macolicentabun

5/12/2018 macolicentabun - slidepdf.com

http://slidepdf.com/reader/full/macolicentabun 1/83

CAPITOLUL I

ASPECTE GENERALE PRIVIND DOMENIUL REALIZĂRII ŞI

PROCESĂRII PULBERILOR METALICE

1.1. Evoluţia în timp a domeniului

Mărturiile despre începuturile metalurgiei pulberilor se pierd în negura vremurilor

şi, dacă se acceptă drept principală tresătură a tehnologiilor specifice metalurgiei

pulberilor – absenţa etapei de topire a materialului de bază în fluxul tehnologic general

de fabricaţie, atunci se poate considera că perioada de început epoca fierului. Obţinerea produselor din fier se realiza în această perioadă utilizând principiile de bază ale

metalurgiei pulberilor şi anume reducerea minereurilor bogate de fier cu ulterioara

forjare a bureţilor de fier rezultaţi. Un exemplu tipic în acest sens îl reprezintă coloana

de fier din Delhi (405e. n. ), ridicată de meşterii indieni pe principiul enunţat anterior.

Coloana se află în cadrul templului Kutb Minar şi a fost ridicată prin sudarea realizată ca

urmare a forjării bureţilor de fier, deci prin operaţii efectuate în exclusivitate în fazăsolidă: reducerea oxidului de fier cu cărbune de lemn şi ulterioara deformare plastică la

cald.

Începuturile metalurgiei pulberilor moderne sunt legate de lucrările lui Sobolevski

(membru corespondent al Academiei de Ştiinţe din Petersburg) referitoare la obţinerea

platinei forjate, publicate în anul 1827. Descrierea tehnologiei de purificare a minereului

de platină şi obţinerea unei platine plastice, utilizând deformarea plastică la cald aplicată

buretelui presat, reprezintă primele lucrări ştiinţifice în domeniu. Doi ani mai târziu, o

lucrare similară a fost publicată şi de către W. Wollastom.

Metalurgia pulberilor este un procedeu tehnologic nou, care în ultimii ani s-a

dezvoltat şi continuă să se dezvolte intens şi în prezent.

Preocuparea metalurgiştilor de a elabora aliaje din amestecuri de pulberi este

veche. Sunt menţionate încercări efectuate chiar din anul 1881, de a confecţiona piese de

natura aliajului wood din pilituri de bismut, plumb, cadmiu şi staniu presate la 750 MpaToate proprietăţile fizice ale materialului obţinut (densitate, duritate, culoare,

structura) corespundeau întocmai aliajului wood, elaborat prin topire. În mod analog a

fost elaborat dintr-un amestec de pilitură de plumb, bismut şi staniu aliajul Rose,

amestecul uşor presat fiind încălzit sub temperatura de fuziune a aliajului.

Încă din anul 1909, cercetând formarea aliajului prin presare, sinterizarea şi

solubilitatea metalelor în stare solidă, Mosing şi Tammann au dovedit că difuziunea ladiferitele sisteme compuse din pulberi metalice poate avea loc şi în stare solidă însă

numai la temperaturi ridicate. Chiar dacă componentul secundar, mai uşor fuzibil, se



topeşte în cele mai multe cazuri , faza lichidă dispare în timpul sinterizarii, fiind

absorbită prin difuziune de componenţi netopiţi.

Rapida dezvoltare a metalurgiei pulberilor, la sfârşitul secolului al XIX lea şi

începutul secolului XX, este legată de necesităţile practicii şi în particular de obţinerea pe scară industrială a sârmei de wolfram pentru lămpileelectrice cu incandescenţă. În

acest moment, metalurgia pulberilor a fost recunoscută ca tehnologie de realizare a

produselor din materiale refractare si de asemenea din materiale deosebit de pure.

De remarcat faptul ca de aproape o sută de ani tehnologiile de obţinere a metalelor

refractare continuă să se perfecţioneze iar astăzi nu sunt încă pe deplin lămurite toate

procesele fizico-chimice care se derulează în timpul realizării acestor produse, în special

rolul adaosurilor alcaline.

Analiza din punct de vedere ştiinţific a tehnologiei de obţinere a wolframului a

permis crearea unei clase noi de materiale rezistente la temperaturi ridicate şi anume a

pseudoaliajelor durificate dispers. Această categorie de materiale joacă un rol deosebit în

tehnica temperaturilor înalte. Adaosurile submicronice de combinaţii greu fuzibile au

permis crearea unei noi clase de materiale, al cărei rol este greu de apreciat în

dezvoltarea noii tehnici.

În anul 1923, în Germania, Schroter a creat pentru prima dată aliaje dure

sinterizate, având ca bază carbura de wolfram. Până în prezent, cercetările în domeniul

aliajelor dure ocupă un rol deosebit în activitatea multor institute şi firme producătoare.

Obţinut în urma unei greşeli tehnice a unui laborant, materialul nou creat, având ca bază

carbura de wolfram iar liant cobaltul, este unic în ceea ce priveşte complexul de

proprietăţi şi practic de neîntrecut de alte materiale, până în ziua de astăzi. Evident cădiferitele sale proprietăţi se îmbunătăţesc continuu iar astăzi în lume există o diversitate

extrem de largă de aliaje dure conţinând diferite carburi şi lianţi. Deficitul pe plan

mondial, înregistrat de minereurile de wolfram, a condus la crearea aşa numitelor aliaje

dure fără wolfram, aliaje care pot fi mai repede legate de clasa materialelor ceramice.

Diversitatea materialelor ceramice în prezent este de asemenea extrem de mare şi se

apropie de cea atinsă de aliajele metalice.O direcţie separată a cercatărilor în domeniul metalurgiei pulberilor o constituie

cea de obţinere a materialelor super dure, materiale în rândul cărora diamantele sintetice

ocupă un loc de frunte. Istoria creării acestora este foarte scurtă, primele diamante

sintetice fiind obţinute în anii 50 ai secolului nostru. Principala problemă în realizarea

diamantelor sintetice o constituie alegerea catalizatorilor şi a echipamentelor. Cele mai

noi instalaţii permit în prezent obţinerea unor monocristale cu dimensiuni mai mari de 6

mm şi mase depăşind 1 carat (0,2 grame). Materialele pentru scule, care au la bază

diamantele sintetice, găsesc o tot mai largă utilizare în industria extragerii petrolului şi în

construcţia de maşini, pentru executarea operaţiilor de tăiere, şlefuire etc.. La prima



vedere pare curios de ce diamantul sintetic nu poate fi utilizat pentru prelucrarea

oţelurilor. Explicaţia acestui fapt este dată de valoarea ridicată a uzurii în timpul

prelucrării oţelului, generată de difuzia intensă a carbonului în fier.

Pornind de acest inconvenient, s-a pus problema creării unor materiale care să fiecaracterizate prin duritate ridicată şi concomitent să fie lipsite de dezavantajele sculelor

cu masa de diamante sintetice. Succese mari în această direcţie au fost obţinute prin

realizarea nitrurii de bor cubice şi de tipul wurtzitei. Dezvoltarea tehnologiilor de

obţinere a aliajelor dure a condus la crearea asa numitelor aliaje grele, conţinând

wolfram, nichel etc. şi posedând concomitent duritate ridicată şi plasticitate

sadifăcătoare. Aceste aliaje îşi au aplicabilitate în tehnica militară, în executarea

diferitelor componente ale giroscoapelor şi a altor aparate unde este necesară această

asociaţie de proprietăţi.

Crearea aliajelor fier-grafit, a bronzurilor grafitate şi prin aceasta a lagărelor cu

autoungere a dat un nou avânt metalurgiei pulberilor. Asemenea materiale îşi au utilizare

în realizarea multor componente de maşină, unde ungerea este dificilă. În mod deosebit

construcţia navelor spaţiale reclamă această categorie de materiale, deoarece în acest caz

nu este posibilă utilizarea lubrifianţilor lichizi. Această ultimă categorie de materiale a

permis realizarea unei alte categorii, prin impregnarea unei carcase poroase cu

componente uşor fuzibile. Exemplu cel mai caracteristic în acest sens îl reprezintă

compoziţia wolfram-cupru, care-şi găseşte utilitate în realizarea contactelor pentru

curenţi tari, pentru curenţi slabi şi de asemenea pentru componente de tipul ajutajelor

nerăcite ale motoarelor de rachetă.

Cea mai largă gamă de produse executate prin metode specifice metalurgiei pulberilor o reprezintă cea a produselor din pulberi de fier şi în măsură mai mică din

pulberi de metale neferoase: cuprul şi aliajele sale, Ni, Ti etc..

Prin pulverizarea metalului lichid şi răcirea ultrarapidă a particulelor, se pot obţine

pulberi amorfe sau cu structura microcristalină, pulberi care nu pot fi create prin

metodele tradiţionale. O asemenea tehnologie a devenit industrilă şi se aplică în

producerea oţelurilor aliate rapide şi a unei serii întregi de aliaje refractare.În întreaga lume au loc cercetări intense în vederea creării de noi materiale

pulverulente amorfe sau microcristaline prin pulverizare şi răcire ultrarapidă a metalelor

lichide (r

ν = 410 … 610 K / s). Prin prelucrarea ulterioară a acestor pulberi, se

obţin semifabricate sau produse cu caracteristici de exploatare deosebite. Dintre

aplicaţiile mai importante ale acestei tehnologii:

⇒ Realizarea aliajelor de aluminiu (Al-Mg-Li) utilizate în construcţia

avioanelor;



⇒ Aliaje de titan modificate cu pamânturi rare, utilizate în construcţia

motoarelor cu turbină cu gaz;

⇒ Materiale magnetice moi şi dure;

⇒ Materiale compozite, puternic rezistente la coroziune şi cu rezistenţămecanică ridicată etc..

Concomitent cu perfecţionarea tehnologiilor de obţinere a unor noi materiale

pulverulente şi a produselor din acestea, un progres deosebit sa realizat ţn domeniul

instalaţiilor şi tehnologiilor pentru realizarea de acoperiri protectoare, utilizând plasma.

Rezistenţa la uzare, coroziune, eroziune, acoperirile cu aliaje metalice pulverulente sauceramice permit o creştere considerabilă a caracteristicilor de exploatare a instalaţiilor

care lucrează în condiţii grele şi reprezintă de asemenea metode efective de

recondiţionare a pieselor uzate, implicând investiţii minime.

Tehnologiile de pulverizare în plasmă, în vederea obţinerii acoperirilorprotectoare

din pulberi, concurează cu succes metodelor de protecţie cu straturi subţiri depuse din

faza gazoasă. Aceste metode sunt deosebit de eficiente pentru ridicarea durabilităţii

sculelor aşchietoare, executate din aliaje dure sinterizate fără wolfram şi din oţeluri

rapide.

Progresul viitor în domeniul tehnologiei materialelor este legat de cercetarea şi

larga utilizare a noii generaţii de materiale ceramice şi compozite, materiale pentru care

nu există altă alternativă în afara metalurgiei pulberilor. A început o aşa numită ,, noua

epocă de piatră,, epocă legată de larga utilizare a ceramicilor oxidice, carbidice şi

nitridice în domeniul electronicii, metalurgiei, construcţiei de motoare, energeticii şi a

altor domenii ale tehnicii.

Noile materiale pentru tehnica laserului, traseele fierbinţi ale motoarelor ceramice

dotate cu turbine cu gaz, motoarele adiabatice cu ardere internă, noii magneţi permanenţi

cu baza Nd-Fe-B şi în sfârşit superconductorii ceramici de temperatură înaltă, a căror utilizare poate revoluţiona electronica şi electrotehnica contemporană, reprezintă o

succintă anumerare a potenţialului enorm de utilizare a materialelor ceramice, la baza

obţinerii cărora stau tehnologiile de obţinere şi prelucrare a pulberilor.

o



1.2. Procesele, avantajele şi dezavantajele metalurgiei pulberilor

Procesele metalurgiei pulberilor se deosebesc fundamental de cele clasice,

deoarece ele utilizează ca materie primă pulberile diferitelor materiale cu granulaţii

diferite. Pulberile metalice şi nemetalice se asociază, apoi din ele se elaborează materiale

noi cu structură poroasă sau neporoasă. Elementul cel mai important al acestei tehnologii

este pulberea metalică.

Procesul tehnologic în metalurgia pulberilor constă din urmatoarele operaţii

fundamentale:

⇒ Elaborarea pulberii sau amestecului de pulberi;

⇒ Formarea produselor din pulberi;

⇒ Sintetizarea semifabricatelor;

⇒ Finisarea, calibrarea, tratamentul termic.

Dezvolatrea accentuată a metalurgiei pulberilor a fost determinată de progresul

ştiinţific şi tehnic care necesită produse cu proprietăţi spaciale, ce nu puteau fi elaborate

convenabil prin alte procedee.

Tehnica nu a permis şi nici în prezent nu poate asigura elaborarea prin topire – în

condiţii economice avantajoase pentru o prelucrare ulterioara – a metalelor cu punct de

fuziune ridicat (W, Mo, Ta) şi a aliajelor acestora. De asemenea nu se poate confecţiona, prin topire şi turnare, nici piese din metale cu puncte de fuziune mult distanţate ce

prezintă o capacitate de aliere foarte redusă unul fată de celălalt (W-Cu, W-Ag, Cu-

grafit) şi care au utilizări multiple în tehnica modernă.

Metalurgia pulberilor are o importanţă deosebită pentru elaborarea aliajelor dure

necesare aşchierii metalelor, pentru fabricarea produselor cu o porozitateprestabilită,

pentru lagărele autolubrefiante, inele de etanşare, filtre metalice sau a unor piese cu proprietăţi speciale (magneţi permanenţi, contacte electrice, perii colectoare) pentru

industria electrotehnică.



Prin metalurgia pulberilor se pot confecţiona direct piese având forma şi

dimensiunile finale, care nu mai necesită prelucrări ulterioare. Precizia acestor piese este

destul de mare, încadrându-se chiar în clasa a doua.

Deşi unele piese pot fi obţinute şi prin tehnologia clasică, totuşi aplicareametalurgiei pulberilor s-a dovedit în unele cazuri mai avantajoasă, fie din motive

tehnico-economice, fie prin conferirea unor proprietăţi superioare produselor. La

fabricarea în serie a unor piese de maşini, metoda de sinterizare poate fi mai adecvată,

deoarece coeficientul de utilizare al metalului poate ajunge până la maximum 98%,

practic neexistând deşeuri specifice prelucrării prin aşchiere. Totuşi există o serie de

factori care limitează, deocamdată, domeniile de aplicare ale metalurgiei pulberilor, cum

ar fi:

⇒ Preţul mult mai ridicat al pulberilor comparativ cu cel al laminatelor;

⇒ Complexitatea şi preţul ridicat al instalaţiilor şi echipamentelor necesare

producerii pulberii;

⇒ Realizarea dificilă a pieselor cu forme complexe şi dimensiuni de gabarit

reduse în cazul utilizării preselor de putere obişnuită;

⇒ Sensibilitatea mare a proprietăţilor finale ale produselor sinterizate la

modificările parametrilor tehnologici ai operaţiilor de presare şi sinterizare.

1.3. Pulberile metalice şi metodele de obţinere

O pulbere metalică reprezintă un sistem alcătuit dintr-un număr foarte mare de

particule de diferite dimensiuni. Materialul acestor pulberi poate fi constituit din:

⇒ Metale pure;

⇒ Aliaje;

⇒ Compuşi intermetalici;

⇒ Compuşi chimici care prezintă proprietăţi similare metalelor (carburi, nitruri, boruri,

oxizi).



În anumite cazuri amestecurile de pulberi metalice mai pot conţine şi particule

nemetalice (lubrefianţi, lianţi). Aceste pulberi se pot utiliza în starea lor iniţială sau din

ele se prepară amestecuri de diferite compoziţii, în funcţie de scopul urmărit şi de

proprietăţile cerute materialului sinterizat.

În general, în funcţie de dimensiunile particulelor, pulberile pot fi clasificate (în mod

convenţional) în urmatoarele grupe:

⇒ Ultrafine până la 0,500μm

⇒ Foarte fine 0,5-10μm

⇒ Fine 10-40μm

⇒ Medii 40-150μm

⇒ Grosiere peste 150μm

Pulberile metalice fabricate prin diferite metode, chiar dacă au aceeaşi comoziţie

chimic, prezintă deosebiri mari în privinţa proprietăţilor fizice şi tehnologice, ceea cedetermină posibilitatea folosirii lor raţionale în diverse domenii. Compoziţia structurală şi

alte proprietăţi ale pulberilor depind de procedeul de obţinere şi de natura materialului

utilizat.

Pulberile metalice se caracterizează pe baza următoarelor proprietăţi:

⇒ Chimice;

⇒ Fizice;

⇒ Tehnologice.

Metodele de obţinere a pulberilor pot fi clasificate în:

⇒ Metode mecanice;

⇒ Metode fizico-mecanice;

⇒ Metode chimice;

⇒ Metode fizico-chimice.

În categoria metodelor mecanice de obţinere a pulberilor pot fi incluse procedeele

prin a căror utilizare materia primă se divizează până la stadiul de pulbere, fără a-şi

modifica starea de agregare şi compoziţia chimică. Prelucrarea prin aşchiere şi măcinare



în mori cu bile, mori cu ciocane, mori voibratoare sau mori cu vârtejuri asigură aceste

deziderate.

