Металеві порошки

МЕТАЛЕ́ВІ ПОРОШКИ́ — сукупність часток металу, сплаву або металоподібної сполуки роз­мірами від 0,001 до 1000 мкм, що контактують, але не зʼ­єд­нані між собою. М. п. є осн. сировин. базою порошкової металургії, технол. процес якої роз­починається з їх одержа­н­ня. Найбільше в порошк. металургії за­стосовують порошки з роз­міром часток 10–200 мкм. Методи одержа­н­ня М. п. дуже різні. Умовно їх поділяють на фіз.-хім. та механічні. Перші становлять пере­важно технол. процеси, повʼязані з глибокими фіз.-хім. пере­творе­н­нями вихід. сировини, тому такий порошок за хім. складом і структурою істотно від­різняється від вихід. матеріалу. До них належать методи від­новле­н­ня оксидів, дисоціації, терміч. синтезу, електролізу, випаровува­н­ня-конденсації тощо, тобто процеси, внаслідок яких одержа­н­ня порошків су­проводжується зміною хім. складу вихід. сировини чи агрегат. стану. Для мех. методів характерне по­дрібне­н­ня вихід. сировини на порошок у твердому або рідкому станах без зміни її хім. складу. Найчастіше використовують роз­мелюва­н­ня твердих матеріалів у млинах різних кон­струкцій і диспергува­н­ня (роз­пиле­н­ня) метал. роз­плавів. Більшість М. п. можуть бути отримані декількома методами. Метод обирають шляхом аналізу вимог, які висунуто до кінцевої продукції, і екон. оцінюва­н­ня процесів, що ви­значають його собівартість. Фіз.-хім. методи пере­важно універсальні, однак мех. методи, зокрема роз­пиле­н­ня, значно продуктивніші. Порошки однак. металів чи сплавів можуть істотно від­різнятися залежно від методу виробництва за хім. (вміст домішок, за­бруднень), фіз. (форма, роз­мір, питома поверх­ня, мікротвердість часток) і технол. (насипна густина, плин­ність, ущільнюваність, пресувальність і формованість порошку) властивостями, що значно змінюють умови подальшого пере­творе­н­ня порошку в готові вироби та впливають на властивості остан­ніх.

Осн. хім. властивості М. п. характеризують пере­важно хім. складом сплаву та вмістом домішок у порошку. За винятком газофаз. методів та електролізу і деяких видів роз­пиле­н­ня рідких металів і сплавів, режими виготовле­н­ня порошків мало сприяють рафінуван­ню металу, тому вміст домішок у них пере­важно значний. Роз­винута поверх­ня порошків сприяє адсорбції газів. Домішки можуть пере­бувати в роз­чиненому ви­гляді, у ви­гляді окремих фаз (напр., оксидів кремнію та алюмінію в порошках заліза) або адсорбованих і оклюзованих (захоплених) газів (водню, кисню), парів води, моно- і діоксиду вуглецю тощо. Походже­н­ня домішок повʼязане як із чистотою вихід. сировини, так і з умовами одержа­н­ня й зберіга­н­ня порошків. Із під­вище­н­ням дис­персності порошку вміст домішок, за­звичай, збільшується. За гранулометрич. складом порошки умовно поділяють на 6 груп: нано- (роз­мір часток < 0,01 мкм), ультра- (0,01–0,1 мкм), високодис­персні (0,1–10 мкм), дрібні (10–40 мкм), середні (40–250 мкм) і великі (250–1000 мкм). Порошки з роз­міром часток понад 1000 мкм називають гранулами. Комерц. М. п. пере­важно не є монодис­перс. сукупністю часток, а полідис­перс. сумішами, для яких однією з осн. характеристик є інформація про гранулометрич. склад, тобто про роз­поділ часток за роз­мірами. Встановле­н­ня гранулометрич. складу ви­значають кількома методами: ситовим аналізом для виявле­н­ня часток роз­міром до 40 мкм (у випадку мікро­прецизій. сит — до 5 мкм); седиментацій. аналізом для встановле­н­ня часток роз­міром від ~ 50 мкм до ~ 1 мкм); мікро­скопіч. аналізом (оптич. мікро­скопією — 100–1 мкм, електрон. мікро­скопією — 1–0,001 мкм). Під час ви­значе­н­ня гранулометрич. складу порошку кількісно вміст фракції одного діапазону роз­мірів оцінюють у від­сотках, спів­від­носячи масу цієї фракції з масою всієї дослід. проби порошку. Спосіб виготовле­н­ня порошку та режими його виробництва повністю ви­значають форму його часток, що сут­тєво впливає на технол. характеристики остан­нього. Так, частинки порошку, отримані по­дрібне­н­ням, мають здебільшого осколк. форму, від­новле­н­ням з оксидів — губчасту, електролітичні порошки — дендритну, роз­пилені газом — сферичну. Від форми частинок залежать насипна густина порошку, плин­ність, його ущільнюваність та формованість. Важливою фіз. властивістю порошків, що комплексно характеризує їх дис­персність та форму часток, є величина питомої поверх­ні, що ви­значає сумарну площу поверх­ні часток, які містяться в одиниці обʼєму, або припадає на одиницю маси. Мікротвердість часток порошку до­зволяє побічно оцінити їхню здатність до деформува­н­ня. Її величина залежить від природи та хім. чистоти металу, а також від умов поперед. обробле­н­ня порошку, що змінює структуру його часток. До осн. технол. характеристик М. п. зараховують насипну густину, плин­ність, ущільнюваність і формованість. Насипна густина — це маса одиниці обʼєму порошку при вільному його засипан­ні у нормовану ємність. Насипна густина є осн. характеристикою, необхідною для ви­значе­н­ня роз­мірів насип. порожнини матриці для пресува­н­ня заготовок. Плин­ність порошк. маси ви­значають швидкістю висипа­н­ня порошку з воронки нормов. форми та роз­мірів. Що більшими є питома поверх­ня порошку та від­хиле­н­ня форми його часток від сферичної, то меншою є його плин­ність.

Осн. технол. характеристики М. п., що ви­значають можливість консолідації цих порошків методом пресува­н­ня, — ущільнюваність і формованість. Сукупно вони встановлюють таку важливу технол. властивість, як пресувальність. Ущільнюваність порошку характеризує залежність густини пресовки від тиску пресува­н­ня, а формованість оцінюють мін. величиною тиску пресува­н­ня, при якому спресований брикет зберігає свою форму та має до­статню технол. міцність. Формованість порошку залежить пере­важно від форми, роз­мірів і стану поверх­ні його часток. Чим вища насипна густина порошків, тим гірша його формованість.