...5'te (D - çap, L - tamburun uzunluğu), D:L'de kırma etkisi baskındır<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.

Malzeme parçacıkları üzerindeki dış kuvvetlere daha yüksek sıklıkla maruz kalma durumunda titreşimli değirmenler kullanılır (Şekil 2). Bu tür değirmenlerde malzeme üzerindeki etki, toz parçacıklarının yorulma kırılmasına neden olan, değişken büyüklükte sıkıştırma ve kesme kuvvetleri oluşturmaktır. Şekil 2'de gösterilen değirmende, 2...4 mm genlikte 1000-3000 rpm frekansında dönen dengesiz şaft - vibratör 2, öğütme gövdeleri ve kırılmış parçalarla birlikte değirmen yuvasının 1 dairesel hareketlerine neden olur. malzeme. Bu durumda öğütme bilyalı değirmenlere göre daha yoğun gerçekleşir.

Öğütülmesi zor malzemelerin ince öğütülmesi genellikle öğütme için kullanılan bilyalarla planeter santrifüj değirmenlerde gerçekleştirilir. Gezegensel santrifüj değirmenlerdeki bilyalı değirmenlerle karşılaştırıldığında, öğütme yüzlerce kat daha yoğun ve aynı zamanda birkaç kat daha az verimlidir, bu nedenle bu değirmen periyodiktir ancak sınırlı miktarda kırılmış malzeme ile sürekli değildir (bilye gibi).

Plastik malzemeleri öğütmek için, ezilmiş malzemenin parçacıklarının kendilerinin yıkıcı darbeler verdiği bir öğütme işlemi kullanılır. Bu amaçla vorteksli değirmenler kullanılmaktadır.

Sıvı metallerin püskürtülmesi ve granülasyonu, erime noktası 1600 C'ye kadar olan metal tozları üretmenin en basit ve en ucuz yoludur: alüminyum, demir, çelik, bakır, çinko, kurşun, nikel ve diğer metaller ve alaşımlar.

Eriyik öğütmenin özü, eriyik jetini yüksek enerjiye sahip bir gaz veya sıvıyla, mekanik püskürtmeyle veya eriyik jetini sıvı bir ortama (örneğin suya) dökerek ezmektir. Birçok seçenek arasından en yaygın kullanılan metal püskürtme şeması Şekil 1'de gösterilmektedir. 3, Teknolojik ünitenin ana kısmı nozüldür.

Püskürtme için metal, eriyiğin özelliklerine ve tozun kalitesine yönelik gereksinimlere bağlı olarak, hava, nitrojen, argon, helyum ile ve oksidasyona karşı koruma için inert gazla gerçekleştirilir. . Hava atomizasyonu, toz üretmenin en ekonomik yoludur. Atomizasyon işleminin ana parametreleri: gaz akışının basıncı ve sıcaklığı, erime sıcaklığı. Püskürtme jetinin soğutma ortamı su, gaz veya organik sıvı olabilir.

Çeşitli püskürtme koşulları altında damla şeklinde, küresel ve diğer şekillerde toz parçacıkları elde edilir. Parçacık boyutları 1 mm'den milimetrenin yüzde birine kadar değişir.

Kimyasal-metalurjik yöntem

Oksitlerden ve tuzlardan metallerin geri kazanılması. En basit indirgeme reaksiyonu şu şekilde temsil edilebilir:

MeA+X=Me+XA+-Q

burada Me herhangi bir metaldir, A ise metalik olmayan bir bileşendir (asit

hidrojen, klor, flor, tuz kalıntısı vb.) geri kazanılabilir

metalin kimyasal bileşiği, X - indirgeyici madde, Q - ısı

uluyan reaksiyon etkisi

Oklar, indirgeyici maddede indirgenmiş metal bileşiklerinin olası eşzamanlı varlığını ve orijinal MeA bileşiğinin olası yeniden oluşumunu gösterir. İndirgeyici madde, seçilen işlem sıcaklığında, indirgenmiş bileşiğin metalik olmayan bileşeni için sonuçta elde edilenden daha büyük bir ritmik afiniteye sahip olan bir madde olabilir. Kullanılan indirgeyici maddeler hidrojen, karbon monoksit, ayrışmış amonyak, dönüştürülmüş doğal gaz, endotermik ve doğal gazlar, kok, termal kömür ve odun kömürü, metaller (kalsiyum, magnezyum, alüminyum, sodyum, kadmiyum vb.)'dir. MeA bileşiği ile elde edilen indirgeyici madde bileşiği XA arasındaki kimyasal bağın gücü, indirgeme reaksiyonunun meydana gelme olasılığını değerlendirmeyi mümkün kılar. Kantitatif bir ölçü (“kimyasal afinite ölçüsü”) karşılık gelen kimyasal bileşiğin oluşumu sırasında açığa çıkan serbest enerji miktarıdır. Ne kadar fazla enerji açığa çıkarsa, kimyasal bileşik o kadar güçlü olur. Başka bir deyişle, indirgeyici madde XA'nın kombinasyonunun, Me + A = reaksiyonuyla metal bileşiği MeA'nın oluşumundan daha fazla enerji açığa çıkarması durumunda indirgeme reaksiyonu mümkündür. MeA. İndirgeme reaksiyonu her zaman termal enerjiyi açığa çıkarmalıdır.

İndirgenme yoluyla toz üretimi için teknolojik uygulama. Demir tozları, oksitlenmiş cevherin veya değirmen tufalının indirgenmesiyle elde edilir. Bu malzemelerdeki demir, oksitler formundadır: Fe2 O3, Fe3 O4, FeO - oksitler, oksit - oksitler ve demir oksitler. Demir oksitlerin indirgenmesine yönelik mevcut yöntemler çeşitlidir.

Demir azaltma yöntemlerinin sınıflandırma şeması Şekil 4'te sunulmaktadır.

Demir oksitlerin azaltılması.

Katı karbon Gazı Kombine yöntemi

_____________________________________________________________________________

________________________________________________________________________

Toplu toplu Briketlenmiş toplu

____________________________________________________________________

Askıya alınmış durum Akışkan yatak Sabit yatak

________________________________

________________________________________________________________________

Kademeli Özel Tünel Kül Şaft Fırını - Döner Halkalı

üniteler fırın geçişli fırın alt fırın fırını

___________ __________ __________ _________ ___________ ___________ ________

_______________________________________________________________

____________________________________________

Orta basınçta iyileşme. Artan basınçta iyileşme.

soğutucu gaz, p=4-6 att soğutucu gaz, p=20-40 att indirgeyici gaz

Yüksek sıcaklıklarda, Orta sıcaklıklarda Yüksek sıcaklıklarda

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

Şekil 4 Demir oksitlerin indirgenmesine yönelik mevcut yöntemlerin sınıflandırılması.

Bakır, nikel ve kobalt tozları kolaylıkla elde edilir

bu metallerin oksitlerinin azaltılması, çünkü bunlar

oksijene afinitesi düşüktür. Toz üretimi için hammaddeler

Bu metaller bakır oksit Cu2O, CuO, nikel oksittir.

NiO, oksit - kobalt oksit Co2O3,Co3O4 veya kireç

haddelenmiş tel, levha vb. Kurtarma mu- gerçekleştirilir

keçede veya hidrojenle ayrışmış ambianslı tüp fırınlarda

meiac veya dönüştürülmüş doğal gaz. Sıcaklık geri geldi

sıcaklık nispeten düşüktür: bakır - 400...500 ~ C, nikel -

700”...750 C, kobalt - 520..570 C. İşlem süresi

20..25 mm oksit tabakası kalınlığında geri kazanım 1...3 saat. Sonrasında

iyileşme, kolayca ovalanabilen bir sünger elde edersiniz

Tungsten tozu, tungstik asit H2WO4'ün (700...800 C'de kalsinasyon) veya amonyum paratungstat 5(Na4)2O*12WO3*11H2O'nun (300 C veya daha yüksekte ayrışma) ayrışmasının bir ürünü olan tungsten anhidritten elde edilir. İndirgeme, elektrikli fırınlarda ya 850..900 C sıcaklıkta hidrojen ile ya da 1350..1550 C sıcaklıkta karbon ile gerçekleştirilir.

Bu yöntem (indirgeme) molibden tozları üretir

titanyum, zirkonyum, tantal, niyobyum, alaşımlı çelikler ve alaşımlar

Elektroliz

Bu yöntem kimyasal olarak saf bakır tozlarının üretimi için en ekonomik yöntemdir. Elektrolizin fiziksel özü (Şekil 5), bir elektrik akımı geçtiğinde, elektrolit görevi gören sulu bir çözeltinin veya erimiş metal tuzunun çözülmesi, metalin, iyonlarının Me + ne'nin boşaltıldığı katot üzerinde birikmesidir. = Me Elektrokimyasal dönüşüm sürecinin kendisi sınır elektrotunda (anot veya katot) - çözeltide meydana gelir. Açığa çıkan metal iyonlarının kaynağı genellikle bu metal ve onun çözünebilir bileşiğini içeren bir elektrolitten oluşan bir anottur. Nikel, kobalt, çinko gibi metaller, homojen yoğun granüler çökeltiler halinde herhangi bir çözünebilir metalden salınır. Gümüş ve kadmiyum, dallanmış kristalitler formundaki basit çözeltilerden ve yoğun çökeltiler biçiminde siyanür tuzlarının çözeltilerinden biriktirilir. Biriken tozun parçacık boyutları akım yoğunluğuna, kolloidlerin ve yüzey aktif maddelerin varlığına bağlıdır. Çökeltinin doğası, elektrolitin saflığı, elektrot malzemesi ve işlenmesinin doğasından büyük ölçüde etkilenir.

Elektroliz performansı aşağıdakilere göre değerlendirilir:

Faraday yasasının elektrokimyasal eşdeğer için uygulanması

burada q elektrot üzerine salınan toz miktarıdır, G, J akım gücüdür, A, T zamandır, H, C elektrokimyasal eşdeğerdir. Elektrot üzerinde salınan toz miktarı her zaman teorikten daha azdır. hassas süreçlerin ortaya çıkması.

