Физико-химические методы получения металлических порошков

Восстановление металлов. Восстановлением различных соединений могут быть получены практически все металлы. Наибольшее распространение получило восстановление оксидов, галогенидов и других соединений при использовании в качестве восстановителей водорода, углерода или металлов.

Реакцию восстановления можно выразить в общем виде уравнением:

Ме Х + В = Ме + ВХ,

где Ме – восстанавливаемый металл;

МеХ – исходное соединение металла;

В – восстановитель.

Восстановление металлов из оксидов – наиболее распространенный промышленный метод получения порошков железа и низколегированных сталей.

Кроме железа, восстановлением получают некоторые цветные, главным образом, тугоплавкие металлы (вольфрам, молибден) при температурах значительно ниже температуры плавления (вольфрам восстанавливают при температуре 1000–1200° С, а его температура плавления 3380 °С). В качестве восстановителя для порошков вольфрама и молибдена используется водород или углерод.

Металлотермическое восстановление.Металлотермический метод получения металлов основан на большем сродстве металла-восстановителя к кислороду, хлору, фтору или другому неметаллическому элементу соединения МеХ, чем восстанавливаемый металл. Этот метод получил распространение для производства порошков ряда редких металлов - титана, циркония, тантала, ниобия, урана, бериллия и др., а также легких металлов - рубидия, цезия, магния, бария и др.

Автоклавное восстановление - восстановление металла водородом в водных растворах солей. Автоклавные медные порошки имеют высокую чистоту и хорошие технологические характеристики.

Метод диффузионного насыщения из точечных источниковприменяется в производстве легированных сталей и сплавов. Сущность процесса заключается в предварительном смешивании соответственных количеств окислов металлов с 2-х или 5-ти %-ным хлористым или йодистым аммонием. Адсорбционно-диффузионный механизм процесса позволяет получать гомогенные порошки хромистых, хромомолибденовых, кремнистых, марганцовистых и ряда других специальных сталей.

Производство металлических порошков электролизом.Электролиз йодных растворов и расплавленных сред используют для получения порошков меди, серебра, железа, цинка, никеля, кадмия, свинца, олова, сурьмы, циркония, тория, титана, тантала и др. Одно из преимуществ электролитических горошков - высокая чистота и хорошие технологические характеристики (прессуемость и спекаемость). Метод допускает возможность использования загрязнения исходных материалов.

Электролиз расплавленных сред используется для получения порошка тантала, титана, циркония.

Карбонильный метод получения порошков.Карбонилы - это соединения металлов с окисью углерода Me(CO), обладающие невысокой температурой образования и разложения. Процесс получения порошков по этому методу состоит из двух главных этапов:

· получение карбонила из исходного соединения

Me _а X_b+cCO=bX+Me _а (CO)c,

· термическая диссоциация карбонила и образование металлического порошка

Ме_а (СО)с= аМе+сСО

В производстве порошков железа и никеля широко используется диссоциация карбонилов. Сущность процесса заключается в образовании карбонила соответствующего металла Ме(СО)₄ или Ме(СО)₅ и последующей его термической диссоциации при температурах 200–500° С. Порошок, полученный при разложении карбонилов, обладает высокой дисперсностью и хорошей формуемостью.

Карбонильные порошки отличаются специфической формой частиц и структурой, которую называют «луковой кожурой».

В промышленном масштабе карбонильным методом получают порошки никеля, железа, кобальта, металлов шестой группы (хрома, молибдена, вольфрама) и некоторых металлов платиновой группы. Следует отметить, что большинство карбонилов являются токсичными (ядовитыми) и процесс необходимо проводить с соблюдением соответствующих правил безопасности.

Получение порошков цементацией.Метод цементации основан на реакциях вытеснения из растворов более благородных металлов металлами менее благородными. Часто этот процесс называют контактным восстановлением металлов из растворов. Метод не нашел в настоящее время широкого распространения.

Метод межкристаллитной коррозииоснован на растворении межкристаллитных прослоек в сплавах специальными растворами. Его используют для получения сплавов, которые трудно или невозможно получить в виде порошка другими методами. В частности, метод межкристаллитной коррозии используют для получения порошков хромоникелевых и нержавеющих сталей. Метод не нашел промышленного применения.

Метод конденсации металлов.Порошки металлов, отличающихся большой упругостью паров (летучестью) при сравнительно низких температурах, можно получать испарением и последующей конденсацией. Способ конденсации позволяет получать порошки цинка, магния, кадмия.

Метод самораспространяющегося высокотемпературногосинтеза (СВС). Этот процесс является разновидностью горения.

Свойства порошков

Основными характеристиками порошков металлов и неор­ганических соединений являются: химический состав, физиче­ские и технологические свойства.

Химический состав отражает содержание основных компо­нентов, примесей и газов в объеме каждой отдельной частицы. Физические свойства порошков включают: форму частиц, их размер и гранулометрический состав, т. е. распределение по размерам в данной партии порошка, а также удельную поверхность, микротвердость и ряд других свойств. К технологическим свойствам относятся: насыпная плотность, текучесть, прессуемость и формуемость.