Metodele fizico-mecanice de obţinere a pulberilor implică modificarea stării de

agregare a materiei prime utilizate pentru obţinerea pulberii. Fluxul tehnologic general de

fabricaţie a pulberii conţine o etapă obligatorie de topire a materiei prime şi fragmentarea

ulterioară a vânei de topitură, prin impactul acesteia cu medii concentrate (apă sau gaze),

aflate la presiuni ridicate sau pe cale mecanică, utilizând discuri rotitoare , plăci

vibratoare, ultrasunete etc.. Compoziţia chimică a pulberii rezultate după solidificarea, în

aceste condiţii, rămâne identică cu cea corespunzătoare materiei prime iniţiale.

Utilizarea metodelor chimice pentru obţinerea pulberilor implică modificarea

compoziţiei chimice a materiei prime. Pulberea se obţine ca urmare a desfăşurării unor

procese chimice, ca de exemplu: reducerea oxizilor metalelor pure, compuşilor acestora,

decarburarea etc..

Metodele fizico-chimice reprezintă categoria metodelor prin a căror derulare au loc

concomitent reacţii chimice şi diverse procese fizice. În această categorie de metode suntincluse: obţinerea pulberilor prin electroliza soluţiilor apoase şi a topiturilor, prin

disocierea termică a carbonilor, prin coroziune intercristalină etc..

Trebuie menţionat totuşi faptul că procesul tehnologic de obţinere a pulberilor

metalice poate include, în anumite etape de desfăşurare a lui, metode de obţinere a

pulberilor total diferite: mecanice, chimece etc..

În concluzie, o clasificare generală a metodelor de obşinere a pulberilor metalice,

fară pretenţia de delimitare strictă a diferitelor variante, poate fi urmatoarea:

A. Metode mecanice (practicate în faza solidă):

- măcinarea în mori cu bile, mori vibratoare, mori de tip attritor etc.;

- sfărmarea (măcinarea) în concasoare, mori cu valţuri;

- Aşchiere, pilire etc..

B. Metode fizico-mecanice (cu schimbarea stării de agregare):

- granulare în apă;

- granulare prin agitarea lichidului (topiturii) la o temperatură apropiată de

temperatura de solidificare a acestuia;



- pulverizarea prin orificiul calibrat, folosind ca agent de pulverizare: hidrogenul,

aerul comprimat, vaporii de apă, apa sub presiune.

- pulverizarea în sifon rotativ, cu electrod consumabil etc..

C. Metode chimice (cu modificarea compoziţiei chimice a materiei prime)

- reducere;

- decarburare;

- Hidrurare etc..

D. Metode fizico-chimice:

- electroliza soluţiilor apoase sau a topiturilor de săruri;

- disocierea termică a carbonililor;

- Coroziune intercristalină etc..

Dintre metodele enumerate, foarte puţine au răspândire practică largă,asa cum o au

de exemplu: reducerea, electroliza, pulverizarea sau măcinarea. Restul metodelor prezintă

interes teoretic şi au răspândire practică limitată. Acest fapt determină tratarea

diferenţiată a metodelor de obţinere a pulberilor, abordându-se în primul rând variantele

cu aplicabilitatea cea mai largă.

CAPITOLUL II

OBŢINEREA PULBERILOR METALICE PRIN ELECTROLIZĂ

2.1. Noţiuni introductive

Metoda de obţinere a pulberilor prin depunere electrolitică a metalelor în formă

dispersă este aplicabilă aproximativ în cazul tuturor metalelor. Electroliza, permite de

asemenea, producerea unor pulberi aliate, de tipul Fe-Ni, Fe-Mo, Ni-Mo, Ne-Cr, Fe-Ni-Mo

etc. Depunerea electrolitică a pulberilor metalice este un domeniu caracteristic alelectrochimiei care este definită prin electrocristalizarea dendritelor metalice ca urmare a

unor procese ce au loc în zona curentului limită de difuzie. Această depunere reprezintă o



componentă a electrocristalizării, fiind legată de două discipline distincte: cristalizarea şi

electrochimia.

În consecintă stadiul ei ştiinţific depinde în egală măsură de gradul de dezvoltarecaracteristic celor două discipline. În ceea ce priveşte cristalizarea, nu există în prezent

tratate care să cuprindă un studiu cantitativ, într-o formă matematică riguroasă, a aspectelor

fundamentale ale acestui proces atât de general şi de des întâlnit în natură, industrie şi

laboratoare. Cu toate acestea sau publicat mai multe lucrări originale care se referă la

aspecte specifice şi în care efortul de a formula modele riguroase alături de o matematizare

la un înalt nivel fizico-matematic merită o atenţie deosebită. În acest context creşterea

dendritelor reprezintă cazul particular cel mai complicat al cristalizării, dar este tratată în

general sub aspect empiric, descriptiv şi calitativ.

În ultimii ani au apărut însă şi asupra acestui subiect lucrări ce contribuie în mod

substanţial la fundamentarea mecanismelor şi tratamentul cantitativ, legat de forma

complexă a cristalelor dendritice. Nici tratatele de cristalizare şi cu atât mai puţin lucrările

de electrochimie consacrate electrocristalizării dendritelor nu au ţinut pasul cu noile lucrări

experimentale şi noile interpretări teoretice asupra mecanismului de formare a dendritelor

în general.

Interpretarea procesului de electrocristalizare, atât sub forma unor lucrări separate, cât

şi ca parte a tratatelor mai generale de electrochimie este puternic influenţat de stadiul

stiinţific de dezvoltare a studiilor referitoare la procesul de cristalizare. Există totuşi cazuri

mai rare în care s-a reuşit să se trateze în mod riguros corelaţia dintre parametriielectrochimici specifici (supratensiunea) şi procesul de cristalizare la electrozi. Situaţia este

însă valabilă pentru problemelemai simple ale electrocristalizării, din care se exclude

interpretarea electrocristalizării dendritelor. În interpretarea proceselor electrochimice

există păreri că mecanismele de cristalizare trebuie corelate în mod consecvent cu

parametrul electrochimic principal, care este supratensiunea.

Evident nu se poate vorbi de o cinetică electrochimică în care noţiunea de

supratensiune să fie ignorată. Se întelege desigur că supratensiunea singură nu poate

răspunde de toate procesele care se pot produce în zona curentului limită. Fenomenele de

transport de masă, ca şi procesele chimice şi electrochimice secundare devin uneori factori

primari în interpretarea completă a proceselor de electrocristalizare. Chiar dacă o parte

dintr aceste probleme nu sunt tratate totdeauna în mod explicit, problemele

corespunzătoare sunt abordate în literatura de specialitate.



Unii autori consideră că problema de importanţă primordială în interpretarea

procesului de electrod, luarea în consideraţie a mecanismului actual lectrochimic

elementar. Deşi până în prezent problema nu este rezolvată, şi aceasta menţine

electrochimia în stadiul de disciplină fenomenologică, sunt totuşi aspecte a căror evidenţăscapă destul de des. Un model caracteristic adoptat în unele lucrări este acela prin care se

consideră că actul electrochimic elementar diferă în cazul descărcării ionilor în zona

curentului limită de difuziune (supratensiuni foarte mari), fată de zona anterioară a acestui

curent (supratensiuni mici sau foarte mici). Sub acest aspect se intalneşte adesea o

confuzie, reprezentată de părerea ca roulul fenomenelor de transport, care este stadiul

determinat al proceselor din zona curentului limită, exclude posibilitatea considerării

reacţiei de transfer de sarcină în condiţii în care tocmai viteza mică a transportului de masă

conduce în mod obligatoriu la modificarea raporturilor spaţiale în care se produce actul

electrochimic elementar. Această confuzie frânează progresul în întelegerea riguroasă a

proceselor ce au loc în zona curentului limită.

Situaţia se explică prin aceea că problemele cele mai studiate ale electrochimiei se

extind asupra domeniului curenţilor mici, iar curenţii limită sunt interpretaţi prin factori ce-

i determina: viteza de reacţie, transportulde masă etc.. Reacţia de cristalizare reprezintă

sub acest aspect un caz deosebit. Procesul de cristalizare în ansamblu nu ramâne

niciodatată atât de lent încât să se poată obţine curenţi limitaţi de viteza cristalizării. Dar

ceea ce se întâmplă este modificarea mecanismului de cristalizare pe măsură ce

supratensiunea (suprasaturaţia) se modifică. Fenomene paralele ca cele de precipitare,

formare de compuşi noi, absorbţie sau degajare de gaze pot contribui şi ele în modsubstanţial la determinarea mecanismului după care se realizează procesele de

electrocristalizare.

Din acest motiv nu se poate simplifica situaţia prin a considera că atingerea curentului

limită trebuie să conducă în mod univoc la cristalizarea după un mecanism unic şi această

împrejurare contribuie considerabil la complexitatea procesului.

Avantajele principale pe care le prezintă metoda constau în puriatea mare asigurată

pulberilor rezulate (chiar şi în cazul unor materii prime mai puţin pure) ţi în bunele

caracteristici tehnologice asociate acestora (compresibilitatea ridicată, comportare bună la

sinterizare).

Dezavantajul metodei este legat de consumul mare de energie electrică. Pulberile

astfel obţinute sunt scumpe, fapt pentru care se utilizează cel mai des la fabricarea

produselor speciale (cărora le conferă caracteristici superioare). Din acest motiv cantitatea

pulberilor electrolitice, raportată la producţia globală de pulberi metalice, este redusă.



Pentru obţinerea pulberilor metalice prin electroliză se utilizează ca electroliţii fie

sărurile topite, fie soluţiile apoase.

În practica industrială, electroliza se realizează frecvent în soluţii apoase, deoarecefolosirea sărurilor topite implică o serie de inconveniente (temperatura ridicată, necesitatea

îndepărtării ulterioare a sărurilor de pe pulberea rezultată etc.).

2.2. Electroliza soluţiilor apoase

Electroliza reprezintă procesul care se desfăşoară la trecerea curentului electric prin

soluţia unui electrolit sau printr-un electrolit topit.

Etapele care se disting în orice proces de electroliză sunt în general urmatoarele: (pot

fi urmărite schematic în figura 2.1.)

PROIECT PAG 17



Figura 2.1. Dirijarea ionilor realizată de câmpul electric în procesul de electroliză

⇒ În soluţia de electrolit (MeX) sau în topitură se gasesc ioni pozitivi ( +

Me ) şi ioni

negativi ( -X ) care se mişcă dezordonat;

⇒ La trecerea curentului electric prin soluţie sau topitură, ionii dobândesc o mişcare

ordonată, fiind atraşi de electrozii de semn opus sarcinii purtate de ei;

⇒ Ionii negativi se deplasează spre anod ( anioni );

⇒ Ionii pozitivi se deplasează spre catod ( cationi );

⇒ La electrozi au loc reacţii de schimb de electroni, numite reacţii primare;

⇒ La catod, unde se găseste un surplus de electroni, cationii primesc electronii necesari

pentru a se reduce până la atomi;

+Me + −

e → 0Me (reducere)

• La anod, unde este deficit de electroni, anionii cedează surplusul lor de electroni

oxidându-se până la atomi;

-X - −

e → 0X (oxidare)

• Atomii sau grupurile de atomi formaţi la electrozi, în funcţie de stabilitatea lor, pot

sau nu să reacţioneze între ei, cu moleculele de solvent, sau chiar cu materialul

electrodului, dând naştere unor reacţii secundare.

În urma reacţiilor, cu schimb de electroni de la electrozi, ionii care poartă sarcini pozitive sau negative se transformă în atomi care sunt neutri din punct de vedere electric –

se spune că ionii se descarcă la electrozi.

Obţinerea electrolitică a pulberilor se bazează pe descompunerea soluţiilor apoase sau

a sărurilor topite ( care conţin metalul ce urmează să fie separat )la trecerea prin ele a unui

curent electric continuu şi pe descărcarea ulterioară a ionilor metalului la catod:

+nMe +ne → 0Me



La depunerea electrolitică a unui metal, masa teoretică a depozitului catodic ( tm ) în

conformitate cu Legea lui Faraday, este direct proporţională cu intensitatea curentului

electric (I), cu durata lui de trecere prin electrolit (t) şi cu echivalentul electrochimic al

metalului respectiv (K), determinîndu-se cu relaţia:

tm = K ∙ I ∙ t ( 2.1.)

Echivalentul electrochimic al unui metal are expresia:

K = ( 1/F ) ∙ (A/n) (2.2.)

F = 96.500 coulombi;

A – masa atomică a elementului dizolvat sau depus la un electrod;

n – valenţa elementului.

Masa reală a depozitului catodic (rm

) obţinută în timpul electrolizei este totdeaunamai mică decât cea pe care se contează, datorită unor cauze ca: descărcarea colectivă a mai

multor elemente şi nu a unuia singur, desfăşurarea unor procese secundare (de exemplu

dizolvarea în electrolit a metalului depus), apariţia pierderilor de curent în sistemul de

alimentare cu energie electrică a electrolitului.

Gradul de nepotrivire al cantităţilor teoretice şi reale ale depunerilor obţinute se

exprimă prin indicatorul numit randament în metal, în funcţie de curent (η ):

η = ( rm / tm ) 100[%] (2.3.)

Caracterul depozitelor catodice formate ca urmare a separării electrolitice a metalelor

depinde de particularităţile fiecărui metal, de compoziţia soluţiei şi de condiţiile de

efectuare ale electrolizei. Câteva metale, ca de exemplul nichelul, zincul, cobaltul,

formează depozite compacte de pulberi fine, aproape indiferent de natura electrolitului.Alte metale, ca de exemplul argintul şi cadmiul, cresc sub formă de cristale bine conturate

în timpul electrolizei soluţiilor simple de săruri, în vreme ce, din soluţiile de săruri care

conţin complecşi cianici aceste metale se separă sub formă de straturi perfect egale şi

netede.

Principalii factori care influenţează dimensiunea medie, compoziţia şi structura

pulberilor obţinute prin electroliză sunt:

• Densitatea de curent;



• pH-ul soluţiei;

• concentraţia soluţiei.

Datele practice şi rezultatele experimentale confirmă faptul că dimensiunea particulelor de pulbere şi compoziţia granulometrică a acestora sunt determinate în primul

rând de densitatea de curent. Ca regulă, creşterea densităţii de curent implică separarea la

catod a unor depozite fine de pulbere. Totuşi, această situaţie nu este generală. De

exemplu, prin electroliza soluţiilor care conţin complecşi cianici – soluţii în care

concentraţia cationilor metalului separat este extrem de mică – ar fi de aşteptat ca foarte

probabila formarea depozitelor pulverulente. Contrar aşteptărilor acestea nu se formeazăchiar pentru valori foarte ridicate ale densităţii de curent.

Pentru stabilirea corelaţiilor matematice dintre densitatea de curent, timpul de

efectuare a electrolizei şi concentraţia cationilor în soluţie s-a pornit de la următoarele

premise:

⇒ formarea unui strat compact de metal la catod continuă până în momentul în care

concentraţia C în cationi în zona adiacentă catodului atinge o valoare determinată 0C ( 0C

< C ), la care începe formarea depozitului poros;

⇒ la inchiderea circuitului electric, deci în primul moment al electrolizei, la formarea

depozitului catodic participă numai ionii separaţi în zona adiacentă catodului; ulterior, în

timp, zona se va extinde până la o distanţă h

⇒ în momentul separării depunerilor poroase, concentraţia cationilor în volumul

adiacent catodului prezintă o valoare permanent crescătoare , de la 0C (la nivelul

suprafeţei catodului) pană la C, la o distanţă h de suprafaţa acestuia;

⇒ pentru o anumită valoare a densităţii de curent şi o anumită compoziţie a

electrolitului, modificarea concentraţiei dC / dh de la 0C la C reprezintă o mărime

constantă.

Creşterea densităţii de curent implică şi o majorare a mărimii dC / dh deoarece, în

cazul unei foarte rapide separări de cationi la nivelul catodului, concentraţia nu reuşeşte să

se egalizeze prin difuziune. Rezultă că:

(dC / dh) = N ∙ eD (2.4.)

unde: N – coeficient de proporţionalitate;

eD - densitate de curent.



În cazul desfăşurării proceselor la valori reduse ale densităţii de curent, 0C nu este de

obicei atinsă deoarece scăderea concentraţiei ionilor este compensată permanent, în

principal prin difuziune, şi în consecinţă are loc formarea unor depozite dense. Dimpotrivă,

pentru valori ridicate ale densităţii de curent, concentraţia cationilor langă catod scade puternic şi, după un timp relativ scurt, se atinge valoarea 0

C la care începe formarea

depozitelor poroase.

Se va analiza, pentru exemplificare, procesul de electroliză desfăşurat la valori

ridicate ale densităţii de curent, notând valoarea corespunzătoare concentraţiei iniţiale a

cationilor cu C.

Dacă se izolează o suprafaţă elementară S la catod si se admite ca prin închiderea

circuitului se separă numai acei cationi care se găsesc în apropierea electrodului, distribuiţi

pe o distanţă nu mai mare de valooarea h, atunci, până în momentul formării depozitul

poros, sin volumul (S ∙ h) se vor separa (C - 0C )∙ S ∙ h cationi, cu condiţia ca diferenţa de

concentraţie (C - 0C ) în tot volumul (S ∙ h) să fie aceeaşi.