Karbonil süreci

Karboniller, düşük oluşum ve ayrışma sıcaklığına sahip, karbon monoksit Me(CO)C içeren metal bileşikleridir. Bu yöntemi kullanarak toz elde etme işlemi iki ana aşamadan oluşur:

· başlangıç ​​bileşiğinden karbonil elde edilmesi

MeаXb+cCO=bX+Mea(CO)c,

metal tozu oluşumu

Mea(CO)c= aMe+cCO

Bu tür bileşikler için temel gereksinim, kolay uçucu olmaları ve düşük oluşum sıcaklıkları ve termal ayrışmadır (kaynama veya süblimleşme). İlk işlemde - karbonil sentezi - karbonilin uçuculuğu nedeniyle karbonilin gereksiz X maddesinden ayrılması sağlanır. İkinci aşamada, karbonilin ısıtılmasıyla ayrışması (ayrışması) meydana gelir. Bu durumda ortaya çıkan CO gazı, yeni karbonil kısımları oluşturmak için kullanılabilir. Karbonilleri sentezlemek için metal içeren hammaddeler kullanılır: talaşlar, kırpıntılar, metal sünger vb. Karbonil Tozları karbon, nitrojen ve oksijen (%1...3) safsızlıklarını içerir. Toz, kuru hidrojen içinde veya vakumda 400...600 C sıcaklığa kadar ısıtılarak saflaştırılır. Bu yöntem, demir, nikel, kobalt, krom, molibden ve tungsten tozları üretir.

Tozların özellikleri. Metal tozlarının özellikleri kimyasal, fiziksel ve teknolojik özelliklerle karakterize edilir. Metal tozunun kimyasal özellikleri, tozun elde edilme yöntemine ve başlangıç ​​malzemelerinin kimyasal bileşimine bağlı olan kimyasal bileşime bağlıdır. Tozlardaki baz metal içeriği %98...99'dur. Manyetik gibi özel özelliklere sahip ürünlerin imalatında daha saf tozlar kullanılır. Tozdaki izin verilen yabancı madde miktarı, bitmiş üründeki izin verilen miktara göre belirlenir. İndirgeme varlığında ısıtıldığında tozların sinterlenebilirliğini artıran aktif metal atomlarını kolayca oluşturan demir, bakır, nikel, tungsten ve diğer bazı oksitler için bir istisna yapılır. Tozdaki bu tür oksitlerin içeriği %1...10 olabilir. Metal tozları, hem yüzeyde adsorbe edilen hem de üretim işlemi sırasında veya daha sonraki işlemler sırasında parçacıkların içinde sıkışıp kalan önemli miktarda gaz (oksijen, hidrojen, nitrojen vb.) içerir. yüzey katmanlarındaki kuvvet alanlarının doymamışlığı. Toz parçacıkları küçüldükçe gazların bu parçacıklar tarafından adsorpsiyonu artar.

Kimyasal bileşikleri azaltırken, bazı gazların - indirgeyici maddelerin ve gaz halindeki reaksiyon ürünlerinin kaçmaya zamanı yoktur ve ya çözünmüş haldedir ya da kabarcıklar halindedir. Elektrolitik tozlar, üzerinde metal birikmesiyle aynı anda katotta salınan hidrojen içerir. Karbonil tozlar çözünmüş oksijen, karbon monoksit ve karbon dioksit içerir ve atomize tozlar, parçacıkların içinde mekanik olarak hapsolmuş gazlar içerir.

Büyük miktarda gaz, tozların kırılganlığını arttırır ve preslemeyi zorlaştırır. Sinterleme sırasında sıkıştırılmış iş parçasından yoğun gaz salınımı, ürünlerin çatlamasına neden olabilir. Bu nedenle, preslemeden önce veya işlemi sırasında, önemli miktarda gazın uzaklaştırılmasını sağlayan tozun vakumlanması kullanılır.

Tozlarla çalışırken bunların toksisitesi ve piroforitesi dikkate alınır. Hemen hemen tüm tozların insan vücudu üzerinde zararlı etkisi vardır; ancak kompakt formda (küçük toz parçacıkları formunda) bile çoğu metal zararsızdır. Piroforite, yani. havayla temas ettiğinde kendiliğinden tutuşma yeteneği, bu da tozun tutuşmasına ve hatta patlamaya yol açabilir. Bu nedenle tozlarla çalışırken özel güvenlik önlemlerine kesinlikle uyulur. Parçacıkların fiziksel özellikleri; şekil, boyut ve granülometrik bileşim, spesifik yüzey alanı, yoğunluk ve mikro sertlik.

Parçacık şekli, toz üretim yöntemine bağlıdır.

uygun parçacık şeklini elde edin: küresel - arabalı-

püskürtmede bonil yöntemi, süngerimsi - restorasyon sırasında,

parçalanma - bilyalı değirmenlerde öğütülürken disk şeklinde

· vorteks taşlamalı, dendritik - elektrolizli, damla şeklinde - püskürtmeli. Bu parçacık şekli, tozun daha sonraki işlenmesi (öğütme, tavlama, granülasyon) sırasında bir miktar değişebilir. Parçacık şekli mikroskop kullanılarak kontrol edilir. Parçacıkların şekli, preslenmiş ürünün özelliklerinin yoğunluğunu, gücünü ve tekdüzeliğini önemli ölçüde etkiler. Parçacık boyutu ve granülometrik bileşim. Tozların önemli bir kısmı, boyutları bir mikrometrenin kesirlerinden milimetrenin onda birine kadar değişen toz parçacıklarının bir karışımıdır. En geniş parçacık boyutu aralığı, indirgeme ve elektroliz yoluyla elde edilen tozlarda bulunur. Çeşitli boyutlardaki parçacıkların hacimlerinin tozun toplam hacmine niceliksel oranına granülometrik bileşim denir.

Spesifik yüzey alanı, bir birim hacim veya toz kütlesinde bulunan tüm parçacıkların dış yüzeylerinin toplamıdır. Metal tozları, 0,01 ila 1 m2/g spesifik yüzey alanıyla karakterize edilir (tek tek tozlar için - tungsten için 4 m2/g, karbonil nikel için 20 m2/g). Tozun spesifik yüzeyi, onu elde etme yöntemine bağlıdır ve presleme ve sinterlemeden önemli ölçüde etkilenir.

Yoğunluk. Piknometre adı verilen bir toz parçacığının gerçek yoğunluğu, büyük ölçüde kapalı gözeneklerin safsızlıklarının, kristal kafes kusurlarının ve diğer nedenlere bağlıdır ve yoğunluk, bir koni olan bir cihazda - bir piknometrede - belirlenir. belirli bir hacimde ve önce hacmin 2/3'üne kadar toz doldurulur ve tartıldıktan sonra tozu ıslatan ve kimyasal olarak inert olan bir sıvı eklenir. Daha sonra toz ve sıvı tekrar tartılır. Tartım sonuçlarına göre de tozun sıvı içindeki kütlesi ve kapladığı hacim belirlenir. Kütleyi hacme bölmek, tozun piknometrik yoğunluğunu hesaplamanıza olanak tanır. Toz parçacıklarının yoğunluğunun teorik yoğunluktan en büyük sapması, artık oksitlerin, mikro gözeneklerin ve boşlukların varlığı nedeniyle indirgenmiş tozlarda gözlenir.

Bir toz parçacığının mikro sertliği onun deforme olma yeteneğini karakterize eder. Deforme olma yeteneği büyük ölçüde toz partikülündeki yabancı maddelerin içeriğine ve kristal kafes kusurlarına bağlıdır. Mikro sertliği ölçmek için, tepe açısı 136 olan bir elmas piramit, 0,5...200 g düzeyinde bir yük altında parçacığın zemin yüzeyine bastırılır. Ölçüm, PMT-2 ve PMT-Z mikro sertliğini ölçen cihazlar kullanılarak gerçekleştirilir.

Tozun teknolojik özellikleri şu şekilde belirlenir: kütle yoğunluğu, akışkanlık, sıkıştırılabilirlik ve kalıplanabilirlik.

Kütle yoğunluğu, hacim serbestçe doldurulduğunda tozun birim hacmi başına kütledir.

Toz akışkanlığı, birim hacmin dolum oranını karakterize eder ve birim zamanda belirli bir çaptaki bir delikten dökülen tozun kütlesi ile belirlenir. Tozun akışkanlığı aletin dolum hızını ve presleme sırasındaki performansını belirler. Bir tozun akışkanlığı genellikle toz parçacıklarının özgül yüzey alanı ve pürüzlülüğü arttıkça ve şekilleri daha karmaşık hale geldikçe azalır. İkinci durum parçacıkların göreceli hareketini zorlaştırır.

Nem ayrıca tozun akışını da önemli ölçüde azaltır.

Sıkıştırılabilirlik ve şekillendirilebilirlik. Bir tozun sıkıştırılabilirliği, bir tozun basınca bağlı olarak presleme sırasında belirli bir yoğunluk kazanma özelliği olarak anlaşılır ve şekillendirilebilirlik, bir tozun minimum basınçta sıkıştırma sonrasında elde edilen belirli bir şekli muhafaza etme özelliğidir. Sıkıştırılabilirlik temel olarak toz parçacıklarının plastikliğine bağlıdır; kalıplanabilirlik ise parçacıkların şekline ve yüzey durumuna bağlıdır. Tozun kütle kütlesi ne kadar yüksek olursa, çoğu durumda şekillendirilebilirlik o kadar kötü, sıkıştırılabilirlik ise o kadar iyi olur. Sıkıştırılabilirlik, sıkıştırılmış briketin yoğunluğuyla niceliksel olarak belirlenir; şekillendirilebilirlik, sıkıştırılmış briketin görünümüyle niteliksel olarak veya ufalanmayan, dayanıklı bir briketin elde edildiği basınç miktarıyla niceliksel olarak değerlendirilir.

Metal tozlarının kalıplanması.

Toz kalıplamanın amacı iş parçalarına

sonraki ürün imalatı için gerekli şekil, boyut, yoğunluk ve mekanik mukavemete sahip toz. Şekillendirme şu işlemleri içerir: tavlama, sınıflandırma, karışım hazırlama, dozajlama ve kalıplama.

Tozların tavlanması, artık oksitleri azaltarak ve sertleşmeyi ortadan kaldırarak plastikliklerini ve sıkıştırılabilirliklerini arttırmak için kullanılır. Isıtma, toz metalin mutlak erime sıcaklığının 0,4 ila 0,6'sı arasında bir sıcaklıkta koruyucu bir ortamda (indirgeyici, inert veya vakum) gerçekleştirilir. Çoğu zaman, mekanik öğütme, elektroliz ve karbonillerin ayrışması yoluyla elde edilen tozlar tavlanır.

Toz sınıflandırma, tozların parçacık boyutuna göre ayrılması işlemidir. Farklı parçacık boyutlarına sahip tozlar, her boyutun gerekli yüzdesini içeren bir karışım oluşturmak için kullanılır. 40 mikrondan büyük parçacıkların sınıflandırılması tel eleklerde gerçekleştirilir. Serbest eleme zor ise sürtünmeli elekler kullanılır. Daha küçük tozlar hava ayırıcılar kullanılarak sınıflandırılır.

