Spiekanie proszków
Jedną z metod wytwarzania stopów, stosowaną coraz szerzej, jest spiekanie proszków. Ta gałąź techniki, która zajmuje się wytwarzaniem gotowych elementów użytkowych drogą spiekania (czyli spieków), nazywa się metalurgią proszków. Obecnie metodami metalurgii proszków wytwarza się różne części maszyn i mechanizmów, w tym również materiały łożyskowe i elementy cierne, a także styki elektryczne, metale trudnotopliwe, płytki skrawające i kompozyty metalowo-ceramiczne, tzw. cermetdle.
Materiały kompozytowe są coraz częściej stosowane, gdyż cechują się własnościami mechanicznymi niemożliwymi do uzyskania w innych tworzywach. Powstają przez połączenie dwóch (lub więcej) materiałów, z których jeden jest wiążący, a inne spełniają rolę wzmacniającą i są wprowadzane w postaci ziarnistej, włóknistej (ew. ciętych włókien) lub warstwowej. Metodą metalurgii proszków, która jest jedną z metod wytwarzania kompozytów, wytwarza się kompozyty o osnowie metalowej umacniane cząstkami ziarnistymi, rzadziej włóknami ciętymi.
Proces wytwarzania spieków składa się z dwóch podstawowych operacji technologicznych; formowania kształtek z proszków metali przez prasowanie w matrycach i spiekania, polegającego na wygrzewaniu kształtek w atmosferze ochronnej poniżej temperatury topnienia przeważającego składnika, z którego zostały wykonane (niekiedy dopuszcza się częściowe stopienie). Podczas spiekania zachodzi drogą dyfuzji scalanie oddzielnych cząstek proszku z tendencją do ujednorodnienia chemicznego i jednoczesnego zaniku porów. Towarzyszy temu zwykle pewien skurcz spieku, a jednocześnie wzrost jego wytrzymałości mechanicznej.
Upowszechnianie potrzeby stosowania metod metalurgu proszków wiąże się z ich .zaletami, takimi jak:
a) możliwość formowania gotowych elementów bez potrzeby kosztownej obróbki mechanicznej (np. koła zębate, krzywki, sitka do maszynek do mięsa itp.);
b) niewielki koszt produkcji pod warunkiem masowego jej charakteru (konieczność zamortyzowania kosztów matrycy);
c) możliwość wytwarzania tworzyw o składzie i strukturze nieosiągalnych innymi metodami (np. wolfram-srebro na styki, brąz-grafit na łożyska, węglik wolframu-kobalt na płytki skrawające, porowate łożyska samosmarujące nasycane olejem, materiały metalowo-ceramiczne typu SAP lub inne);
d) możliwość automatyzacji procesu wytwarzania;
e) małe zużycie materiałów i energii.
Prasowanie jest z jednej strony sposobem łączenia luźnych cząstek proszku w trwałą kształtkę zwaną wypraską, a z drugiej — nadawaniem odpowiedniego kształtu. Prasowanie przeprowadza się w matrycach z ruchomym stemplem. Dla uzyskania odpowiedniego efektu (zagęszczenia) ciśnienie musi być odpowiednio duże. Podczas prasowania następuje przegrupowanie cząstek proszku, ich odkształcenie (sprężyste, plastyczne) oraz kruszenie (w przypadku materiałów kruchych).
Spiekanie jest ważną operacją w procesie wytwarzania spieków, gdyż nadaje im odpowiednią wytrzymałość i gęstość. Główną siłą napędową procesu spiekania jest energia swobodna powierzchni proszku i zmagazynowana energia odkształcenia, nagromadzona w defektach sieci. Obydwie te energie ulegają zmniejszeniu w trakcie spiekania, co prowadzi do istotnych zmian strukturalnych: sferoidyzacji porów i ich objętościowego zmniejszenia, tworzenia szyjek między cząstkami proszku, poligonizacji i rekrystalizacji w objętości cząstek proszku. Wiąże się to ze znaczną redukcją defektów sieci: wakancji, atomów międzywęzłowych i dyslokacji.