»У витоків порошкової металургії
На наших очах народилася дивовижна галузь науки і техніки. Дивовижна не тільки тому, що без її допомоги сьогодні вже не можуть обійтися літако- і автомобілебудування, станкоіндустрія і радіоелектроніка. Дві тисячі з гаком років тому стародавні народи знали її секрети. Але - образлива доля - строго охоронювані жерцями, вони незабаром були втрачені. І лише порівняно недавно ці секрети знову повернулися і життя - їх прийняла «на озброєння» нова галузь науки і техніки, яка називається порошкової металургією, або металокерамікою.
Царевич Гаутама з знатного роду Шакья жив в Індії в VI столітті до нашої ери. На відміну від своїх попередників він не вважав багатство і розкіш головним у житті і тому залишив палац, щоб проповідувати своє вчення простому люду. Народ назвав Гаутаму Буддою, що означає «просвітлений». А його вчення - буддизм - швидко поширилося за межі Індії, «Ми всі рівні в цьому світі, - проповідували буддійські ченці, - удосконалюйтеся і ви зможете творити чудеса!»
І дійсність, здавалося, підтверджувала це пророцтво: буддійським ченцям часто були доступні речі. здавалися неймовірними не тільки тисячоліття назад, але вражають вчених навіть сьогодні. Прикладом тому - відкритий на острові Ява знаменитий пам'ятник світової культури - храм Боробудур. А ще раніше, в 300 році до нашої ери, буддисти спорудили в Делі величний храм, який був прикрашений величезними залізними колонами - кожна вагою в шість з половиною тонн!
Як же змогли індуси більше двох тисяч років тому створити настільки гігантські колони, коли людина тільки в минулому столітті навчився отримувати температури, досить високі для того, щоб розплавити залізо? Дивно і тог що простоявши у вологому тропічному кліматі два тисячоліття, що збереглася до наших днів одна з цих колон не покрилася і найменшим нальотом іржі! І це в той час, коли в сучасному світі щорічно від корозії «гине» десята частина всього, що виплавляється. Все це здавалося неймовірним, майже фантастичним.
Секрет виготовлення делійських колон був відкритий тільки після видатних робіт нашого співвітчизника Петра Григоровича Соболевського, який в 1825 році заснував при Петербурзькому гірничому кадетському корпусі лабораторію з хитромудрим назвою «Об'єднана лабораторія Департаменту гірських і соляних справ, Гірничого кадетського корпусу і Головного гірського аптеки». У той час в Росії були виявлені багатющі родовища платини, і цар Микола I віддав розпорядження Російському монетному двору використовувати платину для виготовлення монет. Але тут виявилося, що жодна з існуючих в той час печей не в змозі нагріти платину до температури плавлення, що дорівнює 1 773 градусам.
І тоді Соболевський вирішив «обдурити» метал. Він взяв платину , Отриману в результаті хімічної обробки руд у вигляді пористої «губки», заповнив нею форму для монет, спресував, а потім нагрів приблизно до 1 000 градусів. І несподівано метал піддався: минаючи плавлення, метал в формах перетворився в платинові монети, по зовнішнім виглядом не відрізняються від литих! Так в 1826 році російський інженер вперше в історії світової техніки створив і здійснив метод порошкової металургії, який під назвою гідравлічного пресування зберіг своє значення і до цього дня. І лише через три роки аналогічний метод виготовлення металевих виробів з платини, який отримав пізніше найменування порошкової металургії, був вдруге «відкритий» в Англії Волластоном.
Чому частки металу, не перетворюючись 8 рідкий розплав, проте з'єдналися в моноліт? Пояснюється це просто; тиск при пресуванні викликало деформацію частинок, вони сплющилися, і поверхні їх контакту різко збільшилися. А нагрів, хоча і недостатній для плавлення металу, підвищив інтенсивність дифузії атомів. В результаті частки металу знайшли нову властивість - вони почали «проростати» один в одного, споювати, або, як прийнято говорити сьогодні, спекаться. Звичайно, цей механізм став зрозумілий значно пізніше. А тоді, в 1826 році, важливий був сам факт; метал без плавлення можна формувати в міцні вироби.
Роботи Соболевського змусили вчених уважно проаналізувати структуру заліза загадкових делійських колон, виготовлених буддійськими ченцями. І незабаром секрет їх виготовлення був розгаданий. Стародавні індуси ручним способом кували гарячі шматки залізної «губки», перемішаної з деревним вугіллям. А так як вугілля (вуглець) є прекрасним відновником, то при спіканні частинок заліза відбувалося відновлення окислів у метал, а сторонні домішки перетворювалися в леткі сполуки, які легко відокремлювалися від спекаемой маси. Звідси і секрет дивовижною стійкості делійських колон до окислення - він криється насамперед у високій чистоті заліза. Чисте ж, без домішок інших речовин залізо, як відомо, практично не піддається корозії.
Роботи археологів підтвердили, що методом порошкової металургії користувалися багато древніх народів, Наприклад, в гробниці єгипетського фараона Тутанхамона, що жив в XIV столітті до нашої ери, було знайдено 16 залізних лез, - залізний підголівник, кинджал і амулет, прикрашені порошковим золотом. Куванням порошку була виготовлена і спинка унікального золотого тронного крісла фараона.
Одним із завдань цього бюро і стало освоєння методів порошкової металургії. В цей час країна приступила до здійснення грандіозного ленінського плану ГОЕЛРО. Щоб запалити в тисячах будинків «лампочку Ілліча», потрібно було навчитися виготовляти вольфрамові нитки. Тим часом вольфрам володіє виключно високою температурою плавлення - близько 3 400 градусів, - і тому виробництво ниток з нього було вирішено вести методом порошкової металургії: шляхом продавлювання порошку металу крізь фільєри з подальшим спіканням. В результаті вже в двадцятих роках в Москві було розпочато виробництво тугоплавкой дроту для електроламп.
Кінець двадцятих-початок тридцятих років ознаменувалися ще одним кроком в області порошкової металургії - за допомогою її методів стали виготовляти надійні металокерамічні фільтри, здатні працювати в широкому діапазоні температур і тисків. Сьогодні такі фільтри можна зустріти і в масляних насосах автомобілів, і в хімічних реакторах, і в паливних системах літаків, і в різних вентиляційних пристроях. Одна з переваг методів порошкової металургії при виготовленні таких фільтрів полягає в тому, що, заповнивши порошком форму і регулюючи ступінь його обтиску, можна отримувати структури з заданої пористістю.
Пізніше виявилося, що при виготовленні високопористих фільтрів можна взагалі відмовитися від пресування і обмежитися одним спіканням. Цей метод отримання фільтрів отримав назву формування «в насипання» - в ньому частки засипалися в форму і після нагрівання споювали тільки в місцях торкання. Ось тут-то і виявилася величезна роль форми і розмірів частинок вихідного порошку: найбільш досконалі фільтри виходили при спіканні частинок, розміри яких були однакові, а форма близька до ідеально сферичної. Зробивши відступ, слід сказати, що роль розмірів і форми вихідних частинок при виготовленні та інших металокерамічних виробів виявилася настільки великою, що зажадала створення цілого ряду високоточних методів отримання, подрібнення і сортування вихідних порошків.
Як це зазвичай буває, методи порошкової металургії не відразу пробили собі дорогу у велику техніку. Там, де інші способи були явно непридатні, як, наприклад, при отриманні вольфрамових і молібденових ниток, вони, природно, відразу були прийняті на озброєння. Ніг скажімо, в машинобудуванні, де йшлося про виробництво великих деталей складних форм, на вдосконалення та впровадження цих методів знадобилися роки. Однак та обставина, що методи металокераміки дозволяли знизити температури процесу виготовлення деталей на сотні і навіть на тисячі градусів, не могло не зацікавити технологів. І коли цей інтерес нарешті втілювався в конкретний виробничі процеси, він незмінно приносив щедрі плоди.
У цьому відношенні показовим є приклад американської фірми «Дженерал електрик». Стурбована величезними відходами - наприклад, при виготовленні шестерень масляного насоса автомобіля в стружку перетворювалося до 65 відсотків металу, - вона вирішила застосувати методи порошкової металургії. Дешевий порошок, отриманий відновленням рудних концентратів вуглецем, розмелюють в млинах і просівають. А потім методом, в принципі схожим на той, який був запропонований ще Соболевськ при «карбування» монет, він формовані в деталі на гідравлічних пресах-автоматах і спікається в печах. При цьому виходили деталі, придатні до вживання без механічної обробки, а кількість відходів зменшилася з 65 до 1 відсотка! Більше того, замість трьох людино-днів на виготовлення ста шестерень автомат витрачав всього лише одну хвилину!
І гідравлічне пресування і протяжка через фільєри сьогодні вже стали класичними методами металокераміки. За останні роки давня наука буддійських ченців пережила бурхливий розвиток, поповнившись новими способами і прийомами. Один з таких способів - це так зване шлікерного лиття. Шликер - це суміш металевого порошку з парафіном або іншим легкоплавким компонентом. Нагріта до 60 градусів, вона як би знаходить властивості розплавленого металу - завдяки носію - парафіну стає текучої і під тиском легко заповнює будь-яку форму. При спіканні ж парафін виплавляється, а залишився в формі порошок «спаивается» в деталь. Цим методом зручно виготовляти пористі фільтри у вигляді трубок, склянок і інших складних форм.
Природно, описані методи не могли задовольнити всі потреби практики. Тому, наприклад, таке завдання, як виготовлення металевих стрічок для виробництва деталей муфт зчеплення і гальм, була вирішена красиво і технологічно за допомогою прокатного стану. Тут порошок з бункера безперервно надходить в щілину між обертовими валиками стану, здавлюється ними і, спресовані в безперервну стрічку, надходить в піч на спікання.
Особливого підходу вимагають і процеси виготовлення деталей з високою однорідністю структури, для чого при пресуванні необхідно забезпечити рівномірний обтиснення форми з усіх боків. Для вирішення подібних завдань дуже зручним виявився метод ізостатичного (гідростатичного) пресування, в якому роль проміжного тіла, що забезпечує рівномірність обтиску, грає якась рідина, наприклад, гліцерин, Подібний принцип використаний і в одному з останніх методів порошкової металургії - пресуванні з використанням сили вибуху. Для цієї мети, зокрема, можуть застосовуватися стовбури закінчення їхнього терміну служби бойових знарядь. Ці стовбури встановлюють в вертикальних залізобетонних шахтах, в них завантажують «заготовки» з порошку, який міститься в пластикові форми, потім прямо в стовбури заливається рідина, вставляється заряд, і проводиться вибух. Завдяки величезній швидкості обтиску отримані таким способом деталі після спікання мають особливо високими якостями. Правда, поки цей метод ще не вийшов зі стін лабораторій.
Разом з тим процеси холодного пресування з подальшим спіканням сьогодні вже часто не влаштовують технологів. Особливо коли мова йде про отримання високоякісних виробів великих розмірів і складних форм, - в них іноді важко уникнути присутності знижують міцність пір. Тому техніка металокераміки в 70-х рр. ХХ століття поповнювалася такими методами виготовлення деталей, як гаряче пресування, спікання під тиском, гаряче ущільнення в автоклавах, гаряче пресування в вакуумі і ряд інших.
За останні роки металокераміка пережила бурхливий розвиток. Перерахувати всі деталі і вироби, що виготовляються методами порошкової металургії в масовій кількості, просто неможливо. Вольфрамові нитки і молібденові «гачки» в лампах освітлення і радіолампах. Численні карбонільні сердечники, без яких немислима робота телевізорів, приймачів і передавачів, а також багатоканальна далека дротова телефонний зв'язок. Різці з пластинками з твердих металокерамічних сплавів і фільєри для протягання дроту. Алмазо-металеві диски і коронки, металокерамічні пористі підшипники, железографітовие вироби й фрикційні деталі для муфт зчеплення. Пористі фільтри для очищення газу, пального і мастил в автомобілях, в машинобудуванні і в хімії. Безліч деталей складної форми - шестерні, гайки, державки, кільця, ..
Процеси порошкової металургії
Див. також:
Категорія: Цікаві факти | Переглядів: 4699 | Теги: | Рейтинг: 0.0 / 0 Всього коментарів: 0
Чому частки металу, не перетворюючись 8 рідкий розплав, проте з'єдналися в моноліт?