Karışımların hazırlanması. Üretimde, ürün yapmak için farklı metallerin tozlarının karışımları kullanılır. Tozların karıştırılması önemli işlemlerden biridir ve ürünlerin nihai özellikleri buna bağlı olduğundan, karışımın homojenliğini sağlamaktır. Bileşenlerin mekanik olarak karıştırılması çoğunlukla bilyalı değirmenlerde ve karıştırıcılarda kullanılır. Yük ve topların ağırlıkça oranı 1:1'dir. Karıştırmaya bileşenlerin öğütülmesi eşlik eder. Öğütmeden karıştırma tamburlu, vidalı, bıçaklı, santrifüjlü, planeter, konik karıştırıcılar ve sürekli tesisatlarda gerçekleştirilir.

Karışık bileşenlerin yoğunluğu mutlak değere yakın olduğunda, karışımın hacminde toz parçacıklarının düzgün ve hızlı bir şekilde dağılması sağlanır. Bu durumda, bileşenlerin parçalar halinde ayrı ayrı yüklenmesi yararlı olur: önce daha hafif olanlar ve daha ağır olanlar, sonra kalan bileşenler Karıştırma her zaman sıvı bir ortamda daha iyi gerçekleşir; bu da, bileşenin karmaşıklığı nedeniyle her zaman ekonomik olarak uygun değildir. teknolojik süreç.

Bazı yüksek mukavemetli metal tozlarının (tungsten, metal karbürler) bir karışımını hazırlarken, şekillendirilebilirliği arttırmak için karışıma plastikleştiriciler eklenir - parçacıkların yüzeyini ıslatan maddeler. Plastikleştiriciler şu gereksinimleri karşılamalıdır: yüksek ıslatma kabiliyetine sahip olmalı, ısıtıldığında kalıntı bırakmadan yanmalı ve organik çözücüler içinde kolayca çözülmelidir. Plastikleştirici çözelti genellikle karıştırılan bir toz içine dökülür, daha sonra karışım, çözücüyü çıkarmak için kurutulur. karışım bir elek ile elenir.

Dozajlama, toz karışımın belirli hacimlerde ayrılması işlemidir. Ürünlerin otomatik kalıplanmasında hacimsel dozajlama ve kütleye göre dozajlama kullanılır. Ağırlığa göre dozajlama en doğru yöntemdir; bu yöntem işlenmemiş parçaların aynı kalıplama yoğunluğunu sağlar.

Tozlardan ürünlerin kalıplanması için aşağıdaki yöntemler kullanılır: çelik kalıpta presleme, izostatik presleme, toz haddeleme, kalıp presleme, kayma kalıplama, dinamik presleme.

Çelik kalıpta presleme

Kapalı bir hacimde meydana gelen presleme sırasında (Şekil 6), parçacık yapışması meydana gelir ve gerekli şekil ve boyutta bir iş parçası elde edilir. Hacimdeki bu değişiklik, tek tek parçacıkların yer değiştirmesi ve deformasyonunun bir sonucu olarak meydana gelir ve toz parçacıkları arasındaki boşlukların doldurulması ve parçacıkların sıkışması - mekanik yapışması ile ilişkilidir. Plastik malzemelerde deformasyon ilk olarak çok büyük gerilimlerin etkisi altında küçük yüzeyli sınır temas alanlarında meydana gelir ve daha sonra parçacıkların derinliklerine doğru yayılır.

Şekil 6 Bir preste presleme şeması Şek. 7 İdeal sıkıştırma eğrisi.

şekil (1 kalıp, 2 zımba,

3- alt zımba, 4- toz)

ve yükseklik boyunca basınç dağılım diyagramı.

Kırılgan malzemelerde deformasyon, parçacık çıkıntılarının tahrip olmasıyla kendini gösterir. Toz parçacıklarının sıkıştırılmasına yönelik işlem eğrisi (Şekil 7) üç karakteristik bölüme sahiptir. Boşlukları işgal eden parçacıkların nispeten serbest hareketi ile yoğunluk en yoğun şekilde A alanında artar. Boşlukların bu şekilde doldurulmasından sonra, basınçtaki bir artışla ve neredeyse hiç değişmeyen yoğunlukla ilişkili olarak eğrinin yatay bir B bölümü ortaya çıkar. sabit hacimli toz. Toz gövdesinin sıkıştırılması sırasında akma noktasına ulaşıldığında, parçacıkların deformasyonu ve sıkıştırma işleminin üçüncü aşaması başlar (bölüm C! '). Toz parçacıkları kalıp içinde hareket ettiğinde duvarlardaki eşik tarafından basınç oluşturulur. Bu basınç, parçacıklar ile kalıbın yan duvarı arasındaki ve tek tek parçacıklar arasındaki sürtünmeden dolayı, tozu sıkıştıran zımbanın basıncından (Şekil 6) daha azdır. Yan duvarlardaki basınç miktarı parçacıklar, parçacıklar ve kalıbın duvarı arasındaki sürtünmeye bağlıdır ve zımbanın dikey basıncının %25...40'ına eşittir. Ürünün yüksekliği boyunca yan duvarlardaki sürtünme nedeniyle dikey basınç değeri eşit değildir: zımbada en büyük, altta ise en azdır (Şek. 6). Bu nedenle preslenen iş parçasının yüksekliği boyunca üniform bir yoğunluk elde etmek mümkün değildir. Yüksekliğin minimum kesitten büyük olduğu durumlarda, yükseklik boyunca yoğunluk eşitsizliği fark edilir. İnce folyo ayırıcılarla ayrılmış silindirik bir kalıba dökülen aynı dozda toz preslendiğinde, çeşitli şekil ve boyutlarda ayrı katmanlar elde edilir (Şekil 8).

Şekil 8 Dikey yoğunluk dağılımı şeması

tek taraflı basınç uygulamasıyla (üstten) sıkıştırılmış tozun kesiti.

Dikey yönde, her üst katman alttaki katmandan daha incedir. Katmanların bükülmesi, sürtünme nedeniyle duvarın yakınında toz hareketinin merkeze göre daha düşük hızıyla açıklanmaktadır. En yüksek yoğunluk, preslenmiş ürünün en küçük enine boyutunun yaklaşık 0,2...0,3'ü kadar bir mesafede elde edilir; bu, zımbanın ucu ile toz arasındaki sürtünme kuvvetlerinin etkisi ile ilişkilidir.

Presleme sonrası daha kaliteli ürün elde etmek

· Çeşitli bölümlerde daha düzgün bir yoğunluk elde etmek için, aletin iç sürtünmesini ve duvarlarındaki sürtünmeyi azaltan yağlayıcılar (stearik asit ve bileşikleri, oleik asit, polivinil alkol, parafin, gliserin vb.) kullanılır. Yağlayıcı genellikle toz halindedir, bu da en iyi performansı sağlar.

Ürünü kalıptan dışarı iterken enine boyutlarındaki elastiklik artışı nedeniyle ürünün boyutları matris kesitinin boyutlarını biraz aşıyor. Boyutsal değişimin büyüklüğü, tanelerin ve toz malzemenin boyutuna, parçacıkların yüzeyinin şekline ve durumuna, oksit içeriğine, malzemenin mekanik özelliklerine, presleme basıncına, yağlayıcıya, matris ve zımba malzemesine ve diğer parametrelere bağlıdır. Baskı kuvveti yönünde boyutsal değişiklikler enine yönde olduğundan daha fazladır.

Sunulan diyagram (Şekil 6), yükseklik VE oranı en küçük kesit boyutu d:H/d = 2...3 olan preslenmiş ürünler için kullanılan tek taraflı preslemeyi göstermektedir. Bu oran 3'ten büyük ancak 5'ten küçükse çift taraflı presleme şeması kullanılır; Daha büyük boyut oranları için farklı bir yöntem kullanılır.

Karmaşık ürünlerin preslenmesi, ör. Presleme yönünde eşit olmayan boyutlara sahip ürünler, sıkıştırılmış ürünün farklı bölümlerde eşit yoğunluğunun sağlanmasındaki zorluklarla ilişkilidir. Bu sorun, toza çeşitli kuvvetlerin uygulandığı birkaç zımba kullanılarak çözülür (Şekil 9). Bazen, karmaşık şekillere sahip ürünler üretilirken, iş parçası önceden sıkıştırılır ve ardından tekrarlanan sıkıştırma - presleme ve sinterleme yoluyla son şekli verilir.

Şekil 9 Karmaşık bir ürünün kalıbında presleme şeması: 1 zımba, 2 zımba, 3 matris,

4- alt zımba.

Presleme sırasında ana üretim aracı olan çelik kalıplara ek olarak hidrolik üniversal veya mekanik presler kullanılır. Karmaşık ürünlerin preslenmesi için özel çok pistonlu presleme üniteleri kullanılır.

Presleme basıncı esas olarak ürünlerin gerekli yoğunluğuna, toz tipine ve üretim yöntemine bağlıdır. Presleme basıncı esas olarak ürünlerin gerekli yoğunluğuna, tozun tipine ve üretim yöntemine bağlıdır. Bu durumda sıkıştırma basıncı, toz malzemenin akma dayanımının (3...5) Gt'si kadar olabilir.

İzostatik presleme, çok yönlü sıkıştırma etkisi altında elastik bir kabuğa bastırmaktır. Basınç kuvveti bir sıvı tarafından yaratılıyorsa, basınca hidrostatik denir. Hidrostatik preslemede, toz bir kauçuk kabuğa dökülür ve vakumlanıp mühürlendikten sonra basıncın gerekli değere yükseltildiği bir kaba yerleştirilir. Kabuk ve toz arasında neredeyse hiç sürtünme olmaması nedeniyle, preslenmiş ürün tüm bölümler üzerinde eşit yoğunlukta elde edilir ve bu durumda presleme basıncı, çelik kalıplarda preslendiğinden daha azdır. Preslemeden önce toz titreşimle sıkıştırılır. Hidrostatik presleme ücreti? silindirler, borular, toplar, potalar ve karmaşık şekilli diğer ürünler. Bu yöntem hidrostatik presleme için özel tesislerde gerçekleştirilir.

Hidrostatik preslemenin dezavantajı, belirli boyutlarda preslenmiş parçalar elde etmenin imkansızlığı ve hassas şekil ve boyuttaki ürünlerin imalatında mekanik işleme ihtiyacının yanı sıra işlemin düşük verimliliğidir.

