Фильтры металлокерамика. Порошковая металлургия
Порошковая металлургия
Нескончаемые фильтры?
Содержание: Хотелось бы выяснить Ваше мировоззрение по поводу фильтров (металлокерамика) на ros-filter.ru. Молвят нескончаемые???
Здрасти, Дмитрий!
Как понятно в природе ничего не бывает нескончаемым. Это касается и всех изобретений человека. Говоря о порошковой металлургии следует сказать, что это область науки и техники, обхватывающая совокупа способов производства порошков металлов, сплавов и металлоподобных соединений, полуфабрикатов и изделий из их либо их консистенций с неметаллическими порошками без расплавления основного компонента.
Практика производства железных порошков и спеченной железной губы (крицы), получаемых восстановлением оксидов металлов углеродом известна с глубочайшей древности. К примеру, порошковое золото применяли для декоративных целей за 3000-3500 лет до нашей эпохи. Стальные орудия, отысканные при раскопках в Египте и Вавилоне, были сделаны с внедрением отдельных способов порошковой металлургии.
Основателем современной порошковой металлургии считается российский ученый П.Г. Соболевский, разработавший вместе с В.В. Любарским в 1826 году способ производства изделий из металла из порошка платины. Потом порошковая металлургия развивалась очень стремительно, т. к. позволяла получать изделия с уникальными качествами, возможность производства которых другими методами была исключена. К таким изделиям относятся, к примеру, фильтры, пористые подшипники; способами порошковой металлургии получают также материалы с данной структурой, материалы, состоящие из металлов и их оксидов, металлов и композиционных полимеров и др.
Современная порошковая металлургия включает последующие этапы: получение начальных железных порошков и изготовление из их шихты (консистенции); компактирование порошков (либо их консистенций) в заготовки; спекание.
Порошки, применяемые в порошковой металлургии, состоят из частиц размером 0,01-500 мкм. Получают их механическими и физико-химическими способами. К механическим способам относят измельчение жестких металлов либо их соединений и диспергирование водянистых металлов либо сплавов. Твёрдые частицы металлов размельчают в барабанных либо вибрационных мельницах, либо мельницах ударного деяния (вихревые, струйные, центробежные). При измельчении в мельницах хрупких материалов частички порошка имеют осколочную форму, при измельчении пластичных материалов-чешуйчатую. Размельченные порошки характеризуются наклепом (конфигурацией структуры и параметров, вызванным пластической деформацией) и, обычно, подвергаются отжигу.
Следующее диспергирование, либо распыление, водянистых металлов и их сплавов производят струей воды либо газа. При распылении водой под высочайшим давлением употребляют форсунки различных форм. Характеристики распыленных порошков зависят от поверхностного натяжения расплава, скорости распыления, геометрии форсунок и других причин. Распыление водой нередко проводят в среде инертных газов азота либо аргона. Этим способом получают порошки железа, нержавеющих сталей, чугунов, никелевых и др. сплавов. При распылении струи железного расплава газом высочайшего давления на размер частиц оказывают влияние давление газа, поперечник струи металла, конструкция форсунки, природа сплава. В качестве распыляющего газа употребляют воздух. азот, аргон, водяной пар. Распыление металла производят также плазменным способом либо методом разбрызгивания струи металла в воду. Такими методами получают порошки бронз, латуней, олова, серебра, алюминия и др. металлов и их сплавов.
Физико-химические способы получения железных порошков включают: восстановление оксидов металлов углеродом. водородом либо углеводородсодержащими газами; металло-термический методы — восстановление оксидов, галогенидов либо др. соединений металлов другими металлами; разложение карбонилов металлов, металлоорганических соединений; электролиз аква смесей и расплавов солей.
Методом восстановления оксидов металлов создают порошки Fe, Co, Ni, W, Mo, Cu, Nb и др. металлов.
Порошки металло-подобных соединений получают теми же способами и, не считая того, синтезом из обычных веществ.
Частички порошков имеют развитую поверхность. Разложением карбонилов металлов получают порошки Ni, Fe, W, Mo со сферической формой частиц. Электролиз аква смесей солей металлов используют для изготовления порошков Fe, Cu, Ni, а электролиз расплавов солей — для получения порошков Ti, Zr, Nb, Та, Fe, U. В обоих случаях частички порошков имеют дендритную форму.
Большая часть порошков, получаемых способом порошковой металлургии прессуется в жестких железных матрицах (прессформах) с внедрением таблетировочных, ротационных и др. механических и гидравлических прессов-автоматов. После наполнения матрицы порошок прессуется под давлением 1-го либо нескольких особых массивных прессов.
Прессование прокаткой-это непрерывное формование заготовок из порошков с помощью валков на прокатных станах. Подача порошка в валки может осуществляться под действием силы тяжести либо принудительно. В итоге прокатки получают пористые листы, ленты, профили.
При изостатическом прессовании порошок либо пористые заготовки помещают в оболочку и подвергают всестороннему обжатию. Процесс включает наполнение оболочки, ее вакуумирование и заделку, фактически изостатическое прессование и декомпрессию оболочки. Разновидности изостатического прессованиягидрои газостатическое прессование, рабочими средами (передающими давление) в каких служат надлежащие воды либо газы. Гидростатическое прессование создают, обычно, при комнатной температуре; газостатическое — при больших температурах. При помощи изостатического прессования получают изделия сложной формы с очень равномерной плотностью по всему объему.
Скоростное (динамическое, импульсное, ударное) прессование производят методом скоростной деформации порошка. К нему относят взрывное, гидроди-намическое, магнитно-импульсное прессование, некие виды ковки и штамповки, прессование на быстроходных прессах, копрах, молотах.
Конечная операция порошковой металлургии спекание — заключается в термической обработке заготовок при температуре ниже температуры плавления хотя бы 1-го из компонент. Его проводят с целью увеличения плотности и обеспечения определенного комплекса механических и физико-химических параметров изделия. На исходной стадии спекания частички проскальзывают друг относительно друга, меж ними образуются контакты, происходит сближение центров частиц. На этой стадии скорость роста плотности (усадки) максимальна, но частички еще сохраняют свою особенность. На последующей стадии пористое железное тело представлено совокупой 2-ух взаимно проникающих фаз-фазы вещества и «фазы пустоты». На заключительной стадии пористое тело содержит изолированные поры и уплотнение происходит в итоге уменьшения их числа и размеров. Спекание многокомпонентных систем осложняется обоюдной диффузией. В данном случае спекание может происходить и с образованием водянистой фазы (жидкофазное спекание).
Спекание, обычно, проводят в защитной (в большинстве случаев инертные газы) либо восстановительной (водород, углеводо-родсодержащие газы) средах, также в вакууме. Нагрев изделий производят в электропечах (вакуумных, колпаковых, муфельных, толкательных, конвейерных, проходных, шахтных, с шагающим подом и др.), индукц. печах, прямым пропусканием тока. Спекание и прессование совмещены в одном процессе (спекание под давлением, горячее прессование).
Вот кратко и всё о порошковой металлургии. На данный момент порошковая металлургия – кандидатура металлургии классической. Получаемые способами порошковой металлургии материалы именуются порошковыми. Эти материалы условно подразделяют на конструкционные, триботехнические, фильтрующие, твердые сплавы, высокотемпературные, электротехнические, с особенными ядерными качествами и др.
Из конструкционных порошковых материалов изготовляют детали машин, устройств и устройств, к примеру шестерни, фланцы, зубчатые колеса, седла и корпуса клапанов, муфты, эксцентрики, кулачки, шайбы, крышки, корпуса подшипников, детали насосов, разные диски, втулки и др. Главные требования к этим порошковым материалам – завышенные механические характеристики и экономичность. Детали из конструкционных порошковых материалов подразделяют на ненагруженные, мало-, среднеи сильнонагруженные, а по типу материала-на базе железа либо сплавов цветных металлов.
К триботехническим относятся антифрикционные материалы и фрикционные материалы. Рациональные структуры анти-фрикционных материалов — жесткая матрица и мягенький наполнитель. Для сотворения таковой структуры более эффективен конкретно способ порошковой металлургии. Получаемые этим способом антифрикционные изделия владеют низким и стабильнымкоэффициентом трения, неплохой прирабатываемостью, высочайшей износостойкостью, неплохой сопротивляемостью схватыванию. Изделия из порошковых антифрикционных материалов являются самосмазывающимися. Жесткая смазка (напр., графит, селениды, сульфиды) заключена в порах самого изделия. Антифрикционные порошковые материалы могут употребляться как для производства больших частей, так и в качестве покрытий, нанесенных на подложки. Соответствующий пример изделий из порошковых антифрикционных материалов — подшипники скольжения.
