A fémporok előállítására sokféle módszer ismert, amelyek közül csak a jobban elterjedtebb eljárásokat tárgyaljuk.
2.1.1 Mechanikus őrlési eljárások 2.1.1.1 Őrlés golyós malomban
A kisméretű 0,5 – 2mm szemcsenagyságú rideg anyagok őrlésére általánosan elterjedt a golyós malom (2.1. ábra) [4].
2. PORKOHÁSZAT 35
© Danyi József, Végvári Ferenc, Kecskeméti Főiskola www.tankonyvtar.hu 2.1. ábra. Golyósmalom
Jellemző paraméterek:
Dob átmérője 250….1500 mm
Őrlőgolyók átmérője d=1/6D…1/10D…1/40D mm
Őrlőgolyók anyaga: acél, keményfém, öntöttvas, keményporcelán, mullit Kerületi sebesség 60…..100 m/min
Fordulatszám: 3…120 ford/min átmérőtől függően.
Határfordulatszám, ahol a centrifugális erő falhoz szorítja az őrlőtesteket, megszűnik az ütőhatással történő őrlés. A fordulatszámnak ez alatt kell maradnia. A határfordulatszámhoz közel főleg az ütőhatás érvényesül, míg alacsonyabb fordulatszámon a dörzshatás.
Őrlés módja lehet:
- Száraz őrlés levegő atmoszférában (főleg oxidok esetén)
- Száraz őrlés védőgáz alatt (Ar, N2, CO2) a védőgáz megakadályozza az őrölt szemcsék oxidációját
- Nedves őrlés
Robbanásveszélyes anyagok őrlésénél (Al, Mg, Fe) semleges gázokat (Ar, N2) kell használni.
Őrlőhatás: ütőhatással 30…100…300μm dörzshatással 3…10 μm
Alkalmazása: rideg fémek őrlésére (pl. Mn, Cr, Sb, Bi,) illetve valamilyen eljárással rideggé tett fémek őrlésére (pl. hidridporok, elektrolitikus úton lecsapatott vas, stb.)
2.1.1.2 Őrlés örvénymalomban
Az örvénymalomban képlékeny és rideg fémek is poríthatók. Az örvénymalmot a.2.2 ábrán mutatjuk be.
Működése során a 3 jelű adagolótölcsér alatti csap nyitásával beadagolt max. 1,5 g tömegű darabok az egymással ellentétes irányban forgó lapátok közé kerülnek. A 3000/min fordulatú lapátok nagy erővel a ház falához vágják az őrleményt, miközben az töredezik, aprítódik. A Haedfield acélból készült házat a melegedés miatt kívülről vízzel hűtik. A malomban keringő közeg a kisebb szemcséket magával viszi a 4 jelű előleválasztóba, ahol az áramlatban lévő nagyobb szemcsék kihullanak. Ezeket a szemcséket időnként visszaadagolják az előleválasztó alsó részén lévő csap nyitásával a malomba. Az előválasztóból tovább áramló gáz a
porleválasztóba kerül (5), ahol az őrölt por kiválik, összegyűlik. A tisztított gázt a ventilátor ismét visszajuttatja a malomba.
Az elérhető szemcsenagyság: 50…200 μm
Elsősorban vas, réz, alumínium, ezüst, vasötvözetek, rézötvözetek porainak előállítására alkalmazzák.
2.2. ábra. Örvénymalom
2.1.1.3 Őrlés attritorban
A golyósmalmokhoz hasonlóan működő őrlőberendezés az attritor (2.3. ábra). Az attritor nedvesőrlő berendezés. Az őrlendő előaprított rideg anyagokat egy zagykeverőből membránszivattyúval adagolják az őrlőtartályba. Az őrlőtartályban a zagyban elhelyezkedő 5 – 8mm átmérőjű golyókat a lassan forgó csapos keverőberendezés tartja folyamatosan mozgásban. Az őrlemény a tartály felső részén, egy szűrőszöveten áthaladva távozik. Az attritort kívülről hűtik, de egyes anyagok őrlésénél esetleg fűteni is kell. Ezeket a feladatokat a külső vízköpeny biztosítja. Az őrlőhatást egyrészt a golyók közt lévő dörzshatás, illetve a membránszivattyú által megemelt, süllyesztett zagy és golyóréteg karok közti függőleges mozgása biztosítja. Ennek köszönhetően teljesítménye sokkal nagyobb a hagyományos golyósmaloménak.
2.3. ábra. Attritor
2. PORKOHÁSZAT 37
© Danyi József, Végvári Ferenc, Kecskeméti Főiskola www.tankonyvtar.hu
2.1.2 Fémporok előállítása olvasztott fémek porításával 2.1.2.1 DPG-eljárás
A DPG eljárás a Deutsche Pullvermetallurgische Gesellschaft által közzétett eljárás, amely alkalmas fémporok porlasztással történő előállítására (2.4. ábra).
Elve: A vékony sugárban ömlő fémet nagy nyomású levegővel, vagy vízzel szétporlasztjuk. A dermedő szemcsék egy gyorsan forgó korongra kerülnek, amelyen verőlécek és áttörések vannak. A részben dermedt rideg összetapadt, agglomerálódott szemcsecsomókat ez a forgó korong szétveri, tovább aprítja. Alkalmazása főleg vas, réz és alumínium porok gyártására, de jól alkalmazható csak folyékony állapotban keveredő fémötvözetek porítására is. Ilyen álötvözetek pl. Cu – Pb, Cu – Fe, Ag – Pb
2.4. ábra. DPG eljárás
2.1.2.2 R-Z eljárás
Lágy vasporok előállítása alkalmas az ún. R-Z-eljárás (Roheisen-Zunder). Ezzel az eljárással kupolókemencében megolvasztott kb. 3...5 % C-tartalmú nyersvasból indulnak ki, mely alacsony olvadáspontú és megfelelően nagy viszkozitású. A kiömlőnyíláson kifolyó nyersvasat sűrített levegővel kevert oxigénnel porlasztják úgy, hogy a szemcsék felülete erősen oxidálódik, s közben a felületi széntartalom egy része kiég.
A porlasztott vasport ezután áttolókemencében 900...1000 °C hőmérsékleten hőkezelésnek vetik alá, aminek hatására a szemcsék felületén elhelyezkedő oxidréteg a szemcsék belsejében lévő szénnel reakcióba lép és a reakciótermék a CO, CO2 összetételű gázkeverék eltávozása után visszamarad a szénben és oxigénben szegény, a gázfejlődéstől erősen porózussá vált, szivacsszerű, igen jól sajtolható lágy vaspor.
2.1.3 Fémporok előállítása fizikai – kémiai módszerekkel 2.1.3.1 Fémpor előállítása elektrolízissel
Ha fémsók vizes oldatán vagy fémsók olvadékán keresztül egyenáramot vezetünk, akkor megfelelő körülmények között a fém por alakban válik ki a katódon.
Fémek sóinak vizes oldatából történő elektrolízissel leginkább ón,- ezüst-, réz- és vasporok készülnek.
Nem minden esetben lehetséges oldatokból elektrolizálni a fémporokat, ilyenkor megolvasz-tott fémsót elektrolizálnak. Így készül pl. a tantál, a berillium, a nióbium, a tórium, a cirkónium és az urán.
Az így készített porok szemcséi legtöbbször dendrites alakúak. A szemcsék méretét és szerkezetét a katód áramsűrűsége, valamint oldatok esetén az elektrolit koncentrációja, összetétele és hőmérséklete befolyásolja.
2.1.3.2 Fémpor előállítása fémgőzök leválasztásával
A berendezés a 2.5. ábrán látható. A lepárlás vákuum alatt történik. A vákuumban indukciós úton megolvasztott (9) és túlhevített fém gőzölög, amely a felette lévő forgó hideg tárcsára (5) lecsapódik. A tárcsára középen az olajtartályból (3) olajat (4) szivárogtatnak, amely a centrifugális erő következtében vékony filmet alkot a tárcsán (6). A hideg tárcsára (5) lecsapódó fémgőz az olajfím (6) miatt nem tud ráragadni, úszik az olajon és az oldalt elhelyezett tartályban (10) gyűlik össze. Az olajat a fémportól el kell választani. A keletkezett szemcseméret 0,01 μm-nál kisebb.
2.5. ábra. Fémgőzlepárlás
2.1.3.3 Karbonil eljárás
A porkohászatban felhasznált fémporok tekintélyes részét a fémoxidok redukálásával nyerik (pl.: W, Mo, Fe, Ni, Co, Cu).
A fémoxidok redukálása történhet szilárd karbonnal, széndioxiddal és hidrogénnel, ill. néhány speciális esetben fémes redukáló közeggel.
Néhány fém, mint pl. a vas, a nikkel és a kobalt meghatározott feltételek mellett szénmono-xiddal karbonilnak nevezett vegyületet képez.
Me + n (CO) Me(CO)n
A képződő vegyület viszonylag kis stabilitású és könnyen finom szemcséjű (0,1...10 μm) fémporra, valamint szénmonoxidra bomlik. Az ezen elven működő porgyártási eljárást nevezik karbonil módszernek.
Fe-por előállítása karbonil eljárással
Barnavasércből 800 – 1000 oC-on katalizátorok jelenlétében redukálással szivacsszerű vasat kapunk.
2. PORKOHÁSZAT 39
© Danyi József, Végvári Ferenc, Kecskeméti Főiskola www.tankonyvtar.hu
Majd 200 oC-on 250 bar nyomáson CO-val az alábbi reakció szerint vaskarbonil keletkezik.
Fe + 5 CO Fe(CO)5
A vaskarbonil 103 oC forráspontú sárga színű folyadék. Reaktorban 200 – 300 oC-on elbontják a folyadékot, miközben Fe por és CO gáz keletkezik. A kapott por szemcsemérete néhány μm.
Lágy mágnesekhez szükséges vaspor előállítására alkalmazott ez az eljárás.