» » Физические свойства и контроль порошков
02.06.2015

Содержание примесей. Допустимое содержание примесей в порошках определяется допустимым содержанием их в готовой продукции, за исключением окислов, которые восстанавливаются при спекании. Поэтому техническими условиями допускается сравнительно высокое содержание кислорода в порошке (0,2—1,5%). Повышенное содержание окислов (0,6—1 % О) существенно ухудшает прессуемость. Содержание кислорода в порошке иногда грубо приближенно оценивают по потере веса пробой спрессованного порошка после спекания в восстановительной атмосфере (потеря в весе дает завышенное представление о содержании кислорода, так как обусловлена также улетучиванием ряда других примесей — углерода, адсорбированных газов и паров).
Величина, форма и структура частиц определяются обычно микроскопическим путем. Для получения шлифов небольшое количество порошка засыпают в тигелек и заливают бакелитовым лаком (или другими пластмассами). После затвердевания бакелита при нагреве в течение 12—48 час. от 60 до 180° образец извлекают из тигелька, шлифуют и, если нужно, травят. При количественных замерах следует иметь в виду, что плоскость шлифа не всегда пересекает частицы по наибольшему диаметру. При сферической форме частиц
Физические свойства и контроль порошков

При просмотре порошков, насыпанных на предметное стекло в проходящем свете, устанавливают непосредственно главный диаметр частиц и распределение их по крупности (гранулометрический состав).
Для определения величины частиц порошка и их распределения по крупности обычно прибегают также к ситовому анализу, т. е. просеиванию порошка через ряд сит различной крупности.
Объемная характеристика порошков и сформированных из порошков полуфабрикатов и изделий может быть выражена одной из следующих величин.
1. Объемный вес γ (вес единицы объема) в г/см3. Для порошков различают насыпной вес (вес единицы объема свободно насыпанного порошка) и весь утряски (вес единицы объема утрясенного порошка).
2. Весовой объем v = 1/γ см3/г. Для порошков различают соответственно насыпной объем и объем утряски.
3. Относительная плотность v = γ/γ0, где γ0 — плотность материала сыпучего или пористого тела. Относительная плотность выражается отвлеченным числом — правильной дробью (υ < 1) или в процентах (υ < 100%).
4. Относительный объем β = 1/υ, показывающий, во сколько раз объем сыпучего или пористого тела больше объема материала порошка. Выряжается неправильной дробью или в процентах.
5. Пористость П = 1 - υ, или П = 100% - υ, характеризующая долю объема, занимаемую порами. Выражается обычно в процентах.
6. Коэффициент пористости (относительный объем пор) ε = β—1, или ε = β—100%, показывающий отношение объема, занимаемого порами, к объему, занимаемому материалом в сыпучем или пористом теле. Выражается отвлеченным числом или в процентах и может принимать любое значение от 0 до ∞.
Поры сыпучих и пористых тел подразделяются на межчастичные и внутричастичные. По доступности (проницаемости) для жидкостей и газов поры подразделяют на открытые (сообщающиеся) и закрытые (изолированные). Подразделение пор на открытые и закрытые не вполне совпадает с подразделением на межчастичные и внутричастичные. Так, например, в ряде случаев межчастичные поры могут быть закрытыми и непроницаемыми для жидкости и газов.
Для определения насыпного веса порошка и его текучести (сыпучести) используют специальный прибор (рис. 13). Порошок через специальную воронку падает в тигелек с измеренным объемом и весом. Насыпной вес определяют делением веса порошка в граммах на объем тигля в кубических сантиметрах. Текучести определяют по времени, необходимому для прохождения 100 г порошка через воронку.
Физические свойства и контроль порошков

Утряску порошка производят в различного рода вибрационных устройствах или вручную. При утряске порошка в постоянных условиях (например, при колебании сосуда с засыпкой в горизонтальном направлении и с одинаковой скоростью и амплитудой колебания) степень уплотнения за один цикл (скорость уплотнения) очень быстро убывает. Эта скорость уплотнения приблизительно обратно пропорциональна количеству циклов (времени уплотнения). Поэтому довольно быстро порошки утрясаются до некоторой предельной (равновесной) плотности.
Если металлические порошки не имеют в практически заметном количестве внутричастичных пор (например, порошки, полученные грануляцией и механическим измельчением), то предельная (равновесная) степень уплотнения при обычных процедурах утряски определяется соотношением.
Физические свойства и контроль порошков

Так как внутричастичные поры при утряске, как правило, не сокращаются, то для порошков со значительной внутричастичной пористостью (например, полученных по методу Маннесмана и для некоторых восстановленных порошков) это отношение может повыситься до 0,9.
Объемные характеристики порошков зависят от структуры и формы частиц и распределения частиц по крупности. Гладкая и равноосная (в особенности сферическая) форма частиц способствует плотной укладке порошка при насыпке и утряске, поэтому порошки с такими частицами имеют высокий вес насыпки и утряски. Наоборот, порошки, с шероховатыми и неравноосными частицами, форма которых обеспечивает хорошее взаимное переплетение и зацепление, имеют малый объемный вес. Порошки со значительной внутричастичной пористостью имеют низкий объемный вес. Порошки с частицами различной величины имеют более высокий объемный вес, чем порошки с частицами одинаковой величины, так как мелкие частицы могут укладываться в промежутки между крупными. В табл. 6 приведены данные по объемным характеристикам различных металлических порошков.
Физические свойства и контроль порошков

Твердость (микротвердость) порошков определяют на их шлифах с помощью обычных приборов для измерения микротвердости. Отожженные порошки имеют приблизительно такую же твердость, как и отожженные компактные металлы того же состава. Твердость порошков, полученных механическим измельчением, примерно такая же, как и у соответствующих компактных металлов. Очень высокая твердость в ряде случаев наблюдается у неотожженных электролитических порошков в связи с растворением большого количества газов. Твердость многих не-отожженных порошков также может быть повышенной в связи с высоким содержанием окислов.
Способность порошков к прессованию оценивается по прочности прессовок, прессуемости (деформируемости) и упругому последействию при прессовании. Наибольшую прочность имеют прессовки из порошков малого насыпного веса мягких металлов с разветвленными и шероховатыми частицами.
Сокращение пористости порошков одного состава с одинаковой твердостью под одинаковым давлением является постоянной величиной:
Физические свойства и контроль порошков

Из этой формулы следует, что чем меньше исходный насыпной вес (т. е. чем больше исходная пористость), тем больше при прочих равных условиях конечная пористость прессовки.
Чем больше твердость исходных порошков одинакового или разного химического состава, тем меньше степень сокращения исходной пористости.
Упругое последействие сравнительно мало зависит от давления прессования, оно особенно значительно у прессовок из твердых тонких порошков с гладкими частицами и высоким содержанием окислов.
Спекаемость оценивается по способности порошков давать при спекании в одинаковых условиях более плотные, прочные и качественные изделия или же давать материалы с заданными характеристиками при более низких температурах и длительности спекания.
Обычно более тонкие порошки имеют лучшую спекаемость. Однако чрезмерно тонкие порошки в ряде случаев мало пригодны для изготовления изделий из-за высокого содержания окислов, плохой прессуемости и склонности к короблению и трещинам при спекании.