Фрикционные порошковые материалы употребляют в узлах, передающих кинетичискую энергию. Эти материалы владеют высочайшей износостойкостью, прочностью, теплопроводимостью, неплохой прирабатываемостью. Порошковые фрикционные материалы в большинстве случаев состоят из железных и неметаллических компонент. При всем этом железные составляющие обеспечивают высшую теплопроводимость, а неметаллические (SiO2, A12O3, графит и др.) увеличивают коэффициент трения.
Изделия из порошковых жестких сплавов, состоящих из жестких тугоплавких карбидов и пластичного железного связывающего, получают методом прессования консистенций порошков и жидкофазного спекания. Твердые сплавы разделяются на содержащие вольфрам и углерод (либо его твердые смеси с др. карбидами) и безвольфрамовые (на базе титана и др. тугоплавких соединений); они владеют высочайшей твердостью, прочностью, износостойкостью. К примеру, из жестких сплавов изготовляют инструменты для резания металлов и др. материалов, штамповки, обработки давлением, для бурения горных пород.
К высокотемпературным порошковым материалам относят сплавы на базе тугоплавких металлов (W, Mo, Nb, Та, Zr, Re, Ti и др.). Эти сплавы используют в авиации, электротехнике, радиотехнике и др.
Электротехнические порошковые материалы включают последующие главные группы: контактные (для разрывных и скользящих контактов), магнитные, электропроводящие и др. Разрывные контакты созданы для неоднократного замыкания и размыкания электрическх цепей. Их изготовляют из порошковых сплавов на базе Ag, W, Mo, Cu, Ni с добавками графита, оксидов Cd, Cu, Zn и др. Скользящие контакты изготовляют из порошковых сплавов на базе Cu, Ag, Ni, Fe с добавками графита, нитрида В, также сульфидов (для понижения коэффициента трения); их используют в электродвигателях, генераторах электронного тока, потенциометрах, токосъемниках и др. устройствах.
Железные магнитотвердые и магнитомягкие материалы изготовляют из порошковых сплавов на базе Fe, Co, Ni, Al, SmCo5, сплава Fe-Nd-B. Магнитодиэлектрики представляют собой многокомпонентные композиции на базе консистенции ферромагнитных порошков с вяжущими субстанциями, являющимися изоляторами (жидкое стекло, бакелит, шеллак, полистирол, различные смолы). Диэлектрик образует на частичках ферромагнетика сплошную изолирующую пленку достаточной твердости, прочности и эластичности, сразу обеспечивая их мех. связывание. Ферриты изготовляют только способами порошковой металлургии. Порошковые электропроводящие материалы и изделия из их различного предназначения изготовляют из Cu, A1 и их сплавов.
В ядерной энергетике порошковые материалы (В, Hf, Cd, Zr, W, Pb, РЗЭ и др. и их соединения) с особенными качествами употребляют в качестве поглотителей, замедлителей, из их изготовляют регулирующие стержни, также твэлы (с внедрением порошков диоксида, карбида, нитрида урана и порошков тугоплавких соед. др. трансурановых частей).
Таким макаром, пористые порошковые материалы получили обширное внедрение в разных областях индустрии, начиная от домашней техники до атомной энергетики и галлактического оборудования.
Качествами, соответствующими только для
пористых порошковых материалов, являются:
-
фильтрующие;
-
капиллярные.
Фильтры из порошковых материалов по сопоставлению с другими пористыми изделиями владеют рядом преимуществ: высочайшей степенью чистки при удовлетворит проницаемости, высочайшими жаростойкостью, прочностью, сопротивлением абразивному износу, теплопроводимостью и др. Фильтры изготовляют спеканием свободно насыпанных либо спрессованных порошков бронзы, нержавеющей стали, никеля, титана, железа. Современные способы порошковой металлургии позволяют изготовлять фильтры с изменяемой и регулируемой пористостью, проницаемостью и степенью чистки.Фильтры на базе порошковых металлов, вместе с пористыми подшипниками, составляют главную часть пористых изделий из порошковых материалов. Способами порошковой металлургии изготовляют также пористые уплотнит. прокладки, антиобледенители, пламегасители, конденсаторы, пеноматериалы и другие материалы.
Фильтрующие характеристики порошковых материалов представлены пористостью, проницаемостью, тонкостью фильтрации и грязеёмкостью.
Пористостью материала состоит из внешней пористости (открытые поры) и внутренней (закрытые поры). В свою очередь, внешняя пористость состоит из сквозных и несквозных (тупиковых) пор. Сквозная пористость определяет количество проходящей через фильтр воды либо газа и, как следует скорость фильтрации.
