Как сделать из металла порошок

Обновлено: 01.05.2024

Разнообразие изделий, изготовленных с помощью порошковой металлургии, охватывает: детали оборудования с антифрикционными свойствами и узлы приборостроения, конструкционные элементы, инструментальные заготовки в разных направлениях промышленности.

Преимущества металлических порошков

Востребованность отрасли обусловлена ее преимуществами над другими способами металлообработки:

Минимизируются затраты средств и времени на финальную обработку продукции. Изделия точно соответствуют заданным формам и чертежным габаритам, отличаются качественной поверхностью.
Удается создавать продукцию с необычными свойствами за счет объединения металлических компонентов с неметаллическими.
Уменьшается число технологических операций, за счет чего экономятся ресурсы, энергия. Стартовое сырье используется на 97%.
Готовые изделия характеризуются более высокими эксплуатационными, техническими характеристиками по сравнению с теми, которые изготовлены традиционными методами.
Удается упростить производство изделий со сложной формой.

Экскурс в историю отрасли

Издавна порошковое серебро, золото и медь применяли в искусстве живописи, керамике. В процессе геологических исследований на территории Древнего Египта найдены железные орудия, в Дели – железный памятник. Изделия изготавливались кричной технологией: железную руду нагревали горнами при температуре в 1000 градусов, получали крицу (губчатый материал), затем проковывали неоднократно и в финале снижали количество пор нагревом. Доменное производство на время вычеркнуло порошковую металлургию из способов металлообработки.

Возвращением к порошковой металлургии мы обязаны русским ученым В.В. Любарскому и П.Г. Соболевскому. В 1826 г. учеными разработана методика прессования, заданного спекания порошка платины. С этого момента порошковая металлургия в виде отрасли науки получила новую жизнь. Важные моменты в истории развития отрасли:

1924 г. - Т.М. Алексеенко-Сербин организует лабораторию по внедрению новых технологий обработки металлов в Москве на электроламповом заводе;
1932 г. – получение порошкового электролитического железа и вольфрамового порошка в масштабных объемах на механическом заводе в Ленинграде;
1953-1957 гг. – использование металлотермического восстановления для изготовления порошкообразных сложнолегированных сталей;
после 1957 г. – изготовление спеченных материалов на базе железа с пропиткой медью, заполнением пор материала стеклом, введением углерода.

Стандартная технология производства подразумевает 4 этапа: получение порошка из сырья, формование заготовок, последующее спекание, финишную обработку. Каждый этап влияет на свойства будущего изделия.

Производство порошковых металлов, свойства материалов

Способы получения из разного сырья металлических порошков многочисленны и разнообразны, что обуславливает вариации свойств изделий, финансовых показателей и качества. Выделяют 2 способа производства:

Физико-механический (переработка сырья помолом, дроблением на фракции и грануляцией, направленным распылением, резкой). Химический состав не меняется.
Химико-металлургический (сырье подвергается восстановлению окислами, а еще термической диссоциации и электролизу). Меняется агрегатное состояние сырья, химический состав.

Физико-механическое измельчение сырья

Под измельчением понимают разрушение твердых материалов под воздействием извне до частиц определенного размера. Измельчение осуществляют размолом и дроблением, истиранием.

Механическое измельчение выгодно применять в отношении кремния и марганца, сурьмы и хрома, а также других хрупких металлов. Если речь о меди и других вязких металлах, сырьем служит обрезка заготовок, стружка и другие отходы.

Воздействуют на сырье сжатием и ударными механизмами, срезают послойно. Последний способ – когда требуется тонкое измельчение. Грубое размельчение выполняют валковыми, щековыми, конусными дробилками. Финальный помол происходит в мельницах разных типов (вихревых и центробежных, вибрационных и др.).

В отношении жидких металлов применяется грануляция, распыление. Это доступный и нетрудоемкий способ создания порошкового железа, алюминия и свинца, а также цинка, меди и иных металлов, плавящихся в условиях нагрева до 1600 градусов. Воздействие заключается в дроблении расплавленной струи жидкостью, энергонасыщенным газом, целенаправленном распылении, а также в сливании расплава в воду или другую жидкость. В результате распыления получают частицы разных форм (капля, шар и др.).

Восстановление с помощью химико-металлургических методик

Восстановительный процесс из окислов заключается в объединении металла, имеющего неметаллические включения (хлорные, кислородные, солевые остатки), с восстановителем (водородом и газом, углем, кадмием и пр.).

Сырьем для выпуска кобальтового, никелевого и медного порошка становятся окиси, закиси металлов и окалина от проката. Процесс восстановления осуществляют в трубчатых и муфельных печах с участием специально подготовленного природного газа, диссоциированного аммиака и водорода. Этап занимает до 3 часов. Результат – губка, легко растираемая в порошок.

Электролиз отличается экономической выгодой в отношении получения чистого медного порошка. Суть метода заключается в разложении водного раствора / расплавленной соли металла под воздействием электрического тока. Результатом становится осевший на катодном элементе металл в виде частиц разных форм, габаритов. Размеры частичек зависят от наличия ПАВ и коллоидов, от плотности электротока.

Карбонильный процесс - формирование карбонила (соединения с окисью углерода) из сырья и последующее образование порошка в ходе нагрева и ожидаемого разложения карбонила. Так получают никелевые, железные, кобальтовые, вольфрамовые и прочие порошки.

Свойства порошков

Металлические порошки на этапах производства получают определенные химические и физические, а также технологические свойства.