Tozların yuvarlanması, dönen toz silindirlerinin sürtünme kuvvetlerinin etkisi altında tozun yakalanmasını ve boşluğa beslenmesini ve tozun sıkıştırılmasını içerir (Şekil 10). Bu durumda, bir sonraki operasyona taşınmak için yeterli mukavemete sahip, hastalıklı uzunlukta düzgün bir şekilde sıkıştırılmış bir ürün elde edilir -

Pirinç. 10 Yuvarlanma şeması: a - kompakt metal, b- d - toz, c - dikey, d - yatay

yerçekimsel toz beslemesi ile, d - zorla toz beslemesi ile yatay;

1- rulo, 2-hazne, 3-toz, H- çalışma genişliği, h- bant kalınlığı.

sinterleme. Haddeleme dikey ve yatay düzlemlerde periyodik ve sürekli olarak gerçekleştirilir.

İş parçasının kalınlığı ve yoğunluğu, tozun kimyasal ve granülometrik bileşimine, parçacıkların şekline, haznenin tasarımına, eşiğin merdaneler üzerindeki basıncına, merdanelerin yüzeyinin durumuna ve dönüşlerine bağlıdır. hız ve diğer faktörler.

Ağız presleme, bir karışımdan boşlukların kalıplanmasıdır

delikten bastırarak plastikleştirici ile toz

matristeki bağlar. Parafin plastikleştirici olarak kullanılır.

nişasta, polivinil alkol, bakalit. Bu yöntem elde edilir

borular, çubuklar, köşebentler ve diğer uzun ürünler. Şema

süreç Şekil 2'de gösterilmektedir. on bir.

Şekil 11 Orbital presleme şeması.

Boruları kafese bastırırken

1 değişken kesitli bir ağızlık ile 2 bir iğne ucu takın.

zhen 3, zincir dişlisine 4 sabitlenmiştir. Tutucunun üstünde bir mat vardır.

yüz ve tutucuya somunla bağlanır 5. Matristen ekstrüzyon

plastikleştirilmiş karışım zımba 7 ile üretilir. Kabul edilebilir

%90'dan fazla olmalıdır; burada F ve f enine alanların alanlarıdır

matris ve ürünün değerleri.

Tipik olarak kalıp presleme, malzemenin ısıtılmasıyla gerçekleştirilir.

Bu durumda ürünün malzemesi genellikle plastikleştirici kullanmaz; alüminyum tozları ve alaşımları 400...GOC*C, bakır - 800...900*C, nikel - 1000...1200 C, çelik - 1050...1250 *C'de preslenir. Sıcak işlem sırasında oksidasyonu önlemek için koruyucu ortamlar (inert gazlar, vakum) veya koruyucu kabuklara presleme (cam, grafit, metal - bakır, pirinç, bakır-demir folyo) kullanılır. Preslemeden sonra kabuklar mekanik olarak veya preslenen metale karşı inert olan solüsyonlara aşındırılarak çıkarılır.

Slip kalıplama, slipin gözenekli bir forma dökülmesi ve daha sonra kurutulması işlemidir. Bu durumda kayma, bir sıvı içinde metal tozunun homojen konsantre bir süspansiyonudur. Kayma, parçacık boyutu 1... 2 mikron (daha az sıklıkla 5...10 mikrona kadar) olan tozlardan ve sıvılardan - su, alkol, hidrojen tetraklorürden hazırlanır. Toz süspansiyonu homojen ve uzun süre stabildir. Likör dökümü için kalıp alçı, paslanmaz çelik, sinterlenmiş cam tozundan yapılmıştır. Kalıbın bir toz süspansiyonu ile doldurulmasından sonra ürünün oluşumu, katı parçacıkların akışların etkisi altında kalıbın duvarlarına yönlendirilmiş birikmesinden oluşur. onlara doğru yönlendirilen süspansiyon (sıvı içindeki toz). Bu akışlar, vakum veya merkezkaç kuvvetlerinin etkisi altında alçı kalıbın gözenekleri tarafından emilen sıvıların birkaç megapaskallık bir basınç yaratmasından kaynaklanır. Kabuk oluşma süresi kalınlığına göre belirlenir ve 1...60 dakikadır. Ürün kalıptan çıkarıldıktan sonra kurutma dolaplarında 110...150*C sıcaklıkta havada kurutulur.

Ürünün yoğunluğu %60'a ulaşır, parçacıkların bağlantısı mekanik kilitlemeden kaynaklanır.

Bu yöntem, belirli bir şekle sahip borular, kaplar ve ürünler üretir.

Dinamik presleme, darbe yüklerini kullanan bir presleme işlemidir. Prosesin bir takım avantajları vardır: kalıplama maliyetleri azalır, elastik deformasyon azalır ve ürünlerin yoğunluğu artar. Sürecin ayırt edici bir özelliği, yükün uygulanma hızıdır. Enerji kaynağı: patlayıcı yükün patlaması, sıvıdaki elektrik deşarjının enerjisi, darbeli manyetik alan, sıkıştırılmış gaz, titreşim. Enerji kaynağına bağlı olarak preslemeye patlayıcı, elektrohidrolik, elektromanyetik, pnömomekanik ve titreşim adı verilmektedir. Parçacıkların temas alanlarında, deformasyon sürecini kolaylaştıran ve statik (geleneksel) preslemeye göre daha fazla sıkıştırma sağlayan önemli bir ısı üretimi oluşturulmuştur. Titreşim etkisi altında toz sıkışması ilk 3-30 saniyede gerçekleşir. Titreşimin en etkili kullanımı, plastik olmayan ve kırılgan malzemelerin tozlarının preslenmesidir. Titreşimli sıkıştırma kullanarak, yükseklik/çap oranı 4...5:1 veya daha fazla olan, eşit yoğunlukta ürünler elde etmek mümkündür.

Sinterleme.

Sinterleme, parçacıklar arası yapışmanın gelişme sürecidir.

kalıplanmış tozun ısıtılmasıyla elde edilen ürün özelliklerinin oluşumu ve oluşumu. Sinterlenmiş ürünlerin yoğunluğu, mukavemeti ve diğer fiziksel ve mekanik özellikleri üretim koşullarına bağlıdır: basınç, presleme, sıcaklık, zaman ve sinterleme atmosferi ve diğer faktörler.

Yükün bileşimine bağlı olarak, katı faz sinterlemesi (yani sıvı faz oluşmadan sinterleme) ile toz karışımının düşük erime noktalı bileşenlerinin eritildiği sıvı faz sinterlemesi arasında bir ayrım yapılır.

Katı faz sinterlemesi. Katı faz sinterleme sırasında aşağıdaki ana işlemler meydana gelir: atomların yüzey ve hacimsel difüzyonu, büzülme, yeniden kristalleşme, atomların gazlı bir ortamda transferi.

Tüm metaller kristal bir yapıya sahiptir ve oda sıcaklığında zaten denge konumuna göre önemli salınım hareketlerine maruz kalırlar. Sıcaklık arttıkça atomların enerjisi ve genliği artar ve belirli bir değerde atom yeni bir konuma geçebilir, burada enerjisi ve genliği tekrar artar ve başka bir konuma yeni bir geçiş mümkün olur. Atomların bu hareketine difüzyon denir ve hem yüzeyde (yüzey difüzyonu) hem de cismin hacminde (hacim difüzyonu) meydana gelebilir. Atomların hareketi kapladıkları alana göre belirlenir. En az hareketli olan, toz parçacıklarının temas alanlarının içinde bulunan atomlardır, en hareketli olanı ise parçacıkların çıkıntılarında ve üst kısımlarında serbestçe bulunan atomlardır. Bunun bir sonucu olarak, yani. Serbest alanlarda atomların daha fazla hareketliliği ve temas alanlarındaki atomların daha düşük hareketliliği, önemli sayıda atomun temas alanlarına geçişinden kaynaklanmaktadır. Bu nedenle yüzey difüzyonu sırasında hacim değişmeden temas alanları genişler ve parçacıklar arasındaki boşluklar yuvarlaklaşır. Toplam gözenek hacminin azaltılması yalnızca hacimsel difüzyonla mümkündür. Bu durumda ürünün geometrik boyutlarında bir değişiklik meydana gelir - büzülme.

Sinterleme sırasındaki büzülme, boyut ve hacimdeki değişikliklerle kendini gösterebilir ve bu nedenle doğrusal ve hacimsel büzülme ayırt edilir. Tipik olarak presleme yönündeki büzülme, enine doğrultudan daha fazladır. Sinterleme sırasındaki büzülme sürecinin arkasındaki itici güç, sistemin yüzey enerjisi tedarikini azaltma arzusudur ve bu ancak eşikteki toplam yüzey alanının azaltılmasıyla mümkündür. Ancak bu nedenle gelişmiş yüzeylere sahip tozlar, büyük bir yüzey enerjisine sahip oldukları için sinterleme sırasında en yüksek hızda sıkıştırılır.

Sinterleme sırasında bazen büzülme sürecinde bir aksama gözlenir.

Bu ihlal, yetersiz derecede büzülme veya hacim artışıyla ifade edilir. Bunun nedenleri şunlardır: presleme sonrasında elastik artık gerilimlerin ortadan kalkması, indirgeyici olmayan oksitlerin varlığı, faz dönüşümleri ve kimyasal indirgeme reaksiyonları sırasında adsorbe edilen ve oluşan gaz oksitlerin salınması. Kapalı gözenekliliğin oluşması ve gözenek hacminin %7'den fazla olmasıyla (kapalı gözeneklerdeki gazların genleşmesi hacim artışına neden olduğunda) sinterlenmiş gövdelerin hacminde bir artış gözlenir. İndirgeyici olmayan oksit filmleri difüzyon süreçlerini engelleyerek büzülmeyi önler. İncirde. Şekil 12, belirli bir sıcaklıkta zaman içinde büzülmedeki değişimlerin bir eğrisini göstermektedir.

Şekil 12 Preslenmiş demir tozunun 890 C'de farklı basınçlarda büzülmesi: 1-400 mn/m2,

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

Sinterleme sırasında yeniden kristalleşme, tane büyümesine ve parçacıkların toplam yüzeyinde bir azalmaya yol açar, bu da enerji açısından olumludur. Ancak tane büyümesi, yabancı maddelerin tane yüzeyleri üzerindeki engelleyici etkisiyle sınırlıdır: gözenekler, filmler, yabancı maddeler. Tane içi ve parçacıklar arası yeniden kristalleşme arasında bir ayrım yapılır.

