<<
>>

Способы спекания порошковых материалов

Спекание является одной из основных технологической операцией в технологии порошковой металлургии, которая и формирует готовое изделие. Это очень сложный физико-химический процесс, сопровождающийся целым комплексом взаимосвязанных явлений.

В задачу спекания входит достижение заданного уровня требуемых свойств готового изделия [22-28].

Процесс спекания порошковой формовки заключается в ее нагреве и выдержке при температуре нагрева. Температура нагрева выбирается ниже точки плавления основного компонента. При спекании необходимо

обеспечить заданный уровень механических и физико-химических свойств готового изделия.

К основным технологическим факторам, влияющим на процесс спекания, относятся такие факторы как свойства порошков, дефекты кристаллической решетки, давление формования и сами условия спекания (температура нагрева, скорость нагрева и продолжительность процесса).

С одной стороны высокая концентрация дефектов способствует наибольшему уплотнению при спекании, но с другой стороны повышенная концентрация дефектов затрудняет формирование межчастичных контактов из-за затруднения пластической деформации частиц при формовании [24-30].

Влияние давления формования на процесс спекания также носит неоднозначный характер. Увеличение давления формования приводит к увеличению относительной плотности порошковых формовок, что в свою очередь приводит к уменьшению объему пор, и как следствие уменьшению усадки при спекании. Но между тем, повышенная пластическая деформация при увеличении давления приводит к возрастанию концентрации дефектов кристаллической структуры, а это ускоряет процессы массопереноса с участием вакансий [30- 32].

Повышение температуры спекания положительно сказывается на прочностных и пластических показателях готовых изделий, так как с повышением температуры интенсифицируются процессы массопереноса. Большое влияние оказывает и скорость нагрева, определяющая, в соответствии с теорией "активных" несовершенств Ивенсена, количество дефектов, принимающих участие в процессах массопереноса.

Резкое увеличение плотности заготовок обычно происходит на начальном этапе изотермической выдержки, затем оно заметно замедляется. Соответственно при длительной выдержке значение прочности изменяется не существенно. Как правило продолжительность изотермической выдержки составляет от 15

- 30 минут до 2 - 4 часов.

Как правило, спекание порошковых формовок проводят в защитных средах, к которым относятся защитные атмосферы и вакуум. Эти среды позволяют предохранить нагреваемые материалы от окисления, а при применении восстановительных атмосфер - удалить оксиды, унаследованные порошками от процессов их получения или образующиеся в результате взаимодействия металлов с кислородом, который содержится в атмосфере печи, а также подсасывается извне в рабочее пространство. Восстанавливаясь, оксидные пленки активируют массоперенос как на поверхности частиц, так и в их объеме. Спекание в вакууме, начинается при более низких температурах, чем в восстановительных и нейтральных средах, поэтому происходит сравнительно быстро [32-36].

В настоящее время активно развиваются современные виды спекания такие как: лазерное спекание, искровое плазменное спекание, магнито­импульсное спекание, высокочастотное спекание идр. .

Селективное лазерное спекание (SLS), одна из современных технологий аддитивного производства, которая в настоящее время активно развивается используемая для производства прототипов и негабаритных, но сложных по форме изделий. Главная отличительная черта данной технологии - широкий диапазон применимых материалов - частицы пластика, металла, керамики, стекла, нейлона. Технология предполагает использование лазерного излучения с высокой мощностью для плавления небольших частиц пластика, металла (прямое лазерное спекание металла), керамических или стеклянных порошков в массу, которая имеет желаемую трехмерную форму. В процессе может происходить частичное плавление, полное плавление либо жидкофазное спекание.

Селективное лазерное плавление (SLM) по существу такой же процесс, как SLS, но относится к использованию металлического порошка, а не

полимеров.

SLM машины предназначены для работы с металлами и производят готовую продукцию за один технологический процесс.

При электронно-лучевом плавлении (EBM) также используются металлические порошки, чтобы полностью создать мотонолитную деталь из металла, но при электронно-лучевом плавлении использует электронный луч вместо лазера, который строит части детали в вакууме, что позволяет использовать совершенно другие типы металлов.

Выборочное тепловое спекание (SHS) также является методом аддитивного производства. Технология основана на плавке слоев термопластического или металлического порошка с помощью теплового излучателя.

Непрямое лазерное спекание металлов (IMLS). При данном виде спекания можно использовать как порошковые смеси порошка и полимера или металлический порошок покрытый полимером. При этом полимер выступает в роли связки, чаще всего это эпоксидные смолы и полиамиды. Они обеспечивают необходимую прочность для проведения дальнейшего лазерного спекания, в процессе которого происходит отгонка связки. Приготовление смеси порошка со связкой проводят механическим смешиванием.

Искровое плазменное спекания SPS. Это новая технология спекания высококачественных материалов за короткое время путем обеспечения искровых разрядов между спекаемыми частицами порошка приложением электрической энергии и высокого давления при спекании (SPS-пресс). Данный процесс разработан для выполнения высокоскоростного спекания инновационных материалов, нанокомпозитных материалов, тонких керамик, аморфных материалов.

Микроволновое (сверхвысокочастотное - СВЧ) основано на воздействии на материал СВЧ-полей. СВЧ-поле позволяет нагревать малые и

большие объемы быстро, равномерно и эффективно. Это важно в случае кристаллических материалов, где нежелательный рост зерна предотвращается с помощью быстрого нагрева и коротких периодов спекания.

Магнитно-импульсное спекание дает более лучшие результаты по сравнению с другими методами консолидации в уплотнении нанопорошков и длинномерных изделий. Для пластичных материалов магнитно-импульсное прессование позволяет получить почти полностью плотные компактные материалы без дополнительного спекания. Порошки из непластичных материалов могут быть уплотнены с помощью магнитно-импульсного прессования до плотностей более 0,8 от теоретической плотности, при этом полном уплотнение может быть достигнуто путем последующего спекания. Длительность импульса в магнитно-импульсном прессовании обычно колеблется от десятков до сотен мкс.

Высокочастотное спекание достигается тем, что в предлагаемом способе, включающем формование порошкового материала и облучение электронными пучками более одной стороны заготовки, формирование электронных пучков производят отдельными источниками, облучение компакта осуществляют при давлении газа в интервале 5-20 Па, а необходимую температуру процесса задают удельной плотностью мощности пучков [36-42].

1.4.

<< | >>
Источник: Тер-Ваганянц Юлия Суреновна. Влияние режимов термической обработки на структуру и свойства порошковых низколегированных сталей, модифицированных наноразмерными порошками Ni и NiO. Диссертация на соискание ученой степени кандидата наук. Москва - 2019. 2019

Еще по теме Способы спекания порошковых материалов:

  1. Способы формования порошковых материалов
  2. Особенности спекания порошковых сталей с наноразмерными добавками
  3. Исследование процесса спекания низколегированных порошковых сталей
  4. ИССЛЕДОВАНИЕ ПРОЦЕССОВ ПОЛУЧЕНИЯ СМЕСЕЙ, ПРЕССОВАНИЯ И СПЕКАНИЯ НИЗКОЛЕГИРОВАННЫХ ПОРОШКОВЫХ СТАЛЕЙ С НАНОЧАСТИЦАМИ Ni и NiO
  5. Исследование структуры образцов в порошковых низколегированных сталях с нанодобавками никеля и оксида никеля после спекания
  6. 2.3. Оборудование и методики изучения свойств и структуры порошковых материалов
  7. Прессование и спекание
  8. Спекание заготовок
  9. Преимущества электроэрозионного способа
  10. Сущность электроэрозионного способа
  11. Анализ способов переработки отходов вольфрамо-титано­кобальтовых сплавов
  12. Лексико-семантическое поле как способ описания фрагмента региональной языковой картины мира
  13. Смешивание исходных материалов
  14. Диспергируемые материалы
  15. ПУБЛИКАЦИИ ПО МАТЕРИАЛАМ ДИССЕРТАЦИИ
  16. Глава 3 Материалы и методики исследований
  17. МАТЕРИАЛЫ, ОБОРУДОВАНИЕ И МЕТОДИКИ ПРОВЕДЕНИЯ ИССЛЕДОВАНИЯ
  18. Глава 2 Металлургические особенности электроэрозии электропроводных материалов
  19. Исследование микроструктуры и изломов закаленных низколегированных порошковых сталей