В металлических порошках есть азот, водород и другие газы, попавшие в сырье и адсорбированные с поверхности. В электролитических порошках присутствует водород, в карбонильных – примесь кислорода и двуокиси углерода, а в распыленных – газообразные вещества, участвующие в процессе производства. До прессования полученных на производстве порошков из них удаляют избыток газов вакуумированием, чтобы избежать растрескивания готовых изделий при спекании.

Физические свойства

Определяются формой, размерами, плотностью и другими характеристиками. Форма зависит от выбранного способа производства:

карбонильный – сферическая;
восстановительный – губчатая;
измельчение мельницей – осколочная;
вихревое дробление – тарельчатая;
электролиз – дендритная;
распыление – каплевидная.

Размеры частиц варьируются от долей мкм до десятых долей мм. Наиболее широкий диапазон встречается в порошках, сделанных с помощью электролиза, восстановления.

Плотность зависит от дефектов в кристаллической решетке, наличия примесей в закрытых порах. Определяется пикнометром.

Микротвердость определяет способность частиц порошка к деформированию. Показатель зависит от наличия и характера примесей.

Технологические свойства

Определяются текучестью, формуемостью, насыпной плотностью и прессуемостью.

Текучесть указывает на скорость, с которой взятая условно единица объема заполнится порошком. От показателя зависит производительность в ходе прессования.

Прессуемостью называют способность приобретать конкретную плотность на этапе прессования, а формуемостью – возможность сохранять определенную форму.

Формование порошка из металла

Цель процесса – придать порошковым заготовкам планируемые размеры и форму, добиться нужной плотности и механической прочности. Формование охватывает несколько операций:

Отжиг. Повышает пластичность и прессуемость.
Классификация. Суть заключается в разделении порошков по габаритам частиц с помощью проволочных, протирочных сит и воздушных сепараторов.
Создание смеси. Смешивают порошки от разных металлов до однородного состава в смесителях, с помощью шаровых мельниц.
Дозирование. Отделение заданных объемов порошковой смеси. Бывает дозирование по весу и объему.
Формование. Выполняется прессованием (изостатическим и мундштучным, а также динамическим и в прессформе), прокаткой, шпикерным формованием.

Дополнительные операции

Технология производства включает дополнительные операции, направленные на повышение точности и чистоты полученной поверхности, улучшение механических и физико-химических параметров. К дополнительным процессам относят пропитку с помощью жидких металлов и масла, механическую и химико-температурную обработку, нитроцементацию, диффузионное хромирование, калибрование.

Какие изделия выпускает порошковая металлургия

Металлокерамические материалы в ряде областей эффективно заменяют латунь, бризу и другие подшипниковые сплавы с антифрикционными характеристиками. Подшипники скольжения изготавливают из пористого железа и железографита, из бронзографита. Наличие пор позволяет образоваться прочной пленке, что снижает трение и продлевает срок службы деталей.

Фрикционные и антифрикционные, «потеющие» материалы и фильтры входят в группу пористых изделий. Применяются в роли фильтров, электродов. Если в щелочном аккумуляторе используют высокопористые пластины никеля, изделие имеет меньшую массу и размеры по сравнению со стандартным аккумулятором.

Фильтры из нержавейки, стойкие к коррозии, дешевле изделий из чистого никеля. Они нужны в очистке от примесей жидкого литья, а также мартеновского и доменного газа. Пористые материалы используются для защиты авиатранспорта от обледенения, создания местного нагрева и охлаждения перегретых механизмов.

Перспективы развития отрасли

Продукция, полученная с помощью методов порошковой металлургии, за счет своих структурных особенностей отличается термостойкостью, гораздо лучше относится к температурным колебаниям, напряжению. Развитие отрасли тормозится стоимостью порошков, особыми требованиями к среде спекания, сложностью в производстве крупногабаритных заготовок.

Актуальные достоинства и недостатки отрасли – временные факторы, зависящие от развития данной сферы и сопутствующих направлений промышленности. Со временем порошковая металлургия способна завоевать другие области или будет вытеснена. За счет развития плазменного, а также электроннолучевого и дугового плавления, наряду с электроимпульсным нагревом, удается достичь температурных условий, недоступных ранее. Это снизило роль порошковой металлургии в общем производстве. Одновременно технологии нивелировали недостатки технологии – сложности в получении предельно чистых металлов, выпуске особо крупных заготовок.

Развитие и дальнейшее внедрение порошковой металлургии нельзя недооценивать. Япония и США каждый год расширяют отрасль, вкладывая немалые средства. Производство порошковых металлов за 1964-1994 гг. в Японии возросло в 114 раз, в США – в 43,5 раза.

Российская порошковая металлургия представлена Краснопахарским и Уральским заводом, другими предприятиями. Даже в кризис предприятия выжили, расширили производство. Это доказывает пользу и востребованность отрасли. Глобальный прирост населения требует технологий, дающих значимый экономический эффект в условиях массового производства. Поэтому отрасль требует мощных усилий в развитии.

Металлический порошок

Металлический порошок можно получить из различных металлов и сплавов. Область его применения достаточно разнообразна. Он используется для изготовления особо прочных красок, устойчивых к атмосферным воздействиям. Кроме того, металлические порошки востребованы в 3D-печати, а также в производстве металлокерамических изделий.

Примечательно, что получение металлических порошков, по сути, делает их изготовление безотходным, что позволяет говорить о невысокой цене материала. И потому порошковая металлургия представляет собой активно развивающуюся область. Об особенностях такого производства мы поговорим далее.

