Электромонтаж Ремонт и отделка Укладка напольных покрытий, теплые полы Тепловодоснабжение

Влияние легирующих примесей на спекание металлических порошков

01.05.2019

В последнее время значительное внимание уделяется изучению роли небольших легирующих добавок при спекании в твердой фазе с точки зрения их влияния на содержание дефектов кристаллического строения и интенсификацию усадки. На рис. 168, по данным Вацека, показано влияние небольших добавок никеля на изменение плотности при спекании порошка вольфрама. Наблюдается довольно значительный прирост плотности в результате действия малых добавок никеля при сравнительно невысоких для вольфрама температурах спекания (~ 0,45 Tабс. пл.); этим методом удается получить почти плотные изделия из вольфрама. Аналогично плотности меняется твердость, предел прочности и электропроводность спеченного вольфрама. Несколько в меньшей мере, но тоже довольно значительно, влияют на спекание вольфрама малые добавки кобальта и железа. Эти же металлы существенно увеличивают Усадку при спекании молибдена.
Влияние легирующих примесей на спекание металлических порошков

Введение легирующих добавок в опытах осуществлялось путем осаждения на поверхности частиц основного металла пленки окислов, образующейся при выпаривании растворa соли добавляемого металла. Таким путем удавалось обеспечить наиболее равномерное распределение примесей. После смешивания порошки отжигались для восстановления окислов.

Механизм влияния малых добавок никеля, кобальта и железа на спекание вольфрама и молибдена пока недостаточно ясен. Вацек предположил, что увеличение усадки связано с образованием избыточных вакансий в поверхностных слоях частиц, возникающих при взаимной диффузии в парах Ni (Fe, Co)—W(Mo) за счет большего парциального коэффициента диффузии для металлов железной группы. Однако достаточно убедительных данных для подтверждения такого предположения пока нет. Наоборот, в работе рентгенографически было обнаружено, что в системе Ni—W диффундируют только атомы вольфрама в никель.

Сам по себе факт влияния тонких поверхностных слоев никеля, кобальта и железа на процесс усадки вольфрама и молибдена подтверждает наши представления о значительной роли состояния поверхности частиц в процессе спекания. Большая роль дефектности поверхностных слоев была продемонстрирована также в модельных экспериментах Тюммлера, а также Я.Е. Гегузина и Л.Н. Парицкой. В этих опытах легирование кобальта и железа никелем, а также легирование медью никеля значительно увеличивало припекание проволочек за счет образования при взаимной диффузии дефектов в поверхностных слоях.

В нашей работе исследовалось влияние добавок никеля и кобальта, вводимых тем же методом, что и в опытах (смешивание порошков железа с растворами нитратов никеля и кобальта при непрерывном выпаривании влаги), на усадку при спекании железа. Из термодинамических соображений о направлении преимущественного потока атомов при взаимной диффузии можно было ожидать, что в парах Fe—Ni и Fe—Co образование избыточных вакансий в первом случае будет в никеле (внешний слой), а во втором — в железе (внутри частиц) и соответственно влияние никеля на ускорение усадки должно быть более существенным, чем влияние кобальта. Предположению о направлении преимущественного потока атомов при взаимной диффузии в парах Fe—Co и Fe—Ni соответствовали данные работ. Результаты наших опытов также подтвердили это предположение: добавки никеля значительно больше увеличивали усадку, чем добавки кобальта (рис. 169).

Небольшую интенсификацию усадки в случае кобальта можно объяснить активностью слоя кобальта на поверхности частиц, который был получен восстановлением из окислов (800° 1 час.). В опытах Тюммлера наблюдалось, что электролитическое покрытие никеля никелем, а кобальта кобальтом незначительно увеличивало интенсивность припекания.

Таким образом в случае легирования железа никелем эффект увеличения усадки связан с двумя факторами: образованием в поверхностном слое избыточных вакансий и активностью никелевого слоя самого по себе. Второй фактор имеет подчиненное значение.

Следует отметить, что эффект увеличения усадки при легировании железа небольшими добавками никеля и кобальта проявляется только при введении добавок путем осаждения пленок на поверхности частиц при выпаривании водных растворов солей. При механическом смешивании порошка железа с добавками никеля и кобальта (до 5%) эффект активации либо не наблюдается вовсе, либо наблюдается в незначительной мере. В этом случае не образуются активные поверхностные слои.

Ранее при обсуждении механизма влияния дефектов на усадку мы отмечали, что в этом вопросе еще нет полной ясности. Если воспользоваться в качестве первого приближения представлениями, то увеличение усадки при легировании поверхностных слоев порошковых частиц металлом с большим парциальным коэффициентом диффузии можно объяснить следующим образом. В результате взаимной диффузии в поверхностных слоях избыточные вакансии, которые осаждаются на границах зерен и блоков, коалесцируют в микропоры, создавая тем самым развитую сетку поверхностей, диффузия по которым и привносит вклад в увеличение диффузионной активности и соответственно усадки.

Легирование поверхностных слоев может не только увеличивать усадку, но и уменьшать. В работе обнаружено, что в результате предварительного отжига смеси порошков железа, никеля, кобальта и хрома усадка при последующем спекании значительно уменьшалась (в 10—20 раз) по сравнению с усадкой порошков чистых металлов, отожженных в тех же условиях. Предварительный отжиг в данном случае способствовал образованию в поверхностных слоях частиц сплава с пониженной диффузионной подвижностью атомов.

Результаты работ показывают, таким образом, что на усадку при спекании можно эффективно оказывать влияние путем легирования поверхностных слоев порошковых частиц.
Имя:*
E-Mail:
Комментарий: