HomeЦветные металлы и сплавы › Методы изготовления металлокерамических изделий

Методы изготовления металлокерамических изделий

Методы изготовления металлокерамических изделийТехнологический процесс изготовления металлокерамических изделий состоит из следующих основных операций:

1) изготовление порошков металлов;

 

2) составление смеси порошков;

 

3) прессование изделий из порошковых металлов при атмосферной температуре;

 

4) спекание изделий.

 

Изготовление порошков — наиболее трудоемкая и дорогая операция процесса. В практике применяются различные механические, физико-химические и химические методы получения порошков металлов. В настоящее время тем или иным способом можно любой металл превратить в порошок. Главнейшим механическим методом является размол в обычных шаровых или специальных вихревых мельницах.

 

В некоторых случаях (Zn, Al, Pb) размолу в мельницах предшествует предварительное размельчение путем пропускания жидкого металла через сито, расположенное на некоторой высоте от поверхности металлоприемника, наполненного водой.

 

Легкоплавкие металлы (Zn, Al, Cd, Sn, Pb) иногда раздробляются в порошок распылением расплавленного металла струей воздуха или пара в приемном туннеле. Некоторые металлы для их распыления превращают в. пар (например, с помощью электрической дуги), и затем пар конденсируют.

 

Среди физико-химических методов основным является электролитическое осаждение металлов из раствора. При этом подбираются электрический режим и состав ванны, обеспечивающие, в противоположность условиям при обычных гальванических покрытиях, выделение металла в виде хрупкого или губчатого осадка, легко превращаемого в порошок.

 

Но большинство порошков получается химическими методами. Важнейший химический метод получения порошков (в частности, железных, вольфрамовых, никелевых, кобальтовых) — восстановление окислов металла водородом. Этот процесс схематически может быть представлен следующим выражением:

МехОу -f z/H2 = хМе + г/Н20.

 

Получающийся при этом металл легко размалывается в порошок с необходимой величиной частиц. В ряде случаев восстановленный металл получает форму пригодного к непосредственному употреблению порошка, например, при восстановлении некоторых металлов из окислов углеродом.

 

В настоящее время разрабатываются также химические методы получения порошков металлов непосредственно из их руд. В производстве металлокерамических твердых сплавов основным материалом являются порошки карбидов. Наибольшее значение имеют порошки карбидов W и Ti.

 

Технические требования, предъявляемые к порошкам, в основном сводятся к регламентированию их химического состава (в частности, содержания окислов) и физического состояния. Порошки, содержащие более 4% окислов, не применяются потому, что присутствие окислов вредно отражается на прочности металлокерамических изделий, особенно когда окислы порошков заключены внутри частиц порошка и, следовательно, они не разрушаются на всех последующих операциях производства металлокерамических изделий.

 

В противоположность этому, поверхностные окислы разрушаются в процессе прессования и затем восстанавливаются при спекании, производящемся обычно в восстановительной атмосфере. Поэтому поверхностные окислы порошка менее опасны.

 

Требования в отношении физического состояния порошков сводятся к установлению размеров частиц. В практике применяются порошки максимальным размером частиц порядка 70 мк, причем около 30-50% частиц имеют размер, не превышающий 40 мк.

 

В дальнейшем порошковая шихта засыпается в соответствующие пресс-формы и прессуется на специально оборудованных прессах механического или гидравлического действия при давлении от 0,5 до 20 т/см2, давая усадку от 20 до 80% первоначального насыпного объема. В результате прессования происходят важнейшие изменения во взаимодействии частиц порошка.

 

Порошковый металл имеет- чрезвычайно развитую поверхность. Однако форма отдельных частиц порошка весьма различна, и поверхность фактического соприкосновения отдельных частиц порошка между собой у непрессованных порошков составляет ничтожную долю, обычно меньше тысячной доли процента общей поверхности частиц.

 

Между тем, поверхность фактического соприкосновения (или, точнее, контактная поверхность), определяемая величиной участков соприкасающихся частиц, разделенных промежутками, размеры которых не превышают радиус действия атомных сил, обусловливает прочность сцепления частиц.

 

В обычных сплошных металлах контактная поверхность между зернами равняется почти всей их поверхности. Последнее и определяет высокую прочность связи между зернами этих металлов. В насыпных порошках контактная поверхность ничтожно мала, поэтому связь между частицами порошков Соответственно крайне слабая.

 

При прессовании порошков происходит резкое увеличение их контактной поверхности, в результате чего возникают значительные силы взаимного сцепления частиц, что и определяет высокую прочность спрессованных из порошков изделий.

 

Наряду с увеличением контактной поверхности при больших давлениях происходит наклеп частиц порошков. Одновременно прессование вызывает уменьшение между частичной и внутричастичной пористости. В дальнейшем спрессованные изделия подвергаются спеканию при температурах ниже точки их плавления. Продолжительность спекания обычно не превосходит 1-2 час.

 

Спекание производится в специальных печах с защитной атмосферой. В качестве защитного газа обычно применяется водород, иногда генераторный, светильный газ или диссоциирующий при температурах спекания аммиак.

 

Если спекание происходит в восстановительных средах, то поверхностные окислы частиц порошка- восстанавливаются. Одновременно при спекании в поверхностных слоях протекают физические и физико-химические процессы.

 

Под влиянием сил взаимного притяжения, действующих в условиях возросшей подвижности атомов (вследствие нагревания), при спекании наблюдается пёремейение, как бы стягивание, частиц металла к местам контакта. В результате этого процесса контактная поверхность возрастает. Одновременно происходит ее увеличение за счет явлений, связанных с рекристаллизацией наклепанных частиц.

 

Увеличение контактной поверхности при спекании повышает прочность сцепления частиц спекаемого металла. При спекании многокомпонентных систем, в связи с интенсификацией диффузионных процессов, в пограничных слоях частиц металла образуются сплавы, что способствует дальнейшему увеличению прочности сцепления.

 

Спекание обычно сопровождается усадкой порядка 0,5-0,4% от первоначального объема, что является результатом увеличения контактной поверхности. Процессом спекания заканчивается основной технологический цикл изготовления металлокерамических изделий.

 

Весьма часто, однако, для обеспечения точных размеров изделий, после спекания производится их допрессозка в калиброванных штампах. Допрессовка заметно улучшает механические свойства изделий.

 

В последнее время начинаю! применять горячее прессование, которое сочетает операции холодного прессования со спеканием. Установлено, что •механические свойства горячепрессованных изделий значительно выше, чем изделий, изготовленных путем холодного прессования и последующего спекания.

Наряду с горячим прессованием иногда применяется процесс горячей штамповки или чеканки. В этом случае первоначально прессуют изделие «нахолоду» в форму,-грубо приближающуюся к готовому изделию, затем подвергают его спеканию, посте чего в горячем виде обжимают в штампах, имеющих заданные размеры изделия.

Article Global Facebook Twitter Myspace Friendfeed Technorati del.icio.us Digg Google StumbleUpon Eli Pets

Comments are closed.