Химические, физические и технологические свойства металлических порошков

В процессе изготовления металлическим порошкам придают определенный набор химических, физических, технологических характеристик:

Химические свойства

В металлических порошках присутствует азот, водород и другие газы, попавшие в сырье и адсорбированные с поверхности. Если говорить точнее, то в электролитических порошках есть водород, в карбонильных – примесь кислорода и двуокиси углерода, а в распыленных – газообразные вещества, участвующие в процессе производства.

VT-metall предлагает услуги:

Лазерная резка металла Гибка металла Порошковая покраска металла Сварочные работы

Прежде чем подвергнуть готовый порошок прессованию, из него удаляют лишние газы методом вакуумирования. Это необходимо, чтоб защитить будущие изделия от появления трещин в ходе спекания.

Физические свойства

Зависят от формы, размеров, плотности частиц и прочих показателей. Каждой технологии получения металлического порошка свойственна своя форма частиц:

карбонильная технология – сферическая форма;
восстановительная – губчатая;
измельчение мельницей – осколочная;
вихревое дробление – тарельчатая;
электролиз – дендритная;
распыление – каплевидная.

Частицы могут иметь размеры от долей микрометра до десятых долей миллиметра. Наибольший разброс данного показателя встречается в порошках, при производстве которых был использован метод электролиза или восстановления.

На плотность влияют дефекты, присутствующие в кристаллической решетке, примеси в закрытых порах. Данную характеристику оценивают при помощи пикнометра.

Микротвердость определяется наличием и характером примесей. От данного показателя зависит возможность деформирования частиц порошка.

Технологические свойства

Такие характеристики связаны с текучестью, формуемостью, насыпной плотностью, прессуемостью.

Под первой понимают скорость, с которой условная единица объема заполняется порошком. Текучесть влияет на уровень производительности при прессовании.

Прессуемость – это способность металлического порошка приобретать необходимую плотность при прессовании. А благодаря формуемости он сохраняет определенную форму.

Способы изготовления металлических порошков

Все используемые при производстве металлического порошка подходы объединены такими характеристиками:

Экономичность, поскольку в роли сырья выступают отходы металлургической промышленности, например, окалина. Сейчас она задействуется только в данной сфере.
Высокая точность форм – изготавливаемые по этой технологии изделия имеют геометрические формы, которые не требуют последующей доработки. Таким образом удается сократить долю отходов производства.
Высокая износостойкость поверхности, обеспечиваемая мелкозернистой структурой, большой твердостью, прочностью изделий.
Относительно низкий уровень сложности технологий порошковой металлургии.

Применяемые на данный момент методы в данной сфере можно разделить на две категории:

Физико-механические. Предполагают измельчение сырья, благодаря чему удается получить частицы небольших размеров. А именно: на металл оказывают воздействие при помощи различной комбинируемой нагрузки.
Химико-металлургические. Позволяют изменить фазовое состояние сырья. Например, к таким технологиям относится восстановление солей, окислов и иных соединений металлов.

Для изготовления металлического порошка используют такие подходы:

При шаровом способе в шаровой мельнице тщательно дробят металлические обрезки, получая в результате мелкозернистый порошок.
Вихревой способ предполагает использование мельницы другого типа, формирующей сильный воздушный поток. Находящиеся в нем крупные частицы сталкиваются, превращаясь в металлический порошок мелкой фракции.
В основе действия дробилки лежит ударная нагрузка, иными словами, груз большой массы падает на сырье с определенной периодичностью.
Распыление сырья требует доведения металла до жидкого состояния и последующее его распыление под воздействием сжатого воздуха. Получившийся хрупкий состав попадает в специальное оборудование, где перемалывается до порошкообразного состояния.
Электролизом называют восстановление металла из жидкого состава при помощи тока. Поскольку таким образом повышается хрупкость материала, потом его можно быстро перемолоть в дробилках. Готовое зерно имеет дендритную форму.

Некоторые описанные методы активно используются современными предприятиями, например, при производстве металлического порошка для краски, так как отличаются высокой производительностью и эффективностью. Другие предполагают повышение стоимости получаемого сырья, поэтому сегодня практически не используются.

Сферы применения металлического порошка

Изготовление и обработка металлов порошковым способом включает в себя множество технологий, что позволяет производить детали с необходимым составом и характеристиками.

Металлический порошок нашел применения в таких сферах:

Изготовление элементов узлов трения

Металлокерамические изделия имеют пористую структуру, благодаря которой хорошо удерживают смазочные материалы. Поэтому из порошков производят детали, подверженные трению в процессе эксплуатации. А именно: подшипники скольжения, направляющие втулки, вкладыши, щетки электродвигателей.

С пропитанного маслом подшипника смазка попадает на трущиеся поверхности, поэтому подобные подшипники называют самосмазывающимися. Подобные детали из металлического порошка имеют ряд преимуществ:

Экономичность, ведь с их помощью удается снизить расход масла.
Повышенная стойкость к износу.
Экономия на материале, так как в этом случае железо используется вместо дорогостоящей бронзы и баббита.

На производствах могут усиливать пористость металлокерамических деталей, добавляя в их состав графит. А данный материал широко известен своими высокими смазывающими свойствами, поэтому подшипники с увеличенной долей данного компонента используются без дополнительного масла.

Производство композитных материалов

Современная высокотехнологичная техника не может обойтись без изделий из композитных материалов. Стоит пояснить, что композиты превосходят сплавы тем, что обеспечивают прочные соединения разнородных металлических и неметаллических элементов.

При выплавке традиционным способом с использованием металлургических печей невозможно создать растворы, например, вольфрама и меди. Однако с появлением композитных материалов эту проблему удалось решить.

Чтобы добиться необходимого эффекта, компоненты, в том числе металлический порошок, соединяют, придают смеси форму на прессе и спекают.

Получение твердых сплавов

Для этой цели применяют методы металлокерамики. Повышенная твердость обеспечивается посредством добавления в смесь карбидных включений, ведь с ростом доли углерода растет твердость основного металла.

Кроме того, благодаря карбидным соединениям достигается высокая вязкость, но остаются неизменными прочностные характеристики металлического порошка.

Металлокерамические элементы применяются в тех сферах, где основным качеством изделий является высокая износостойкость. Обычно это касается режущего инструмента, твердосплавных матриц, пуансонов для листовой штамповки.

Изготовление изделий из электроконтактных материалов

Электрические контакты, используемые в электронике и радиотехнике, также состоят из металлических, а именно ферромагнитных порошков.

Прочие сферы, в которых применяются порошки

Они отличаются жаростойкостью, поэтому могут использоваться как материал для элементов тормозных систем. При необходимости данное качество металлокерамики повышают, внося в ее состав хром, никель, вольфрам.

В изготовлении большинства магнитных деталей сегодня используется металлический порошок. Благодаря технологии порошковой металлургии удается соединять железо с силикатами.

Также металлокерамические изделия участвуют в фильтрации газов, горючих веществ.

Применение металлических порошков для печати на 3D-принтере

3D-печать металлами позволяет производить изделия практически из любых сплавов, что является главным достоинством этой технологии. Используются не только стандартные металлы, но и широкая номенклатура специальных сплавов.

Речь идет об уникальных высокотехнологичных материалах, которые создаются в соответствии с целями конкретного клиента.

Самым современным и распространенным способом использования металлических порошков в 3Д-принтерах является селективное лазерное плавление (SLM/DMP). В его рамках происходит последовательное послойное сплавление смесей под действием мощного излучения иттербиевого лазера.

Плюсы такого метода 3D-печати:

обеспечение плотности, в 1,5 раза превосходящей аналогичный показатель литья;
возможность изготовления объектов наибольших размеров, имеющих сложные геометрические или другие неповторимые формы в виде закрытых бионических структур;
большой выбор стандартных и специальных металлических сплавов;
меньшее количество циклов производства, благодаря чему сокращаются временные затраты на получение готовой продукции.

Использование металлических порошков позволяет восполнять потребности таких сфер, как:

авиакосмическая индустрия;
машиностроение;
автомобилестроение;
нефтегазовая отрасль;
электроника;
медицина;
пищевая промышленность;
экспериментальные работы и исследовательская деятельность, осуществляемая в конструкторских бюро, научных, учебных центрах.

На предприятиях порошкам для 3D-печати сообщают набор характеристик, необходимых для решения конкретных задач. Это нужно учитывать, если вы хотите купить металлический порошок для 3D-принтера. Поскольку подавляющее большинство металлов можно распылить, сегодня существует огромный выбор материалов для подобной печати.

Почему следует обращаться именно к нам

Мы с уважением относимся ко всем клиентам и одинаково скрупулезно выполняем задания любого объема.

Наши производственные мощности позволяют обрабатывать различные материалы:

цветные металлы;
чугун;
нержавеющую сталь.

При выполнении заказа наши специалисты применяют все известные способы механической обработки металла. Современное оборудование последнего поколения дает возможность добиваться максимального соответствия изначальным чертежам.

Для того чтобы приблизить заготовку к предъявленному заказчиком эскизу, наши специалисты используют универсальное оборудование, предназначенное для ювелирной заточки инструмента для особо сложных операций. В наших производственных цехах металл становится пластичным материалом, из которого можно выполнить любую заготовку.

Преимуществом обращения к нашим специалистам является соблюдение ими ГОСТа и всех технологических нормативов. На каждом этапе работы ведется жесткий контроль качества, поэтому мы гарантируем клиентам добросовестно выполненный продукт.

Благодаря опыту наших мастеров на выходе получается образцовое изделие, отвечающее самым взыскательным требованиям. При этом мы отталкиваемся от мощной материальной базы и ориентируемся на инновационные технологические наработки.

Мы работаем с заказчиками со всех регионов России. Если вы хотите сделать заказ на металлообработку, наши менеджеры готовы выслушать все условия. В случае необходимости клиенту предоставляется бесплатная профильная консультация.

Изделия из металлических порошков

Для производства высококачественных деталей, предназначенных для машиностроения, радиоэлектроники и прочих областей промышленности, используются изделия из металлических порошков. Технология дает возможность формировать заготовки, спекать и окончательно обрабатывать изделия (включая калибровку, доуплотнение, выполнение чистовой механической обработки, термообработки и т. п.). Для готовых деталей, получаемых таким способом, характерны высокая прочность, соответствие заданным размерам и конфигурации. В этой статье подробнее остановимся на качествах металлопорошковых изделий.

Что собой представляет порошковая металлургия и в чем ее плюсы

Порошковая металлургия используется в том случае, когда отсутствует возможность создания нужных деталей или материалов при помощи традиционных методов металлообработки либо металлопорошковый способ производства оказывается экономически более целесообразным. Металлопорошковая технология помогает в создании композиционных материалов, имеющих риботехническое (речь о подшипниках скольжения, фрикционных накладках и дисках), электротехническое (контакты, магнитотвердые и магнитомягкие изделия) и инструментальное (твердые сплавы) назначение, а также конструкционных деталей (втулок, колец, храповиков, шестерней, крышек подшипников, кулачков и др.) и т. п.

