Физические свойства. К физическим свойствам порошков относятся: форма частиц, их размер, удельная поверхность, плотность, микротвердость. Фракция это совокупность частиц в определенном диапазоне размеров. Гранулометрический состав- содержание фракций частиц (%) по отношению к общему количеству. Гранулометрический состав определяют ситовым, седиментационным, микроскопическим и другими методами. Ситовый анализ проводят механическим разделением навески порошка 100г при насыпной плотности более 1,5 г/см³ и 50г при меньшем значении через требуемый набор сит, располагаемых одно над другим. Порошок перед рассевом просушивают.
Частицы имеют неправильную геометрическую форму, их взаимоориентировка случайна, поэтому размер для расчета определяют в одном каким- либо направлении, независимо от их расположения. Удельная поверхность представляет собой суммарную поверхность всех частиц, составляющих единицу их массы или объема. Плотность частицы порошка-отношение ее массы к занимаемому объему. Микротвердость позволяет косвенно оценить способность частиц порошка к деформированию, что нельзя сделать, как для обычных материалов, по механическим свойствам, поскольку последние не определяются для дискретных тел.
Адсорбционные методы делятся на статические и динамические. Во первых измерения производят по достижении равновесия газ - твердое тело, во - вторых при непрерывном течении газа. Метод ртутной порометрии обычно используется для измерения Ѕw когда ртуть не смачивает исследуемый порошок. Сущность метода заключается во вдавливании ртути в поры при определенном давлении,
Технологические свойства. Это угол естественного откоса, насыпную плотность, плотность утряски, текучесть, уплотняемость, прессуемость и формируемость. Формируемость порошка в основном зависит от формы, размера и состояния поверхности частиц. Аутогезия зависит от природы частиц, их размеров, состояния поверхности, параметров среды, в которой они находятся. Угол естественного откоса α образуется поверхностью конуса свободно насыпанного порошка и горизонтальной плоскостью в его основании. Таким образом, угол естественного откоса α является также и углом трения. Насыпной объем – величина, обратная насыпной плотности. Плотность утряски γутр - это отношение порошка к объему после утряски его по определенной программе. Текучесть порошка, то есть его способность перемещаться под действием силы тяжести, оценивается временем истечения ( τ‚с ) навески 50г через калиброванное отверстие диаметром 2,5 мм. Уплотняемость порошков показывает их способность к уменьшению занимаемого объема под воздействием давления или вибрации. Прессуемость порошка оценивают его способностью образовывать под давлением тело, имеющее заданные размеры, форму и плотность. Формуемость порошка оценивают его способностью сохранять приданную форму в заданном интервале значений пористости. Формуемость порошка в основном зависит от формы, размера и состояния поверхности частиц. Эффекты, возникающие при действии периодических сил на дисперсную среду, можно объединить в следующие группы:
1. Изменение поведения нелинейных механических систем: появление новых положений равновесия и видов движения, смена характера положений равновесия, изменение собственных частот малых колебаний.
2. Эффекты перемещения и увода: сепарация частиц материла по свойствам, возникновение медленных потоков дисперсных сред, дрейф и локализация частиц в неоднородных полях периодических сил и взаимные микросмещения.
3. Изменение под действием периодических сил реологических свойств дисперсных систем: кажущиеся превращения сухого трения в вязкое, снижение коэффициента сухого трения, кажущиеся изменения коэффициента вязкости и многие другие.
4. Возникновение интенсивного механического взаимодействия между частицами и объемами многокомпонентных систем: разрыхление дисперсной среды.
2.Метод получения порошков.
Общая характеристика методов получения порошков и их классификация.
Порошки- исходное сырье ПМ- не являются в большинстве случаев материалами, встречающимися в природе в свободном состоянии, а представляют собой вторичный продукт, на свойства которого влияет способ изготовления, поэтому теоретические основы их получения занимают важное место в процессах ПМ.
Физические основы измельчения материалов. Механическим измельчением можно превратить в порошок практически любой металл или сплав. Оно широко используется в ПМ. Под измельчением понимают уменьшение начального размера твердого тела путем разрушения его под действием внешних усилий, преодолевающих внутренние силы сцепления. В момент разрушения напряжения в деформируемом теле превышает некоторое предельное значение. Согласно теории дробления, предложенной П.А.Ребиндером, работа Εизм , затрачиваемая на измельчение: в общем случае яляется суммой двух энергий: энергии, затрачиваемой на образование новых поверхностей dWs и энергии, расходуемой на деформацию объема dWν .
При крупном дроблении величина вновь образующейся поверхности невелика.
Практика измельчения, обработка резанием. Специальное получение стружки или опилок для последующего изготовления из них изделий невыгодно и поэтому на практике его применяют крайне редко. Резание металла – сложный процесс взаимодействия режущего инструмента и заготовки, сопровождающийся рядом физических явлений. В срезаемом слое возникают вначале упругие, затем пластические деформации, приводящие к сдвигу и разрушению, то есть скалыванию элементарного объема металла под углом θ к направлению подачи и образованию стружки. Тип стружки зависит от свойств обрабатываемого материала. При обработке хрупких металлов образуется элементная стружка (надлома). На тип стружки влияет подача и скорость резания. При резании большинства углеродистых и легированных сталей по мере увеличения скорости резания стружка из элементной становится суставной затем сливной. Непосредственно после изготовления деталей может быть использована только стружка надлома. Известны примеры такого использования чугунной стружки. Специально для нужд ПМ получают стружку химически активных металлов. Получение магниевого порошка на кратцмашинах царапанием компактного магния стальными щетками.
Измельчение в шаровых вращающихся, вибрационных и планетарных мельницах. Измельчение в шаровых вращающихся мельницах может быть самостоятельным способом превращения материала в порошок или дополнительной операцией при других способах получения порошков. В шаровой мельнице материал истирается между внутренней поверхностью барабана и внешней – шарового сегмента, между шарами или дробится ударами. Измельчение в шаровых вибрационных мельницах обеспечивает быстрое и тонкое измельчение таких материалов, как карбиды титана, вольфрама, кремния, хрома, бора, ванадия. Измельчение в вихревых мельницах применяется для пластичных металлов. Оно происходит за счет ударных и истирающих усилий, возникающих при соударении непосредственно измельчаемых частиц. Струйные мельницы отличаются тем, что энергоносителем в них является газ или перегретый пар поступающий из сопел со сверхзвуковой скоростью. Мельницы обеспечивают тонкое измельчение частиц до размеров 1-5 мкм.Измельчение в планетарных центробежных мельницах (ПЦМ) обеспечивает тонкое измельчение трудноразмалываемых материаловэффективнее, чем в мельницах других типов. В гироскопических мельницах барабан вращается одновременно вокруг горизонтальной и вертикальной осей, движение шаров осуществляется аналогично ПЦМ.
Измельчение ультразвуком. Измельчение ультразвуком производят в среде, где распространяются упругие волны, образующиеся при периодическом чередовании сжатия и разрежения этой среды с частотой свыше 16000 Гц В жидкой среде возникает кавитация, то есть разрывы из- за действия на жидкость растягивающих усилий. Диспергирование ведут в воде, спирте, ацетоне. Генерирование ультразвуковых колебаний производится с использованием магнитострикции и обратного пьезокварцевого эффекта.
Диспергирование расплавов. Эти методы квалифицируются по трем признакам.
● вид энергии, используемой для создания расплава: электрическая дуга, плазма, лазерный, индукционный нагрев.
● вид силового воздействия на расплав: гравитация, энергия газовых и водяных струй, центробежные силы, энергия газов и паров, выделяющихся из расплава, механическое, магнитогидродинамическое, ультразвуковое.
● среда реализации процесса плавления и диспергирования: окислительная, восстановительная, инертная, реакционная заданного состава, вакуум и другая.
Основы теории, практика распыления – механические, электрические методы, распыления газовым потоком и водой. Механические методы распыления – струя металла, вытекающая из калиброванного отверстия, разрушается вращающимся диском. Для повышения эффективности диск может быть снабжен специальными выступами или отверстиями. Основная сложность – налипание металла на вращающиеся детали. Струя металла из плавильного агрегата попадает во вращающийся тигель с отверстиями в боковых стенах. Для получения гранул одинаковой величины размеры отверстий увеличиваются по мере удаления от дна тигля. Скорость обеспечения высокой скорости, необходимой для распыления (до 18000 минˉ ¹ ) , сдерживает применение метода. Распыление расплава и закалка ( кристаллизация и приобретение формы частицами ) происходят в момент удара о водоохлаждаемую полированную поверхность экрана, что обеспечивает скорость охлаждения частиц. Высокоскоростное затвердение из расплава. Вращающимся медным диском извлекаются (экстрагируются ) ограниченные объемы металла и мгновенно затвердевают. В зависимости от формы кромки диска можно получать частицы чешуйчатой, игольчатой формы, волокна и др.