Порошок железа: технические характеристики и области применения
Порошок железа дисперсный материал, получаемый методами распыления расплава, восстановления оксидов или электролиза. Размер частиц варьируется от 0,45 до 0,55 мм для грубых фракций и от 10 до 50 мкм для тонких. Чистота основного вещества составляет от 98,5 до 99,8% в зависимости от марки. Насыпная плотность от 2,5 до 3,5 г/см. Материал используется в порошковой металлургии, производстве магнитных систем и химических реагентов.
Классификация и марки
Промышленность выпускает несколько марок порошка железа, различающихся по гранулометрическому составу и способу получения:
- ПЖВ (порошок железный восстановленный) получают восстановлением оксидов водородом, частицы губчатой формы, насыпная плотность от 2,0 до 2,8 г/см.
- ПЖР (порошок железный распыленный) производят распылением расплава водой или газом, частицы сферической формы, насыпная плотность от 3,0 до 3,8 г/см.
- ПЖЭ (порошок железный электролитический) осаждают из растворов электролизом, высокая чистота до 99,8%, частицы дендритной формы.
- Карбонильный порошок железа разлагают пентакарбонил железа, размер частиц от 1 до 5 мкм, применяют в радиоэлектронике.
Физико-механические свойства
Основные параметры порошка железа регламентируются ГОСТ 9849-86 и международными стандартами ASTM B783. Технические характеристики зависят от марки и фракции:
| Марка | Размер частиц, мкм | Насыпная плотность, г/см | Содержание Fe, % | Текучесть, с/50 г |
|---|---|---|---|---|
| ПЖВ 2.200.28 | от 200 до 280 | от 2,2 до 2,6 | от 98,0 до 98,5 | от 35 до 45 |
| ПЖР 3.315.40 | от 315 до 400 | от 3,0 до 3,4 | от 98,5 до 99,0 | от 25 до 35 |
| ПЖЭ 1.100.20 | от 100 до 200 | от 1,8 до 2,2 | от 99,5 до 99,8 | от 50 до 60 |
Технологические особенности
При прессовании порошка железа давление составляет от 400 до 800 МПа. Спекание проводят в защитной атмосфере водорода или диссоциированного аммиака при температуре от 1100 до 1300C. Усадка после спекания от 1 до 3% линейных размеров. Для повышения прочности изделий вводят легирующие добавки: медь, никель, фосфор. Порошок железа с содержанием углерода менее 0,05% используют для магнитопроводов, работающих в полях с частотой от 50 до 400 Гц.
Применение в промышленности
Порошок железа востребован в следующих отраслях и технологических процессах:
- Порошковая металлургия производство конструкционных деталей (шестерни, втулки, фланцы) для автомобильной и авиационной техники.
- Химическая промышленность катализаторы процессов гидрирования и синтеза аммиака, реагенты для очистки сточных вод от тяжелых металлов.
- Электротехника сердечники дросселей, трансформаторов и магнитных сепараторов, работающие при индукции от 1,0 до 1,5 Тл.
- Сварочное производство компонент шихты для электродов и флюсов, улучшающий стабильность дуги и механические свойства шва.
- Пиротехника основа термитных смесей для алюминотермической сварки рельсов и резки металлоконструкций.
Условия хранения и транспортировки
Порошок железа хранят в герметичных контейнерах при влажности воздуха не более 60% и температуре от 20 до +40C. Допускается транспортировка всеми видами крытого транспорта. При длительном хранении (свыше 6 месяцев) возможно окисление поверхности частиц, что снижает прессуемость на 1015%. Перед использованием порошок с истекшим сроком хранения проверяют на насыпную плотность и текучесть.
Вопросы и ответы
Какой порошок железа подходит для магнитных систем?
Для магнитопроводов с частотой до 400 Гц применяют порошок марки ПЖЭ с чистотой от 99,5% и размером частиц от 100 до 200 мкм. Для высокочастотных систем (от 1 до 10 кГц) используют карбонильный порошок с изоляцией частиц фосфатами.
Чем отличается восстановленный порошок от распыленного?
Восстановленный порошок (ПЖВ) имеет губчатую структуру частиц, что обеспечивает высокую прессуемость при давлении от 400 до 600 МПа. Распыленный порошок (ПЖР) обладает сферической формой, лучшей текучестью и применяется для MIM-технологий.
Какие примеси контролируют в порошке железа?
Основные контролируемые примеси: углерод (не более 0,050,15%), кремний (до 0,1%), марганец (до 0,3%), фосфор (до 0,02%), сера (до 0,02%). Для электротехнических марок дополнительно нормируют содержание кислорода (не более 0,3%).
Как определить качество порошка железа перед использованием?
Проверяют насыпную плотность по ГОСТ 19440-94, текучесть по ГОСТ 20899-98 и гранулометрический состав ситовым анализом. Для ответственных деталей проводят пробное прессование при давлении от 600 до 700 МПа с измерением плотности сырца.