Среди преимуществ создания изделий из металлических порошков следует отметить:

Снижение затрат на финальную обработку заготовки. В большинстве случаев изделия из металлических порошков имеют окончательные размеры и не требуют дополнительной механической обработки либо нуждаются в минимальной чистовой отделке, позволяющей добиться высокой точности изделий. Такая технология особо эффективна при создании деталей, имеющих сложную геометрическую форму.
Возможность изготовления деталей, обладающих регулируемой пористостью (фильтров, катализаторов, глушителей шума и пр.).
Возможность создания градиентных и композиционных материалов, получение которых при использовании традиционных технологий невозможно.

Основными сферами, в которых нашли применение изделия из механических порошков, являются автомобильная промышленность (на которую приходится примерно 70 % всего объема продукции), области приборостроения, производство бытовой техники.

В 1999-2000 гг. Европейская Ассоциация порошковой металлургии провела статистические исследования и, проанализировав собранные данные, сделала вывод о том, что изготовление 1 000 тонн изделий из металлических порошков позволяет сэкономить 1 500–2 000 тонн металла, высвободить 50 металлорежущих станков, на 120 000 нормочасов снизить трудоемкость работ, более чем в 1,5 раза повысить производительность труда. Еще одним преимуществом порошковых деталей является их себестоимость, которая в среднем в 2-2,5 раза ниже, чем себестоимость изделий из металлического проката.

В 2000 году металлообрабатывающими предприятиями всего мира (за исключением предприятий стран СНГ) было выпущено более 700 000 тонн изделий из металлических порошков. Расширился ассортимент создаваемых по данной технологии деталей, стало возможным производство из металлокерамики шатунов двигателей, крышек подшипников, колец синхронизаторов КПП, роторомасляных насосов, седел клапанов, кулачков распределительных валов, узлов АКПП и т. п.

Рекомендуем статьи по металлообработке

С развитием этой металлообрабатывающей отрасли повышается качество исходных материалов, благодаря чему улучшается плотность и прочность готовых изделий и материалов; усложняются формы и увеличивается размерная точность деталей; повышаются механические и функциональные характеристики готовой продукции.

Решению поставленных перед отраслью задач способствует создание оборудования, обладающего высокой формовочной точностью и повышенной производительностью, открытие новых технологических процессов производства изделий из металлических порошков.

На сегодняшний день эта отрасль металлообработки позволяет не только экономить ресурсы, но эффективно создавать материалы, обладающие уникальными свойствами, что невозможно при использовании традиционных способов работы с металлами.

Свойства металлических порошков

Технологическая пригодность металлических порошков, как и любых других материалов, определяется их стандартными характеристиками, среди которых:

пикнометрическая плотность, зависящая от химической чистоты и уровня пористости порошка;
насыпная плотность, под которой понимают массу порошка, получаемую при свободном наполнении емкости заданного объема;
текучесть порошков, определяемая в зависимости от скорости наполнения емкости определенного объема (этот параметр имеет существенное значение, поскольку влияет на производительность последующего прессования);
пластичность, под которой понимают свойство порошка принимать и сохранять определенную форму.

Независимо от того, каким способом получен металлический порошок, его дальнейшая обработка выполняется за счет давления и применения специальных пресс-форм.

Форма изделиям из металлических порошков придается при помощи прессования с использованием пресс-форм, прокатки и шликерной формовки.

Технология шликерной формовки аналогична формовочному литью, с ее помощью изготавливают втулки, оси, штуцеры, валики и др.

Технологический процесс производства металлических порошков

Прежде чем приступить к производству металлокерамических деталей, необходимо изготовить порошки. Различия во фракциях и размерах готовых измельченных частиц обусловлено разными способами производства.

Методы получения порошков делятся на две большие группы:

В основе физико-механических методов изготовления металлических порошков лежит измельчение твердых или жидких частиц металла механическим способом. Эта группа технологий сочетает в себе обработку за счет статических и ударных нагрузок.
При использовании химико-металлургических методов изменяют фазовое состояние исходного материала. Модификация достигается за счет восстановления окислов и солей, электролиза, термической диссоциации карбонильных соединений.

Получение металлических порошков возможно одним из следующих способов:

Шаровым. При этом происходит дробление и перетирание металлических обрезков и стружки при помощи шаровой мельницы.
Вихревым. В этом случае в специальных мельницах насосами нагнетается воздушный поток, под воздействием которого металлические частицы сталкиваются друг с другом. Зерна готового порошка имеют блюдцеобразную форму. Качество готового материала весьма высокое.
При помощи специальных дробилок, измельчающих частицы металла за счет ударного воздействия падающего груза.
Распылением. Этот способ подходит для работы с легкоплавкими металлами. Жидкий сплав распыляют за счет потока сжатого воздуха, а затем измельчают при помощи быстровращающегося диска.
Электролизом. Для восстановления металла используется электрический ток. В результате хрупкость металла повышается, что позволяет измельчать его в мельнице до порошкообразного состояния. Готовые зерна имеют дендритную форму.

1. Физико-механические методы.

Для получения порошка с нужными фракциями используются центробежные мельницы.

Промежуточным этапом является первичное измельчение, для которого используются конусные и валковые дробилки, позволяющие измельчить металл до частиц размером не более 1 см.

