ПОИСК Статьи Чертежи Таблицы Получение металлических порошков цементацией и методом межкристаллитной коррозии из "Порошковая металлургия " Если расположить нормальные электродные потенциалы металлов, измеренные при 25° С, в порядке возрастания их алгебраических величин, то получается так называемый ряд напряжений. Каждый металл, расположенный выше в ряду напряжений, способен вытеснять все нижестоящие металлы из их солей при этом сам он переходит в раствор. [c.131] Аналогично протекают реакции вытеснения из растворов меди железом, кадмия и золота цинком, имеющие широкое практическое применение. [c.132] Процессы, основанные на реакциях вытеснения из растворов более благородных металлов менее благородными, называются цементацией. Часто такие процессы называют процессами контактного восстановления металлов из растворов. [c.132] Растворение и осаждение металлов из растворов регулируется двумя противоположно действующими силами электролитической упругостью растворения и осмотическим давлением ионов раствора. [c.132] Например, растворение цинка и осаждение меди в системе цинк—раствор его ионов и медь—раствор ее ионов протекает под действием разности величин осмотического давления и электролитической упругости растворения. Эта разность создает потенциал (разность зарядов между двойным электрическим слоем у электрода и общей массой раствора). У цинка электролитическая упругость значительно больше величины осмотического давления и значение разности будет отрицательным следовательно, цинк имеет электроотрицательный потенциал. У меди, наоборот, величина упругости растворения меньше величины осмотического давления, разность будет положительной медь имеет электроположительный потенциал. [c.132] С — концентрация ионов, г-экв/л. [c.133] Скорость реакции замещения определяется скоростью, с которой электроны удаляются с одного электрода и передаются другому. Последняя в свою очередь зависит от разности потенциалов электродов. Чем меньше отличаются друг от друга потенциалы металлов, тем меньше будет разность потенциалов, а следовательно, и скорость цементации. На практике для цементации подбирают такие пары электродов, у которых разность потенциалов была бы возможно большей. [c.133] Осаждение меди железом практически полно протекает вправо, особенно в отсутствии окислителей. Цементация как самостоятельный метод получения металлических порошков большого практического значения не получила. Иногда методом цементации пользуются для получения порошка свинца. Осаждение порошка ведут из растворов хлористых солей цинком. Реакция протекает по уравнению РЬС12 + 2п = РЬ-Ь2пС12. Основным характерным свойством осажденного металла является его мелкозернистость (до 70% зерен имеют размер около 2 мкм) недостаток такого порошка — загрязненность солями и цинком. Восстанавливающий металл часто используют в форме порошка, при этом качество восстанавливающего порошка весьма сильно влияет на процесс, характеризуя его активность, т. е. способность с той или иной активностью вытеснять электроположительный металл из раствора. [c.134] Интенсивность реакции определяется потенциалом восстанавливающего порошка по отношению к раствору, который зависит от состава порошка, его структуры и поверхностных пленок. [c.134] Присутствие в порошке более электроотрицательных примесей, хорошо растворимых в применяемом растворе, способствует реакции. Примеси более положительных металлов облагораживают потенциал и затрудняют реакцию. В случае, если контактное восстановление производится с целью извлечения металла из раствора, то можно применять любые порошки достаточной активности, учитывая в случае необходимости возможность регенерации раствора. [c.135] Количество порошка. Практически установлена необходимость иметь избыток порошка в сравнении с теоретически требуемым. Это объясняется тем, что в порошке часть металла присутствует всегда в неактивной форме, неспособной к реакции вытеснения. Так как контактное восстановление является гетерогенной реакцией, то ее скорость и то состояние, при котором наступает равновесие, определяются (при прочих равных условиях) размером реагирующей поверхности, т. е. количеством порошка. [c.135] Перемешивание. Перемещение разряженных катионов к реагирующей поверхности осуществляется тремя путями переносом током, диффузией и перемешиванием или циркуляцией раствора. Первый путь при контактном восстановлении оказывает очень малое влияние, так как короткозамкнутые элементы контактного восстановления охватывают ничтожную часть раствора. Также невелика роль диффузии, поскольку диффузионная поверхность весьма мала. [c.135] Основную роль в переносе реагирующих ионов к поверхности играет перемешивание или циркуляция раствора. Без этого, как уже отмечалось, реакция очень быстро прекращается. Скорость процесса находится в прямой зависимости от интенсивности перемешивания. Эффективным оказалось воздействие ультразвука на процесс цементации [34]. [c.135] Температура. Повышение температуры не только улучшает условия диффузии, но весьма часто снижает энергию активации реакции, и процесс идет интенсивнее. [c.135] Второй способ наиболее соответствует принципу противотока, что и является основным его преимуществом. В этом случае наиболее концентрированный раствор соприкасается с наиболее отработанной частью порошка и тем самым повышается степень его использования. Наиболее обедненный раствор реагирует со свежей порцией порошка, что и обеспечивает максимальную глубину очистки. [c.136] Однако при этом способе трудно добиться равномерного просачивания раствора через слой порошка и в отдельных местах образуются каналы с усиленной циркуляцией, в то время как в других местах циркуляция раствора слабая и порошок не весь реагирует. Это приводит к большому расходу порошка на непроизводительное растворение. [c.136] При осуществлении процесса по способу перемешивания можно добиться частичного противотока, применяя ряд последовательно включенных аппаратов, причем свежий порошок загружается в аппарат для окончательной очистки раствора. [c.136] Способ перемешивания более доступен для механизации и автоматизации процесса. Хотя, как говорилось выше, цементация и не имеет большого практического значения для получения порошков, этот метод заслуживает внимания при изготовлении легированных порошков, поскольку позволяет распределять легирующую добавку в виде тонкой пленки вокруг основных частиц. [c.136] Чувствительность к межкристаллитной коррозии повышается соответствующей термической обработкой (например, для стали закалка с температуры 1150—1200° С и отпуск при 500—750°С). При термообработке хромоникелевых сталей по границам зерен выделяются карбиды хрома, а области вблизи границ обедняются хромом. Для обработки такой стали используют водный раствор, содержащий 11% Си304 и 10%) Н2504. Интенсивность коррозии возрастает за счет образования гальванических микроэлементов области, обедненные хромом, являются анодом по отношению к центральным частям зерна, богатым хромом, и растворяются. Медь, осевшую на частицах, отмывают азотной кислотой. Получаемые порошки нержавеющей стали находят применение в производстве металлокерамических фильтров и конструкционных материалов [35]. В случае двух или более металлов, растворимых один в другом в жидком состоянии и обладающих или полной взаимной нерастворимостью или слабой взаимной растворимостью в твердом состоянии, один металл удаляется из сплава, тогда как другой остается в виде порошка. Этим методом можно получать легированные порошки, если несколько элементов растворимы один в другом и нерастворимы в каком-либо другом элементе. [c.137] Например, сплав, содержащий 72% Си, 25% Ре, 3% Сг, обрабатывается НЫОз, медь при этом растворяется в кислоте, а порошок Ре—Сг сплава выпадает в осадок. Затем порошок сплава промывают водой и спиртом и сушат, в результате получается тонкий порошок, содержащий около 12% Сг. Метод межкристаллитной коррозии не нашел широкого промышленного применения. [c.137] Вернуться к основной статье