În realitate, valoarea concentraţiei se modifică pe distanţa h , scăzând continuu îndirecţia înspre catod.

Pentru valori constante ale raportului dC/dh, în limitele aceleiaşi densităţi de curent,

proporţia cationilor descărcaţi este [(C - 0C )/2] ∙ h ∙ S. Acest fapt apare evident din analiza

figurii 2.2.. Se observă că, la o scădere constantă a concentraţiei pe linia 0C - A,

micşorarea concentraţiei ionilor este determinată de produsul dintre suprafaţa S şi

suprafaţa triunghiului CA 0C , deci [(C - 0C )/2] ∙ h ∙ S

PROIECT PAGINA 22

Figura 2.2. Dependenţa concentraţiei de distanţă până la catod

Conform legii lui Faraday trebuie să existe egalitatea:

[(C - 0C )/2] ∙ h ∙ S = q/n ∙ f (2.5.)



Unde:

q – cantitatea de electricitate (coulombi) care traversează suprafaţa S;

n – valenţa metalului separat;

F – constanta lui Faraday F = 96485,3 C

Scăderea concentraţiei dC/dh, aşa cum sa arătat anterior, se găseşte într-o

dependenţă liniară de densitatea de curent cD . Dependenţa dintre aceste mărimi,

exprimată prin relaţia dC/dh = N ∙ cD , permite prin integrare

∫ dC = N ∙ cD ∙ ∫ dh

Să se obţină (C - 0C ) = N ∙ cD ∙ h. Rezultă că:

h = (C - 0C )/ N ∙ c

D , şi înlocuind în relaţia (2.5.) se va obţine:

[(C - 0C )/2] ∙ [(C - 0C )/ N ∙ cD ] ∙S = q/n ∙ F , de unde

[2

0C-C

/2 ∙ N ∙ c

D ] ∙S = q/n ∙ F

Ţinând cont de faptul că q = S ∙ cD ∙ t , unde t – timpul electrolizei, rezultă:

[2

0C-C

/2 ∙ N ∙ c

D ] ∙S = S ∙ cD ∙ t / n ∙ F sau

2

0C-C

= (2 ∙ N / n ∙ F) ∙ ( )2cD ∙ t

Presupunând că 0C << C, se ajunge la o foarte simplă dependenţă:

C = a ∙ cD ∙ 0,5

t , (2.6.)

Unde a =Fn

N2

⋅

⋅

La o obţinerea acestei relaţii valabile pentru straturile adiacente catodului,

nesemnificative ca mărime, nu s-au luat în consideraţie modificările prin difuzie ale

concentraţiei în cationi în aceste zone, modificări de care în realitate trebuie să se ţină contîn cazul proceselor lente de electroliză.



În mod convenţional, se poate accepta că, dacă după o secundă de la închiderea

circuitului electric începe formarea unui depozit poros deoarece concentraţia cationilor utili

a scăzut de la valoarea C la 0C , atunci dependenţa generală dintre densitatea de curent,

concentraţiei şi timpul de desfăşurare al electrolizei va lua forma particulară:

cD = (1/a) ∙ C sau c

D = K ∙ C (2.7.)

Pentru t = 1,0 secunde

Rezultatele unei multitudini de experienţe au confirmat de asemenea faptul că,alegând densitatea de curent corespunzătoare intervalului acela mai mare de timp t, în care

încă se mai formează depozite poroase, acesta totuşi nu depăşeşte 20-25 secunde.

Acest fapt poate fi explicat prin aceea că, pentru asemenea densităţi de curent,

scăderea concentraţiei cationilor la catod poate fi compensată prin difuzie şi astfel

formarea depozitelor poroase nu se mai înregistrează. Ţinând cont de aceasta, s-a stabilit

limita de la care se formează practic numai depozite compacte, limita exprimată prinintermediul corelaţiei:

cD = (1/5a) ∙ C sau c

D = 0,2 ∙ K ∙ C (2.8.)

Pentru t = 25 secunde



TABELUL 2.1.

Valorile constantelor “a” şi “K” pentru câteva săruri

Sare a K

2Ag4

SO 1,87 0,53

3NOAg 1,73 0,58

4SOCu 1,87 0,53

2ClCu 1,11 0,90

( )23

NOCu 1,24 0,80

4SOCd 1,87 0,53

2ClCd 1,63 0,61

4SOZn 1,87 0,53

( )2

COOCHZn 3

1,24 0,80

În relaţia C = f ( cD , t ) ,

Unităţile de măsură ale variabilelor sunt pentru cD [A / 2

cm ];

C [ mol / 1]; t[s].



Constantele diferitelor săruri se deosebesc foarte puţin unele de altele iar în cazul

sulfaţilor diferenţele sunt neglijabile. Se crează astfel posibilitatea ca pentru o apreciere

globală a condiţiilor de formare a depozitelor compacte să se folosească, indiferent de tipul

sării utilizate, constanta sulfaţilor ( 0,2 ∙ K ).

Densitatea de curent admisibilă la electroliză trebuie să sadisfacă

cD ≤ 0,11 ∙C, deci aproximativ c

D ≤ 0,1 ∙C

În funcţie de condiţiile electrolizei se deosebesc trei tipuri de depozite catodice

utilizabile pentru obţinerea pulberilor metalice:

⇒ depozite poroase (brute);

⇒ depozite de tranziţie;

⇒ depozite dure, fragile, sub forma de straturi compacte, solzi şi cristale.

Depozitele poroase sau aşa numitele depuneri brute sunt pulberi cu o fineţe ridicată ce

se obţin sub formă finită, direct din procesul de electriliză. Obţinerea depozitelor poroase

este înlesnită de folosirea unor densităţi ridicate de curent şi concentraţii reduse ale

cationilor metalului depus, precum şi prezenţa unor impurităţi sau metale precipitate în

alcătuirea anionilor complecşi.

Depozitele de tanziţie reprezintă o concentrare de cristale mărunte, separate care se

pretează uşor la măcinare. La obţinerea acestor depozite contribuie densităţile scăzute de

curent, mărirea pH-ului soluţiei, scăderea concentraţiei ionilor metalului depus în soluţie,

prezenţa amestecurilor de ioni ai metalelor de depunere şi a unor oxidanţi.

Depozitele compacte, dure şi fragile se obţin de regulă în cazurile când electroliza este

realizată în următoarele condiţii: concentraţii neînsemnate ale ionilor de hidrogen în

electrolit, conţinuturi ridicate ale ionilor metalului depus în electrolit şi densităţi de curent

scăzute. Respectarea acestor condiţii asigură obţinerea unor depuneri fragile, compacte, de

nichel, cobalt, fier şi crom, care prin măcinare pot fi transformate în pulbere.

O imagine sugestivă asupra corelaţiei dintre parametrii procesului de electroliză şi

caracterul depozitului catodic format este creeată de reprezentarea grafică din figura 2.3..

PROIECT PAGINA 28



Figura 2.3. Tipurile de depozite catodice rezultate în procesul de electroliză şi

domeniile lor de existenţă ( diagrama cD - C )

I - domeniul depozitelor poroase

II - domeniul depozitelor de tranziţie

III - domeniul depozitelor compacte

Prin această reprezentare grafică ( a corelaţiei dintre densitatea de curent cD şi

concentraţia cationilor metalului depus C ăn cazul procesului de electroliză a sulfaţilor )

sunt puse în evidenţă domeniile caracteristice fiecărui tip de depozit catodic. Delimitarea

acestor domenii este realizată prin dreptele c1D şi c2

D a căror expresii stabilite

experimental sunt:

c1D = K ∙ C (2.9.)

c2D = 0,2 ∙ K ∙ C (2.10.)

Unde K este o constantă ( în cazul electrolizei sulfaţilor K = 0,53 )

Reprezentarea grafică din figura 2.3. pune în evidenţă faptul că, spre deosebire de

depozitele dense, depozitele poroase se obţin din soluţii mai puţin concentrate. Dacă se

măreşte concentraţia cationilor în electrolit, atunci se lărgeşte în mod corespunzător zona

depunerilor dense iar la scăderea concentraţiei se extinde zona depunerilor poroase. Acest

aspect este legat de faptul că depunerea metalului pe catod nu se începe simultan pe

întreaga lui suprafaţă, ci în zone separate numite centre primare de cristalizare.

Creşterea concentraţiei cationilor care se descarcă creează alimentarea accelerată a

acestor centre şi are ca rezultat formarea depunerilor dense. Sporirea concentraţiei

electrolitului, în limitele valorilor corespunzătoare separării depunerilor poroase, generează

mărirea vitezei de creştere a cristalelor, adică depunerea se obţine cu o granulaţie mai

mare.

Valoarea densităţii de curent influenţează asupra gradului de dispersare a pulberilor.

Cu cât este mai înaltă densitatea de curent, cu atât este mai fină pulberea obţinută, deoarece

pe unitatea de suprafaţă a catodului în unitatea de timp se descarcă mai mulţi ioni adică se

crează mai multe centre primare de cristalizare şi viteza lor de creştere se micşorează.

Temperatura electrolitului influenţează procesul de electroliză în acelaşi mod.

Creşterea temperaturii generează mărirea concentraţiei ionilor la catod, datorită spoririimobilităţii ionilor, fapt ce contribuie la realizarea unor depuneri dense. Pentru obţinerea



depunerilor poroase se vor utiliza temperaturi ale electrolitului relativ scăzute ( de obicei

40˚ – 60˚), caz în care volatilitatea electrolitului devine minimă.

La creşterea distanţei dintre electrozi se măreşte rezistenţa stratului de electrolit din

electrolizor iar intensitatea curentului electric scade şi, ca rezultat, densitatea curentului

anodic se reduce iar pulberea se obţine mai grosieră. Mărirea excesivă a distanţei dintre

electrozi va spori cantitatea de căldură degajată, fiind posibilă supraîncălzirea

electrolitului, ceea ce va micşora randamentul în funcţie de curent. La o distanţă prea mică

între electrozi poate avea loc un scurtcircuit şi procesul elaborării încetează.

Durata creşterii stratului de pulbere pe catod influenţează asupra densităţii curentului

catodic, deoarece se măreşte suprafaţa catodului şi respectiv scade densitatea de curent. Pe

catod iau naştere particule tot mai mari şi, în final, se poate forma un burete sau o crustă

compactă.

Aciditatea electrolitului determină concentraţia în el a ionilor de hidrogen şi, la

creşterea acesteia, în procesul de electroliză are loc o eliminare mai intensă a hidrogenului

la catod. Aceasta favorizează o anumită mărunţire a pulberii, dar în acelaşi timp semicşorează considerabil randamentul în funcţie de curent şi se măreşte consumul de

energie electrică. Aciditatea mărită a electrolitului generează şi o solubilitate ridicată în

aceasta a metalului care se depune la catod.

Circulaţia eşectrolitului este necesară pentru egalizarea compoziţiei electrolitului după

volum, contracarând stratificarea acestuia ca urmare a densităţii diferite a componenţilor

săi şi menţinerea unor temperaturi date în electrolizor.

Din cele prezentate rezultă că modul de depunere este determinat, în primul rând, de

viteza de avans a ionilor metalului la catod şi de viteza de germinare.

Pentru depunerea directă a pulberii pe catod trebuie să se tindă spre combinarea

densităţilor înalte de curent cu o serie de alte condiţii, precum:

⇒ Concentraţie scăzută a ionilor care se depun;

⇒ Conductabilitate înaltă a electrolitului realizată prin mărirea adaosului de acid sau

sare;

⇒ Densitatea înaltă a curentului electric la temperaturi scăzute ale băilor şi catozilor.

Forma particulelor de pulberi obţinute prin electroliză este dendritica ( cazul celor

obţinute direct )sau angulara ( cazul celor obţinute indirect prin măcinarea depozitelor

catodice dure ).



Pulberile metalice elaborate prin electroliză au densitate aparentă mică, se comprimă

şi se sinterizează bine şi sunt caracterizate prin grad de puritate mai mare de 99% ( 99,3 –

99,7%).

Metalele cu afinitate redusă fată de oxigen ( Au, Cu, Ag, Fe, Ni ) pot fi obţinute cu

uşurinţă prin electroliza soluţiilor apoase.

Metalele care fomează oxizi compacţi ( Ti, Be, Ta )pot fi obţinute numai prin

electroliza sărurilor topite.

2.3 Electroliza sărurilor topite

Procesulu de electroliză a sărurilor topite poate fi caracterizat cu ajutorul legii lui

Faraday. Se constată totuşi că valoarea reală a cantităţii de metal depus este sub cea

teoretic calculată, fapt determinat de desfăşurarea proceselor secundare care au loc în

timpul electrolizei sărurilor topite.

În marea majoritate a proceselor de electroliză a topiturilor de săruri, în vederea

obţinerii pulberilor metalice, în calitate de electroliţi se utilizează cloruri. În unele cazuri

izolate se utilizează şi fluoruri ale metalelor vizate.

Prin electroliza topiturilor de săruri, structura depozitelor catodice ( similar

electrolizei soluţiilor apoase ) depinde de condiţiile depunerii. Prin aceasta, o mare

importanţă asupra caracterului depunerii o are puritatea electrolitului şi de asemenea

materialul şi prelucrarea preliminară a catodului. În prezenţa unor urme chiar neînsemnate

de umezeală, depozitele capătă un aspect buretos iar în prezenţa unor concentraţii reduse

de fier sau mangan, depozitul format va avea o coloraţie neagră.

Rezultatele electrolizei topiturilor de săruri şi deci implicit randamentul acesteia sunt

influenţate de următorii factori:

⇒ Temperatura;

⇒ Densitatea de curent;

⇒ Distanţa dintre electrozi;

⇒ Compoziţia electrolitului.

● Temperatura



Cu creşterea temperaturii electrolitului, randamentul de extracţie al metalelor scade,

fapt explicat prin amplificarea intensităţii interacţiunii chimice dintre acestea şi diferitele

componente ale compoziţiei de sare utilizată. Produsele de reacţie cu valenţa scăzută sunt

caracterizate prin valori ridicate ale tensiunii de vapori, determinând la creştereatemperaturii o majorare a pierderilor de metal. În afară de acesta, la creşterea temperaturii

se amplifică gradul de agitare al electrolitului, înlesnindu-se transferul spre exterior al

metalelor dizolvate în spaţiul anodic. Nici scăderea exagerată a temperaturii nu este

admisă deoarece implică o creştere a vâscozităţii electrolitului şi prin aceasta o amplificare

a pierderilor, deci o scădere a randamentului de curent, deci al electrolizei.

Temperatura optimă este aceea care asigură limitarea la maxim a proceselor secundare electrolizei şi păstrarea constantă a celorlalte caracteristici fizico-chimice ale

electrolitului. Frecvent, pentru scăderea temperaturii de topire a electrolitului, se fac

adaosuri de săruri ( cloruri sau fluoruri ale metalelor alcaline sau alcalino-pamantoasea) la

care cationii sunt mai electronegativi decât metalul separat.

● Densitatea de curent

Randamentul de curent şi deci randamentul procesului de electroliză creşte o dată cu

creşterea densităţii de curent. Principalele abateri ale randamentului de curent de la legea

lui Faraday la electroliza topiturilor de săruri sunt determinate de pierderile de metal ca

urmare a dizolvării în electrolit.

Valoarea optimă a densităţii de curent corespunde valorii maxime a randamentului

de curent, la care scăderea pierderilor de metal ca urmare a limitării dizolvării în electrolit

nu este însoţită de o creştere puternică a tendinţei de descărcare a cationilor metalului cu

potenţial electronegativ mai ridicat. O valoare foarte ridicată a densităţii de curent va

implica însă şi o creştere a consumului de energie. Creşterea densităţii de curent în zona

catodică conduce implicit la creşterea densităţii de curent şi în zona anodică, fapt care în

multe situaţii implică apariţia efectului anodic ( descărcarea electrică tip scânteie la anod),

cu repercursiuni asupra desfăşurării normale a procesului de electroliză ( înrăutăţire a

gradului de umezire a anodului prin desprinderea electrolitului de pe suprafaţa sa). Prin

adăugarea în electrolit a substanţelor active superficial ( exemplu: clorurile metalelor

alcaline ) creşte valoarea limită a densităţii curentului la care apare efectul anodic.

● Distanţa interelectrodică



Aceasta influenţează puternic valoarea randamentului de curent. Pierderile de metal

prin electroliză pot fi explicate prin dizolvarea, transferul de la catod la anod şi

interacţiunea metalului dizolvat cu gazele separate la anod.

Cu creşterea distanţei interelectrodice, transferul prin spaţiul interelectrodic al

metalului dizolvat, de la catod spre anod, este îngreunat ca urmare a măririi distanţei de

deplasare, micşorării gradientului de concentraţie şi a vitezei de circulaţie a electrolitului.

În consecinţă, cu creşterea distanţei interelectrodice, valoarea obsolută a pierderilor de

metal scade iar randamentul de curent creşte. Invers,prin scăderea distanţei interelectrodice

creşte probabilitatea de pierdere a metalului dizolvat la anod iar la o apropiere foarte mare

a electrozilor, randamentul de curent poate deveni zero.