В зависимости от используемой технологии процесс занимает от одного часа до трех-четырех суток. При необходимости ускорения производства прибегают к помощи вибрационных мельниц.

Процесс измельчения при помощи таких мельниц отличается большей интенсивностью, поскольку прилагаются режущие усилия, а также создается переменное напряжение. Размер получаемых зерен варьируется от 0,009 до 1 мм.

Повышению производительности процесса измельчения металлических частиц способствует жидкостное воздействие, благодаря которому металл не распыляется. При этом объем используемой жидкости составляет около 40 % от массы обрабатываемого вещества.

Твердосплавные частицы измельчаются при помощи центробежных мельниц. К недостаткам этого типа мельниц относится периодичность работы.

При помощи физико-механических методов нельзя измельчать высокопластичные цветные металлы. Для работы с пластичными материалами используются вихревые мельницы, измельчающие частицы за счет ударов друг о друга.

2. Химико-металлургические методы.

Наиболее распространенным способом изготовления металлических порошков является восстановление железа, выполняемое при помощи рудных окислов или окалины, которая является продуктом горячей прокатки. При этом важное значение имеет количество газообразных соединений в порошке.

Если их количество будет выше допустимой нормы, то готовый порошок будет излишне хрупким, что не позволит его в дальнейшем прессовать. Если превышение нормы все же произошло, излишняя часть газов удаляется при помощи вакуумной обработки.

Наиболее простым и дешевым способом является тот, в основе которого лежат распыление и грануляция. Для измельчения металла используются струи расплава либо инертного газа, распыляемые при помощи форсунок. Температуру и давление газового потока можно регулировать, для охлаждения используется вода.

Медные порошки с высокой степенью чистоты чаще всего получают за счет электролиза.

Какие изделия производят из металлических порошков

Технологические методы, позволяющие получать порошки, весьма многочисленны и разнообразны. Благодаря этому возможно изготовление изделий из металлических порошков, обладающих нужными свойствами и составом.

Технология порошковой металлургии дает возможность создавать новейшие композитные материалы, которые невозможно произвести иными способами. Порошковое покрытие металлических изделий позволяет экономно использовать материалы из-за их более низкого расходного коэффициента.

Без изделий из металлокерамических порошков сегодня не обходятся такие сферы промышленности, как приборо- и машиностроение, радиоэлектроника, изготовление инструментов, включая сверла, резцы.

На сегодняшний день изготовление металлопорошковых изделий автоматизировано, в связи с этим не требуется наличия на предприятии высококвалифицированных кадров. Эти факторы снижают себестоимость готовых металлических изделий.

Если пористость порошков находится в пределах нормы, то их коррозионная стойкость аналогична этому показателю у деталей, произведенных традиционными способами.

Изделия, изготовленные из металлических порошков, устойчивы к резким перепадам температур, что обуславливает сферу их использования.

Благодаря пористой структуре изделия из металлических порошков хорошо удерживают смазку.

Именно поэтому металлопорошковые материалы используются для производства деталей, подвергающихся повышенному трению в процессе эксплуатации (подшипников скольжения, направляющих втулок, вкладышей, щеток электродвигателей).

Поскольку порошковые подшипники имеют пористую структуру, их можно пропитать смазочными материалами. В дальнейшем смазка начнет выходить на поверхность подшипника и перейдет на соприкасающиеся детали. Подобные подшипники называют самосмазывающимися.

Они обладают следующими преимуществами:

экономичностью (снижают расход смазки);
износостойкостью;
экономией на материалах (железо используется вместо дорогой бронзы и баббита).

Пористость изделий в процессе их изготовления можно усиливать путем добавления в металлические порошки графита, характеризующегося отличными смазывающими качествами. Подшипникам, в которых содержится высокий процент графита, смазка не требуется вовсе.

Высокотехнологичные машины и аппаратура комплектуются деталями и элементами, изготовленными из композитных материалов. Развитие высоких технологий повлекло за собой активное развитие металлопорошкового производства. В отличие от сплавов, композитные материалы могут состоять из различных компонентов, как металлических, так и неметаллических.

При помощи традиционных способов металлообработки, к примеру, плавления в металлургических печах, нельзя получить соединения вольфрама и меди. Производство компонентных материалов помогает решить эту проблему.

Для того чтобы изготовить композитные материалы, нужные компоненты просто смешивают друг с другом, затем придают им необходимую форму при помощи пресса, после чего спекают.

Среди композитных материалов можно также отметить ядерное топливо.

Благодаря современным технологиям можно получать твердосплавные изделия за счет добавления в их состав карбидных включений. Не секрет, что чем выше содержание в металле углерода, тем более твердым он является.

Карбид повышает вязкость порошков, при этом не отражаясь на его прочностных характеристиках. Металлокерамические детали отличаются повышенной износостойкостью, поэтому именно из них изготавливают режущие инструменты, твердосплавные матрицы и пуансоны, при помощи которых выполняется листовая штамповка металлов.

Металлические ферромагнитные порошки используются также для создания электроконтактных материалов, т. е. электрических контактов, без которых невозможен выпуск электронных и радиотехнических деталей.

Возможно использование металлических порошков и в других сферах.

Благодаря устойчивости к воздействию высоких температур, порошки оптимальны для производства различных тормозных механизмов. Для повышения жаростойких качеств в металлокерамику добавляют хром, никель и вольфрам.

Для производства абсолютного большинства современных магнитных изделий используются порошки из металла. За счет инновационных технологий железо можно соединять с разного рода силикатами.

Изделия из металлических порошков применяются для создания фильтрующих устройств для газов и горючих веществ.

Металлический порошок: производство, виды, сферы использования

Металлический порошок – это продукт порошковой металлургии, который необходим для изготовления некоторых деталей или формирования защитных покрытий. Несмотря на то что эта отрасль появилась еще в начале XX века, она продолжает развиваться и применять современные технологии.

Качество металлического порошка определяют его свойства и процесс изготовления. В нашей статье мы расскажем, как производят порошки из металла, какие требования к ним предъявляют, и поговорим о сфере применения этого материала.

Основные свойства металлического порошка

При изготовлении порошков из металла их наделяют определенными физическими, химическими и технологическими свойствами.

В составе металлических порошков всегда есть газы (водород, азот и др.), которые, абсорбируясь с поверхности, попадают в сырье. В электролитических порошках присутствует водород, в карбонильных — смесь диоксида углерода с кислородом, в распыленных — газообразные продукты, выделяемые при производстве.

Готовые порошки прессуют, но перед этим из них удаляют излишки газов путем вакуумирования. Если этого не сделать, то в дальнейшем в изделиях при спекании будут образовываться трещины.

Определяются размерами, формой, плотностью частиц и другими параметрами. Для каждого способа производства металлического порошка характерна определенная их форма:

при карбонильной технологии – круглая;
при восстановительной – губчатая;
при дроблении мельницей – осколочная;
при вихревом измельчении – тарельчатая;
при распылении – каплевидная;
при электролизе – дендритная.

Размеры частиц порошка могут быть от долей микрометра до десятых долей миллиметра. Наибольшей разнокалиберностью отличаются порошки, произведенные по восстановительной методике или электролизом.

Плотность материала определяют с помощью специального прибора — пикнометра. Она зависит от наличия дефектов кристаллической решетки и от примесей, которые могут встречаться в закрытых порах.

В порошке могут находиться различные добавки, характеристики которых определяют микротвердость материала. В прямой зависимости от этого показателя находится степень возможного деформирования частиц порошка.

Наиболее важными свойствами являются насыпная плотность, текучесть, прессуемость и формуемость материала.

Текучесть — это скорость, при которой порошок заполняет условную единицу объема. От этого свойства зависит производительность при прессовании.

Когда порошок прессуют, он приобретает определенную плотность. Это свойство и называют прессуемостью. Формуемость — способность порошка сохранять заданную форму.

Плюсы и минусы порошка из металла

Способ получения деталей из металлического порошка очень популярен, поскольку имеет массу преимуществ, например:

невысокая стоимость изделий;
отличные физико-механические свойства;
возможность изготавливать крупные детали со сложными поверхностями;

Однако применение порошков в металлургии имеет и недостатки:

Структура материала имеет относительно небольшую плотность.
Материал не отличается высокой прочностью.
Если технология производства нарушена, то изделия получаются невысокого качества.
Необходимо использование специального оборудования.

В настоящее время производство деталей из металлического порошка очень распространено в различных отраслях. Идет работа над улучшением качества изделий.

Методы получения металлического порошка

Методики получения разных видов металлического порошка отличаются большим разнообразием, поэтому и изделия из них имеют широкий разброс по свойствам и стоимости. Выделяется два основных вида производства:

Физико-механический (сырье перерабатывают методом помола, резки, направленного распыления, а также дробления на фракции и грануляции). Химический состав при этом остается без изменений.
Химико-металлургический (материал подвергают восстановлению оксидами, а также процедурам электролиза и термической диссоциации). Химический состав и агрегатное состояние сырья становятся другими.

Подробнее разберем нюансы указанных технологий.

Физико-механическая обработка сырья

Размеры частиц металлических порошков зависят от степени измельчения твердого сырья, то есть его разрушения путем истирания, дробления и размола.

Механическое измельчение — удобный и экономически выгодный способ обработки хрупких материалов, таких как сурьма, марганец, хром. В случае вязких металлов, например меди, сырье представляет собой стружки, обрезки и прочие отходы.

Сырье сжимают и подвергают ударной нагрузке. Если необходимо тонко измельчить материал, то его срезают слоями. Грубое измельчение производится с помощью дробилок — конусных, щековых, валковых. Финишная обработка происходит в различных мельницах: вибрационных, центробежных, вихревых и др.

Жидкие металлы измельчают методами распыления и грануляции. Это довольно простой способ изготовления порошков из железа и легкоплавких металлов, таких как медь, алюминий, цинк, свинец. Расплавленная струя металла дробится с помощью целенаправленного распыления, обработки жидкостью или энергонасыщенным газом. Еще один способ — сливание расплавленного металла в воду или иную жидкость. Распыленные частицы имеют разную форму — шаровидную, каплевидную и др.

Восстановление посредством химико-металлургических технологий

Сырье, имеющее в составе неметаллические компоненты (остатки солей, кислород, хлор), соединяют с восстановителем, например, углеродом, водородом, кадмием. В результате металл восстанавливается из оксидов.

При получении порошка из меди, никеля и кобальта в качестве сырья применяют различные их оксиды и окалину от проката. Восстановительный процесс занимает около 3 часов и проходит в муфельных и трубчатых печах с использованием газов: водорода, аммиака после диссоциации, специально подготовленного природного газа. В результате металл приобретает губчатую структуру, и его легко растереть в порошок.

