Free Student HQ / FSHQ / "Штаб-Квартира свободного Студента"

Механическое измельчение твердых металлов.
Производство чешуйчатых порошков

В промышленности довольно широко используются порошки с частицами, одно из измерений которых значительно меньше двух остальных. Производство таких порошков составляет до 50% от общего выпуска всех порошков.

Чешуйчатые или хлопьевидные порошки в основном находят следующее применение: 1) в составе красок, так как чешуйчатая форма позволяет покрывать большие поверхности минимальным количеством металла и создается впечатление полированной металлической поверхности; 2) для защиты от коррозии, главным образом стали (по тем же причинам); 3) для химических реакций; 4) в пиротехнике и для зажигательных снарядов; 5) как добавки к бетону для обеспечения аэрации; 6) в производстве продуктов с анизотропными электрическими или магнитными свойствами; 7) для получения материалов со специальными свойствами.

Для изготовления чешуйчатых порошков применяют измельчение или изменение формы или то и другое одновременно. Например, чешуйчатый порошок толщиной менее 2 мкм можно получить измельчением металлического листа толщиной менее 2 мкм; прокаткой металлического листа до минимальной толщины с дальнейшим измельчением для получения «пластинчатых» частиц, толщину которых затем уменьшают; в результате образования плоских частиц при разбрызгивании капель застывающего металла; сплющиванием частиц металла равноосной формы. Все эти способы использовались или используются в промышленности.

Измельчение листов золота при производстве порошков никогда не представляло больших технических трудностей. Основным достижением в данной области явилось производство самих листов, а именно использование давления или силы удара для превращения однородного металла в тонкие листы без разрушения. Это свойство металлов называется ковкостью, и его ни в коем случае не следует смешивать с пластичностью. Крейн дал следующую оценку ковкости и пластичности ряда металлов (1—максимальные значения этих свойств, 10 — минимальные).

Лучшим способом получения чешуйчатых порошков из золота, серебра, меди и алюминия является измельчение тонких листов или фольги, а из железа и никеля, обладающих среди перечисленных металлов худшей ковкостью, — изменение формы относительно равноосных частиц.

До сих пор исследователи обращали мало внимания на ковкость по сравнению с пластичностью. Однако даже поверхностное рассмотрение показывает, что основное различие между деформацией металла при, растяжении и при сжатии заключается в том, что в последнем случае металл встречает препятствия боковому расширению в участках приложения давления или удара. Так, металлический цилиндр, сжимаемый между двумя плитами, должен, очевидно, вести себя по-разному в зависимости от условий, существующих на поверхности соприкасания плит и металла, материала плит, а также наличия и характера смазки на них. Поэтому процесс получения чешуйчатых порошков в основном зависит от явлений на поверхности металла и, в частности, от наличия смазки.

Принципиальным различием между получением чешуек измельчением достаточно тонкой металлической фольги и расплющиванием недостаточно тонких чешуек или частиц является то, что в последнем случае необходимо подвергать сжатию или удару массу частиц, лежащих одна над другой. Необходимо поэтому воспрепятствовать сварке частиц, что обычно достигается применением смазки.

Механический способ изготовления чешуйчатых порошков был впервые использован Бессемером, но до 1930 г. для этих целей применяли исключительно простейшие толчеи, где порошок измельчали на неподвижной горизонтальной поверхности рядом падающих пестов, размер и вес которых определялся требуемым размером и толщиной чешуек. С 1930 г. намечается постепенный переход на современные способы производства. В работе можно найти описание и фотографии толчейных станов.

Одной из причин внедрения современных методов явилась опасность взрыва при производстве порошка алюминия, что привело к применению шаровых мельниц, которые оказались более приспособленными для этих целей. Здесь возможны два способа: 1) сухое измельчение в защитной атмосфере (в ударной шаровой мельнице «Хаметаг») 2) измельчение в присутствии защитной жидкости (процесс Холла).

Работа шаровой мельницы «Хаметаг» существенно отличается от обычных мельниц. Подъемные устройства переносят шары в верхнюю часть мельницы и сбрасывают их на шихту, что напоминает работу толчейных станов. Количество шаров по отношению к размеру мельницы и весу шихты близко к предельному и определяет к.п.д. процесса. Сырье — отходы алюминиевой фольги или стружка.

Для защиты от взрыва через мельницу пропускают защитный газ. В защитной атмосфере обязательно должен содержаться кислород (3—6%), иначе на воздухе продукт может оказаться пирофорным. Мельницы «Хаметаг» начинают все шире использоваться и в производстве обычных порошков. При измельчении порошка латуни защитная атмосфера не требуется. Установка для производства чешуйчатого порошка латуни обычно состоит из шаровой мельницы длиной около 4 м и диаметром 0,70—1 м. Скорость вращения около 50 об/мин. Шихта состоит из 1800 кг стальных шаров диаметром 11 мм и 115 кг порошка латуни. Шихту подают непрерывно со скоростью 30—35 кг/час. Полученный порошок передают потоком воздуха в фильтры. Установка может иметь водяное охлаждение.

В процессе Холла основная задача заключается в выборе безопасной и рентабельной жидкости, безвредной для механизмов. Такой жидкостью является, например, газолин — фракция нефти с промежуточными свойствами между керосином и бензином с температурой кипения около 180° и температурой вспышки 37,5°.

В мельнице Холла чешуйки образуются скорее за счет прокатывания, чем удара. Сырьем обычно является распыленный порошок алюминия размером менее 150 мкм. Относительное количество шаров, порошка и жидкости, а также размеры мельницы имеют важное значение для к.п.д. процесса. Согласно британскому патенту , в мельницу диаметром 406 мм и длиной 150 мм, вращающуюся со скоростью 65 об/мин, рекомендуется загружать 1,1 кг порошка алюминия (размер частиц до 150 мкм), одновременно с 1,1 кг газолина, 3% стеариновой кислоты, 1% стеарита алюминия и 22,6 кг шаров диаметром 9,6 мм. Процесс измельчения длится 7 час. Температура мельницы должна быть менее 50°, что может потребовать водяного охлаждения.

Предполагается, что небольшие цилиндры (стержни) с закругленными концами удобнее шаров. Работа мельниц при более высоких температурах и использование веществ, способствующих расплющиванию при этих температурах, могут привести к получению более тонких чешуек. Применение весьма чистого металла со значительно большей ковкостью также может дать ряд преимуществ. Следует учитывать, что чешуйки имеют толщину, при которой прочность металла на разрыв значительно увеличивается. Поэтому существуют практические пределы степени измельчения порошка. К сожалению, данные по ковкости очень мелких частиц металла отсутствуют.

Чешуйчатый порошок свинца можно получить в атмосфере С02, содержащей около 3% О2. Тингл показал, что Mg, Cd, Zn, Сu, Fe и, вероятно, Al, Сr, Ni реагируют с жирными кислотами, образуя слой с низким коэффициентом трения, только в присутствии кислорода и воды. Медь при воздействии стеариновой кислоты химически реагирует с ней только в присутствии кислорода.

Явления, наблюдаемые при расплющивании, во многом напоминают явления флотации при обогащении минералов. Читателю, желающему изучить этот вопрос более подробно, можно рекомендовать обратиться к литературе по флотации.

 

 

Сайт создан в 2012 г. © Все права на материалы сайта принадлежат его автору!
Копирование любых материалов сайта возможно только с разрешения автора и при указании ссылки на первоисточник.
Яндекс.Метрика