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.