Металеві порошки характеризуються хімічними, фізичними і технологічними властивостями

Тема 2. Склад та фізико-хімічні властивості порошків

Лекція 7. Властивості металевих порошків

7.1. Хімічні властивості

Хімічний склад порошків оцінюють вмістом основного металу,

домішок, забруднень і газів. Хімічний склад порошків дуже залежить

від складу вихідних матеріалів.Вміст основного металу в порошках має бути не нижче 98 – 99 %. Така чистота вважається задовільненою, i лише для одержання покрить з особливими властивостями потрібна більш висока чистота.

Для деяких порошків негативною особливістю є пірофорність, тобто здатність до самозаймання при зіткненні з повітрям. Пірофорність залежить від хімічної природи металу, ступеня дисперсності і форми часток порошків, стану їхньої поверхні (оксидні плівки зменшують пірофорність), чистоти і т.д. До пірофорних належать дуже тонкі порошки металів Fe, Co, Al, Zr.

Температура займання порошку із середнім розміром часток 50 – 70 мкм у зваженому в повітрі пилу становить відповідно 397 – 390 °С для титану, 420 – 450 °С для магнію, 500 – 320 °С для карбонільного заліза, 420 – 630 °С для танталу, 530 - 720 °С для молібдену, 620 - 780°С для вольфраму. А у разі, якщо діаметр часток 3 - 6 мкм, то температура для цирконiю буде 20 – 180 °С. Характеризується пірофорність порошків значенням нижньої концентраційної межі вибуховості (НКМВ). Воно складає 40 г/м³ для цирконію, 25 г/м³ для титану, 10 г/м³ для магнію, 25 г/м³ для алюмінію, 10,5 г/м³ для карбонільного заліза і 200 г/м³ для танталу. Інша негативна характеристика порошків є їхня токсичність. Пил кожного з металів, у тому числі і нешкідливих у компактному стані, може впливати на людину і спричинювати патологічні зміни в організмі. При цьому концентрації аерозолів металів і їхніх сполук, що гранично допускаються (ГДК), у навколишнім середовищі складають, наприклад 0,001 мг/м³ для берилію, 0,1 мг/м³ для оксиду ванадію й оксиду міді, 0,5 мг/м³ для оксидів Nі і Со, 2 г/м³ для алюмінію і хрому, 4 - 6 мг/м³ для заліза і 6 мг/м³ для вольфраму.

7.2. Фізичні властивості

Форма частинок. Вона залежить від методу одержання порошків. Форму частинок визначають методами оптичної і електронно-променевої мікроскопії. Для цього зважують (5 - 7г) порошку з додаванням 1-2 крапель диспергуючої рідини (води, парафінового масла, кедрового масла) поміщають на предметне скло і досліджують при відповідному збільшенні мiкроскопа. Визначають два фактори форми: фактор нерівновісності часток (відношення mах і min розмірів, що спостерігаються, ФН = l_mах/l_min) і фактор розвиненості поверхні (ФРП) відношення квадрата периметра часток, що спостерігаються пiд мiкроскопом, Р до займаної площі S, тобто ФРН=Р²/S.

Форма порошку впливає на його технологічні властивості.

За формою порошки бувають такі:

1. Сферичні - отримані розпиленням розплаву з кристалізацією частинок у вільному польоті чи отриманих в установцi ТВЧ.

2. Губчасті - отримані відновленням з окислів.

3. Осколкові - отримані здрібнюванням у кульових обертових млинах.

4. Дендритні - отримані елекролізом з водяних розчинів солей.

5. Пластинчасті (лускаті) - отримані розпиленням рідкого металу з кристалізацією часток на охолоджених поверхнях

6. Голчасті - одержанi конденсацією з парової фази.

7.2.1. Розмір частинок

Порошки для напилювання являють собою полідисперсні системи, що складаються з частинок різної окружності. Залежно від набору розмірів частинок порошки характеризуються гранулометричним складом. Фракція порошку - це діапазон розмірів частинок між їхніми максимальним і мінімальним значеннями. Гранулометричний склад порошку - вміст частинок (%) у визначених фракціях щодо їхньої загальної кількості. Фракція порошку розміром частинок, наприклад від 100 до 125 мкм, записується -125 + 100 мкм з позначенням поруч відсоткового вмісту цієї фракції за масою. Вміст фракції нижче за 0,1 % позначаються як «сліди». Більш наочніше графічне зображення гранулометрічного складу. По осі абсцис відкладають розмір часток, по осі ординат - їхній вміст, % за масою.

7.2.2. Аналітична обробка даних порошку

З урахуванням значень верхньої і нижньої меж розмірів частинок у кожнiй фракції даної партії порошку розраховують середній арифметичний діаметр, d. Потім знаючи масу кожної фракції порошку, визначають середній розмір частинок порошку.

, (7.1)

де m_i, - маса 1-ї фракції, d- середній розмір часток у i-й фракції, d_cp- середній розмір частинок порошку.

Величина середньоквадратичного відхилення розмірів часток порошку від їхнього середнього значення:

(7.2)

Ступінь полідисперсності порошку оцінюють за коефіцієнтом варіації:

(7.3)

Наприклад, при d_cp=0,072, = 0,044 тоді =0,611. Отже, у цій партії переважають дрібні частки. Залежно від розмірів часток порошку вони дуже умовно вони можуть бути розподілені на такі групи:

ультрадисперсні - d<0,5 мкм; ультратонкі - 0,5-10 мкм; тонкі - 10-40 мкм; середньої крупностi - 40-250 мкм; грубі чи великі - 250-1000 мкм.

7.2.3. Гранулометричний аналіз порошку

Він може бути: ситовий, седиментаційний, мікроскопічний.

Ситовий аналіз. При ситовому аналізі розподіл порошку по фракціях проводиться відповідно до ДСТ 18318 - 73. Для цього беруть порцію 100 г порошку при насипній щільності 1,5 г/см³ і 50 г при меншому його значенні. Порошок пропускають через набір сит, розташованих одне над іншим. Сита приводять в обертальний рух щодо зміщеної осі обертання (без обертання самих сит) зі швидкістю 300 ± 15 об/хв, при одночасному струшуванні уздовж осі з частотою 180 ±10 ударів у хвилину. Час розсіву 15 хв. Зібрані фракції зважують з точністю до 0,01г і визначають процентний склад. У нашій країні для ситового аналізу прийнята стандартна шкала з квадратними отворами за ДСТ 3584-73. Номер сітки виражає номінальний лінійний розмір сторони отвору у світлі (наприклад сітка №008 має отвір розміром 0,08 мм).

У США, Англії і деяких інших країнах прийнята характеристика сіток у мешах, тобто кількість отворів на одному лінійному дюймі (25,4мм). Для визначення розмірів отвору сітки d у світлі використовують залежність D=12,7/ N, де N - номери сит в мешах. За основу побудови системи сит у США прийнято базовий отвір з розміром отвору 0,074 мкм. Наступні розміри отворiв одержують множенням базового числа на модуль основної серії, що дорівнює =1,414. Для меншого інтервалу між сітками використовують також модуль додаткового ряду: = 1,189.

Нашою промисловістю освоєний випуск сит з розміром отворiв 30 мкм (іноді за спеціальним замовленням малими серіями випускають сита з розміром отворiв від 5 до 25 мкм).

Дата добавления: 2014-01-07