Порошкові матеріали

НАЦІОНАЛЬНИЙ ТРАНСПОРТНИЙ УНІВЕРСИТЕТ

Навчально-консультаційний центр в м. Івано-Франківську

 

 

 

 

 

 

   КОНТРОЛЬНА  РОБОТА

                                                    на тему:

ПОРОШКОВІ МАТЕРІАЛИ

 (З дисципліни «Системи технологій»)

 

 

 

 

 

 

 

Виконав: ст. гр. ЕП-302

Перевірив:

 

 

 

 

 

Івано-Франківськ

2014

ПЛАН

Вступ

1. Методи виготовлення порошкових матеріалів 

2. Методи контролю властивостей порошків

2.1. Хімічні властивості

2.2. Фізичні властивості

2.3. Технологічні властивості

3. Застосування порошкових матеріалів

Висновок

Список використаної літератури

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Вступ

    Порошкова металургія займається виготовленням металевих порошків і різноманітних виробів з них. Характерною особливістю порошкової металургії як промислового методу виготовлення різного роду матеріалів є застосування вихідної сировини у вигляді порошків, які потім пресуються (формуються) у вироби заданих розмірів і піддаються термічній обробці (спікання), що проводиться при температурах нижче температури плавлення основного компонента шихти.

    Порошкова технологія - це широка область одержання дисперсних тіл, що застосовуються у різноманітних галузях виробництва - порошкової металургії, керамічної промисловості, отриманні харчових і лікарських продуктів, добрив, палива, будівельних матеріалів та ін. Внаслідок деякої зовнішньої подібності технології порошкової металургії з технологією керамічного виробництва, вироби, що виготовляються методами порошкової металургії, широко відомі також під назвою металокерамічних.

 Основними елементами технології порошкової металургії є наступні:

• Отримання та підготовка порошків вихідних матеріалів, які можуть являти собою чисті метали або сплави, сполуки металів з неметалами і різні інші хімічні сполуки;
• Пресування з підготовленої шихти виробів необхідної форми в спеціальних прес-формах, тобто формування майбутнього виробу;
• Термічна обробка чи спікання спресованих виробів.
• Спеціальні властивості.

 Метод  порошкової металургії має низку  переваг:

• Можливість виготовлення матеріалів, що містять поряд з металевими складовими і неметалеві, а також матеріалів і виробів, що складаються з двох (біметали) або декількох шарів різних металів;
• Можливість отримання пористих матеріалів з контрольованою пористістю, чого не можна досягти плавленням і литтям.

 

 

1. Методи виготовлення порошкових матеріалів

   Порошковий матеріал - сукупність частинок металу, сплаву або металоподібних з'єднання з розмірами до 1 мм, що знаходяться у взаємному контакті і не пов'язаних між собою.

   Всі сипучі тіла складаються з частинок і міжчасткових (зовнішніх) пор. Частинки порошків, у свою чергу, можуть підрозділятися на більш дрібні структурні елементи. Металеві частки практично завжди містять домішки, розподілені як по поверхні, так і у вигляді внутрішніх включень.

    Частинки можуть мати саму різноманітну форму. Можна поділити підрозділити структури на три основні групи:

• Волокнисті або голчасті частинки, довжина яких значно перевищує їх розмір за іншими вимірами;
• Плоскі частки (платівки, листочки, таблиці), довжина і ширина яких у багато разів більше товщини;
• Равноосная частинки з приблизно однаковими розмірами по всіх вимірах.

   Частинки відокремлені одна від одної порами (міжчасткових) та контактними проміжками. Пори в непрессованних порошках займають зазвичай 70-85% усього обсягу. Крім пір міжчасткових, порошки можуть мати і внутрічастічние пори. Розмір міжчасткових пір збільшується з підвищенням розміру частинок і зменшенням щільності їх укладання.

    Внаслідок значного розміру питомої поверхні кількість поверхневих домішок на одиницю маси (головним чином окислів) у порошків, особливо тонких, значно більше, ніж у компактних тіл.

    Виробництво порошку - перша технологічна операція методу порошкової металургії. Існуючі способи отримання порошків вельми різноманітні - це робить можливим надання виробам з порошку необхідних фізичних, механічних та інших властивостей. Також метод виготовлення порошку визначає його якість і собівартість. Виділяють два способи отримання порошків: фізико-хімічні та механічні.

   До фізико-хімічних методів відносять технологічні процеси виробництва порошків, пов'язані з глибокими фізико-хімічними перетвореннями вихідної сировини. У результаті отриманий порошок за хімічним складом істотно відрізняється від початкового матеріалу. До фізико-хімічних методів відносяться: електроліз, термічна дисоціація карбонільних сполук, відновлення оксидів твердими відновниками і газами, метод випаровування і конденсації і ін  
   Під механічними методами отримання порошків розуміють технологічні процеси, при яких в результаті дії зовнішніх механічних сил вихідний метал подрібнюється в порошок без зміни його хімічного складу. Найчастіше використовується подрібнення твердих матеріалів у млинах різних конструкцій.

 До механічних методів відносять: подрібнення металу різанням, розмелювання в кульових млинах, подрібнення у вихрових млинах, дроблення в інерційних дробарках, розпорошення струменя рідкого металу парою, водою, стисненим газом.  
  Більш універсальними є фізико-хімічні методи, але в практиці порошкової металургії чіткої межі між двома методами одержання порошку немає.     Найчастіше в технологічну схему виробництва порошку включаються окремі операції як механічних, так і фізико-хімічних методів отримання порошку.  
   Отримання металевих порошків шляхом відновлення з оксидів є найбільш поширеним, високопродуктивним і економічним методом.

   Відновлення - процес отримання металу, матеріалу, речовини або їх сполук шляхом відібрання неметалевої складової (кисню або сольового залишку) з вихідного хімічної сполуки .

    Порошок, одержувані відновленням, мають низьку вартість, а в якості вихідних матеріалів при їх отриманні використовуються рудні концентрати, оксиди, відходи металургійного виробництва. Ця особливість методу відновлення зумовила його широке практичне застосування. В даний час цим методом одержують порошки багатьох металів.

2. Методи контролю властивостей порошків

2.1. Хімічні властивості

  Хімічні властивості порошків залежать від змісту основного металу або

основних компонентів, що входять до складу комплексних порошків, а також від вмісту домішок, різних механічних забруднень і газів. Також важливими хімічними особливостями порошків є їх займистість, вибуховості.

   Зміст основного металу в порошку або сума основних компонентів сплаву складає зазвичай більше 98-99%, що для подальшого виготовлення більшості порошкових матеріалів достатньо. У деяких випадках при виробництві виробів з особливими властивостями (наприклад, магнітними) застосовують більш чисті металеві порошки.

  Гранична кількість домішок у порошках визначається допустимим вмістом їх у готовій продукції. У металевих порошках міститься значна кількість газів (кисню, водню, азоту та ін) як адсорбованих на поверхні, так і потрапили всередину частинок в процесі виготовлення або при подальшій обробці.  
  Займистість порошку пов'язана з його здатністю до самозаймання при зіткненні з навколишньою атмосферою, яка при відносно невисоких температурах може призвести до спалаху порошку або навіть вибуху.

  Пожежонебезпека залежить від хімічної природи і чистоти металу, крупності і форми часток порошку, стану їх поверхні.

  Займистість порошку залежить від того, чи перебуває він у вільно насипаного стані (у вигляді аерогелю) або у вигляді суспензії в навколишній атмосфері (у вигляді аерозолю). Для аерогелей визначають температури самонагрівання, тління, самозаймання, а також енергію займання.

  Вибуховості порошку. Надвисокі швидкості хімічної взаємодії порошку з киснем призводять до майже миттєвого виділенню енергії, яке супроводжується утворенням і поширенням вибухової хвилі (відбувається вибух).

   Металеві порошки, що розташовуються шаром (аерогелі), не здатні вибухати. Тому, розглядаючи вибуховості порошків, мають на увазі вибуховості аерозолів, тобто суспензії металевих частинок в газі.

   Характеристики вибуховості залежать від дисперсності металевого порошку, ступеня його окислення та вмісту кисню в газовій фазі.

 

2.2. Фізичні властивості

  До фізичних властивостей порошку ставляться форма і розмір часток, гранулометричний склад, питома поверхня частинок, пікнометричним щільність і мікротвердість.

  Форма і розмір частинок. Залежно від хімічної природи металу та способу отримання, частки порошку можуть мати різну форму - сферичну (карбонільні), каплеподібну (розпорошені порошки), губчасту (відновлені), тарілчасті (при помелі у вихрових млинах), дендритну (електролітичні), осколкову, волокнисту і лепесткововідную (одержання при плющенні).

  Форма часток порошків дуже впливає на насипну щільність і прессуємость, а також на щільність, міцність і однорідність прессовок.

   Залежно від методу одержання порошків їх розміри можуть коливатися у великих межах. У зв'язку з цим порошки класифікуються на ультратонкі з розміром частинок до 0,5 мкм; дуже тонкі - від 0,5 до 10 мкм; тонкі - від 10 до 40 мкм; середньої тонкощі - від 40 до 150 мкм і великі (грубі) - понад 150 мкм.  
  Гранулометричний склад. Розмір частинок є найважливішою технологічної характеристикою порошків. Величина часток, а особливо так званий набір зернистості, тобто співвідношення кількості частинок різних розмірів (фракцій) виражене у відсотках, називається гранулометричним складом. Дані по гранулометричному складу входять як обов'язкової вимоги до технічних умов на порошки.

   Від розміру частинок порошків у поєднанні з іншими властивостями залежать насипна щільність, тиск пресування, усадка при спіканні,  
механічні властивості готових виробів.

   Існує кілька методів визначення гранулометричного складу порошків: ситовий аналіз, мікроскопічний метод, седиментація і ін. Найпростішим і найпоширенішим є ситовий аналіз, який полягає в просіюванні проби порошку через набір сит, зважуванні окремих фракцій та розрахунку їх відсоткового складу.  
  Питома поверхня частинок. Під питомою поверхнею порошкоподібних тіл розуміється сумарна поверхня всіх частинок порошку, взятого в одиниці об'єму

або маси.

  Питома поверхня залежить від розміру і форми частинок, а також від ступеня розвиненості їх поверхні. Питома поверхня зростає зі зменшенням розміру частинок, ускладненням форми і збільшенням шорсткості поверхні.

   Питома поверхня - важлива характеристика, яка визначає поведінку порошкового матеріалу при основних технологічних операціях - пресуванні і спіканні.  
   Найбільш часто для визначення показника питомої поверхні застосовують методи вимірювання його газопроникності та адсорбції.

    Пікнометричним щільність. Дослідження щільності металевих порошків в залежності від методу їх отримання показує, що фактична щільність частинок порошку значно відрізняється від щільності, обчисленої на основі рентгенографічних даних при визначенні кристалографічної структури металевого порошку. Ця різниця в щільності пояснюється наявністю в металі порошку значної внутрішньої пористості, дефектів, оксидів і т.п. Тому в практиці порошкової металургії важливе значення набуває фактична щільність, яку визначають пікнометричним методом.

   Мікротвердість частинок порошку дозволяє побічно оцінювати їх здатність до деформування. Її величина залежить від природи та хімічної чистоти металу, а також від умов попередньої обробки порошку, що змінює структуру його частинок. Деформованість має важливе значення для оцінки технологічних властивостей порошків, головним чином їх пресованості.

   Мікротвердість частинок порошку визначають за методом Віккерса, тобто вдавленням алмазної піраміди в досліджуваний матеріал з метою прогнозування поведінки порошку при пресуванні і для розробки нових матеріалів.

2.3. Технологічні властивості

  Під технологічними властивостями порошків розуміється їх насипна щільність, плинність.

   Насипна щільність порошку - маса одиниці об'єму порошку при вільній насипанні.  
  Насипна щільність виражає здатність порошку до укладання і залежить від щільності металу (сплаву) і фактичного заповнення порошком обсягу. Щільність укладання частинок порошку в обсязі визначається його дисперсністю, формою і питомою поверхнею частинок. Тому насипна щільність порошку з одного металу (залежно від методу отримання) може мати різне значення.

  Плинність порошку - здатність порошку з певною швидкістю витікати з отвору. Цей показник важливий для організації процесу автоматичного пресування заготовок. За стандартом плинність виражають числом секунд, за яке 50 г порошку витікає через коліброванние отвори конусної воронки.  

3. Застосування порошкових матеріалів