Cu toate acestea, trebuie luat în consideraţie faptul că o creştere exagerată a

distanţei interelectrodice determină majorarea consumului energetic şi supraîncălzirea

electrolitului, fenomen care se reflectă negativ asupra randamentului de curent.

● Compoziţia electrolitului

Aceasta prezintă cea mai mare influenţă asupra randamentului de curent. Deoarece

una dintre principalele cauze care implică abaterea valorii reale a randamentului de curent

de la cea teoretică este dizolvarea metalului în electrolit cu ulterioara oxidare a acestuia în

prezenţa produselor anodice, scăderea acestei capacităţi prezintă un interes deosebit.

Adaosurile de săruri, cu cationi mult mai electronegativi comparativ cu metalul separat,

micşorează considerabil tendinţa de dizolvare a metalului în sarea topită şi prin aceasta

ridică valoarea randamentului de curent.

Depozitele de pulbere afânată ale metalelor cu temperatura de topire ridicată ( titan,

zirconiu, tantal, toriu etc.) se obţin frecvent prin electroliza sărurilor topite, la temperaturi

sub temperatura de topire a metalelor respective. Temperatura relativ redusă a procesului şi

obţinerea unei pulberi fine, care nu mai necesită măcinare ulterioară, reprezintă principalele avantaje ale metodei.

Obţinerea pulberilor de titan prin electroliza topiturilor de săruri

Frecvent, electroliza topiturilor de săruri este utilizată pentru rafinarea titanului şi

aliajelor sale. Încă nu este pusă la punct o tehnologie de obţinere a titanului prin electroliza

topiturilor de săruri care să concureze totuşi cu celelalte utilizate în practica industrială

( de exemplu reducerea metalotermică ).



În procesul de obţinere a titanului, prin electroliza topiturilor de săruri, sunt utilizate

în calitate de:

⇒ Anozi → titan puternic impurificat ( bureţi de titan de calitate inferioară, deşeuri

rezultate la topirea titanului etc.);

⇒ Catozi → plăci de oţel;

⇒ Electroliţi → topituri formate din clorurile metalelor alcaline ( NaCl sau amestecuri

NaCl + KCl ) în care s-au dizolvat clorurile inferioare ale titanului ( 3TiCl 2

TiCl ).

Electroliza are loc la 800 - 850˚C, deci mult sub temperatura de topire a titanului( 1670˚C ). În procesul dizolvare anodică, titanul trece în sub formă de ioni +2Ti şi

parţial +3Ti .

Valenţa medie obişnuită a titanului în electrolit este 2,2 – 2,3 iar concentraţia ionilor

acestuia între 3 – 6%. Densitatea de curent iniţială la catod variază în limitele 0,5 – 1,5 A/

2cm iar la anod este necesar să fie de 4 – 8 ori mai mică.

Utilizarea unor densităţi mari de curent conduce în multe cazuri la amorsarea şi a altor

procese, ca de exemplu separarea la catod, concomitent cu metalul de bază şi a altor metale

existente în electrolit.

Pentru exemplificare, în procesul de obţinere a pulberilor de titan prin electroliza

triclorurii de titan (+3

Ti ) în amestecul eutectic ( LiCl + KCl ) la 550˚C se semnalează oscădere considerabilă a randamentului de curent la creşterea densităţii de curent peste 12A/

2dm , fapt explicat prin posibila separare la catod o dată cu titanul a metalelor alcaline Li

şi K existente în electrolit.

Rafinarea electrolitică a aliajelor cu baza de titan reprezintă o problemă deosebit de

dificilă. Separarea titanului de impurităţile metalice se bazează pe diferenţa existentă între

potenţialele de electrod ale acestora.

CAPITOLUL III



TEHNOLOGIA OBŢINERII PULBERILOR DE CUPRU PRIN

ELECTROLIZA SOLUŢIILOR APOASE

a. Electroliţi pentru depunerea pulberii de cupru

Se poate considera un fapt stabilit ca cel mai potrivit electrolit pentru obţinerea pulberilor

de cupru este reprezentat de băile de sulfaţi. Acestea conţin sulfat de cupru şi acid sulfuric

drept constituienţi principali şi sulfat de sodiu sau agenţi de adaos, în calitate de

constituienţi secundari.

Sulfatul de cupru. Sulfatul de cupru constituie sursa de ioni a băii. Influenţa

concentraţiei cuprului asupra caracteristicilor pulberii este arătată în tabelul 3.1.

Tabelul 3.1.

Influenţa concentraţiei cuprului asupra caracteristicilor pulberii de cupru.

⇒ Densitatea de curent catodică 8,6 A/ 2dm ;

⇒ Concentraţia acidului sulfuric 150 g/l;

⇒ Temperatura 30˚C;

⇒ Debitul de circulaţie a electrolitului 36 l/oră;

⇒ Timpul de curăţire a catodului 15 minute.

Concentraţia

cuprului

[ g/l ]

Greutatea

volumetrică

[ g/ 3cm ]

Timpul de

curgere

[ s ]

Suprafaţa

specifică [cm

/g]

Fracţiunea de

pulbere trecută prin

sită cu număr de

mesi

-200% -325%

5 0,420 Nu curge 3340 82,3 62,4

10 0,663 27,4 1745 68,2 33,9

15 0,723 23,0 1505 67,3 33,3



20 0,776 19,4 1350 66,9 32,8

25 0,870 17,1 1110 63,1 28,6

30 1,060 14,2 1010 59,0 25,1

35 1,419 10,1 785 58,8 24,1

40 2,040 6,3 500 47,7 21,0

45 2,440 9,0 410 29,2 11,8

Se constată că greutatea volumetrică creşte cu creşterea concentraţiei în ioni de cupru,

iar timpul de curgere şi suprafaţa specifică scad în acelaşi timp apreciabil. Creşterea

concentraţiei cuprului produce de asemenea scăderea granulaţiei pulberii.

Acidul sulfuric. În absenţa acidului sulfuric electroliza sulfatului de cupru conduce

la obţinerea unor cantităţi mai mici sau mai mari de oxid cupros. În soluţia de sulfat de

cupru se pot produce mai multe procese chimice:

a. Reacţia de echilibru între ionii cuproşi şi cuprici

2 +Cu ↔ Cu + +2Cu

cu constanta de echilibru K =

+2Cu / [ ]2Cu+

Această constantă are o valoare foarte mică la temperatura ordinară. După Foerster,

o soluţie care cuprinde o moleculă gram de sulfat de cupru la litru, conţine la 25˚C 3,4 ∙

410− atom gram de ioni cuproşi. Constanta de echilibru creşte foarte mult cu temperatura.

b. Reacţia de oxidare a ionilor cuproşi cu oxigenul din aer

2 +Cu + O + +2H ↔ 2 +2Cu + O

2H (3.2.)

Temperatura accelerează această reacţie

c. Hidroliza sulfatului cupros cu formare de oxid cupros

2 +Cu + O2

H ↔ O2

Cu + 2 +H ( 3.3.)



Cu constanta de echilibru K = [ ]2Cu+ / [ ]2H+ ∙

O

2Cu

Din această expresie rezultă că hidroliza este redusă puternic de creşterea acidităţii

mediului. În soluţii slab acide ionii+

H formaţi prin hidroliză pot să dispară după reacţia(b). Această dispariţie a ionilor +

H ar putea explica în unele cazuri apariţia cantităţilor

apreciabile de oxid cupros. Rezultă de aici necesitatea folosirii mediilor puternic acide la

depunerea electrolitică a pulberii de cupru.

Dependenţa caracteristicilor pulberii de concentraţia acidului sulfuric este arătată în

tabelul 3.2.

Tabelul 3.2.

Influenţa concentraţiei în acid sulfuric asupra caracteristicilor pulberii de cupru:

⇒ Densitatea de curent 8,6 A/ 2dm ;

⇒ Concentraţia cuprului 10 g/l;

⇒ Temperatura 30˚C;

⇒ Debitul de circulaţie a electrolitului 36 l/oră;

⇒ Timpul de curăţire a catodului 15 minute.



Concentraţia

4SO2

H

[ g/l ]

Greutatea

volumetrică

[ g/3

cm ]

Timpul de

curgere

[ s ]

Suptafaţa

specifică

[2

cm /g]

Fracţiunea de

pulbere trecută

prin sită cu număr

de mesi

-200% -300%

25 0,550 Nu curge 2790 75,3 54,5

50 0,623 39,5 2150 74,3 45,6

75 0,661 32,0 1890 71,4 38,8

100 0,694 26,0 1875 65,0 32,8

125 0,696 25,8 1810 65,2 32,2

150 0,645 28,6 1840 70,3 36,4

175 0,634 30,4 1870 63,0 31,2

200 0,615 33,1 1805 60,4 31,8

250 0,559 38,6 1930 67,8 35,2

300 0,476 Nu curge 3110 71,2 51,2



În general nu se observă o dependenţă determinată între concentraţia acidului

sulfuric şi proprietăţile pulberilor. Utilizarea acidului sulfuric în băile de depunere a

pulberilor de cupru este justificată prin îndepărtarea formării oxizilor în timpul depunerii şi

scăderea rezistenţei ohmice a soluţiei ( tabelul3.3.).

Tabelul 3.3.

Influenţa concentraţiei acidului sulfuric asupra rezistenţei ohmice a soluţiei

Concentraţia acidului sulfuric

[ g / l ]

Rezistenţa soluţiei

[ ohmi ]

0 65

50 4,9

100 2,58

150 1,88

200 1,55



Cu toata influenta lor, uneori insemnata, folosirea agentiior de adaos complica

tehnologia pulberilor, deoareee impun un control anaiitic dificil.

Se semnaieaza totusi ca, la scara comerciala, pulberea electrolitica de cupru,

fabricata In unele tari, este produsa prin adaugarea de substante coloidale, cum este glu-coza tratata cu acid sulfuric. Se considera ca substanta coloidala face posibila

producerea pulberilor extrem de fine si diminueaza separarea hidrogenului la catod,ridicand astfel randamentul de curent.



Autorul CuS04

H2

S04

Na2

S04

Densitateade curent

Tempratura

[g/i]

\m [A/dm2] rci

Kochler 5-35

5-100

7,5 24-38

Fitzpatrik 23 141 - 41 54

Borok 100

114 - 20-40 20-70

Fischer 10 45 14,8 54

Tuwiner 31-45

175-250 _

2 60

Tyreil 10 100 20 60

Hoart 23,5

115 - 41 40-50

Hothersall 8-12

135-165

- 7,8 30

Dumiler 12

-31

10-

200 _

84 40

Jordan 50 150 _

7-11 20

Wrangler 12 10-100

50 4 50

Modi 20 150 _ 8,6 30

Calusaru 15-45

150 - 5-50 20-40



Tabelul 3.5 Compozitia electmlitiim si conditiile de lucru pentru obtinerea pulberii de

cupru

Din tabel rezulta ca posibilitatea folosirii unui interval larg de concentratii in sulfatul decupru (5-45 g/1) §i acid sulfuric (5-250 g/1). Densitatea de curent poate fi variata inIimite man (2-50 A/dm2), in dependents de compozitia electrolitului, iar temperatura estementinuta,in majoritatea cazurilor, sub 50°C.



Alii electroliti desi cea mai mare cantitate de lucrari se refera la electroliza sul-fatilor, exista si lucrari in care s-a cercetat obtinerea pulberilor de cupru din electroliti pe

baza de cloruri. Intr-un patent se descriu incercari de obtinere a pulberilor de cuprudintr-un amestec de solutii de clorura cuprica si cuproasa.

Pentru extragerea cuprului din deseuri de aliaje, in special alame, Stender siFedotiev recomanda depunerea pulberii de cupru cu anozi de a lama in solutii de acidclorhidric. Mai recent, obtinerea pulberii de cupru din bai, confinand clorura cuproasasub forma de complecsi, a fost cercetata de Crisan. Dupa indicafiile autorului, aceste baiar prezenta avantajul unci mai mari stabilitati de oxidare in timpul spalarii si. uscarii.Acesti electroliti nu au fost inca aplicati la scara industriala si nici nu s-a studiat econo-micitatea fata de electroliti pe baza de sulfati. In plus sunt foarte sensibili la actiunea o-

xigenului din aer.

3.2 Randamentul de curent si consumul de energie

.in cazul obtinerii electrolitice a pulberii de cupru, randamentul de curent variazain iimite largi.

- densitatea de curent 8,6 A/dm2;

concentrapa cuprului 10g/l;

temperatura 30l

C;

debilul de circulatie a electrolitului 36 1/ora;

timpul de curatire a catodului 15 min.

Densitatea de

curent [A/d]

4

,3

6

,5

8

,6

9

,3

1

3

1

6

2

1,5



Randament decurent [%]

82,1

84,8

83,8

82

79

76,1

73,1

Concentratia Cu

[g/51]

1

0

1

5

2

0

2

5

3

0

3

5

4

0

4

5


68,3

83,8

89,7

93,2

91,5

96

96,4

95,4

93,6

Concentratia H2S04

[g/I]2

55

07

51

001

251

501

752

002

503

00


91,9

87,4

;

85,48

4,78

4,58

3,88

3,28

2,98

1.87

6,9

Temperatura [°C] 15

22

30

40

50

60


66,8

81,0

83,8

87,1

90,0

91,4

Debitul de circulate[1/hj

0 5 10

20

40

80


87/7

82,0

82,7

83,0

84,1

84,3

Tabelul . 6 Dependenta randamentului de curent de unii factori de electroliza

Dm datele tabelului rezulta ca, randamentul de curent este influentat de factorii

de electroliza, variind, de la aproximativ 65 la 94%.Randamentul de curent semareste cu cresterea concentratiei ionilor de cupru, a temperaturii si a vitezei decirculate sj scade cu cresterea concentratiei in acid sulfuric. Densiatatea curentului are oinfluenta complexa asupra randamentului. Consumul aproximativ de curent in cazulobtinerii electrolitice a pulberii de cupru este de aproximativ 3.000 kwh la o tona de

pulbere.

3.3 Etapele tehnologice ale obtinerii pulberii



3.3.1 Schema tehnologica gene raid $i utilajele folosite

Daca se compara diferitele metode de obtinere a pulberii de cupru (pulverizarea,reducerea, etc. ) cu metoda de obtinere prin electroliza, se constata ca toate celelalte suntnet inferioare din punct de vedere al rentabilitatii. Posibilitatea reglarii riguroase adimensiunii particulelor de pulbere si obtinerea unor pulberi cu valori ale densitatiiaparente in stare liber varsata situate intr-o plaja foarte larga (de la 0,4 la 4,0 g/cm 3) faceca electroliza sa reprezinte un procedeu de neinlocuit pentru obtinerea pulberii de cupru.

In industria moderna, la obtinerea pulberii de cupru se utilizeaza solutii acide de

sulfat de cupru. Primul patent referitor la obtinerea pulberii de cupru prin electroliza alost obtinut in anul 1865. Urmatoarele cercetari in domeniu au tost legate de alegerearationale a compozitiei electrolitului si de analiza profunda a conditiilor de desfasurare aProcesul:

1 )corpul electrolizorului (cuva); 2)ferestre practicate in peretii despartitori; 3) catodtotitor; 4)capac; 5)cutie pentru izolarea catodului; 6)perii pentru indepartarea pulberii de

pe catod; 7)axul catodului; 8)rScitoare; 9)anozi; 10)orificiu pentru evacuareaelectrolitului; 11 )diafragme.

Pulberea, curatata de pe catod, curge pe fundul inclinat al cuvei, de unde, sub forma desuspensie In electrol it, este evacuata printr-o conducta. In prezent se utilizeaza sistemede colectare a pulberii de pe suprafata catodului prin impulsuri electrice, iara extragereacatodului din cuva sau oprirea procesului. Realizand descarcari electrice de scurta duratamtre catod si anod, descarcari de mare putere la tensiuni ridicate, se creaza in electrolit o

unda de soc ee asigura desprinderea depozitului de pulbere de pe suprafata catodului.

Prelucrarea prin impulsuri stabilizeaza compozitia granulometrica a pulberii, fe-

nomen determinat de scurtarea perioadei de depunere pe catod (intre 2 impulsuri succe-sive). O asemenea prelucrare, corelata cuprocesele continue de prelucrare ulterioara,

poate crea un flux perfect continuu de realizare a pulberii de cupru prin electroliza.

Fig. 3.2 Schema generala a instalatiei mecanizate de electroliza cu catod(disc) rotitor



3.3.2 Circulatia si regenerarea electrolitului In timpul procesului de electroliza au loc reactii:la catod la anod

2+CuCu2+ +2e" Cu - 2c" =Cu



2H+ +2e" = H2

Obs: se formeaza de asemenea Cu+ intr-o proportie nesemnificativa.

