Свойства металлических порошков

Металлические порошки характеризуются химическими, физическими и технологиче­скими свойствами. Химические свойства металлического порошка зависят от химического состава, который зависит от метода получения порошка и химического состава исходных мате­риалов. Содержание основного металла в порошках составляет 98 - 99%. Допустимое количе­стве примесей в порошке определяется допустимым их количеством в готовой продукции. Ис­ключение сделано для окислов железа, меди, никеля, вольфрама, которые при нагреве в при­сутствии восстановления легко образуют активные атомы металла, улучшающие спекаемость порошков. В металлических порошках содержится значительное количество газов (кислород, водород, азот), как адсорбированных на поверхности, так и попавших внутрь частиц в процессе изготовления или при последующей обработке, газовые пленки на поверхности частиц по­рошка образуются самопроизвольно из-за ненасыщенности полей силовых в поверхностных слоях. С уменьшением частиц порошка увеличивается адсорбция газов этими частицами.

При восстановлении химических соединений часть газов - восстановителей и газообраз­ных продуктов реакции не успевает выйти наружу и находится либо в растворенном состоянии, либо в виде пузырей. Электролитические порошки содержат водород, выделяющийся на катоде одновременно с осаждением на нем металла. В карбонильных порошках присутствуют раство­ренные кислород, окись и двуокись углерода, а в распыленных порошках - газы, механически захваченные внутрь частиц.

Большое количество газов увеличивает хрупкость порошков и затрудняет прессование. Интенсивное выделение газов из спрессованной заготовки при спекании может привести к растрескиванию изделий. Поэтому перед прессованием или в его процессе применяют вакуу-мирование порошка, обеспечивающее удаление значительного количества газов.

При работе с порошками учитывают их токсичность и пирофорность. Практически все порошки оказывают вредное воздействие на организм человека. Пирофорность, т.е. способ­ность к самовозгоранию при соприкосновении с воздухом, может привести к воспламенению порошка и даже к взрыву. Поэтому при работе с порошками строго соблюдают специальные меры безопасности.

Физические свойства частиц характеризуют: форма, размерь: и гранулометрический со­став, удельная поверхность, плотность и микротвердость.

Форма частиц. В зависимости от метода изготовления порошка получают соответст­вующую форму частиц: сферическая - при карбонильном способе в распылении, губчатая - при восстановлении, осколочная - при измельчении в шаровых мельницах, тарельчатая при вихре­вом измельчении, дендритная - при электролизе, каплевидная - при распылении. Эта форма частиц может несколько изменяться при последующей обработке порошка (размол, отжиг, гра­нуляция). Контроль формы частиц выполняют на микроскопе. Форма частиц значительно влияет на плотность, прочность и однородность свойств прессованного изделия.

Размер частиц и гранулометрический состав. Значительная часть порошков представ­ляет собой смесь частиц порошка размером от долей микрометра до десятых долей миллимет­ра. Самый широкий диапазон размеров частиц у порошков полученных восстановлением и электролизом. Количественное соотношение объемов частиц различных размеров к общему объему порошка называют гранулометрическим составом.

Удельная поверхность - это сумма наружных поверхностей всех частиц, имеющихся в единице объема или массы порошка. Для металлических порошков характерна величина удель­ной поверхности от 0.01 до 1 м кв/г (у отдельных порошков -4м кв/г у вольфрама, 20 м кв/г у карбонильного никеля). Удельная поверхность порошка зависит от метода получения его и значительно влияет на прессование и спекание.

Плотность. Действительная плотность порошковой частицы, носящая название пикнометрической, в значительной мере зависит от наличия примесей закрытых пор, дефектов кри­сталлической решетки и других причин и отличается от теоретической. Плотность определяют в приборе - пикнометре, представляющем собой колбочку определенного объема и заполняе­мую сначала на 2/3 объема порошком и после взвешивания дозаполняют жидкостью, смачи­вающей порошок и химически инертной к нему. Затем снова взвешивают порошок с жидко­стью. И по результатам взвешиваний находят массу порошка в жидкости и занимаемый им объем. Деление массы на объем позволяет вычислить пикнометрическую плотность порошка. Наибольшее отклонение плотности порошковых частиц от теоретической плотности наблюда­ют у восстановленных порошков из-за наличия остаточных окислов, микропор, полостей.

Микротвердость порошковой частицы характеризует ее способность к деформирова­нию. Способность к деформированию в значительной степени зависит от содержания примесей в порошковой частице и дефектов кристаллической решетки. Для измерения микротвердости в шлифованную поверхность частицы вдавливают алмазную пирамиду с углом при вершине 136° под действием нагрузки порядка 0,5 - 200 г. Измерение выполняют на приборах для изме­рения микротвердости ПМТ-2 и ПМТ-3.