Prepararea pulberilor compozite

Pulberile compozite sunt pulberi cu compoziție complexă, fiecare particulă fiind formată din macrovolumele mai multor componente cu compoziție chimică diferită.

Pulberile compozite sunt utilizate în principal pentru acoperirea (pulverizarea) pe suprafața oricărui material, cel mai adesea metal, după care suprafața acoperită cu această pulbere dobândește proprietăți inerente materialului compozit.

Ponderea pulberilor compozite în volumul total de aplicare a pulberilor pentru pulverizare este de 20-25 % și este în continuă creștere. Pulberile compozite trebuie să îndeplinească următoarele criterii:

• reprezintă o combinație a două sau mai multe substanțe cu o interfață clară între ele;
• să combine proprietățile componentelor;
• o bună fluiditate (pentru a asigura o alimentare stabilă și controlată cu particule a zonei de pulverizare)
• densitate ridicată (pentru a asigura o bună legătură cu materialul de bază)
• conductivitate termică bună;
• compoziție chimică stabilă.

Metodele de producție a pulberilor compozite sunt împărțite în două grupe: producția directă (metode primare) și modificarea pulberilor existente (metode secundare).

Primul grup de metode asigură formarea particulelor de pulbere direct în timpul procesului: măcinarea mecanică, reducerea în fază solidă a oxizilor, reducerea metalotermală, sinteza, inclusiv metoda SHS, și alte metode. Al doilea grup include: placarea și conglomerarea.

O particulă placată este un nucleu acoperit cu un alt material (fig. 2.60): o particulă conglomerată este formată din mai multe particule de material eterogen, putând exista o diferență mare între dispersitatea componentelor unei astfel de pulberi (conglomerate heterodisperse) sau să nu existe deloc (conglomerate homodisperse). Combinațiile acestor două opțiuni produc o serie de structuri de tip mixt (fig. 2.61).

Atomizarea

Metoda de atomizare permite obținerea de pulberi din practic orice metale și aliaje cu punct de topire de până la 1700 °С, asigurând omogenitatea compoziției și forma rotunjită a particulelor.

Pulverizarea se realizează cu gaz sau aer, mai rar cu apă la presiune ridicată. În aproape toate cazurile, atomizarea se realizează în apă sau în alt mediu lichid. Dimensiunea particulelor trebuie să fie între 50-150 µm.

Pulverizarea mecanică

Această metodă este utilizată pentru materialele fragile, cum ar fi deșeurile metalurgice și metalele spongioase obținute prin electroliză sau reducere.

Măcinarea se realizează în unități de măcinare (tamburi, mori, concasoare etc.). Prin măcinare se obțin particule cu o formă sfărâmată sau unghiulară. Dezavantajul acestei metode este fluiditatea relativ scăzută a pulberii, precum și posibila contaminare a pulberii cu materiale din corpurile de măcinare, garnituri etc.

Metoda autoclavului

Depunerea pulberilor se realizează din soluții la o presiune a hidrogenului de 2-5 MPa și la o temperatură de 420-460 K. Pulberile metalice obținute prin această metodă sunt caracterizate printr-o activitate ridicată, dispersate. Ca materii prime, se utilizează deșeuri de producție, precum și produse de prelucrare a concentratelor de minereu. Metoda autoclavei este utilizată pentru producerea pulberilor de cobalt și nichel.

Metoda carbonilului

Metoda se bazează pe disocierea termică a carbonililor metalici la temperaturi de 500-650 K în reactoare speciale. Materiile prime inițiale sunt deșeuri de producție metalurgică (deșeuri, intermediari metalizați, calcar). Particulele de pulbere au, de regulă, formă sferică. Compozițiile de pulberi pe bază de tungsten, cobalt, molibden, nichel sunt produse prin metoda carbonilului. Pulberile sunt supuse unei recoaceri la temperatură joasă în hidrogen pentru a elimina oxigenul și carbonul. Pulberile obținute prin procedeul carbonil se caracterizează prin activitate chimică și puritate ridicate.

Placarea pulberilor

Placarea este depunerea unui strat de acoperire pe suprafața particulelor de material dispersat, prin procese chimice și fizice.

Procesul de placare se realizează prin următoarele metode

• prin saturare prin difuzie din faza solidă (de exemplu, borurarea particulelor de pulbere de MoS₂);
• copulverizare a topiturii cu faza solidă în suspensie (de exemplu, carbură de tungsten în topitura aliajului Ni-Cr-B-Si)
• reducerea în autoclavă din soluții saline cu hidrogen (de exemplu, depunerea Ni pe Al, Co, WC);
• chimic, folosind o reacție de substituție (de exemplu, depunerea Ni pe Al);
• prin reducere chimică din soluții saline cu hipofosfit sau hidrazină (de exemplu, depunerea de Ni, Cu, Co pe particule metalice și nemetalice);
• electroliza (de exemplu, depunerea de Ni, Cu și alte metale pe suprafața particulelor metalice și metalizate);
• descompunerea termică a carbonililor (de exemplu, depunerea de Ni pe Al, WC, Al₂O₃grafit, BN etc.);
• în vid, evaporarea prin încălzire termică sau cu fascicul de electroni (de exemplu, depunerea de Al pe ZrO₂).

Conglomerarea

Formarea de conglomerate din două, mai des multe, particule este, de asemenea, o modalitate de obținere a pulberilor compozite.

În conglomerările de pulberi, se formează legături între particule de diferite componente prin utilizarea unor procese fizice și fizico-mecanice.

Conglomeratele de particule pot fi formate prin următoarele metode

• utilizarea de lubrifianți organici și anorganici (de exemplu, Al cu Ni, Al cu NiCr, Al₂O₃; TiO₂ etc.);
• sinterizarea amestecurilor mecanice cu măcinare ulterioară;
• co-deformare (de exemplu, laminarea amestecurilor mecanice cu rectificare ulterioară).

Conglomerarea materialelor dispersate capătă o dezvoltare predominantă, deoarece este posibilă crearea de compoziții bazate pe combinații de aproape orice elemente.

Variantele tehnologice ale acestei metode sunt caracterizate prin simplitate și economie.

Tabelul 2.29 prezintă cele mai utilizate pulberi compozite pe bază de Ni și Al utilizate pentru pulverizare.