In acest fel, volumul adiacent catodului saraceste in cupru si se imbogateste inioni de SO.4 ",iar volumul adiacent anodului se imbogatesteInioni de cupru. Aceste efecte sunt compensate datorita proceselor de transfer de

masa generate de deplasarea cationiior de cupru de la anod si in sens invers a anionilor S( in afara de aceste efecte, egalizarea concentratiei electrolitului mai este asigurata si dedeplasarea permanent in circuit inchis a acestuia, deplasare prin care intr-o ora are locschimbarea de aproximativ zece ori a electrolitului din fiecare cuva (fig 3.3)

La catod, in afara de cupru, se elibereaza si hidrogen si de aceea gradul deextragere a cuprului este limitat la aproximativ 80% spre deosebire de anod, unde gradul

de trecere in solutie (dizolvare) al cuprului este de 100%. Astfel spus, tot consumul deenergie este aferent dizolvarii anodice, spre deosebire de zona catodica unde o parte dinenergie este folosita pentru eliberarea de hidrogen. In acest fel are loc o continuaimbogatire a electrolitului in ioni de cupru, concomitent cu o saracire in ioni dehidrogeni, fapt ce corespunde unei scaderi a aciditatii solutiei de electrolit. Pentruegalizarea compozitiei electrolitului, in sistemele de cuve pentru electroliza, fiecare a 5-a cuva e prevazuta cu anozi de plumb cu adaosuri de pana la l%Ag, ce nu se dizolva insolutiile de electrolit. In aceste cuve regenerative, la anod are loc separarea oxigenului siregenerarea acidului sulfuric dupa reactiile:

S()4? - 2e" = SO3 + 0,5O2 (3.4) S03 + H20 = H2S04 (3.5)

Separarea cuprului la catodul acestor bai nu e compensat de catre deplasareaionilor de cupru dinspre anod. In acest fel, cuvele regenerative pastreaza concentratiaimpusa sufatului de cupru si a acidului sulfuric in sistemul de recirculare al electrolitu-lui.



Cu toata influenta lor, uneori insemnata, folosirea agentiior de adaos complica

tehnologia pulberilor, deoareee impun un control anaiitic dificil.

Se semnaieaza totusi ca, la scara comerciala, pulberea electrolitica de cupru,

fabricata In unele tari, este produsa prin adaugarea de substante coloidale, cum este glu-coza tratata cu acid sulfuric. Se considera ca substanta coloidala face posibila

producerea pulberilor extrem de fine si diminueaza separarea hidrogenului la catod,ridicand astfel randamentul de curent.

La catod, in afara de cupru, se elibereaza si hidrogen si de aceea gradul deextragere a cuprului este limitat la aproximativ 80% spre deosebire de anod, unde gradulde trecere in solutie (dizolvare) al cuprului este de 100%. Astfel spus, tot consumul de

energie este aferent dizolvarii anodice, spre deosebire de zona catodica unde o parte dinenergie este folosita pentru eliberarea de hidrogen. In acest fel are loc o continuaimbogatire a electrolitului in ioni de cupru, concomitent cu o saracire in ioni dehidrogeni, fapt ce corespunde unei scaderi a aciditatii solutiei de electrolit. Pentruegalizarea compozitiei electrolitului, in sistemele de cuve pentru electroliza, fiecare a 5-a cuva e prevazuta cu anozi de plumb cu adaosuri de pana la l%Ag, ce nu se dizolva insolutiile de electrolit. In aceste cuve regenerative, la anod are loc separarea oxigenului siregenerarea acidului sulfuric dupa reactiile:

S()4? - 2e" = SO3 + 0,5O2 (3.4) S03 + H20 = H2S04 (3.5)

Separarea cuprului la catodul acestor bai nu e compensat de catre deplasareaionilor de cupru dinspre anod. In acest fel, cuvele regenerative pastreaza concentratiaimpusa sufatului de cupru si a acidului sulfuric in sistemul de recirculare al electrolitu-lui.

In afara reactiilor indicate anterior, are loc si o dizolvare chimica a cuprului, caurmare a cresterii suprafetei parti cu lei or de pulbere ia nivelul catoduiui sj Interactiuniichimice cu mediul:

Cu + 0,5 02 + H2S04 = Cu SO, + H20 (3.6)

Ca urmare a desfasurarii acestor reactii, se produce imbogatirea electrolitului in

cupru. Prin dizolvarea anozilor de cupru se asigura si o impuriflcare a solutiilor cu.impuritatile continute de anozi. Ni, Fe, Hg, Sb. Rezulta necesitatea eliminari periodicedin sistemul de recirculare-regenerare si inlocuirea acesteia cu cantitati proaspete.



S-a aratat ca obtinerea pulberii de cupru in industria actuala este bazata peelectroliza solutiei acide de sulfat de cupru. Primul patent asupra acestui procedeu a fostobtinut in 1865. Toate lucrarile ce au urmat in acest domeniu sunt legate de alegereaunei compozitii mai rationale a electrolitului, deci a concentratiei sulfatului. de cupru siacidului sulfuric, de asemenea de cercetarea conditiilor de lucru.

O problema, speciala ce apare in. acest caz e reprezentata de indepartarea pulberii de cupru. de pe catozi. la intervale de timp regulate. S-a propus in acest scop oinstalatie automata pentru indepartarea pulberii prin loviri periodice ale catoduiui. S-a

propus, de asemenea, indepartarea pulberii prin scuturarea periodica a catozilor

Borok, Balsin. si Gavrilov au propu indepartarea manuala a depozitului la inter-vale de 15-20 min cu o perie sau prin scuturarea catozilor. indepartarea periodica a pul-

berii de cupru e folosita in uzinele pentru obtinerea electrolitica a acestei pulberi.

Pentru intensiticarea procesului s-a propus folosirea densitatilor de curent ridicatesi a catozilor rotativi. Un rol important in prepararea unui produs standard il arecirculatia continua a electrolitului.

Ca material de constructie s-au propus bai e lemn captusite cu. plumb. Fiecare baie e prevazuta cu 6 anozi de cupru, dreptunghiulari, cu o suprafata totala de

aproximativ 1,33 m si 12 catozi cilindrici de cupru cu o suprafata egala cu 0,22 m . Inaceste lucrari se recomanda folosirea ca electrozi a 21 de placi de cupru cu dimensiunile60x50x1,25 cm, asezate la distanta de 0,78 cm. Schimbarea directiei curentului la. inter-vale de 4-5 secunde sau chiar 5-25 min rezolva problema indepartarii pulberii de pe e-lectrozi. In functie de conditiile procesului, tensiunea la bornele celulei variaza: 1,2-2 V

Unii autori recomanda suprafetele anodice si catodice egale. Intrucat in timpulelectroiizei se produce o i'ncalzire a electrolitului, acestia mentioneaza necesitatea raciri

baii ce se poate realiza in 2 modun:

- circulatia electrolitului prin serpentine exterioare de racire; circulatia apei deracire prin catozi in forma de cutii;

Prima metoda impune regtarea vitezei de circulatie a electrolitului in asa fel incatsa impicdice depunerea pulberii sau obtinerea unui produs anumit

A 2-a metoda poate ti intrebuintata chiar daca solutia departata de catozi ramanela temperatura mai ridicata. Aceasta duce in acelasi timp la micsorarea rezistentei solu-tiei, la scaderea potentialului anodului §i la scaderea tensiunii de la bornele baii. Enecesar sa se efectueze un. control analitic asupra compozitiei electrolitului, deoarecerandamentul catodic fiind mai mic decat eel anodic, electrolitul se imbogateste in sulfatde Cu

Pentru o instalatie ce produce 0,5 kg pulbere/ora este necesar urmatorul utilaj:generator de 250 A cu tensiune reglabila intre 2-5 V, deservind 2 bai cu o productie deaproximativ 250 g/ora fiecare;



3 bai de lemn (1 de rezerva) captu§ite cu plumb si izolate electric Intre ele.Fundul bailor are o fanta cu o deschidere de 3,7-5 cm pe unde se descarca pulberea.Dimensiunile interioare ale baii: lungimea de 0,6 m; latimea de 0,37 m si adancimea de0,45 m;

-decantoare de lemn captusite cu plumb;

-pompe pentru electrolit si apa de spalare; -uscatoare, preferabil cu. vacuum;

-filtre simple cu vacuum;

- catozi de plumb in forma de cutii goaie, sudate, cu dimensiunile de 0,2x0,27 x0,3m, si adaptate pentru racire cu apa. Fiecare baie are 2 catozi si 3 anozi.

Ca electrolit se foloseste o solutie acida de sulfat de cupra fara agenti de adaos. Pentru pulberi formate din granule man electrolitul confine 18-23 g/1 sulfat de cupra, iar pentru pulberele fine 8-10 g/1 In ambele cazuri concentratia acidului sulfuric e de 160 g/1.Densitatea de curent anodica e de 4,6 A/dm2 iar cea catodica de 30 A/dm2

La intervalul de 24 de ore se corecteaza o portiune de 255 din electrolit ce se introducein baie. Daca preparam pulberi de dimensiuni mari, numai 105 din solutie se inoiestela 4-7 zile, Temperatura se mentine sub 40°C; tensiunea oscileaza. intre 1,2-1,5 V.Pulberea se indeparteaza de pe catod prin scuturare la intervale de o jumatate de ora.Indepartarea depozitelor voluminoase de pe catozi se va face la fiecare 4 zile. Anozii seschimba dupa 20 de zile. Randamentul de curent e de 90%, iar consumul de energie de3.000 kVVh/t pulbere.

O alta uzina cu o productie de 90t pe linia de pulbere de cupru electrolitica, are 4incaperi, din care 2 sunt special pentru electroliza Intr-una e instalata o baie de betoncaptusita cu aliaj de plumb-bismut, in alta. 11 bai de otei cauciucate. In a 3-a sunt bai

pentru spalarea pulberilor cu adaptare pentru tiltrarea electrolitului si uascatoare pentru pulberi. In a 4-a, pulberea se sorteaza si se ambaleazaIn tobe de otel. Capaciatatea bail ede 4 m3. In fiecare baie sunt 22 de catozi si 23 de anozi. Catozii sunt construiti din pivotide cupru cu diametral de 4-10 cm. Distanta dintre electrozi e de 12 cm, iar distanta fatade fundul bail de 60 cm. Viteza de circulatie a electrolitului. e de 12 1/min. Generatorulde curent e de 6.600 A si 110 V.

Esin si Levian au adaptat instalatia pentru rafinarea cuprului in vederea obtinerii de pulbere, efectuand unele modificari constructive.

In ani din urma puritatea a devenit una din proprietatile esentiale si de aceea anozii. seconfectioneaza din. cupru rafinat electrolitic, Se folosesc astfel drept anozi., catozii dincelulele de rafinare. S-a aratat anterior ca au fost facute incercari la

scara mare de

folosire a anozilor de puritate scazuta, obfinandu-se pulberi comerciale cu o gamalarga a caracteristicilor importante. Incercarile de a folosi anozii insolubili au aratat ca

http://py.ri.tate/

http://com.erci.ale/

http://py.ri.tate/

http://com.erci.ale/



acestia nu sunt aplicabili comercial pentru producerea pulberilor de inalta calitate.

Se dau urmatoarele detalii de operatie pentru celulele de mare productivitate: materia prima: cupru electrolitic;

- material de constructie a celulei: lemn captusit cu. plumb (16 kg) sau fibre desticla imbibate cu masa plastica

dimensiunile interioare ale celulei: 3,36x1,07x1,27m.; ~~ electrolit: Cu 4,5 v 7,5 g/1;H2S04 135-150 g/1; temperatura: 50-65°C; alimentare din rezervor incilzit; circulatie cu

pom pa de plumb; viteza de circulatie: 26-52 1/min; curent. pe celula: 12.000 A;

- densitatea de curent: la anod 5,35 A/dm la catod 6,42 A/dm2; randamentul ecurent: 88-90%;

- tensiunea la bornele celulei: 0,9-1,0 V; consum de energie: 1,6 k.Wti/kg;

anozi formati din catozi de cupru electrolitic cu dimensiunile 965x610x100 mm;

- timpul de consumare al anozilor: 3 zile;

- procentul de anozi nefolositi: 20%;

catozi formal die. aliaj de plumb cu 6% Sb, cu dimensiunile de 846x610x10 mm;

durata de folosire a catozi lor: 3-4 ani;

- timp de depunere: 4-8 ore; manipularea electrozilor: cu macaraua;

- continutul de metal al produsului final: 99%.

In lista de mai sus lipsesc caracteristicile utilajului corespunzator uscarii si

filtrarii.

Tendinta generala in procedeele electrolitice e intensificarea procesului de electroliza prin folosirea densitatilor de curent ridicate. In cazul pulberii or de cupru, aeeastaridicare se poate realiza prin marirea vitezei de agitare a. electrolitului §i intensificareaeficacitatii racirii. Exista tendinta de obtinere a unui produs de puritate cat mai ridicata.



3.3.3 Spalarea si stabilizarea

Pulberea de cupru curatata de pe catod e descarcata din cuve ia intervale de 1,5-2 ore.

Pentru indepartarea electrolitului, pulberea se spala cu apa fierbinte s i se filtreaza

Pentru o spalare de calitate, volurn ul de pulbere supus spalarii trebuie sa aiba pe toata Inaltimea si suprafata sa capacitate identic a de filtrare.

Finalitatea spalarii e determinate prin reactii specifice ce pun. in. evidenta prezenta sauabsenta cuprului in apa utilizata la spalare. Absenta coloratiei de ferocianura de potasiusau a solutiei de 5% amoniac indica sfarsitul operatiei. de spalare. Consumul de apa seridica la 10 m 3/t de pulbere. Pelicula de apa aflata pe particuleie de pulbere duce lacorodarea acestora, fapt ce implica o modificare a caracteristicilor fizico-mecanice sitehnologice ale pulberii. Legat de aeeasta, se apeleaza la stabilizarea pulberii printratarea acesteia, dupa prelucrarea cu apa fierbinte, cu o solutie apoasa (400 g la 1 nr 1) desapun sau saruri de sodiu ale acizilor naftenici, pretul acestora tiind de 10 ori mai micdacat cel corespunzator sapunului.

Rezulta ca pe particule se creeaza pelicule hidrofobe, protejandu-le impotriva coroziunii.Consumul de solutie stabilizatoare se ridica la 6 m 7t de pulbere. Excesul de solutiestabilizatoare e indepartat prin. spalarea. pulberii. cu apa rece, dupa care pulberea edeshidratata. si uscata.

Obs: presiunea exercitata de solutia de stabilizare si, ulterior, de apa, trebuia sa fie maimare de 0,5 Mpa pentru un strat de pulbere cu inaltimea de 1 m.

3.3.4 Deshidratarea si uscarea pulberii

Prin deshidratare se indeparteaza o mare cantitate de umiditate, fapt ce faciliteaza siaccelereaza uscarea ulterioara a pulberii. Cel mai simplu mijloc de deshidratare consta in

suflarea pulberii, aflata pe un suport perforat din otel inoxidabii, cu aer, la o presiune de0,5-0,6 Mpa, timp de 10-30 in in. Metoda cea mai eficace e de centrifugare a pulberii.Atunci, apa reziduala ajunge la cateva procente, comparativ cu 20-30% dupa prelucrareacu aer comprimat. Uscarea ulterioara deshidratarii se realizeaza in uscatoare in vid, latemperatuti de 110°C, in intervale de timp de 10-12 ore sau in uscatoare speciale

prevazute cu incalzire electrica, la temperaturi de 200-350 C, intervale de timp deordinul 30-40 ore, incluzand si racirea pulberii pana la 70-100°C. Dupa Tncalcarea pul-

berii in uscator (sarje de 500-700 kg), in timpul uscarii, o parte din pulberea aflata la partea superioara a incarcaturii se oxideaza, permitand astfel accesul aerului mai saraeIn. oxigen spre interiorul incarcaturii.

http://im.pot.riva/

http://im.pot.riva/



Pulberea nestabilizata se oxideaza rnai putemic decat cca stabiilzata, fapt ce impunedescarcarea ei din uscator la temperaturi sub 70°C. La spalarea pulberii nestabilizate seutilizeaza o serie de substante ce-i confera sensibilitate mai mica la oxidare (ex: acidtartric: C^HcA,; gelatina). in prezent se utilizeaza metode mult mai eficiente de uscare,ca de exempiu in strat fluidizat, in atmosfera de gaze reducatoare, etc.

Pulberea uscata e macinata in mori cu actiune continua ce lucreaza in ciclu inchis,dotate si cu instalatii de separare a pulberii pe ftactii granulometrice. Dupa cernere siverificare se forrneaza lncarcaturi de 500-600kg, prin amestecarea unor cantitati relativreduse de pulbere cu proprietati relativ apropriate.

Ulterior pulberea e turnata in cutii de tabla galvanizata de 75-85 kg. Pulberea se pastreaza in ambalaje inchise ermetic, in spatii uscate, la temperaturi sob 20°C.

Utilizand metoda de electroliza a solutiilor apoase se pot obtine pulberi de nichel, fier ,zinc, cadmiu, argint, etc.

Spalarea si uscarea pulberii de cupru sunt operatii importante In tehnologia obtineriiacestei pulberi. De obicei, in cazul folosirii electrolitilor acizi, oxidarea depozitului nu se

produce In timpul formarii lui. Oxizii apar mai ales in timpul operatii lor de us-care sispalare; de felul in care sunt conduse aceste operatii depinde puritatea produsu-lui finit.

In unele lucrari se recomanda ca pulberea, acumulata la fundul celulei, sa fie decantata sitratata cu apa pentru afi separata de electrolit. Pulberea umeda se tarteaza apoi cu osolutie diluata de Na2C03 (0,05%), pentru indepartarea urmelor de acid ce favorizeazaoxidarea rapida a pulberii in timpul. uscarii. Excesul de carbonat de sodiu seindeparteaza dupa aceea prin mai multe spalari cu apa.

