» » Металлокерамический метод получения ковкого циркония
07.02.2017

Как в производстве титана, так и в производстве циркония можно получить ковкий металл спеканием. Для этой цели может быть использована циркониевая губка, полученная магниетермическим восстановлением. Однако в губке содержатся примеси Mg и MgCl2, улетучивание которых осложняет процесс спекания, в особенности при крупных размерах брикетов.
Можно использовать также порошок, восстановленный из двуокиси кальцием, или «гидридный порошок». Последний может быть получен восстановлением двуокиси циркония гидридом кальция или путем прокаливания в сухом и чистом водороде при температурах 400—800° отходов, скрапа и стружки чистого циркония с последующим измельчением хрупкого гидрида. Температура гидрирования определяется размерами кусков металла.
Для достижения интенсивной усадки при спекании и наибольшей плотности спеченного тела желателен мелкозернистый порошок гидрида.
Хотя гидрид циркония меньше окисляется на воздухе, чем порошок чистого циркония, тем не менее в случае необходимости измельчения гидрида циркония целесообразно заполнять барабан шаровой мельницы инертным газом (аргоном, гением). В этом случае измельченный порошок может содержать кислорода меньше 0,1%. Спекание порошков успешно протекает и при более высоком содержании кислорода (0,2%, а иногда и больше).
Прессование брикетов из порошков циркония или гидрида циркония осуществляется при давлении 6—8 т/см2.
Брикеты, спрессованные из порошка циркония, более прочны, чем из порошка гидрида, в связи с большей пластичностью частиц металла, однако по некоторым литературным данным брикеты из гидридного порошка показывают большую плотность после спекания.
Лучшая спекаемость гидридного порошка объясняется образованием в процессе разложения гидрида при спекании частиц металла с чистой и активной поверхностью. Указывается также, что металл, спеченный из гидридного порошка, обладает большей пластичностью и более высокими антикоррозионными свойства ми, чем металл, спеченный из порошка металлического циркония
Однако, если водород, применяемый для гидрирования, недостаточно тщательно очищен от следов влаги, кислорода и азота, то эти примеси поглощаются цирконием, повышая его твердость и ухудшая обрабатываемость.
Спекание циркония можно осуществлять и в атмосфере инертного газа, однако в производственных условиях весьма трудно добиться такой степени очистки аргона или гелия от примесей кислорода и азота, чтобы при спекании цирконий не поглощал этих газов. Кроме того, спекание в вакууме обеспечивает более полное удаление поглощенного водорода.
Для сохранения чистоты и пластичности циркония необходимо при его спекании поддерживать в печи высокий вакуум — около 10-4—10-5 мм рт. ст.
Лодочки или патроны, в которых помещают циркониевые брикеты для спекания, могут быть изготовлены из графита.
Однако в этом случае необходимо тщательно наблюдать за сохранением высокого вакуума и отсутствием натекания воздуха в печь. Следы кислорода, влаги или водорода могут служить причиной переноса углерода от графита к цирконию.
В отличие от условий плавки циркония в графитовых тиглях, при спекании в графитовых лодочках (в высоком вакууме) взаимодействие брикетов с углеродом мало. При анализе спеченных в графитовых лодочках брикетов углерод был обнаружен только в поверхностных слоях металла.
После длительного спекания при 1400° углерод обнаруживался на глубине около 0,05 мм.
Более подходящая температура спекания в этих условиях находится в пределах 1200—1300°.
На рис. 134 показаны результаты опытов Хаузнера по изучению условий спекания в вакууме брикетов, спрессованных под давлением 7,7 т/см2 из гидридного порошка, полученного измельчением гидрированного металла.
Как следует из этого графика, спеченный цирконий может достичь высокой плотности, приближающейся к плотности беспористого металла при соответствующей температуре и продолжительности спекания (6,59 г/см3 при содержании гафния около 2,5%).
Цирконий, спеченный из гидридного порошка, подвергается холодной прокатке с суммарным обжатием 50—75%.
Содержание остаточного водорода в цирконии, спеченном в вакууме, не превышает содержания водорода в плавленом цирконии.
Металлокерамический метод получения ковкого циркония