Электролиз — выгодный способ получения медного порошка высокой чистоты. Водный раствор или расплавленную соль меди подвергают воздействию электротока. В итоге на катодном элементе оседают металлические частицы различных форм и размеров. Габариты этих частиц зависят от плотности электрического тока, а также наличия в сырье коллоидов и поверхностно-активных веществ.

Порошки из железа, никеля, вольфрама, кобальта и некоторых других металлов изготавливают карбонильным методом. Из сырья получают соединения с оксидом углерода — карбонилы, которые разлагаются при нагревании.

Формование металлического порошка

Формование необходимо для придания заготовкам из порошков нужной формы и размера, а также обеспечения необходимых плотности и механической прочности. Процедура включает несколько операций:

Отжиг, благодаря которому материал становится более пластичным и лучше прессуется.
Классификация. С помощью воздушных сепараторов, а также различных сит частицы порошка разделяют по размерам.
Получение смеси. Различные металлические порошки соединяют в смесителях или шаровых мельницах и создают однородные составы.
Дозирование. В зависимости от массы или объема отделяют порции порошковой смеси.
Непосредственно формование. Порошки прессуют в пресс-форме либо одним из способов: динамическим, мундштучным, изостатическим. Также применяют прокатку или шликерное формование.

При производстве изделий их металлических порошков с целью улучшения их физико-химических и механических показателей, а также увеличения точности и чистоты поверхности осуществляют дополнительные манипуляции. К их числу относятся пропитка маслами и жидкими металлами, нитроцементация, калибрование, диффузионное хромирование, механическое воздействие, термическая и химическая обработка.

В зависимости от способа изготовления и свойств металлических порошков из них можно изготавливать детали различного назначения и необходимых параметров.

Благодаря технологии порошковой металлургии специалисты получают современные композитные материалы, изготовление которых с помощью других методик невозможно. Применение металлических порошков при создании элементов различных механизмов и машин экономически очень выгодно, поскольку расход материала при этом минимален.

Изделия из металлокерамики широко используются в радиоэлектронике, приборо- и машиностроении. С помощью порошковой металлургии можно изготавливать сверла, режущие инструменты и др.

Процесс получения деталей из порошков металла в значительной мере автоматизирован. Технологические операции довольно просты, поэтому к этой работе можно привлекать сотрудников не самой высокой квалификации. Все это обеспечивают низкую себестоимость изделий из металлических порошков.

Порошки нормируются по пористости: если этот показатель не превышен, то изделия обладают хорошей стойкостью к коррозии, особенно когда они созданы стандартным способом.

Как правило, детали, произведенные из металлического порошка, выдерживают большие перепады температуры, поэтому их можно использовать при работе в подобных условиях.

Детали узлов трения

Поскольку структура изделий из металлокерамики имеет высокую пористость, на них могут хорошо удерживаться смазочные материалы.

Благодаря этой способности из порошков можно изготавливать детали, подвергающиеся трению, такие как щетки электродвигателей, подшипники скольжения, направляющие втулки и т. д.

Подшипники, выполненные по порошковой технологии, имеют пористую поверхность, поэтому очень хорошо пропитываются маслами, которые затем попадают на трущиеся элементы оборудования. Эти подшипники называют самосмазывающимися.

Они имеют несколько преимуществ над обычными:

экономичность – расход смазочных материалов снижен;
стойкость к износу;
экономия на материале. Вместо дорогих бронзы и баббита используют железо.

Положительный эффект от пористости изделий из металлокерамики можно усилить, добавив при производстве графит — материал с высокой смазывающей способностью. Подшипники из обогащенного графитом материала не нужно дополнительно смазывать.

Композитные материалы

Порошковая металлургия стала активно развиваться с появлением сложной техники, некоторые детали которой нужно изготавливать из композитов. От обычных сплавов композитные материалы отличаются тем, что сырьем для них служат не только металлы, но и неметаллические включения.

С помощью стандартной выплавки в печах нет возможности создать сплав, например, состоящий из меди и вольфрама. С появлением композитных материалов эта проблема была снята.

Нужный результат получается после смешивания необходимых компонентов, формования заготовки и последующего ее спекания.

Ядерное топливо — по сути, тоже композит.

Твердые сплавы

Твердосплавные детали изготавливают с использованием металлокерамики. Твердость изделий обеспечивается за счет добавления карбидов. Чем больше углерода содержится в металле, тем он тверже.

Также карбидные соединения обеспечивают высокую вязкость металла, при этом порошок не теряет прочность. Детали из металлокерамики применяют там, где требуется их высокая стойкость к изнашиванию. Как правило, это элементы станков для производства листового металла или режущий инструмент.

Контактные материалы

Напыление металлических порошков активно используется в радиотехнике и электронике. С помощью этой технологии производят такие важные элементы, как электрические контакты. Для этой цели подходят ферромагнитные порошки.

Другие сферы применения порошков

Металлические порошки отличаются высокой жаростойкостью, поэтому их используют в тормозных системах. Можно усилить эти свойства, добавив никелевые, хромовые и вольфрамовые присадки.

Благодаря порошковой металлургии есть возможность создавать соединения железа с силикатами. Также металлический порошок является основным компонентом при производстве магнитных деталей.

Изделия из металлокерамики нашли применение в фильтрах для газов и горючих веществ.

Порошковая металлургия — очень перспективная отрасль. Основные задачи сейчас — улучшение качества продукции и уменьшение ее себестоимости. Со временем это позволит изделиям из металлических порошков успешно конкурировать с деталями, произведенными по передовым технологиям.

Читайте также: