Химические свойства порошков зависят от содержания основного металла или основных компонентов, входящих в состав комплексных порошков, а также от содержания




НазваниеХимические свойства порошков зависят от содержания основного металла или основных компонентов, входящих в состав комплексных порошков, а также от содержания
страница1/10
Дата публикации11.07.2013
Размер1.76 Mb.
ТипДокументы
zadocs.ru > Химия > Документы
  1   2   3   4   5   6   7   8   9   10
Вопрос 1

Химические свойства порошков зависят от содержания основного металла или основных компонентов, входящих в состав комплексных порошков, а также от содержания примесей, различных механических загрязнений и газов. Также важными химическими особенностями порошков являются их воспламеняемость, взрываемость и токсичность.

Содержание основного металла в порошке или сумма основных компонентов сплава составляет обычно более 98-99%, что для последующего изготовления большинства порошковых материалов достаточно. В некоторых случаях при производстве изделий с особыми свойствами (например, магнитными) применяют более чистые металлические порошки.

Предельное количество примесей в порошках определяется допустимым содержанием их в готовой продукции. Оценивая пригодность порошка для изготовления из него материалов и изделий, прежде всего, интересуются содержанием основного металла (основных компонентов для порошков сплавов или соединений металлов), примесей, различных механических загрязнений и газов.

Химический состав порошка зависит в основном от метода его производства, а также от степени чистоты исходных материалов. Предельное количество примесей в порошках определяется допустимым содержанием их в готовой продукции.

Наличие в порошке трудновосстанавливаемых оксидов хрома, марганца, кремния, титана, алюминия и других нежелательно, так как эти оксиды затрудняют в последующем и прессование (формование) порошка, и спекание получаемых заготовок.

Химический анализ металлических порошков проводят по методикам, аналогичным общему анализу металлов. Исключением является лишь определение кислорода, которое может быть качественным (определяют потерю массы порции порошка при прокаливании в атмосфере сухого водорода или пикнометрическую плотность) или количественным (навеску порошка восстанавливают чистым и хорошо осушенным водородом, улавливают образующиеся пары воды оксидом кальция или каким-либо другим активным поглотителем и рассчитывают количество кислорода по привесу поглотителя).

В последние годы широкое распространение получают методы нейтронно-активационного анализа.

В металлических порошках содержится значительное количество газов (кислорода, водорода, азота и др.) как адсорбированных на поверхности, так и попавших внутрь частиц в процессе изготовления или при последующей обработке. Так, при восстановлении химических соединений часть газов-восстановителей и газообразных продуктов реакции не успевает выйти наружу и находятся либо в растворенном состоянии, либо в виде пузырей. Электролитические порошки содержат водород, выделяющийся на катоде совместно с осаждаемым металлом при электролизе водных растворов. В карбонильных порошках присутствуют растворенные кислород и оксиды углерода, а в распыленных - газы, механически захваченные внутрь частиц.

Газообразные примеси в порошках появляются также в результате разложения при нагреве специально добавляемых смазок или связок (используемых для улучшения условий последующего формования заготовок из порошка), а также наличия на поверхности частиц загрязнений.

На поверхности частиц большинства порошков находятся газовые пленки, которые образуются самопроизвольно.

Большое количество растворенных газов увеличивает хрупкость частиц порошков и затрудняет формование (прежде всего в пресс-формах) заготовок, а интенсивное газовыделение при спекании может например, привести к короблению спекаемой заготовки). Для удаления газов используют обработку порошков (особенно высокодисперсных) в вакууме.

Влажность порошка при содержании влаги до 0,1 % определяют высушиванием его навески до установления постоянной массы в сушильном шкафу. Для этого навеску порошка массой 10 г (погрешность взвешивания ≤ 0,002 г) помещают в предварительно высушенный до постоянной массы стаканчик, закрывают его крышкой и взвешивают. Затем порошок в стаканчике нагревают при 100—105° С в течение 2 ч, охлаждают и взвешивают, после чего сушку повторяют в течение 0,5 ч, контролируя ее качество.

Содержание влаги (X, %) определяют по формуле



где,,— соответственно навеска порошка, масса стаканчика с порошком до и после испытания. Полученные (рассчитанные) значения X округляют до 0,01 %.

Вопрос 2

Воспламеняемость порошка связана с его способностью к самовозгоранию при соприкосновении с окружающей атмосферой, которая при относительно невысоких температурах может привести к воспламенению порошка и даже взрыву. Воспламеняемость зависит от химической природы и чистоты металла, крупности и формы частиц порошка, состояния их поверхности (пленки оксидов уменьшают пожароопасность, а шероховатость усиливает ее). В компактном (литом) состоянии лишь немногие металлы пожароопасны и могут воспламеняться при относительных невысоких температурах (например, магний, титан, гафний и некоторые другие), тогда как в порошкообразном состоянии воспламеняются очень многие металлы. Воспламенение может произойти в результате не только окисления, но и других экзотермических реакций, например образования карбидов или нитридов в процессе взаимодействия металлического порошка с азотом или углеродсодержащим газом. Однако основной причиной воспламенения порошков принять считать их взаимодействие с кислородом (воздухом). Для порошков некоторых металлов контакт с воздухом может привести к почти мгновенному воспламенению при относительно невысоких температурах.

Если отсутствуют факторы, подавляющие начавшуюся реакцию (например, на поверхности частиц не возникает плотной защитной пленки оксида, препятствующей дальнейшему непосредственному контакту металла с окружающей средой), воспламенение приводит к устойчивому горению. Внешний источник тепла для воспламенения порошка иногда не нужен, если при экзотермической реакции выделяется большое количество энергии. Например, многие высокодисперсные порошки обладают большой удельной поверхностью и способны к самопроизвольному возгоранию при комнатной температуре, в связи с чем их называют пирофорными.

Воспламеняемость порошка зависит от того, находится ли он в свободно насыпанном состоянии (т.е. в виде аэрогеля) или в виде взвеси в окружающей атмосфере (т.е. в виде аэрозоля). Для аэрогелей определяют температуры самонагревания, тления, самовоспламенения и воспламенения, а также энергию воспламенения.

Температура самонагревания — наименьшая температура, при которой в порошке возникает экзотермическая реакция взаимодействия с окружающей газовой атмосферой, инициированная посторонним тепловым импульсом (нагретой окружающей газовой средой или нагретым телом).

Температура тления — наименьшая температура порошка, при которой в результате самонагревания возникает тление, т.е. свечение без пламени.

Температура самовоспламенения — наименьшая температура порошка, при которой резко увеличивается скорость экзотермического процесса, заканчивающегося самопроизвольным возникновением пламени.

Температура воспламенения — наименьшая температура порошка, при которой от постороннего источника тепла в порошке происходит резкое увеличение температуры за счет экзотермического процесса, заканчивающегося самопроизвольным возникновением пламени.

Воспламеняемость порошков сплавов во многом зависит от их фазового состава.

Порошок с частицами неправильной формы с выступами и острыми краями воспламеняется легче, чем в случае частиц округлой формы. Состав окружающей атмосферы существенно влияет на температуру са­мовоспламенения, так как определяет величину термодинамических эффектов, кинетику окисления и свойства образующейся оксидной пленки.

Численные значения показателей воспламеняемости металлических порошков не являются константами вещества, а представляют собой индивидуальные характеристики только конкретного исследуемого порошка при данных условиях испытания и зависят от многих факторов, среди которых решающим является дисперсность порошка. По мере уменьшения размера частиц температура воспламенения снижается и высокодисперсный по­рошок становится пирофорным, т.е. приобретает способность самовоспламеняться при комнатной температуре.

Вопрос 3

Взрываемостъ порошка. Сверхвысокие скорости химического взаимодействия порошка с кислородом приводят к почти мгновенному выделению энергии, которое сопровождается образованием и распространением взрывной волны — происходит взрыв. Металлические порошки, располагающиеся слоем (аэрогели), не способны взрываться, хотя могут стать источниками взрыва в результате выброса пылевого облачка, его воспламенения и интенсивного горения частиц. Поэтому, рассматривая взрываемость порошков, имеют в виду взрываемость аэрозолей, т.е. взвеси металлических частиц в газе. Показателями взрываемости порошка могут служить температура воспламенения (при которой происходит возникновение пламени во всем объеме аэрозоля), нижний концентрационный предел (НКП), верхний концентрационный предел (ВКП), конечное давление взрыва и скорость его нарастания.

Характеристики взрываемости в основном зависят от дисперсности металлического порошка, степени его окисленности и содержания кислорода в газовой фазе. Обычно воспламеняются и взрываются во взвешенном состоянии порошки крупностью частиц < 150—200 мкм. Газодисперсные системы, содержащие более мелкие частицы, имеют меньшие температуры воспламенения и НКПВ, большую скорость нарастания давления и ве­личину максимального давления при взрыве; это связано с возрастанием удельной поверхности и, соответственно, активности порошка. Степень окисленности частиц сильно влияет на взрывоопасность порошка; особенно активны и опасны свежеприготовленные порошки.

Содержание кислорода в газовой фазе (окружающей атмосфере) существенно влияет на характер протекания процесса взрыва аэрозолей металлов, поскольку тепловой взрыв происходит в основном за счет интенсивной экзотермической реакции окисления металла. Уменьшение содержания кислорода обычно понижает взрывную активность аэрозолей металлов. Однако некоторые аэрозоли металлов могут воспламеняться и при отсутствии кислорода в окружающей газовой атмосфере (азот, углекислый газ и др.), с которой металл может реагировать с выделением тепла.

Токсичность порошка. Систематическое вдыхание металлических порошков независимо от их вида может привести к профессиональным заболеваниям. Практически пыль (обычно размер частиц < 4 мкм) любого из металлов или керамики, в том числе и совершенно безвредных в компактном состоянии, воздействует на человека и может вызвать патологические изменения в его организме, например, вызвать аллергические заболевания; привести к хроническим легочным болезням. Некоторые порошковые материал канцерогенны, например, бериллий и его соединения. Степень опасности для здоровья человека пыли зависит от их химического состава и степени окисленности, размера частиц, их концентрации, длительности воздействия, путей проникновения в организм и т.д. Технологические и санитарно-технические мероприятия должны поддерживать в произведственных помещениях концентрацию пыли на уровне ниже нормы ПДК (предельно-допустимых концентраций).

Вопрос 4

Под морфологией порошков понимается, в первую очередь форма его частиц и их размер.

Форма частиц металлического порошка обусловлена способом его получения, во многом определяющим условия их формирования. Разнообразие форм частиц достаточно велико, в связи с чем принято выделять несколько основных типов по принципу сходства с формами макротел непорошковой природы (см таблицу ниже).

Первичная форма частиц может несколько видоизменяться (иногда существенно) при последующей обработке порошка (размол, отжиг, грануляция и др.).



Для установления формы частиц используют оптические или электронные микроскопы. Пробу исследуемого материала (около 10 г) квартованием сокращают до 1 г, после чего отбирают небольшое количество для рассмотрения под микроскопом. При работе с оптическим микроскопом порошок помещают на предметное стекло, наносят на него каплю глицерина или скипидара и осторожно распределяют частицы по поверхности с помощью второго (так называемого покровного) стекла. Правильно приготовленный препарат не должен содержать конгломератов и скоплений частиц. Для электронного микроскопа готовят специальные реплики (порошок запрессовывают в пластмассу, делают шлиф, травят его и снимают с поверхности реплику) или пленку-подложку из коллодия, кварца, угля и др. На пленку-подложку порошок наносится в виде суспензии либо просто насыпается.

Форма частиц существенно влияет на технологические свойства порошка и через них на плотность, прочность и однородность свойств заготовки из него. Например, наиболее прочные заготовки дают частицы дендритной формы, так как в этом случае наряду с силами сцепления действуют и чисто механические причины: заклинивание частиц, переплетение выступов и ответвлений. Шероховатость поверхности частиц увеличивает у них запас избыточной энергии, что ускоряет в последующем формирование свойств порошковых изделий при спекании.

Форма частиц влияет на многие свойства порошковых изделий: плотность, прочность, проницаемость и др., а также на их однородность.

Система численных критериев формы частиц основывается на безразмерных соотношениях между основными геометрическими параметрами, присущими данному набору частиц, и называемых факторами или коэффи­циентами формы. Наиболее часто определяют два фактора формы: фактор неравноосности (удлиненности) частицы Фн:



где lmax и lmin — соответственно максимальный и минимальный размер частицы по взаимно перпендикулярным направлениям;

фактор развитости поверхности частицы Фp — отношение квадрата наблюдаемого периметра частицы Р к занимаемой ею площади S:



В ГОСТ или ТУ на порошок обычно указывают основную форму частиц.

(для ответа на вопрос дополнительно использовать данные практических занятий по формам частиц)

Вопрос 5

Порошок представляет собой совокупность частиц размером от долей микрометра до миллиметра. Практически никогда не встречаются металлические порошки с частицами одного размера.

Диапазон размеров частиц между каким либо максимальным и минимальным значением называется фракцией порошка. Совокупность выраженных в процентах количественных содержаний фракций порошка называют гранулометрическим составом порошка; его выражают обычно либо в виде таблиц, либо графически в виде кривой зернистости.

В зависимости от размеров частиц порошки весьма условно подразделяют на следующие группы: нано- (размер частиц < 0,01 мкм), ультра- (размер частиц 0,01-0,1 мкм), высокодисперсные (размер частиц 0,1-10 мкм), мелкие (размер частиц 10-40 мкм), средние (размер частиц 40-250 мкм), крупные (размер частиц 250-1000 мкм). Частицы размером от 1000 мкм до 2-3 мм часто называют гранулами.

Гранулометрический состав порошка (часто говорят «грансостав» или «зернистость») определяют ситовым, микроскопическим, седиментационным, кондуктометрическим и другими методами анализа (рис. 110).

Вопрос 6

Ситовой анализ. Такой анализ грансостава порошка проводят сухим просеиванием в соответствии с межгосударственным стандартом ГОСТ 18318-94. Навеску порошка (100±1 г при насыпной плотности порошка > 1,5 г/см3 или 50±0,5 г в других случаях) просеивают через набор стандартных тканых сеток (сит) с квадратными отверстиями различной величины; номер сетки определяет размер ее отверстия на просвет. Сетки сит изготавливают из мягкой отожженной проволоки фосфористой бронзы, полутомпака, нержавеющей стали.

Прибор работает следующим образом. Набор сит 2 устанавливают на столик 3, накрывают крышкой 1 и закрепляют винтами 8. На станине прибора смонтирован электродвигатель 6, приводящий во вращение эксцентриковый вал, на котором установлен столик 3. Для встряхивания сит в вертикальном направлении по крышке 1 периодически ударяет рычаг 9. Сита в наборе установлены сверху вниз с убыванием размера ячеек.

По такой же схеме построены и аналогичные зарубежные приборы, например, «Analisette 20» фирмы «Fritsch» (Германия) (рисунок 2.5). Часто вместо эксцентрикового механического привода используется генератор УЗК, непосредственно воздействующий на набор сит. В качестве дополнительных функций в зарубежных приборах используется подача под небольшим давлением промывочной жидкости на каждое сито и подключение к вакуумному насосу нижнего поддона. Все это вместе позволяет подвергать ситовому анализу порошки с меньшим размером частиц до 10-20 мкм.

Сита должны быть круглыми с диаметром обечайки в большинстве случаев 200 мм (но могут быть и другого размера) и глубиной от 25 до 50 мм.

Для проведения ситового анализа наряду с ситами используют специальное встряхивающее устройство – ситовой анализатор, или ротап работающие по принципу вращательного движения со скоростью вращения, например, 300±15 мин-1 при одновременном встряхивании с равномерной частотой 180±10 в минуту. Режимы работы могут изменяться в зависимости от принципа работы встряхивающего устройства.

Просеивание продолжают до окончания рассева или в течение времени, указанного в нормативной документации на конкретный порошок. Время окончания рассева достигается в момент, когда количество порошка, проходящее в течение одной минуты через сито, задерживающее наибольшую его массу, изменяется менее чем на 0,1 % массы пробы для испытания. Допускается просеивание порошка вручную (его приемы должны быть указаны в нормативной документации на конкретный порошок).

Долю порошка, оставшуюся на сите при просеве, называют плюсовой фракцией, а прошедшую через сито — минусовой фракцией. Кроме того, часто термином "субситовая фракция" обозначают долю порошка, прошедшего через сетку с наименьшим размером отверстий в данном наборе сит.

Сухие и чистые сита устанавливают одно над другим в такой последовательности, чтобы наверху была сетка с самыми крупными отверстиями, а внизу — с самыми маленькими; набор сит снизу заканчивается обечайкой со сплошным дном — поддоном. После рассева каждую фракцию порошка, находящуюся на сетке с отверстиями определенного размера, высыпают из сит, начиная с сита с наибольшими отверстиями. Содержимое на сите ос­торожно стряхивают на одну сторону и пересыпают на глянцевую бумагу. Порошок, приставший к сетке или рамке сита, осторожно протирают мягкой кистью через сетку в следующее сито с меньшими отверстиями. Фракцию, высыпанную на глянцевую бумагу, взвешивают с погрешностью < 0,05 г. Сумма масс всех фракций должна составлять > 98 % от массы анализируемой пробы. Относительное содержание каждой из фракций X, % вычисляют с точностью до 0,1 % по формуле



где— масса данной фракции порошка, г;— масса испытываемой пробы, г.

Фракцию, количество которой составляет < 0,1 %, обозначают как "следы". Для каждого конкретного порошка количество проб для испытаний должно быть указано в нормативной документации. За величину, характеризующую количество фракции, принимают среднее арифметическое результатов параллельных определений.

Результаты ситового анализа записывают по определенной форме. Например, фракция порошка, прошедшая через сетку с отверстиями 0,160 мм, но оставшаяся на сетке с отверстиями 0,1 мм, обозначается как -016... +01 или -160... +100 мкм. Для каждой фракции может быть указан средний размер ее частиц , определяемый как сред­нее арифметическое размеров отверстий плюсового и минусового сит.

Для расчета среднего размера частиц фракции принято использовать формулу Андерсена [7]:

, (2.4)

где Dчср – средний размер частиц фракции; Dmin и Dmax – минимальный и максимальный размеры ячеек сит.

Благодаря простоте и быстроте выполнения ситовый анализ является основным методом контроля зернистости в порошковой металлургии. Его существенным недостатком является то, что минимальный размер отверстий в сетках составляет 40 мкм (в России есть ограниченное производство сеток с отверстиями 25—30 мкм, а за рубежом выпускают сетки с размером отверстий от 5 мкм), т.е. очень мелкие порошки не поддаются ситовому анализу.

Кроме того, форма частиц может внести искажение в результаты ситового анализа. Например, дискообразные (чешуйчатые) частицы в каком-то количестве задерживаются на сетке с размером отверстий больше их поперечника, а вытянутые иглообразные или дендритные частицы проходят через сито с отверстиями меньше их длины. Поэтому ситовой анализ не проводят для частиц такой формы, а также для порошков с пластификаторами или с размером частиц < 45 мкм.

При работе с ситами, размер отверстий которых < 40 мкм (особенно в случае размеров 5—25 мкм), целесообразно использовать гидравлический метод разделения частиц: навеску порошка в сите помещают под струю воды (или другой смачивающей порошок жидкости) и промывку осуществляют до полного просветления промывающей жидкости. Возможны и другие приемы воздействия на навеску порошка в наборе сит, например применение воздушных потоков при ситовом анализе взамен механического воздействия, а также вакуума, ультразвуковых и звуковых колебаний, использование электрического поля и т.д.

  1   2   3   4   5   6   7   8   9   10

Добавить документ в свой блог или на сайт

Похожие:

Химические свойства порошков зависят от содержания основного металла или основных компонентов, входящих в состав комплексных порошков, а также от содержания iconЧто называют керамикой?
Что характеризует «утекучесть» порошков? Как она изменяется в зависимости от шероховатости порошков?

Химические свойства порошков зависят от содержания основного металла или основных компонентов, входящих в состав комплексных порошков, а также от содержания icon4. 44. Определение лакокрасочных материалов, основные компоненты,...
...

Химические свойства порошков зависят от содержания основного металла или основных компонентов, входящих в состав комплексных порошков, а также от содержания iconЗакон
Действие настоящего Закона не распространяется на отношения в сфере содержания животных, используемых в научно-исследовательских...

Химические свойства порошков зависят от содержания основного металла или основных компонентов, входящих в состав комплексных порошков, а также от содержания icon1. Исходные материалы для металлургии: руда, флюсы, огнеупоры, топливо;...
В зависимости от содержания добываемого металла руды бывают богатые и бедные. Бедные руды (с малым содержанием добывае­мого металла)...

Химические свойства порошков зависят от содержания основного металла или основных компонентов, входящих в состав комплексных порошков, а также от содержания iconУчебное пособие по переводу текстов общественно-политического содержания
Учебное пособие предназначено для занятий по развитию профессиональных навыков в области обсуждения, перевода и обработки текстов...

Химические свойства порошков зависят от содержания основного металла или основных компонентов, входящих в состав комплексных порошков, а также от содержания iconПояснительная записка Экзаменационные билеты разработаны с учетом...
«Искусство». Составлены в соответствии с программой «Искусство. 8 – 9 классы» (авторы Г. П. Сергеева, И. Э. Кашекова, Е. Д. Критская),...

Химические свойства порошков зависят от содержания основного металла или основных компонентов, входящих в состав комплексных порошков, а также от содержания iconДепутаты городского совета, сегодня, 19 декабря 2012 года, в ходе...
Правила устанавливают порядок содержания и обращения с домашними животными, определения степени их опасности (социальной адаптации)...

Химические свойства порошков зависят от содержания основного металла или основных компонентов, входящих в состав комплексных порошков, а также от содержания iconЗаседание №17 о принятии «Правил содержания собак и кошек в городе Ростове-на-Дону»
В последние годы на территории города наблюдается тенденция содержания домашних животных с нарушением санитарно-ветеринарных норм...

Химические свойства порошков зависят от содержания основного металла или основных компонентов, входящих в состав комплексных порошков, а также от содержания iconТема урока: Алкены. Получение, химические свойства и применение алкенов. Цели и задачи урока
Оборудование: прибор для получения газов, раствор кмnO4, этиловый спирт, концентрированная серная кислота, спички, спиртовка, песок,...

Химические свойства порошков зависят от содержания основного металла или основных компонентов, входящих в состав комплексных порошков, а также от содержания iconУчебно-методический комплекс
АльФараби и предназначен для всех специальностей университета и состоит из типовой учебной программы, целей и задач, содержания предмета,...

Вы можете разместить ссылку на наш сайт:
Школьные материалы


При копировании материала укажите ссылку © 2013
контакты
zadocs.ru
Главная страница

Разработка сайта — Веб студия Адаманов