Качество фильтра и его проницаемость для фильтрующей среды определяются только внешней сквозной пористостью.
Проницаемость фильтра определяется расходом воды либо газа через единицу площади фильтрующей поверхности при равномерном давлении. Проницаемость растет при увеличении пористости и числа сквозных пор по сопоставлению с числом несквозных.
Тонкость фильтрования охарактеризовывает высококачественный процесс чистки воды от загрязнений. В общем случае тонкость фильтрования определяется абсолютной и номинальной тонкостью фильтрования и коэффициентами отфильтровывания и полнотой фильтрования.
Абсолютная тонкость фильтрования определяется как наибольший размер частиц загрязнений, пропускаемых фильтром. Номинальная тонкость фильтрования представляет собой малый размер частиц, прошедших через фильтр.
Коэффициент полноты отфильтрования охарактеризовывает уменьшение массы загрязнений в рабочей воды при однократном её пропускании через пористый порошковый материал.
Грязеёмкость фильтра представляет собой массу загрязнений, задержанных на единице площади фильтрующего материала во время увеличения давления от исходного до предельного.
Капиллярные характеристики определяют процессы взаимодействия пористых порошковых материалов с жидкостью. Они характеризуются величиной капиллярного потенциала, представляющего из себя произведение наибольшей высоты подъёма воды в пористом теле на ускорение свободного падения, и краевым углом смачивания.
Спеченные фильтры изготавливают из порошков металлов либо сплавов однородной фракции определённого хим состава. Порошки могут иметь как сферическую, так и несферическую форму. Основное преимущество фильтров, сделанных из несферического порошка заключается в том, что они имеют завышенную механическую крепкость за счет наилучшего контакта частиц неверной формы с разветвленной поверхностью по сопоставлению с точечным контактом сферических порошков. Но в производстве спеченных фильтров целесообразнее выбирать порошки с частичками сферической формы, потому что материал из таких порошков обладает наилучшей проницаемостью, подающейся регулировке и регенерации.
Технологию производства порошковых фильтров выбирают с учетом требуемой тонкости фильтрации, производительности, размеров фильтров, также их прочностных параметров.
Фильтры маленьких размеров изготавливают способом спекания свободно засыпанного порошка. При всем этом для равномерного рассредотачивания порошка нужно встряхивание либо вибрирование формы. В данном случае сферическая форма частиц порошка не меняется, что содействует сохранению наибольшей проницаемости материала.
Обычный метод производства спеченных фильтров характеризуется деформированием порошка под действием принудительного давления.
Для получения материалов с завышенной пористостью (40 – 75%) и удовлетворительными прочностными качествами в порошки перед стадией деформирования заготовки вводят особые добавки, которые созданы для одновременного роста прочности и сохранения высочайшей пористости фильтра.
На данный момент фильтры из пористых порошковых материалов употребляют для отделения газов и воды от сторонних примесей, для чистки газов при их производстве и практическом использовании, отходящих газов в хим, металлургической, атомной и цементной индустриях. Коррозионностойкие фильтры употребляют для чистки воды, молока, смесей щелочей и кислот.
Вместе с фильтрами обширное распространение получили изделия из пористых порошковых материалов, именуемые капиллярно-пористыми. В базу внедрения изделий этой группы положена способность пористых порошковых материалов производить транспорт воды по поровым каналам под действием капиллярных сил. Применение капиллярно-пористых материалов позволило сделать устройства с действенной проницаемостью для одних жидкостей и непроницаемостью для других, возможностью воплощения в порах фазовых перевоплощений, сопровождающихся поглощением либо выделением тепла. Эти характеристики обеспечили обширное внедрение капиллярно-пористых порошковых материалов в самых разных областях техники, а именно, в элементах конструкций теплообменных аппаратов.
Более тщательно о новых разработках получения фильтров на базе порошковой металлургии и других изделий читайте на веб-сайте Югорского государоственного института:
www.ugrasu.ru/faculties/engine/lsvsnm/about/
С почтением,
К.х.н. О.В. Мосин
Литература: Шведков Е Л , Денисенко Э. Т., Ковенский И. И., Словарь-справочник по порошковой металлургии, К.. 1982; Кипарисов С. С., Либен сон ГА., Порошковая металлургия, 2 изд., М., 1980; Порошковая металлургия в СССР История. Современное состояние. Перспективы, под ред. И. Н Франце-вича и В. И. Трефилова, М., 1986; Порошковая металлургия и напыленные покрытия, под ред. Б. С. Митина, М., 1987