In cele din urma pulberea se spala cu o solufie 6 g/1 tartrat de sodiu si potasiu ce pare saactioneze ca antioxidant in timpul uscarii. Uscarea se face In aer la 8()UC, iar pulberea se

pastreaza in atmosfera uscata. Probele spalate si uscate in acest mod au, dupa indicativeautorilor, un procent de cupru superior valorii e 99,5%.

Borok, Balsin si Gavriiov recomanda filtrarea pulberilor de electrolit si spalarea lor cuacid sulfuric pana la disparitia ionilor de cupru. Se spala dupa aceea cu apa fierbinte

pana la indepartarea completa a ionilor SO42 . Uscarea se face in vacuum la 50 C.

Hothesall si Gardam separa mai intai pulberea de electrolit prin. decantare si sifonare.

Pulberea separata se spala cu o cantitate mica de apa, ce dupa decantare e folosita la prepararea de electrolit nou prin. adaos de sulfat de cupru si acid sulfuric. Pulberea sespala mai departe de 2 ori cu apa si dupa aceea se filtreaza. Apele de spalare sunttrecute peste span de tier pentru recuperarea cuprului din solutie. Spalarea finala seefectueaza cu o solutie de carbonat de sodiu si apa. Pulberea se filtreaza sau secentrifugheaza, apoi e condusa la uscatoare cu vacuum.

Spalarea cu solutie bazica neutralizeaza urmele de acid, conducand la obtinerea unei

pulberi cu aspect favorabil si continut redus de oxizi. Folosirea solutiei bazice laspalarea pulberii. de cupru duce la un continut final, de oxizi de 0,2%. Pulberea ce nu afost spalata cu carbonat de sodiu are un ontinut de oxizi de 1%.

http://tempera.tu.ri/

http://tempera.tu.ri/



S-a observat ca substantele coloidate si cu molecule mari, cum ar fi titanul. In afara demarirea dispersiei, fereste pulberea de oxidare ulterioara. Din. acest motiv se recomandaadaugarea lor in apele de spalare ale pulberii eupru.

Se recomanda de asemenea filtrarea si spalarea pulberii In electrolit; avand in vedere

suprafata si activitatea mare a pulberii umede, e esential. ca spalarea sa se faca imediat, pentru a evita oxidarea particulelor de cupru. Pulberea se usuca dupa aceea In cuptoarecontinue, cu atmosiera controlata. Pentru indepartarea oxizilor superficiali se conduce intimpul lucrarii o atmosfera reducatoare. Temperatura cuptoare!or e de 315-780 C inatmosfera confinand 10-30% hidrogen si 5-20% monoxid de carbon.

CAPITOLUL 4

PROPRIETATILE PULBERILOR METALICE

Principalele proprietati ce caracterizeaza pulberile metal ice, in calitate de materie primautilizata in metalurgia pulberilor, sunt:

-proprietatile chimice;

- proprietatilie fizice;

proprietatile tehnologice. Controlul acestor proprietati ale pulberilor se realizeaza deregula pe baza unor incercari sj analize specifice metal urgiei pulberilor,

4.1 Proprietati chimice

Metodele de determinare a eompozifiei chimice a pulberilor nu difera In esenta demetodele, in buna parte standard izate, care nu se aplica in mod curent la analiza chi-inica a metalelor si aliajelor. Totusi, pentru pulberi. metal ice, au aparut deja o serie de

standarde, dintre care se mentioneaza: STAS 10956/1-77 care da indieatii generate pentru efectuarea analizei chimice la pulberile de aluminiu STAS 10956/2-77, pentrudeterminarea volumului de gaz degajat, respectiv de aluminiu activ, la pulberile dealuminiu, STAS 10284-75 de determinare a ionului sulfat de cupru, SR EN 23908/95

pentru determinarea continutului de carbon insolubil (liber) din aliaje dure sinterizate.

Compozitia chimica a pulberilor depind mult de compozitia chimica a materialelor initiale din care se obtin, precum si de metoda de obtinere a pulberii. Continutul

metalului de baza in pulberi este de cel putin 98-99%. O astfel de puritate a pulberilor initiale ale metalelor este satisfacatoare. Doar pentru executarea catorva tipuri de piesece reprezinta proprietati speciale sunt necesare pulberi cu puritati mult mai inalte.Continutul maxim de impuritati in pulberi este determinat de proprietatile lor admisibile

http://prop.rietati.ie/

http://prop.rietati.ie/



in produsele finite cu. exceptia oxizilor, care pot fi indepartati in timpul sinterizarii. Dinaceasta cauza, in. majoritatea pulberilor sunt admise continuturi de oxigen ( 0,2-1,5%),ce corespund de regula unui volum de oxizi de 1-10%. De obscei, continutul mare deoxizi reduce presabilitatea pulberilor si rezistenta semifabricatelor formate, ingreuneazasinterizarea si inrautateste proprietatile mecanice dobandite de produse.

Trebuie avut in vedere ca oxizi i, care se all a in pulberi, nu pot fi eliminati intotdeaunain timpul sinterizarii, De exemplu, cea mai mare parte a impuritatilor de SiO §i MnO, cese afla in pulberile de fier, obtinute din tunder ( arsura de tier ), nu se reduc in timpul.sinterizarii semifabricatelor formate. Astfel de oxizi inrautatesc, in general, plasticitatea

particulelor si provoaca o uzura sporita a matritelor. Totusi prezenta in pulberi a uneicantitati nu prea mare de oxizi, usori redusj cu hidrogen { oxizi de fier, cupru, nichel,wolfram, etc ) asigura o sinterizabilitate buna a acestor pulberi.

Prezenta in pulberi a oxizilor greu reductibili ( de crom, mangan, siliciu, titan, aluminiu,etc ) nu este dorita, deoarece ingreuneaza si presarea si sinterizarea, cu exceptia acelor cazuri in care existenta oxizilor mentionati confera proprietati speciale.

Analiza chimica a pulberilor metaliceare loc dupa metodica analogiei cu analizaspecifica metalelor compacte. Esenta reprezinta numai determinarea continutuluioxigenului care poate fi calitativa (stabileste pierderile de masa ale probelor in timpul

arderii in atmosfera de hidrogen uscat sau densitatea picnometrica) sau cantitativa.Deobicei, se aplica metoda simplificata de determinare a pierderii de masa a pulberilor metalice, la temporaturi ridicate, intr-un curent de hidrogen conform SR EN 24491-2/96.0 cantitate cantarita de pulbere se reduce cu hidrogen bine uscat si pur, secaptureaza vaporii de apa ce sunt generati cu oxidul de calciu sau oricare alti absorbantiactivi si se evalueaza cantitatea de oxigen dupa sporul de greutate al absorbantilor. Inultimii ani, au capatat o larga dezvoltare metodele de analiza prin activate neutronica.

In pulberile metalice se afla cantitati insemnate de gaze ( oxigen, hidrogen, etc) atatabsorbite pe suprafete, cat si introduse in interiorul particulelor in timpul procesului defabricatie. Impuritatile gazoase in pulberi apar, de asemenea, ca rezultatuldescompunerii In timpul incalzirii a imparitatilor si lubrifiantilor adaugati ( utilizati la

presare ). Prezenta unei cantitati mari de gaze mareste fragilitatea pulberiior,ingreuneaza formarea, iar dirninuarea lor intensa in timpul sinterizarii poate conduce ladeformarea produselor. Cu cat sunt mai marunte particulele de pulberi, cu atat mai dessunt supuse prelucrarii in vid pentru. eliminarea gazelor.

Peliculele gazoase de pe suprafata particulelor de pulberi se formeaza in mod spontandin cauza nesaturafiilor campului de forte din straturile superticiale. De exemplu, pentrufiecare centimetru patrat al metatului se formeaza un film de aer cu mass de 0,6 * 10" 6 gsi pulberea cu dimensiunea particulei de 10 [jimj. Acesta confine Injur de 0,05% dinmasa oxigenului. Prezenta gazelor in interiorul pulberiior este legata de metodele deobtinere a lor. Pulberile reduse sunt impurificate cu gaze de reducere si produse dereactie, care nu reusesc sa fie eliminate in exterior, ramanand in interiorul particulelor

fie in stare dizolvata fie sub forma de sulfuri. Pulberile electrolitice contiii hidrogen,care se degaja la catod impreuna cu metalul depus in pulberile carbonilor sunt prezentioxigenul dizolvat, oxidul si dioxidul de carbon, iar in pulberile pulverulente se intalnescgaze antrenate mecanic in interiorul particulei. Continutul de gaze din pulberi se

http://im.puritati.lor/

http://sinteri.zabi.li.tate/

http://redu.se/

http://im.puritati.lor/

http://sinteri.zabi.li.tate/

http://redu.se/



determina prin utilizarea unor metode complexe, fundamentale pentru incalzirea sjtopirea in vid.

Pentru. anumite pulberi particularitatea specific a o constitute piroforicitatea adicacapacitatea de autoaprindere la contactul cu aerul. Ea depinde de natura chimica a

metalului, de gradul de dispersie §i forma particulelor de pulbere, starea suprafeteiacestora ( peliculele de oxid micsoreaza piroforicitatea ), puritatea, etc.

Majoritatea pulberiior nu sunt piroforice si nu prezinta pericol de autoaprindere. Totusj, pulberile de fier, cobalt, zirconiu §i allele sunt periculoase deoarece la contactul cu aerulse aprind usor. Astfel, temperatura de aprindere a pulberiior cu dimensionarea medie a

particulelor mai put in de 50-71 [urn] In strat §i pulberiior in suspensie in aer, reprezintain mod surprinzator 397 §i 330" C, pentru titan 420-450" C, pentru magneziu 500 si

320° C, pentru carbonil 350 si 300° C, pentru wolfram 180 si 20u C - zirconiu.

Particulele pulverulente in suspensie in aer la majoritatea metalelor §i aliajelor pot provoca explozii dm cauza valorilor nu prea inalte a limitei inferioare de concentrare acapacitatii de explozie a componentelor.

Urmatoarea caracteristica a pulberiior o reprezinta toxicitatea lor, deoarece practic pulberea oricarui metal, inclusiv a celor inofensive, nevatamatoare in stare compacta

poate avea influenfa asupra oamenilor si pot provoca modificari patologice inorganism.Concentrafiile limita ale aerosolilor metalelor si combinatiilor acestora suntmici in mediul inconjurator si dependente de natura chimica a metalelor: 0,001 mg/m3

pentru beriliu; 0,1 mg/nr pentru oxizii vanadiuiui si ai cuprului; 2,0 mg/m pentrualuminiu §i crom; 4-6 mg/m3 pentru tier si. oxizii acestuia; 6,0 mg/m3 pentru wolfram..O mare atentie la contactul cu pulberile trebuie acordata la manipularea acestora,respectandu-se cu strictete masurile speciale si asigurandu-se securitatea muncii.

4.2 Proprietati fizice

In aceasta categorie de proprietati ale pulberiior metalice sunt cuprinse: forma simarimea particulelor de pulbere, compozitia granulometrica, marimea suprafeteispecifice a particulelor, densitatea reala a materialului pulberii, structura cristalinl aoietalului din care se executa pulberea, microduritate.

http://in.al.te/

http://toxici.ta.tea/

http://in.cl.usiv/

http://fi.ce/

http://materi.alul.ui/

http://cristali.nl/

http://in.al.te/

http://toxici.ta.tea/

http://in.cl.usiv/

http://fi.ce/

http://materi.alul.ui/

http://cristali.nl/



4.2.1 Forma si marimea particulelor

De regula, forma particulelor depinde de natura chimica a metalului si de metoda de

obtinere si prelucrare a pulberii (tab. 4.1.), msa poate fi imbunatatita ulterior printratamente adecvate, Pulberile pot fi cu granule sferice, ovoide, lamelare, aciculaie,angulare, spongioase, dendritice, etc.

Forma particulelor de pulberi se determina cu ajutorul. microscopiei optice sielectronice, prin evaluarea proiectiiior particulelor. O cantitate de pulbere ( 5-7 g ) lacare se adauga 1-2 picaturi de lichid de dispersie ( apa, ulei de parafina, ulei de cedru) sedepune pe o lama suport de sticla §i se cerceteaza la microscop cu o marire corespun-

zatoare.

In mod obisnuit se determina doi factori ai formei:

factorul de simetrie al particulei (respectiv raportui dintre dimensiunea maxima Imax,respsctiv minima lmm ale particulelor);

factorul de dezvoltare al suprafetei (reprezinta raportui dintre patratul peri-

metrului. vizibil al particulei P analizate si suprafata ocupata de acesta S ). Aprecierea sicompararea coeficientilor pentru diferite laturi ale pulberiior se face pe baza clasificariidistributiilor frecventelor ale valorilor obtinute. Cei doi factori de forma utilizati pentruaprecierea cantitativa a formei granulelor reprezinta media statistics a raportuiui dintrelungimea si latimea granulelor (in cazul coeficientului de lungime "n" ) si, respectiv,dintre latimea si inaltimea granulelor {in cazul coeficientului de latime "m").

La forma sferica, acesti coeficienti sunt egali cu unitatea, iar la forma alungita agranulelor valoarea lor este supraunitara, ajungand pana la 2-4. La pulberile aciculare,coeficientul de lungime poate avea valori chiar peste 8.

Determinarea formei granulelor se poate face cu lupa, cu microscopul stereoscopic saucu cel. electronic. De cele mai multe ori este suficient rezultatul obtinut cu un microscopcu o marire de 20-100 ori. Forma particulelor de pulberi are o influenfa deci-siva asupra

proprietati lor ei tehnologice, precum si asupra multor proprietati ale materi-alelor pulverulente: densitatea, permeabilitatea, duritatea, omogenitatea proprietatilor.

In functie de metodele de obtinere, dimensiunile particulelor de pulberi oscileaza Inlimite relativ largi, incepand de la valori submicronice sau chiar mii de microni.

http://vi.zib.il/

http://vi.zib.il/



4.2.2 Compozitia granulometrica

Pulberile metalice reprezinta sisteme polidisperse alcatuite din particule de marimi

diferite. In functie de gama tipodimensiuniior particulelor, pulberea se caracteri-zeaza printr-o anuniita compozitie granulometrica ( fractionata). Aceasta reprezinta co-relatiadintre proprietatile particulelor de diferite dimensiuni ( fractiuni) exprimate procentual.Dimensiunile particulelor se extind, continuu sau discontinue asupra unui domeniucuprins intre valoarea maxima si cea minima a marimii gr&untelui unci pulberi, care dinmotive practice se imparte in mai multe intervale dimensionale granulometrice cu limite

precis definite.

Portiunea dintr-o pulbere care este compusa din totalitatea particulelor ce au marimeacuprinsa intre limita superioara §i cea inferioara a unui interval dimensionalgranulometric se numesle clasa de marime sau fractiune granulometrica.

Compozitia granulometrica ( fractionara ) a pulberi lor se reprezinta, de obicei, subforma de grafice, tabele phistograme. Dependente compozitiei granulometrice a unei

pulberi de dimensiunile particulelor poate ft continue ( sub forma unei curbe adsstributiei) sau discreta ( caz in care o fractiune de pulbere cu dimensiunea particulelor

cuprinsa de exemplu intre 100 si 125 um se noteaza- 125 +100, alaturi indicandu-secontinutul de masa fractiunii In procente ). Fractiunea al carei procent este mai mic de0,1 % se exprima ca “urma”.

4.2.2.1 Analiza prin cernere

In cadrul analizei prin cernere,distribuirea puibeni in fractiuni ( conform SR EN24497/94 ) se face printr-o separare mecanica a unei cantitati de pulbere de 100 g la odensitate de umplere de peste 1,5 g/cm3 ( 50 g pentru o densitate mai mica ) cu ajutorulunui set de site dispuse una peste alta, alese in conformilate cu STAS 1077-80.

Cernerea se realizeaza manual sau mecanic, Deoarece se cunosc diferite tipuri dedispozitive pentru care se dau rezuitate diferite la utilizarea acelorasi site si cu aceeasi

pulbere se poate stabili o corelatie intre diferitele dispozitive de cemere pentru o anumita pulbere.

Inainte de cernere pulberea se usuca. Setul de site este supus unei miscari rotative fata deo axa de rotatie deplasata ( excentrica ), cu o viteza de 300± 10 rot/min., si-multan cuvibrarea setului de-a lungul axuiui cu o frecventa de 180 ± 10 socuri pe minut. Timpulde cernere e de 15-30 min. Fractiile adunate pe fiecare sita sunt cantarite cu o preciziede± 0,05 g dupa care se determina continutul lor procentual fata de masa total a a probei.

Numaral sitei exprima dimensiunea liniara nominala a unei laturi inferioare a ochiuluisitei. De exemplu: numarul 0,10 are dimensiunea de 0,100 urn. Pentru un interval maimic se foloseste modulul seriei complementare egal cu .



Dimensiunea minima a unui ochi de sita intrat in productia industriala e de 42 µm; inserii mici se produc site cu dimensiuni ale ochiului de la 5 la 25 µm. Cand se utilizeazasite ale caror ochiuri sunt sub 42 µm, e oportuna folosirea metodei hdraulice de separare.In acest caz, cantitatea de pulberi e depusa pe sita sub curent de apa (sau alt lichid ceumeze§te pulberea). Spalarea se face pana la totala limpezire a lichidului. Sunt posibile

si alte procedee de actionare asupra pulberii aflate pe setul de site, de exemplu utilizareacurentilor de aer in analiza prin cernere in locul actiunii mecanice, folosirea vacuumului,oscilatiilor son ice si supersonice, a campului electric, etc.

Metoda analizei prin cernere este cea mia simpla si cea mai precisa. Ea poate fi folosita pentru evaluarea dimensiuni lor particulelor caracterizate printr-o vizibila inegalitate aaxelor lor.

4.2.2.2 Analiza microscopica a compozitei granulometrice

Metoda microscopica de determinare a cornpozitiei. granulometrice a pulberilor sefoloseste In mod obisnuit pentru controlul rezultatelor obtinute prin alte metode; spredeosebire de allele, se bazeaza pe rnasurarea directa a dimensiunilor particulelor studiate, Analiza microscopica prezinta doua variante:

metoda de analiza prin microscopic optica, prin care se masoara particulele de pulbere

cu dimensiuini intre 0,5-100 µm;

metoda de analiza prin microscopie electronica prin care se masoara particulele de pulbere cu dimensiuni in interval ul 0,001-10 µm.

In cazul microscopic! optice proba cu pulberea studiata, dupa ce a fost amestecata, sedepune pe o lamela suport din sticla sub forma unui monostrat. Pentru a eliminaaglomerarea particulelor este permisa o usoara triturare a acestora sau dispersarea lor

lichida, folosind substante cu suprafete active. Particulele de pulbere se fixeaza pelamela de sticla cu o solufie 1% colodiu in anilacetat.

Alston de studierea stratului de particule de pulbere se foloseste si metoda cercetarii probelor metalografice. Pentru obtinerea acestora, pulberile sunt amestecate cu rasiniapoxidice care, dupa intarirea lor, sunt selectionate, iar suprafata plana formata cuincluziuni de particule se lustruieste

In cazul analizei microscopice a unui monostrat cu un numar suficient de mare de particule de pulbere sau a unor sectiuni prin probe realizate cu ra§ini apoxidice seevalueaza parametrii liniari ai particulelor sau suprafetele proiectiilor lor si serepartizeaza particulele in fractiuni. Marimea utilizata in mod obisnuit la microscop estede 200:1-600:1.

Metoda microscopica necesita un volum mare de munca din cauza numarului mare demasuratori ale parametrilor liniari, ale multimii particulelor soi ale prelucrarii

datelor. La microscoapele speciale de analiza, granulele de pulbere care a par in campulvizual sunt mas urate in mod automat si rezultatele sunt total izate si prelucrate de un

http://mdrauli.ce/

http://in.cluzi.uni/

http://mdrauli.ce/

http://in.cluzi.uni/



mic calculator care va furniza rezultatui complet al. analizei granulometrice conformconditiilor prestabilite si inregistrate In memoria de comanda a calculatorului. Deexemplu, pentru o clasificare a unei pulberi In 60 de elase granulometrice de marime,durata este de 8-10 secunde, abaterea doar de 20%.

4.2.3 Suprafata speciflca a particulelor de pulbere

Suprafata specifics a unei pulberi reprezinta suprafata insumata a a tuturor particulelor ce alcatuiesc o unitate de masa sau de volum ( raportul dintre suprafata particulelor

pulberii analizate si volumul sau masa lor ). Valorile suprafetei specifice pentru diferite pulberi sunt cuprinse tntre 0,01 pana la 10-20 m/g. Marimea suprafetei specifice este unadin cele mai importante caracteristici ale pulberilor metal ice. Ea determina intensitateacu care se desfasoara proceseie fizico-chimice care insotesc formarea particulelor,

compactizarea, sinterizarea, interactiunea cu. mediul inconj orator, etc..

Suprafata specifica a pulberii este determinata de gradul de dispersare, fonna si stareasuprafetei particulelor ei. Cel mai des, pentru determinarea suprafetei specifice, sefolosesc. rnasurarea permeabilitatii si absorbtia gazelor.

4.2.4 Densitatea real a a materialului pulberii

Densitatea unei particule de pulbere reprezinta raportul dintre masa si volurnul ocupat deaceasta. Ea depinde de perfect! unea macro §i microstructurii particulei, de prezentaunor oxizi, nitrati, etc. Pentru aliaje, densitatea unei particule depinde de ase-menea deuniformitatea distribuirii elementelor aliate si de faze.

Densitatea picnometrica ( real a ) a particulelor de pulbere se determina. cu ajutorul unor vase de mas lira cunoscute sub denumirea de picnometre. Initial se determina masa vasului picnometric uscat ( M ), apoi masa acestuia continand a pa distilata ( Mi ) turnata apoi

la un anumit nivel. Cunoscand densitatea apei distilate la temperatu-ra la care seefectueaza determinarea ( p aci), se determine, vol urnul picnometrului (V p):

VP = (M-M,)* ρad

Volumul picnometrului, V p, reprezinta o constanta pentru vasul picnometric respectiv.Picnometrul uscat se urn pie pani la 1/3-2/3 din vol urn cu pulberea a carei densi-tate seu.rmare§te a fi determinata §i se cantareste impreuna cu pulberea ( M2 ). Dupa cantarire,in picnometru se toarna lichidul picnometric pana la umplerea unui sfert de volum,seagita. intens sau mai bine se videaza pana la o valoare a presiunii reminente dictata detensiunea de vapori a lichidului picnometric folosit. Dupa ce se intrerupe vidul si vasul

picnometric se completeaza cu lichid picnometric (pana la cota marcajului stabilit ladeterminarea masei Mj ), se cantareste picnometrul continand pulberea si lichidul,determinandu-se astfel valoarea M3. Volumul de lichid din picnometru este:

iar densitatea picnometrica a pulberii este:

http://com.pl/

http://com.pl/



Lichidul picnometric nu trebuie sa interactioneze cu material ul pulberii si trebuie sa

prezinte o umectabititate ridicata. Cel mai frecvent, in calitate de lichide picnometrice,se folosesc: petrolul lampant, alcoolul, benzolul, acetona, etc. Rezultate mult mai precisede determinare experimentala a densitatii reale a pulberilor, in comparatie cu metoda

picnometrului obisnuit sau a celui cu vid, se pot obtine aplicand metoda densimetrului pneumatic (tig. 4.2. ).

Fig. 4.2 Schema densimetrului pneumatic pentru determinarea demitafd reale I) I as de

nivel cu mercur; 2)Zone de racordare a tubului monomelic; 3) Tub monometric; 4) Vas

de masurare; 5)Balon de sticla; 6) Nivel zero; 7) I'roba de pulbere; S) Tub ft ex ib i I de

cauciuc.

Prin ridicarea vasului, nivelul mercurului din. aparat ajunge la zona de racordare 2 atubului manometric 3, separand vasul de masurare 4 si balonul 5 de aerul atmosfe-

ric. Apoi, aerul din balonui 5 si din portiunile invecinate ale tuburilor de sticla va ficomprimat in vasul de masurare, in care presiunea creste. Cand.nivelul ajunge la sem-nul, 6, se citeste pe tubul manometric 3 suprapresiunea ho, corespunzatoare cazului cand4 este goi. Introducand In vasul 4 proba de pulbere 7, niveiuiui 0 !i. va eorespunde o

suprapresiune hi, mai mare decat h0, deoarece volumul V pal pulberii. a micsorat volumulliber din vasul de masurare 4 de la valoarea initials V] la Vr V p.. Densitatea real a a

pulberii este:



unde:

m p- masa probei de pulbere supusa testarii [gj;

V]- volumul liber al vasului de masurare in absenta probei de pulbere ( volumul vasuluiI pana la. reperul zero );

ho- valoarea suprapresiunii create In raport cu presiunea barometrica prin comprimareaaerului aflat In vasul 4, In absenta probei de pulbere;

hi- valoarea suprapresiunii In tubul manometries in raport cu cota zero a aparatului ), in prezenta unei probe de pulbere in vasul 4.

4.2.5 Microduritatea granulelor

Microduritatea particulelor unei pulberi permite aprecierea indirecta a capacitatii dedeformare. Microduritatea se deterrnina dupa marimea particulelor lasate prin. presarede un varf de diamant penetrator de forma conica, cu unghiul la varf de 136° in suprafata

plana lustruita a unor particule de pulbere, fixata intr-o proba metalografica.

Probele metalogragice destinate determinarii microduritatii pulberii se pregatesc astfel:granulele se inglobeaza intr-o masa plastica sau in bachelita si apoi probele sedefinitiveaza prin metodele cunoscute de slefuire, lustruire §i atac chimic. De obicei sefolosesc sarcini intre 20-30 gf.

4.3. Pmprietati tehnotogice

Proprietatile tehnologice cuprind informatii referitoare la densitatea aparenta apulberilor ( cele doua aspecte pe care le implica: densitatea in stare liber varsata si

densitatea de tasare ), unghiul taluzului natural, fluiditatea ( curgerea ),compresabilitatea, stabilirea formei dupa presare, valoarea coeficientului de umplere.



4.3.1 Densitatea aparenta a putberilor

- engleza: aparent density;

- franceza: masse volumique du. poudre; germana: pulverfulldichte.

Se defmeste prin masa unitatii de volum a unei pulberi. determinata In conditiispecificate ( conform ISO 3923-1 si ISO 9323-2 - pentru pulberi le care nu curg ). Va-loarea densitatii de umplere este neeesara la calculul de dimensionare a inaltimii matri-telor de turnare ( presare ).

Se determine utilizand dispozitivul din figura 4.3. Se umple cu pulberea studiatarecipientul cilindric 2, avand capacitatea calibrate de 250,05 cm1, cu palnia 1 prevazutacu un orificiu de curgere calibrat, asezata la distanta de 25 mm deasupra recipientului.Dupa umplere, pulberea se niveleaza la suprafata recipientului cu o lama metalica,indepartand excesul, fara a se produce tasarea si socuri pentru indesare.

Calculul densitatii aparente p„ ( g/cm3) se face prin raportul dintre masa M a pulberii ( In graine ) care umple recipientul de 25 cm3. Se va calcula media aritmetieaa trei determinari

Fig, 4.3 Fluometru.

1Palnie; 2)Recipient; 3) Suport.



Metoda Skott ( fig 4.4), cu vibrarea palniei superioare, se utilizeaza cu preca-dere pentru pulberile care nu curg prin orificiul palniei standardizate.

Fig, 4.4 Volumetrul Skott

Recipientul de masurare cu vol urn ul V ( cm ) si masa mi (g) cunoscute, se aseaza sub palnia inferioara, iar apoi, agitand prin lovire cu un betisor pulberea de pe sita palnieisuperioare, se umple incet recipientul. Se indeparteaza surplusul cu o rigla ascutita,evitand scuturarea si tasarea pulberii. Prin cantarire se determina masa recipientului plinm2 (g).

4.3.2 Compactitatea de umplere

engleza: relative density;

franceza: densite relative; -

germana: raumerfullungagrad.

Se exprima prin raportul dintre densitatea aparenta ( de umplere ) pa ( g/cni3) sidensitatea real a a materia! ului pulbern pm (g/cm ):

Porozitatea de umplere se calculeaza cu relatia:

4.3.3 Densitatea de scuturare (tasare )



• engleza: tap density;

• franceza: masse volumique tasse;

• germana: Klopfdichte.

Densitatea pulberii in stare tasata este defimta prin masa unitatii de volurn a unei pulberi dintr-un recipient in care a fost tasata in conditii specificate (conform ISO 3953).Determinarea densitatii de scuturare (in stare tasata ) se realizeaza cu ajutorul aparatului

prezentat schematic in figura 4.5.

Se compune din cilindrul de sticla gradat 1 si suportul cu tichet 2, care efectueaza omiscare rectilinie-alternativa cu o cursa (inaltime ) h=8 mm la fiecare rotatie a camerei3. La cursa de cadere libera, suportul cu cilindrul gradat ( cu pulbere ) se loveste prin socde fata superioara a ghidajului 4. Cama are turada n2 = 300 rot/ min., fiind antrenata deun motor electric prin intermedial transmisiei cu curea. In cilindrul gradat se introduce100 g pulbere, iar timpul de scuturare (tasare ) este de 3 minute, respectiv 900 de rotatii.Densitatea de scuturare t (g/cm3 ) se calculeazl cu raportul dintre masa de pulbere de 100g si volumul ocupat de pulberea tasata din cilindru in urma scuturarii, exprimat in cm sievaluat prin gradafiile de pe cilindru.

Analog caracteristicilor derivate, calculate din densitatea de umplere, se pot calcula sidupa tasare: volumul de tasare ( cm3 ), capacitatea de scuturare C1 (%) si porozitatea descuturare P1 (%).

4.3.4 Factori de umplere



• engleza: fill factor;

• franceza: facteur de rempiissage;

• germana: full factor.

• Este defmit prin raportul dintre inaltimea puiberii liber varsata (hu) in matrita siinaltimea presatului (h p) masurata dupa extragerea din matrita ( fig. 4.6. )

Vu = V p — volumul

de umplere este acelasi cu volumul presatului

in care: Vu , V p- volumul de umplere si volumul presatului; pa - densitatea aparenta;

p - densitatea presatului. Se poate astfel calcula inaltimea de umplere h„ a pulberii,necesara obtinerii unui presat cu o anumita in&ltime si densitate p p data.

4.3.5 Unghiul de taluz natural



Unghiul de taluz natural reprezinta unghiul format de cat re generatoarea conului creatde curgerea libera a unei probe de pulbere pe o suprafafa orizontala ( fig. 4.7. ) cu razacercului bazal. Pentru marea majoritate a pulberilor acest unghi se afla in intervalul

250-700 si el se micsoreaza considerabil odata cu creslerea capacitatii de curgere

( fluiditatii) pulberii.Unghiul de taluz natural caracterizeaza starea de echilibru a pulberii, in absenta oricareiactiuni manifestate de fortele exterioare. La nivelul oricarei particule de pulbere, aflatein conul format prin curgere a libera a acesteia prin dispozitivul de determinare aunghiului natural de panta, actioneaza evident forta de greutate (P), forta ce poate fidescompusa in componente:

Normala la generatoarea conului, N = P*cos a

Componenta orizontala in lungul generatoarei, F = P*sina ; F = N*tga Starea deechilibru a particulelor de pulbere e asigurata in momentul in care e indeplinita conditia:F = PN, unde f :r coeflcientul de frecareRezulta N*tgα=f*N sau f = tga , deci unghiul natural de panta reprezinta tot-odata si ungiul frecarii.

Metodele de determinare a unghiului de panta difera numai prin modul in care eturnata. pulberea (fig 4.8)

Fig 4.8 Metode de determinare a unghiului de taluz natural 4.3.6 Fluiditatea

pulberilor

Fluiditatea (curgerea conform STAS 7935/83) reprezinta capacitatea pulberilor de a sedeplasasub actiunea forfelor gravitationale. Marimea acestei caracteristici se determina



prin intermediul timpului de scurgere (t) printr-un orificiu calibrat, cu diametrul de2,50

+0.05 [mm] al unei probe de pulbere cu masa de 50± 5°C §i apoi racita intr-unexicator inainte de cantarire, conform STAS 8651/88. Fluiditatea pulberii se calculeazacu relatia:

v = t*F,unde: v-fluiditatea fsj; t-media aritmetica a detenuintlrii [s]; F factoruI de corecfie.

F=25,3/E,

unde: E=etalonul palniei; E=25±2 [s] = timpul de curgere a 100 cm3 a pa distilata la 20±1°C, prin palnia cu orificiul calibrat.

Fig 4 .9 Palnie pentru determinarea curgerii pulberii

Curgerea pulberilor depinde de densitatea materialului, compozitia granulo metrics,forma particulelor, starea suprafefei §i gradul de oxidare. Curgerea prezinta o im-

portanta deosebita, in special in fluxurile tehnologice cu grad ridicat de mecanizare siautomatizare, deoarece determina timpul de umplere al matritei. Ea se inrautateste lacresterea gradul ui de umiditate a pulberii, marimea suprafetei specif!ce §i proprietatilefractiilor cu diametrul mediu redus.

4.3.7 Compresabilitatea

Reprezinta aptitudinea de presare a unei pulberi (conform STAS 7938/83), iar curba decompresabilitate e reprezentata grafic ca variatia densitatii comprimatului functie de

presiunea de comprimare.Pentru determinarea compresabilitatii se preseaza bilateral epruvete cilindrice, utilizandsuccesiv presiuni de 20, 40, 60 KN/cm", inaltimea de umplere a matritei mentinandu-seconstanta .Ulterior, se calculeaza volumul si densitatea realizata cu fiecare presiune decompactizare, iar rezultatul privind corelatia p = l\p) serveste la trasarea curbei decompresabilitate.Dependenta dintre densitate si presabilitate se poate trasa si in coordonate loga-ritmice,rezultand o dreapta a carei panta caracterizeaza plasticitatea pulberii.