Atomların gazlı bir ortamda aktarılması. Bu fenomen, bir maddenin belirli bir sıcaklıkta buharlaşması ve diğer parçacıkların yüzeyinde yoğunlaşması durumunda gözlemlenir. Bu tür bir transfer, temas eden birkaç parçacık arasındaki farklı eğriliklerden dolayı, bu yüzeylerin üzerindeki maddenin farklı buhar basınçlarından dolayı meydana gelir. Maddenin transferi, kısmi bağları ve parçacıkların yapışma mukavemetini arttırır, gözeneklerin şeklinin değişmesine katkıda bulunur, ancak sinterleme sırasında yoğunluğu değiştirmez.

Bazı teknolojik parametrelerin sinterlenmiş gövdelerin özelliklerine etkisi. Başlangıç ​​tozlarının özellikleri (partiküllerin boyutu, şekli, yüzey durumu, oksitlerin türü ve kristal yapının mükemmellik derecesi), sıkıştırılmış ürünlerin yoğunluk değişim hızını ve özelliklerini belirler. Sinterlenmiş ürünlerin aynı yoğunluğunda, mekanik ve elektriksel özellikler daha yüksek olur, toz parçacıkları ne kadar küçük olursa, parçacıkların yüzey pürüzlülüğü ve kristal yapıdaki kusurlar, ürünün yoğunluğunu ve mukavemetini artırarak difüzyonun artmasına katkıda bulunur. Mevcut öğütülmüş tozlardan sinterlenen ürünün yapısı, sinterleme sırasında yeniden kristalleşmenin bir sonucu olarak oluşan çok sayıda büyük taneciklerin varlığı ile karakterize edilir. Presleme basıncındaki bir artış, büzülmede (hacimsel ve doğrusal) bir azalmaya, tüm güç göstergelerinde bir artışa - yırtılma ve sıkıştırmaya karşı direnç, sertlik - yol açar. Sıcaklık arttıkça, sinterlenmiş ürünlerin yoğunluğu ve mukavemeti genellikle daha hızlı artar ve presleme basıncı düşer. Tipik olarak sinterleme sıcaklığı, şarja (toz karışımı) dahil edilen en eriyebilir malzemenin erime noktası olan 0,7...0,9'dur. Sabit sıcaklıkta tutmak, sinterlenmiş ürünün yoğunluğunda, mukavemetinde ve diğer özelliklerinde önce keskin, sonra daha yavaş bir artışa neden olur. En büyük güce nispeten kısa bir sürede ulaşılır ve daha sonra neredeyse hiç artmaz. Çeşitli malzemeler için bekletme süresi 30...45 dakikadan 2...3 saate kadar sürer. Sinterleme atmosferi kalite göstergelerini etkiler. İndirgeyici bir ortamda sinterlendiğinde ürünlerin yoğunluğu, nötr bir ortamda sinterlendiğinde daha yüksektir. Vakumda sinterleme çok eksiksiz ve hızlı bir şekilde gerçekleşir; bu, nötr bir ortamda sinterlemeye kıyasla genellikle daha düşük sıcaklıklarda başlar ve ürünün yoğunluğunu arttırır.

Sinterleme sıcaklık aralığı üç aşamaya ayrılmıştır. İlk aşamada (0,2...0,3 Tm'ye kadar sıcaklık), yoğunluk neredeyse değişmez, burada plastikleştirici katkı maddeleri ve yüzey tarafından adsorbe edilen gaz parçacıkları uzaklaştırılır, artık gerilimler kısmen giderilir (1. ve 2. aşamanın bir kısmı). tür), toz parçacıkları arasındaki fiziksel etkileşim. İkinci aşamada (yaklaşık 0,5 Tpl sıcaklık), oksitlerin indirgenmesi ve gazlı ürünlerin uzaklaştırılması işlemleri gelişir. Yoğunluk biraz azalabilir. Üçüncüsü, difüzyon işlemlerinin hızlarında önemli bir artış, yeniden kristalleşme, tamamen metalik temasların gelişmesi ve yoğunluğunda önemli bir artış ile karakterize edilen yoğun sinterleme aşaması olan yüksek sıcaklık aşamasıdır (yaklaşık 0,9 Tm sıcaklık). malzeme.

Sıcak presleme, şarjın ana bileşeninin 0,5...0,8 erime sıcaklığı (Tm) sıcaklığında tozların aynı anda preslenmesi ve sinterlenmesi işlemidir. Bu, düşük gözenekli ürünler elde etmek için yüksek sıcaklıklarda yükün akışkanlığındaki artışın kullanılmasını mümkün kılar. Bu durumda kalıplama basınç kuvvetleri, sıkıştırmaya yol açan iç fiziksel kuvvetlere eklenir. Sıcak preslemenin en önemli sonuçları mümkün olan en hızlı sıkıştırma ve nispeten düşük basınçlarda minimum gözenekliliğe sahip bir ürünün üretilmesidir. Sıkıştırma mekanizması geleneksel sinterleme sırasında gözlemlenenle aynıdır: parçacıklar arası temasın oluşması, parçacık boyutunda eş zamanlı bir artışla yoğunlukta bir artış ve küçük ek sıkıştırma ile daha fazla parçacık büyümesi. Sıcak presleme sonrası ürünler, sıralı presleme ve sinterleme ile elde edilen ürünlere göre daha yüksek akma mukavemetine, daha fazla uzamaya, daha fazla sertliğe, daha iyi elektrik iletkenliğine ve daha doğru boyutlara sahiptir. Presleme basıncı ne kadar yüksek olursa belirtilen özellikler de o kadar yüksek olur. Sıcak preslenmiş ürünler ince taneli bir yapıya sahiptir.

Isıtılmış tozun veya iş parçasının sıcak preslenmesi bir kalıpta gerçekleştirilir. Isıtma genellikle elektrik akımı ile gerçekleştirilir (Şek. 13).

Pirinç. 13 Kalıplarda çift taraflı sıcak presleme şeması: a- dolaylı ısıtma,

b - zımbaya akım sağlandığında doğrudan ısıtma, c - zımbaya akım sağlandığında doğrudan ısıtma

matris, g - yüksek frekanslı bir grafit kalıbın indüksiyonla ısıtılması; 1- ısıtıcı,

2- toz, 3- ürün, 4- matris, 5 ve 6 - zımba, 7- izolasyon, 8- grafit kontak, 9- grafit zımba, 10- grafit matris, 11- seramik ayırıcı, 12-

indüktör, 13-seramik matris.

Toza basınç uygulamadan önce, toz veya toz içeren kalıp başka bir şekilde ısıtılabilir; kalıpların imalatında kullanılan malzemeler ısıya dayanıklı çelik (100*C'ye kadar sıcaklıklarda), grafit, silikonize grafittir. mekanik mukavemeti arttırmıştır. Şu anda refrakter oksitler, silikatlar ve diğer kimyasal bileşiklerden yapılan kalıpların kullanımı yaygınlaşmaktadır. Preslenen malzemenin kalıp malzemesi ile etkileşimini önlemek için iç yüzeyi inert bir bileşim (sıvı cam, emaye, bor nitrür * vb.) veya metal folyo ile kaplanır. Ayrıca preslenen ürünün oksidasyonunu önlemek için koruyucu ortamlar (indirgeyici veya inert) veya vakum kullanılır. Sıcak presleme, presleme sırasında sıcaklığı düzenleyen cihazlara sahip özel hidrolik preslerde gerçekleştirilir.

Sinterleme işleminin yoğunlaştırılması özel teknikler kullanılarak sağlanır. Bunu yapmak için sinterlemeyi aktive eden kimyasal ve fiziksel yöntemler kullanılır. Kimyasal aktivasyon, sinterleme atmosferinin bileşiminin değiştirilmesini içerir. Örneğin, sinterleme atmosferine klorür veya florür bileşiklerinin eklenmesi, parçacık çıkıntılarının bunlarla aktif bağlantısını teşvik eder ve elde edilen bileşikler, atomları minimum serbest enerji kaynağı olan yerlerde yoğunlaşan tekrar metale indirgenir. indirgeyici bir ortamda hidrojen içindeki optimum konsantrasyon %5...10 hidrojen klorürdür, ürünün tozuna daha düşük erime noktasına sahip az miktarda metal eklendiğinde sinterlenmiş iş parçasının yoğun sıkıştırılması gözlemlenir. Örneğin tungstene nikel eklenir, demire altın eklenir vb. Şu anda, sinterlemeyi etkinleştirmenin fiziksel yöntemleri yaygın olarak kullanılmaktadır: döngüsel sıcaklık değişiklikleri, titreşimlere veya ultrasona maruz kalma, kompaktların ışınlanması, güçlü bir manyetik alanın uygulanması.

Sıvı faz sinterlemesi. Sıvı faz sinterleme sırasında katı faz, sıvı faz tarafından ıslanırsa katı parçacıkların yapışması artar, ıslanabilirlik zayıfsa sıvı faz sinterleme sürecini yavaşlatarak sıkışmayı önler. Islatıcı sıvı faz, bileşenlerin difüzyon hızını arttırır ve katı faz parçacıklarının hareketini kolaylaştırır. Sıvı faz sinterleme ile neredeyse gözeneksiz ürünler elde edilebilir. Sinterleme prosesinin sonuna kadar mevcut bir sıvı faz ile sinterleme ile son sinterleme periyodu katı fazda meydana geldiğinde, ortaya çıktıktan hemen sonra kaybolan bir sıvı faz ile sinterleme arasında bir ayrım yapılır.

Ek işlemler

Sıvı metallerle emprenye etme. Elektrik kontağı ve bazı yapısal malzemelerin imalatında, daha refrakter bir malzemeden yapılmış preslenmiş ve daha sonra sinterlenmiş gözenekli bir çerçevenin bileşimin sıvı metal bileşeni ile emprenye edilmesi yaygın olarak kullanılmaktadır. Bu durumda sıvı metal veya alaşım, iş parçasının iletişim gözeneklerini refrakter bileşenden doldurur. İki emprenye seçeneği vardır. Birinci seçeneğe göre emprenye metali, çerçevenin gözeneklerinin hacmine eşit hacimde bir parça şeklinde gözenekli bir çerçeve üzerine yerleştirilir ve bir fırında emprenye malzemesinin erime sıcaklığına kadar ısıtılır. Bu durumda eriyik, refrakter çerçevenin gözenekleri tarafından emilir. İkinci yönteme göre, gözenekli çerçeve, erimiş emprenye edilmiş bir metalin içine veya emprenye edilmiş metal tozundan yapılmış bir ambarın içine yerleştirilir. Emilim kılcal kuvvetlerin etkisi altında gerçekleşir. Emdirme hızı saniyede milimetrenin onda biri kadardır ve sıcaklık arttıkça artar. Emdirme sıcaklığı genellikle emprenye eden metalin erime noktasından 100...150*C daha yüksektir. Ancak bu sıcaklığın çerçeve metalinin erime noktasını aşmaması gerekir. Islanabilirliği arttırmak için emprenye metaline çeşitli katkı maddeleri eklenir.

Yüzey temizliği ve doğruluğu (işleme, kalibrasyon), fiziksel ve mekanik özellikler elde etmek için - kimyasal-termal işlem ve çeşitli emprenyeler - ek teknolojik işlemler kullanılır.

Mekanik işleme, malzemenin gözenekliliğinden kaynaklanan özelliklere sahiptir. Kesici takım mikro darbelere maruz kalır ve bu da hızla körelmesine neden olur. İşleme için sert alaşımlar kullanılır; Yüksek yüzey temizliği elde etmek için elmas takımlar kullanılır.

Ürünlerin 110...120 * C sıcaklıkta yağla (makine veya mil) emprenye edilmesi 1 saat içinde gerçekleşir. Yağ, ürünlerin gözeneklerini doldurur ve çalışma sırasında kılcal damarlardan ve sürtünme yüzeyinden akar. Bazı durumlarda bu, çalışma sırasında ürünlerin yağlanmasından kurtulmanıza olanak tanır ve sürtünme çiftinin koşullarını iyileştirir.

Kimyasal-ısıl işlem, ürünlerin mekanik özelliklerinin iyileştirilmesine ve uygulama kapsamının genişletilmesine olanak sağlar.

Nitrosementasyon - aşınma direncini artırır

Kemik parçaları: korozyon direnci karşılaştırıldığında artar

6-8 kez sinterlenmiş: içerdiğinde 30 kat aşınma direnci

%1'e kadar nitrojen azaltımı

Difüzyon krom kaplama, aşınma ve korozyon direncini birkaç kat artırır.

Galvanik kaplamalar gözeneklerin varlığından kaynaklanan bir özelliğe sahiptir. Elektrolitin gözeneklere girmesini önlemek için doldurulmaları gerekir. Bu, dikkatli taşlama ve cilalama yoluyla elde edilir - düşük gözenekliliğe sahip sıkıştırılmış bir dış katman oluşturulur.

Kalibrasyon, 6-11 doğruluk dereceli boyutları ve Ra = 1,25-0,32 mikron elde etmek için kullanılır. Hem bir (dış veya iç çap), hem de akım ve birkaç parametre ile kalibre edilirler. Asgari ödeneğin 0,05-0,07 mm aralığında alınması gerektiği unutulmamalıdır. Yapısında sementit bulunan parçaların kalibrasyondan önce tavlanması gerekir.

Edebiyat

I. Balshin M.Yu., Kiparisov S.S. M. Metalurji 1978 .184 s.

2. Rakovsky V.S., Saklinsky V.V. Makine mühendisliğinde toz metalurjisi. M. Makine Mühendisliği. 1973.126s.

Referans kılavuzu.

3. Libenson G.A. Toz metalurjisinin temelleri. M. Metalurji, 1975. 200 s.

Kendini kontrol etmeye yönelik sorular:

1. İmalat parçalarının özü, avantajları ve özellikleri

metal tozları.

2. Metal tozları elde etme yöntemleri ve özellikleri.

3. Toz metalurjisinde şekillendirme yöntemleri: teknolojik

parçanın tasarımı için gereksinimler nelerdir, kalite göstergeleri

4. Toz halinde sinterleme işleminin mekanizmaları ve özellikleri

Talurji.

5. Toz karışımındaki ek işlemlerin türleri ve amacı

Tallurji, kalite göstergeleri.

Bu, bugün zaten çok büyük ve hızla gelişen bir metalurji alanıdır.

Doğru, şu anda yalnızca yüzde 0,1'i (dünya metal üretiminin binde biri) toz metalurjisi aşamasından geçiyor, ancak bu henüz endüstrideki yerini karakterize etmiyor. Sonuçta, toz metalurjisi yöntemleri kullanılarak üretilen her kilogram ürün, kesilerek yapılan birkaç kilogram metal ürüne eşdeğerdir: toz metalurjisinde neredeyse hiç atık yoktur ve keserken büyük miktarda metal talaşlara dönüşür. Öte yandan, toz metalurjisi ile üretilen bir kilogram metal-seramik sert alaşım, onlarca kilogram yüksek alaşımlı takım çeliğinin yerini alıyor.

Toz metalurjisi, uygun malzemelerden istenilen yüksek özelliklere sahip bir ürün hazırlamak için başka hiçbir yöntemin kullanılamadığı durumlarda kullanılır.

Örneğin bir elektrik ampulünün en ince saçını, erime noktası 3400 derece olan süper sert tungstenden nasıl yapabilirsiniz? Burada ne kesme, ne çekme, ne de yuvarlama kullanılamaz.

Erime noktaları keskin bir şekilde farklı olan iki metalden oluşan bir alaşım nasıl hazırlanır - örneğin bakır (1083 derecede erir) ve tungsten?

Korindon veya elmas tozu parçacıkları gibi metalik ve metalik olmayan kalıntıların yanı sıra içeren bir malzeme nasıl üretilir?

Tüm kalınlığı gözeneklere nüfuz edecek ve toplam sayıları (yüzde cinsinden) belirtilene tam olarak karşılık gelecek şekilde metal bir yatak kabuğu nasıl yapılır?

Yarından sonraki günün yıldızlararası gemileri hangi alaşımlardan yapılacak?

Bütün bu teknolojik problemler toz metalurjisi ile çözülebilmektedir. Ama hepsi bu değil. Toz metalurjisi verimlilik açısından diğer metal işleme türleriyle rekabet edebilir. Bu nedenle, alışılagelmiş yöntemle bir demir dişli üretmek için vasıflı bir işçinin 30 saatlik emeği gerekir. Böyle bir dişlinin toz metalurjisi kullanılarak üretimi, düşük vasıflı bir işçinin 10 saatlik emeğini gerektirir.

Toz metalurjisini kullanarak, herhangi bir ek işlem gerektirmeyecek kadar hassas bir şekilde yapılmış ürünler üretmek mümkündür. Toz metalurjisi sırasındaki metal kayıpları son derece küçüktür ve elde edilen malzemelerin saflığı çok yüksek olabilir.

Ancak toz metalurjisinin diğer tüm metal işleme türlerinin yerini alabileceği varsayılmamalıdır. Ve bir takım önemli eksiklikleri var. Bu yöntemle yapılan ürünler, yüksek gözenekliliklerinden dolayı, özellikle metalin tüm kalınlığı boyunca oluşabileceğinden, oksitlenme kabiliyeti artar. Düşük plastik özelliklere sahiptirler. Ürünlerin metal tozundan preslendiği kalıplar da pahalıdır, bu nedenle toz metalurjisi yalnızca seri üretimde karlıdır. Ortaya çıkan ürünlerin boyutu ve şekli şu anda sınırlıdır.

Ancak toz metalurjisinin en önemli dezavantajı, bu yöntemle ürünlerin üretimi için hammadde olan metal tozlarının yüksek maliyetidir.

Gerekli kırılma inceliğine sahip metal tozlarının elde edilmesi için mühendisler tarafından birçok yöntem önerilmiş, test edilmiş ve kullanılmıştır.

En basit ve en yaygın olanı bilyalı değirmenlerde öğütmektir. Dökme demir bilyaların darbeleri kırılgan metali kırar, değirmen tamburundan akan havanın nefesi en küçük parçacıkları uzaklaştırır, ayırıcı yalnızca gerekli boyutlara ulaşanları ayırır ve büyük olanları son işlem için değirmene geri gönderir. Her durumda, mühendisler artık çeşitli malzemelerden, çeşitli öğütme inceliklerinden ve çeşitli parçacık şekillerinden tozlar üretmenin çeşitli yollarını biliyorlar. Çünkü toz metalurjisinde parçacıkların şekli de rol oynar.

Ancak bu, en iyi ve en karlı yöntemlerin bulunduğu anlamına gelmez. Tam tersine, muhtemelen en iyileri, en ekonomikleri keşfedicilerini bekliyor.

Ancak gerekli tozlar elde edildi. Karışıklar. Bu aynı zamanda karmaşık bir süreçtir: Sonuçta gelecekteki ürünün kalitesi büyük ölçüde karışımın homojenliğine bağlıdır. Karışım daha sonra bir kalıba yerleştirilir ve preslenir.

Bir metal parçası al. Bu, herhangi bir parçacığın çevresindeki tüm parçacıklarla yakın temas halinde olduğu katı bir cisimdir. Teknolojinin başka bir aşamasında kolloid adı verilen maddeler de vardır. Bir sıvı içinde asılı duran, mikronun yüzde biri ve binde biri boyutunda küçük parçacıklardır. Kolloid parçacıkları birbirine hiç temas etmez. Metal tozları, yapışmaya göre sınıflandırılan bir maddenin bu iki uç durumu arasında bir geçiştir; parçacıkların teması, toplam yüzeyleri nedeniyle yalnızca küçük bir kısmı birbiriyle temas halindedir.

Ancak bu temas alanları toz metalurjisinin fiziksel tablosunda en önemli olanlardır. Ana termal ve elektrik enerjisi akışının geçtiği, presleme sırasında maksimum strese maruz kaldıkları ve parçacıkların tek bir sürekli monolit halinde sinterlenmesi işlemi bu alanlardan geçer.

Presleme işlemi sırasında parçacıklar birbirine yaklaşır, parçacıkların temas yüzeyi büyür, çıkıntıları ve düzensizlikleri ile birbirleriyle iç içe geçerler. Ancak tabi ki soğuk sıkımdan çıkan ürün henüz bitmedi. Presleme yalnızca gelecekteki ürünün şeklinin daha ileri işlemler için elde edilmesini sağladı. Ve bu sinterlemede yatıyor.

Sinterleme, toz karışımının ana bileşeninin erime noktasından daha düşük bir sıcaklıkta gerçekleştirilir, ancak preslenen ürünün fiziksel durumunda bir takım önemli değişikliklere neden olur. Karışımda atomların difüzyonu, parçacıkların birbirine yapışması ve maddelerin karşılıklı çözünmesi gibi karmaşık süreçler meydana gelir. Sonuç olarak soğutmanın ardından belirtilen özelliklere sahip bitmiş bir ürün elde edilir.

Elbette bu, toz metalurjisi kullanan ürünlerin üretimi için yalnızca genel bir teknolojik hattır. Her özel durumda, her malzeme grubu için bu teknolojinin farklı versiyonları vardır. Çoğunlukla presleme ısıtmayla aynı anda gerçekleştirilir. Sinterlemenin inert gazlardan oluşan bir atmosferde gerçekleştirilmesi gerekir. Presleme, pres zımbasının tek taraflı basıncıyla değil, sıkıştırılmış sıvının çok yönlü basıncıyla gerçekleştirilir. Preslemenin yapılmadığı, ancak tozların yuvarlandığı kurulumları bulabilirsiniz. Ve benzeri.

Toz metalurjisinin tüm kullanım alanlarını kesinlikle tüketmedik!

Toz metalurjisi elektrik mühendisliği ile yakından ilgilidir. Elektrik lambalarının, radyo tüplerinin ve X-ışını tüplerinin filamanları 2-3 bin derece sıcaklıkta çalışmalı ve yeterli mekanik dayanıklılığa sahip olmalıdır. Bu parçalar toz metalurjisi kullanılarak tungsten, molibden ve tantaldan hazırlanır.

Son yıllarda ortaya çıkan seramik-metal kesiciler metal kesmede gerçek bir devrim yarattı. Elbette kesme hızını onlarca kat artırmayı mümkün kıldılar! Madenciliğe girerek kuyu sondajını önemli ölçüde hızlandırmayı mümkün kıldılar. Ancak karbürler içerirler - en dayanıklı metallerin karbonlu bileşikleri. Böylece, bu tür kesicilerin ortak bir bileşeni olan titanyum karbür, yalnızca 3140 derece sıcaklıkta, zirkonyum ve niyobyum karbürler - 3500 derecede, tantal karbür - 3380 derecede erir. Elbette yalnızca toz metalurjisi, kesici tutuculara kaynaklanmış ve bu karbürleri içeren dar plakaların elde edilmesini mümkün kılmaktadır.

Karbür tozlarından yapılan sert alaşımlar, yalnızca metal kesme hızının arttırılmasını mümkün kılmadı. Presler için kalıplar ve çelik tel çekme kalıpları, matkaplar ve iplik mastarları vb. yapımında kullanılırlar.

Ve tüm bu durumlarda sert alaşımlar testi onurla geçer. Tıraş makinelerinin üretimine yönelik seramik-metal damga, 15 milyon damgalamadan sonra geleneksel bir çelik damganın değiştirilmesi gerektiğinde, 2 milyara kadar damgalamaya dayanabilir. Karbür merdanelerin servis ömrü sıradan çelik merdanelerden 100 kat daha uzundur. Çelik bir kalıp, aşınmadan önce 80 kg'lık demir tel çekmenize olanak tanır, karbür kalıp ise 50 tona kadar, yani 600 kat daha fazla!

Toz metalurjisi ile üretilen sert alaşımlar budur. Yüksek hızlı malzemeler olarak adlandırılabilirler çünkü kullanımları çoğunlukla yüksek hızlarla ilişkilendirilir. Hızların artması ise günümüz teknolojisinin en belirgin özelliklerinden biridir.

Örneğin modern yüksek hızlı havacılığın motoru olan jet motorunu ele alalım. Onun gelişi, uçağın uçuş hızının neredeyse iki katına çıkmasını mümkün kıldı. Uçağın tavanını, pistonlu motorun boğulduğu atmosfer bölgelerine yükseltmeyi mümkün kıldı. Bir jet motorunun hâlâ mümkün olan tam güce ulaşamadığını biliyor muydunuz? Yanma gazlarının sıcaklığını düşürmek için yanma odalarına gereğinden fazla hava girmesine veya hatta su püskürtülmesine rağmen, sıcaklık ne kadar yüksek olursa, motorun çalışması o kadar ekonomik olur mu? Ve bu, sıcaklığı bir buçuk ila iki bin derecenin üzerinde olan bu gazların şiddetli akışında uzun süre çalışabilecek hiçbir malzeme olmadığı için yapılıyor.

Evet, krom, nikel, kobalt ilaveleri içeren (bunlardan bahsettik) modern dökme metal alaşımları 850-900 derecenin üzerindeki sıcaklıklarda çalışamaz. Daha yüksek sıcaklıklarda refrakter metaller, karbürler ve nitrürler kullanılmalıdır. Ve elbette, gerekli ekipman parçalarının onlardan üretilmesini mümkün kılan toz metalurjisidir.

Bu tür malzemelerin en umut verici olanlarından biri titanyum karbürdür. Termal şoka karşı iyi direnç gösterir; motoru çalıştırırken hızlı ısınma ve durdururken hızlı soğutma. Yaklaşık 900 derece sıcaklıkta yüzde 20 oranında kobalt ilavesiyle ısıya dayanıklı en iyi metal alaşımlarından neredeyse iki kat daha güçlü oluyor.

Ve bir jet motorunun memesi... İçinde hareketlerini hızlandıran sıcak gazların reaktif bir kuvvet oluşturduğu genişleyen bir tüp. Tasarımcılar sıcaklığını düşürmek için ne kadar çaba sarf etmiyor! Yanma odasına giren yakıtla soğutulur, gözenekli hale getirilir ve yakıtın bir kısmı bu gözeneklerden pompalanır. Borunun iç yüzeyinde buharlaşan yakıt, boruyu soğutur ve yüzeyde soğuk bir gaz tabakası oluşturur.

Sıcakta "terleyebilen" bu tür gözenekli boruların da yalnızca toz metalurjisi ile yapılabileceğini eklemeye gerek var mı?

Aynı yöntem, şaşırtıcı derecede gözenekli, kendinden yağlamalı yataklar yapmak için kullanılır. İçlerindeki gözenekler yağla doludur. Rulman ısındığı anda yağ genleşerek gözeneklerden dışarı çıkmaya ve bir yağlama tabakası oluşturmaya başlar. Soğudukça yağ, suyun sünger tarafından emilmesi gibi geri emilir.

Toz metalurjisi yöntemi, kavramaların, dişlilerin ve kamların, elektromıknatısların pulları ve göbeklerinin, dinamo fırçalarının ve hassas aletlerin elektrik kontaklarının vb. en ince filtrelerini ve sürtünme balatalarını hazırlamak için kullanılır, çünkü bugün bunu yapmak imkansızdır. Bu yöntemle yapılan her şeyi listeleyin ve yarın bu liste ikiye, üçe katlanacak...

Toz metalurjisi yöntemlerini kullanarak makinelerin, aparatların ve aletlerin parçalarını parlak berilyumdan ve diğer birçok metalden yapmak mümkündür.

Bildiğiniz gibi eski Mısırlıların firavunlarını gömdükleri piramitler eski çağlarda yağmalanmıştı. Mısır krallarının kaya mezarları da yağmalandı. Ve 14. yüzyılda yaşayan, antik çağda kaybolan Firavun Tutankhamun'un mezar yerinin günümüze ulaşması da tesadüf eseri oldu. M.Ö e.

Tarihçiler, 1922'de kayaya oyulmuş dolambaçlı geçitler boyunca firavunun ölümünden sonra yaşadığı meskene ilk kez indiklerinde mezarında pek çok ilginç şey buldular. Görünüşe göre Tutankhamun'un sanat eserlerine karşı özel bir sevgisi vardı - mezar tam anlamıyla onlarla doluydu. Ve bunların arasında toz altınla süslenmiş hançerler keşfedildi.

Toz metalurjisinin kökenlerinin burada olduğu ortaya çıktı!

Bununla birlikte, yalnızca Mısırlılar değil, aynı zamanda Amerika'nın eski sakinleri İnkalar da değerli metal tozlarını sinterleyerek ürünlerin nasıl üretileceğini biliyorlardı. Ancak yüzyıllar boyunca antik sanat unutuldu. Metalurjinin gelişimi farklı bir yol izledi.

Ancak 19. yüzyılın başında, refrakter metallerden nesne yapma yöntemiyle ilgili soru ilk kez ortaya çıktığında, unutulan beceri kısaca yeniden canlandırıldı. Seçkin Rus metalurji uzmanı Pyotr Grigorievich Sobolevsky tarafından yeniden diriltildi.

Platinden madeni para ve madalya yapmak için toz metalurjisini kullandı. O yıllarda onu eritmek neredeyse imkansızdı: Sonuçta bunun için 1773 derecelik bir sıcaklık gerekiyor. Sobolevsky, doğal minerallerin kimyasal işlenmesiyle elde edilen saf süngerimsi platini bir kalıba yerleştirdi, preslemeye, ardından ısıtmaya ve tekrar preslemeye tabi tuttu. Sonuç yoğun metal ürünlerdi. Bu 1826 yılındaydı.

Onlarca yıldır hem ülkemizde hem de yurtdışında Rus metalurjisinin yöntemini kullandılar. Daha sonra platini eritmeyi öğrendiler. Ve yine toz metalurjisi onlarca yıldır öldü.

20. yüzyılın başında yeniden canlandı ve şimdi de kazandığı konumlardan vazgeçmeyecek. Tam tersine, giderek daha fazla yeni uygulama alanı yakalayacak.

giriiş

Toz metalurjisi, metal tozlarının ve bunlardan yapılan çeşitli ürünlerin üretimi ile ilgilenir. Çeşitli malzeme türlerinin imalatına yönelik endüstriyel bir yöntem olarak toz metalurjisinin karakteristik bir özelliği, daha sonra belirli boyutlardaki ürünlere preslenen (kalıplanan) ve ısıl işleme (sinterleme) tabi tutulan, taşınan toz formundaki hammaddelerin kullanılmasıdır. yükün ana bileşeninin erime noktasının altındaki sıcaklıklarda /1/.

Toz teknolojisi, toz metalurjisi, seramik endüstrisi, gıda ve tıbbi ürünlerin üretimi, gübre, yakıt, inşaat malzemeleri vb. gibi çeşitli endüstrilerde kullanılan dağınık cisimlerin üretimi için geniş bir alandır. /2/. Toz metalurjisi teknolojisi ile seramik üretim teknolojisi arasındaki bazı dış benzerlikler nedeniyle, toz metalurjisi yöntemleri kullanılarak üretilen ürünler yaygın olarak metal-seramik olarak da bilinir.

Toz metalurjisi teknolojisinin ana unsurları şunlardır:

· saf metaller veya alaşımlar, metallerin metal olmayan bileşikleri ve diğer çeşitli kimyasal bileşikler olabilen başlangıç ​​malzemelerinin tozlarının elde edilmesi ve hazırlanması;

· Hazırlanan ürün partisinden istenen şekle sahip ürünlerin özel kalıplarda preslenmesi, ör. gelecekteki ürünün kalıplanması;

Preslenmiş ürünlerin ısıl işlemi veya sinterlenmesi, onlara nihai fiziksel, mekanik ve diğer özelliklerin kazandırılması

· özel özellikler.

Üretim veya araştırma uygulamalarında bazen, örneğin presleme ve sinterleme işlemlerinin kombinasyonu, gözenekli briketin erimiş metallerle emprenye edilmesi, sinterlenmiş ürünlerin ek mekanik ve diğer işlemleri vb. gibi bu tipik teknoloji unsurlarından sapmalar olabilir. Bununla birlikte, teknolojinin temel prensibi, orijinal toz karışımının kullanılması ve daha düşük sıcaklıkta sinterlenmesidir, sıkıştırılmış gövdeyi oluşturan ana elemanın erimesi değişmeden kalır /1/.

Toz metalurjisi yönteminin birçok avantajı vardır:

· metalik bileşenlerin yanı sıra metalik olmayanları içeren malzemelerin yanı sıra iki (bimetal) veya çeşitli metallerin birkaç katmanından oluşan malzeme ve ürünlerin imalat imkanı;

· Eritme ve döküm yoluyla elde edilemeyen kontrollü gözenekliliğe sahip gözenekli malzemeler elde etme imkanı.

Toz metalurjisinin avantajlarının yanı sıra, yaygın kullanımını zorlaştıran ve sınırlayan dezavantajlarının da bulunduğunu belirtmek gerekir. Ana dezavantajlar arasında metal tozlarının yüksek maliyeti ve alaşım tozları (çelik, bronz, pirinç vb.) üretmek için ustalaşmış yöntemlerin bulunmaması yer alır. Gözeneklilik nedeniyle metal tozlarından elde edilen ürünler, artan oksitlenme eğilimine sahiptir ve oksidasyon meydana gelebilir. sadece yüzeyden değil, ürünün tüm kalınlığı boyunca. Metal-seramik ürünler ayrıca nispeten düşük plastik özelliklere (darbe mukavemeti, uzama) sahiptir /3/.

1 Toz malzeme üretme yöntemleri

Toz malzeme, boyutları 1 mm'ye kadar olan, karşılıklı temas halinde olan ve birbirine bağlı olmayan metal, alaşım veya metal benzeri bileşik parçacıklarının toplamıdır /4/.

Tüm granüler gövdeler parçacıklardan ve parçacıklar arası (dış) gözeneklerden oluşur. Toz parçacıkları ise daha küçük yapısal elemanlara bölünebilir. Metal parçacıkları neredeyse her zaman hem yüzey üzerinde hem de iç kalıntılar şeklinde dağılmış yabancı maddeleri içerir ve çoğunlukla parçacık içi gözeneklere sahiptir.

Parçacıklar çok çeşitli şekillerde olabilir. Çeşitli yapılar üç ana gruba ayrılabilir:

· uzunluğu diğer boyutlarda boyutlarını önemli ölçüde aşan lifli veya iğne benzeri parçacıklar;

· uzunluğu ve genişliği kalınlığından birkaç kat daha büyük olan düz parçacıklar (tabaklar, yapraklar, masalar);

· tüm boyutlarda yaklaşık olarak aynı boyutlara sahip eş eksenli parçacıklar.

Parçacıklar birbirlerinden gözenekler (parçacıklar arası) ve temas boşlukları ile ayrılır. Preslenmemiş tozlardaki gözenekler genellikle toplam hacmin %70-85'ini kaplar. Tozlar, parçacıklar arası gözeneklere ek olarak parçacık içi gözeneklere de sahip olabilir. Parçacıklar arası gözeneklerin boyutu, parçacık boyutunun artması ve paketleme yoğunluğunun azalmasıyla birlikte artar.

Spesifik yüzey alanının önemli boyutundan dolayı, tozlarda, özellikle ince olanlarda, birim kütle başına yüzey yabancı maddelerinin (çoğunlukla oksitler) miktarı, kompakt gövdelere göre önemli ölçüde daha fazladır. Tozlar aynı zamanda parçacık içi safsızlıklar da içerir; kirletici maddeler, oksitler vb. kalıntılar. Tozların bireysel yabancı madde parçacıklarıyla mekanik olarak kirlenmesi de mümkündür /5/.

Toz üretimi, toz metalurjisi yönteminin ilk teknolojik işlemidir. Toz üretimine yönelik mevcut yöntemler çok çeşitlidir; bu, gerekli fiziksel, mekanik ve diğer özelliklerin toz ürünlere kazandırılmasını mümkün kılar. Ayrıca tozun üretim yöntemi de kalitesini ve maliyetini belirler. Toz üretmenin iki yöntemi vardır: fiziksel-kimyasal ve mekanik.

Fiziko-kimyasal yöntemler, hammaddenin derin fiziko-kimyasal dönüşümleriyle ilişkili tozların üretimine yönelik teknolojik süreçleri içerir. Sonuç olarak, ortaya çıkan toz, kimyasal bileşim açısından orijinal malzemeden önemli ölçüde farklılık gösterir. Fizikokimyasal yöntemler şunları içerir: elektroliz, karbonil bileşiklerinin termal ayrışması, oksitlerin katı indirgeyici maddeler ve gazlarla indirgenmesi, buharlaştırma ve yoğunlaşma yöntemi vb.

Toz üretimine yönelik mekanik yöntemler, dış mekanik kuvvetlerin bir sonucu olarak, başlangıç ​​metalinin kimyasal bileşimini değiştirmeden toz halinde ezildiği teknolojik işlemler anlamına gelir. Katı malzemelerin çeşitli tasarımlardaki değirmenlerde öğütülmesi en sık kullanılır. Mekanik yöntemler şunları içerir: keserek metalin öğütülmesi, bilyalı değirmenlerde öğütülmesi, girdaplı değirmenlerde öğütülmesi, atalet kırıcılarda ezilmesi, sıvı metalin buhar, su, sıkıştırılmış gaz ile püskürtülmesi.

Fizikokimyasal yöntemler daha evrenseldir, ancak toz metalurjisi uygulamasında iki toz üretim yöntemi arasında net bir sınır yoktur. Çoğu zaman, toz üretimine yönelik teknolojik şema, toz elde etmek için hem mekanik hem de fiziksel-kimyasal yöntemlerin bireysel işlemlerini içerir.

Oksitlerden indirgeme yoluyla metal tozlarının üretimi en yaygın, oldukça verimli ve ekonomik yöntemdir /6/.

Geri kazanım, orijinal kimyasal bileşik /4/'den metalik olmayan bileşenin (oksijen veya tuz kalıntısı) uzaklaştırılmasıyla bir metal, malzeme, madde veya bunların bileşiklerinin elde edilmesi işlemidir.

İndirgeme yoluyla elde edilen tozlar düşük maliyetlidir ve bunların üretimi için başlangıç ​​​​maddeleri olarak cevher konsantreleri, oksitler ve metalurjik üretimden kaynaklanan atıklar kullanılır. Restorasyon yönteminin bu özelliği geniş pratik uygulamaya yol açmıştır. Günümüzde pek çok metalin tozları bu yöntemle üretilmektedir /6/.

Genel olarak kimyasal indirgeme reaksiyonu şu şekilde temsil edilebilir:

MeX + B ↔ Me + BnXm ± Q,

burada X metalik olmayan bileşendir,

B – indirgeyici madde (kok, is, kömür, doğal gaz formundaki karbon; H2; CO; CO2; aktif metaller) /4/.

Metallerin oksitlerden indirgenmesi katı veya gaz halindeki indirgeyici maddelerle gerçekleştirilebilir. Aktif gaz halindeki indirgeyici maddeler arasında hidrojen, karbon monoksit ve CO ve H2 içeren çeşitli gazlar bulunur. Oksijene kimyasal ilgisi daha fazla olan karbon ve metaller katı indirgeyici madde olarak kullanılır: sodyum, kalsiyum ve magnezyum. Bazı metallerin oksijene ilgisi daha fazla olan diğerlerinin yardımıyla indirgenmesine metalotermi denir.

İndirgeyici maddeler arasında karbon (düşük maliyeti ve indirgeme işleminin basitliği nedeniyle) yaygın olarak kullanılmaktadır. Prosesin dezavantajı metallerin karbürizasyon olasılığının azalmasıdır, bu da prosesi sınırlandırır. Karbonla indirgeme en çok demir, krom, tungsten ve diğer bazı metal tozlarının üretiminde ve ayrıca karbür oksitlerden tozların doğrudan üretiminde yaygındır.

Metaller, oksitlerinin indirgenebilirliğine göre kolay indirgenebilen (bakır, nikel, kobalt, demir, tungsten ve molibden) ve indirgenmesi zor olan (krom, manganez, vanadyum, alüminyum, magnezyum) olarak ikiye ayrıldığından, Birçok oksidin indirgenmesi, karbon indirgeyici maddelerle karşılaştırıldığında daha güçlü oksitler gerektirir. Çoğunlukla, karbonla kirlenmemiş tozlar (örneğin kobalt, tungsten ve molibden tozları) elde etmek için indirgeyici madde olarak hidrojen kullanılır.

İndirgeyici maddeden bağımsız olarak indirgeme yoluyla toz üretme yöntemi esnek bir işlemdir. Toz parçacıkları, yüksek gözenekliliklerinden dolayı iyi preslenmiş, oldukça gelişmiş bir yüzeye sahip çokyüzlüler formunda süngerimsidir. Parçacık boyutları indirgeme sıcaklığına göre belirlenir: sıcaklık ne kadar düşük olursa toz parçacıkları da o kadar küçüktür.

Metal oksitlerin metallerle indirgenmesi yalnızca karbon veya gazla indirgemenin imkansız olduğu veya pratik olmadığı durumlarda kullanılır /6/.

2 Tozların özelliklerini izlemeye yönelik yöntemler

2.1 Kimyasal özellikler

Tozların kimyasal özellikleri, karmaşık tozların içerdiği ana metalin veya ana bileşenlerin içeriğinin yanı sıra yabancı maddelerin, çeşitli mekanik kirleticilerin ve gazların içeriğine de bağlıdır. Tozların ayrıca önemli kimyasal özellikleri yanıcılık, patlayıcılık ve toksisitedir.