4.3.8 Stabititatea formei dupa presare



Semifabricatele presate trebuie sa fie caracteristice prin rezistenta mecanicasatisfacatoare, care sa permita manipularea lor in siguranta. Aceasta caracteristica poatefi exprimata prin intermediul rezistentei muchiilor sau prin el al rezistentei la incovo-iere (conform SR EN 23995 preluat dupa standardul international ISO 3995/95).Rezistenta muchiilor se determina cu un aparat de constructie speciala. Ea poate fiexprimata cu relatia:

unde: Gi "gradul fiecarei probe testateRczsstenfa la tncovoiere a comprimatelor rectangulare, in stare cruda, se determina prinaplicarea unei forfe uniform crescatoare, in condijii controlate, pana la rupereacontinutului.

Rezistenta in stare cruda reprezinta tensiunea calculata cu formula conventionla aincovoierii, necesara ruperii comprimatuiui asimilat cu o bara spnjimta la extremitati pedoua suporturi si supuse unei forte aplicate la mijloc. Rezistenta in stare cruda se determina pe comprimate cu densitate precizata sau pe comprimate formate la o anumita

presiune. Probele (in numar de trei) cu dimensiumle 5,5 ± 6,5*10-?- 13 minimum 30 cm,sunt tasate pe o masa de tncercare la compresiune sau pe un dispozitiv de aplecare aforte i cu parghie.Rezistenta in stare cruda (S) se exprima in [N/mm ] si se calculeaza cu relatia :

unde: P=forta in momentul ruperii [N]; w=distanta dintre suporturi [mm];h= inaltimea eprubetei [mm]; L=latimea eprubetei [mm].

Rezistenta in stare cruda se poate exprima in functie de presiune sau dedensitate. In cel de-al doilea caz, densitatea eprubetelor se calculeaza in functie de masasi de volumul lor. Intre cele doua eprubete se accepta o diferenta de densitate demaximum 0,1 [g/cm3].



CAP1TOLUL 5

PROIECTARE A UNUI DISP0ZITIV PENTRU CONTROLUL

COMPRESIBILITATII PULBERILOR METALICE

5. 1 Principii de proiectare a dispozitivului

Dispozitivul de presare e un ansamblu ce are rolui ca, pe langa fixarea elementelor matrtei sa asigura realizarea procesului de presare §i scoatere a semifabricatului.Dispozitivul de presare e acel care, prin adaptare la presa trebuie sa-i foloseasca lntreagacapacitate pentru a putea produce si cele mai complicate piese, cu un grad mare deomogenizare.

Dispozitivele de presare pot fi im partite In 4 grupe:

dispozitive de presare cu actiune simpla;

dispozitive de presare cu actiune dubla si matrita fixa;

dispozitive de presare cu actiune dubla si rnatrita mobila;

dispozitive de presare cu actiune dubla si matrita retractabila.

Pentru a usura munca de proiectare a dispozitivului si pentru a putea control a pe parcurs si in final corectitudinea proiectarii §i a realizarii, se recomanda intocmireaschitelor cu pozitiile poansoanelor in diferite stadii ale presarii.

Schitarea se usureaza mult daca tinem seama ca in cazurile de presare dubla, linia neutrace reprezinta semianaltimea adancimi de umplere, va fi linia mediana intre suprafetelefrontale ale poansoanelor superior si inferior, in orice stadiu al presarii (fig.5.1)

Solicitarile datorate actiunii fortei de presare asupra piesei aflate in interiorul matriteisunt echivalente cu efectul unei presiuni interioare (pi) exercitata asupra tuburilor cu

pereti grosi.



Fig. 5.1 Distributia tensiunilor in cilindrul cu pereti grosi

r 1)raza peretelui intereior al tubulin; r 2)raza peretelui exterior al tubului; σt)tensiuniletangentiale; σr )tensiunile radiale.

5.2 Alegerea materiaieior pentru dispozitivul de presare

Otelurile folosite pentru executarea matritelor trebuie sa aiba o rezistenta la uzura si potfi oteluri pentru scule.

Otelurile pentru scule sunt otrelri carbon caracterizate prin rezistenta mare la socuritermice si mecanice si o buna rezistenta la coroziune.

Otelurile carbon pentru scule sunt oteluri de calitate cu 1,65-1,4%C, obtinute prindefonnare plastica la cald (forjare, laminare, tragere) sub fonna de bare trase la rece,livrate in stare recoapta: OSC7, OSC8, OSC10, OSC13, STAS 1700-80.

La un continut egal de carbon, dupa calire, se realizeaza o duritate asemanatoare

otelurilor aliate. Calibilitatea lor, mult mai redus, da posibiiitatea obtinerii de scute cuduritate superficiala ridicata si roiez tenace, caracteristica importanta in cazui unor scuteca poansoane si matrite pentru refulare la rece, pistoane pentru ciocane pneumatice.

Caracteristica mecanica principals a otelurilor carbon pentru scule, ce asigura in buna parte majoritatea caracteristicilor de xeploatare a scule lor, e duritatea.

Criteriile de baza la alegerea materialelor metal ice sunt: duritatea, calibilitatea,stabilitatea la cald, tenacitatea, rezistenta la uzura, stabilitatea dimensionala. Deasemenea se vor avea in vedere proprietatile tehnologice: aschiabilitatea,susceptibilitatea la supraancalzire.

Aschiabilitatea si deformabilitatea sunt maxime dupa recoacerea de globulizare.

Un asi aceeasi scuia se poate executa din mai multe materiale: oteluyri carbon, otelurialiate, carburi metalice sinterizate. Una si aceeasi operatie tehnologica poate fi executatacu scule din diverse materiale, alegerea facandu-se functie de scop, posibilitati, pret decost, aprovizionari.



Factorii ce determina alegerea optima de catre pprooectant a unui material pentru oanumita scula sunt:

• cei ce determina duritatea corelata cu productivitatea;

• cei ce determina tehnologitatea (capacitatea de prelucrabilitate);

• de ordin economic,

Caracteristica principala a materialelor de scule e comozitia chimica, care, irnpreuna cutratamentele term ice aplicate, asigura proprietap optime de exploatare: duritate,rezistenta la uzura, la lovire, calibilitate, capacitate buna de slefuire, rezistenta relativ

buna la coroziune.

Otelurile din aceasta categoric sunt destinate fabricarii diverselor scule utiiizate inoperatiuni de prelucrare la rece a produselor metalice sau nemetalice. La alegereaotelului destinat fabricarii unui anumit tip de scuta se are in vedere masura in careconditiile de lucru specifice operatinuii de prelucrare respective sunt acoperite de

proprietatile de utilizare a otelului, cat si de modul In care proprietatile tehnologice aleotelului asigura obtinerea unor scute corespunzatoare.

Din proprietatile de utilizare ale otelurilor pentru scule, 3 sunt considerate ca deosebit deimportante:

• rezistenta la uzura,

• tenacitatea si duritatea la temperatura de Iucru.

• Rezistenta la uzura a otelurilor de scule e dependents de duritate, dar In acelasitimp masura e determinata si de alti factori: compozitia chimica, structural, finetesi dstributia constituientiior structurali ai carburilor

Diversitatea operatinulor de prelucrare mecanica sau plastica, precum si particu-laritatilespecifice ale materialelor supuse prelucrarii, a dus la crearea unui numar relativ mare demarci de oteluri. de scule. Aceste oteluri sunt cele carbon. §i cele aliate pentru

prelucrarea la rece. Otelurile aliate pentru detbrmarea la rece se pot Imparti in: oteluri

rezistente la uzura; oteluri. fearte rezistente la uzura;

• oteluri rezistente la socuri;

• oteluri cu rezistenta sporita la anumite medii corozive.

Prezenta elementelor de aliere ca Mn, Cr, W, Va, etc. in compozitia chimica a acestor

oteluri, infMenfeaza favorabil obtinerea unor structun cu proprietati tehnologice si deutilizare superioare otelurilor carbon.



Otelurile rezistente la uzura: sunt incluse oteluri hipereutectoide slab aliate si mediualiate, la care prezenta in structura a carburilor aliate mult mai dure decat cementita,confera otelurilor o rezistenta la uzura mult mai ridicata decat a otelurilor carbon descule. Dintre otelurile utilizate, fa aceasta subclasa, marcile de oteluri cele maiimportatne sunt: 117VCr6, 90VCrlO, 90VMn20, 105CrW20, 130CrW37.

Otelurile foarte rezistente la uzura sunt cuprinse in oteluri hipereutectoide aliate in principal cu Cr si oteluri aliate cu 1.2% Cr, caracterizate printr-orezistenta la uzurafoarte ridicata cat si susceptibilitatea redusa la deformarea in timpul calirii.

Otelurile rezistente la socuri. sunt incluse In categoria otelurilor hipoeutectoide, slab saumediu aliate, al caror continut de carbon nu depaseste 0,6 sau 0,65%.

Otelurile destinate scutelor supuse la socuri au tost selectate initial dintre otelurile dearcuri cu siliciu, ce aveau o rezistenta buna la socuri mecanice, rezistenta la obosealaridicata, posedau si o buna comportare la uzura.

Caracteristica predominanta a acestor oteluri e tenacitatea. Otelurile cu rezistenta sportala uzura, In anumite conditii corozive, sunt incluse unele marci de oteluri. inoxidabilemartensitice si cu calibilitate ridicata, cu rezistenta buna la coroziunea atmosferica si launele produse chimice si plastice, si. o rezistenta la oxidare la o temperatura de peste

600°C.

Alegerea materiaiului pentru poansoane si matritei de formare la rece, se face In tunc tiede rezistenta la uzura, natura si grosimea materiaiului de prelucrat, nivelul decomplexitate ai piesei, calitatea suprafetei piesei, parametrii de lucru (viteza, timp delubrifiere) si nivelul productiei de realizat.

Elementele dispozitivului de presare vor fi confectionate din materiale ce sa le confere

proprietatiie mecanice si tehnologice cerate. In plus, matritei i se cere rezistente la uzurain medii corozive pentru a evita corodarea suprafetei ce vine In contact cu pulbereametalica sau nemetalica de presat, ceea ce duce la impurificarea piesei obtinuta prin

presare cu diferiti oxizi.

In acest sens, elementele dispozitivului (poansoanele si matritele) se executa din oteluride scule pentru prelucrarea la rece.

Pentru buna functionarea a dispozitivului de presare, se alege pentru confectionarea poansoanelor otel carbon de scule OSC8, iar pentru executarea matritei otel aliat descule 90VMn20.

Caracteristicile otelului OSC8 sunt reglementate de ST AS 1700-80 si are com.-pozitiachimica C(0,65-0',74)%, Mg(0,15-0,38)%, Si(0,l5-0,35)%, Cr max 0,2%, Ni= max0,25%.

Foarte importante pentru utilizarea otelurilor sunt caracteristicile de exploatare ce seapreciaza prin indicatori numerici de la 1 la 9.

http://produ.se/

http://propri.eta.tiie/

http://tehn.ologi.ee/

http://produ.se/

http://propri.eta.tiie/

http://tehn.ologi.ee/



Principalele utilizari a otelurilor de scule OSC8 sunt: scule solicitate la lovituri si socurimari, ce necesita tenacitate mare si rezistenta medie-matrite cu dimensiuni mari, scule detamplarie, scule pneumatice, scule pentru rabricarea ^uruburilor, matrite mici pentrumase plastice, scule de taiere si Indoire la cald

5.3 Proiectarea matritei

Matrita propriu-zisa, monoiitica sau din mai multe bucati, e lixata intr-o placa numitamasa matritei si se utilizeaza in cadrul pieselor cilindrice profilate avand laturi paralelecu directia de presare.

Matritele compuse sunt de preferat cand sectiunea lor longitudinal a usureaza siieftineste confectionarea, cand evitaconcentrarea tensiunilor in timpul tratamentului

termic sau. cand materialul matritei nu poate prelua deframatii elastice cauzate de fortemari de presare.

Poansoanele trebuie sa tie cat mai scurte posibii si cu o rezistenta mai mare la tractiunedecat la uzura. Poansonul superior poate fi mai scurt, chiar daca sunt necesare

poansoane multiple. Cel inferior poate fi mult mai lung decit ml superior si, din aceastacauza, e adesea cea mai delicataparte a matritei. In poansoane trebuie sa se prevada,orificii perpendiculare pe axa lor, cu diametral de 3 mm, asezate la o astfel de inaltime

incat, atunci cand poansoane!e sunt filtrate la adancime maxima In matrita, ele saramana In afara ei. Aeeste gauri vor Sevn la evacuarea aerului cat si la cea a pulberii

patrunse intre poanson si miez. Capetele libere trebuie astfel proieetate, Tnsa sa permitafixarea poansoanelor In dispozitivul de presare.

5.3.1 Cacului volumului util

Volumul util in cazul utilizarii pulberilor de cupru obtiiiute prin electroliza:

Masa de pulberi necesara pentru determmari:

Aria suprafetei frontale a eprubetei:

Diametral interior al matritei:

Volumul ocupat de pulbere in stare liber varsata:

http://prel.ua/

http://prel.ua/



Inaltimea ocupata de pulbere liber varsata in matrita;

inaltimea de centrare a matritei in poansonul inferior:

Inaltimea de centrare a ponasonului superior in matrita:

Inaltimea total a a matritei:

5.3.2 Calculul grosimii peretiior

Dimensionarea grosimii perefiior se face d.p.d.v. al veriticarii rezistentei acestora lacompresiune, utilizand cazul tuburilor cu pereti grosi, ce tin cont de ipotezele derupere(fig. 5.1):

Pentru a asigura o exploatare in siguranta a malritei, voin dubia valoarea lui r 2. Rexultaca diametral exterior al matritei va fi dex=40 [mm].



5.3.3 Verificarea la flambaj a poansoanelo

Verificarea se face pentru poansonul inferior cu dinensiunile: d=10,5 [mm]; 1f =33 [mm];F=32 [KN]; l=lf =33 [mm], unde: l f = lungimea de flambaj.

1. Se calculeaza aria:

2. Se calculeaza momentul de inertie minim pentru inel:

3. Se calculeaza raza de inertie:

4. Se calculeaza pentru otelurialiate;

c=[(a-b*^)*A]/F=l,2, c-l,2>l, unde:

σ f -tensiune normal a de flambaj; a,b=coeficienti de flambaj stabiliti pe caleexperimentala in functie de material; c=coeficient de siguranta; cr 0 = coefficient dezveltete (constanta de material).



CAPITOLUL 6

CONTROLUL UNOR PROPRIETATI FIZICE SI TEHNOLOGICE ALEPULBERILOR DE CUPRU OBTINITE. REZULTATE EXPERIMENTALE SICONCLUZII

In cadrul acestui capitol sunt abordate urmatoarele aspecte:

experimentari in vederea obtinerii pulberii de cure prin electroliza solutiei apoase acide asulfatuhii de cupru;

- studiul unoa dintre caracteristicile pulberii obtinute; analiza eompozijieigranulometrice prin ceoierea pulberii;

- determinarea compresibilitatii pulberii;

- determinarea marimii efectului postelastic transversal.

6 .1 Rezultatele experimentale ale procesului de electroliza a solujiei apoase de suifat

de cupru

In vederea obtineri pulberii de cupru prin electroliza solutiei acide de sulfat de cupru aufost efectuate o serie de experimentari, utilizandu-se anumite regimuri de lucru(experimental 01, 02 si 03). La aceste experimentari s-au pastrat constanti parametriiregimului de lucre cu except ia densitafii de curent Dc, dupa cum. urmeaza:

• concentratia CuS04 in solutie: 50 [g/1] (0,31 [moli/l]);

• concentratia H2S04: 150 [g/1] (81,47 [cm3/l]);

• suprafata de depunere pe catod (suprafata catoduiui imersata in electrolit): 95[cm2];

• durata de depunere a pulberii pe catod; 1 [ora];

• densitati de curent adoptate:

0,15 A/cm2 (experiment 01);




0,19 A/cm2 (experiment 05); 0,20 A/cm2 (experiment 06);

http://fizi.ce/

http://constan.fi/

http://el.ectrol.it/

http://fizi.ce/

http://constan.fi/

http://el.ectrol.it/



Tabelul 6.1 Parametrii regimului de lucru utilizati la electroliza pulberilor de cupru

Si parametrii detenmnaii

Nr.Crt.

ParamettiTeimologici

U.M. Valoare parametru. la experimentarea:

01 02 03 04 05 06

1 Dc A/cm2 0,15 0,16 0,17 0,18 0,19 0,20

2 S cm2 95 95 95 95 95 95

3 I A 14,25 15,20 16,15 17,10 18,05 19,0

4 U V 12 11 10 . 9,5 j 9,0 8,5

5 T h 1,0 1,0 1,0 1,0 1,0 1,0

6 K g/Ah 1,186 1,186 1,186 1.186 1.186 1,186

7 mai g 300,0 285,50 269,67 252,54 234,46 214,06

8 maf g 285,5 269,67 252,54 234,46 214,06 1.92,53

9 m p g 14,5 15,83 17,03 18,08 20,40 21,53

10 mt g 16,90 18,03 19,15 20,28 21,40 22,53

11 η % 85,79 87.90 88,92 89.15 95,32 95,56

12 W/m p KWh/Kg 11,79 10,562 9,482 8,985 7,963 7,501

http://paramet.ru/

http://paramet.ru/



6.2 Determinarea compoziţiei granulometrice a pulberii de cupru obţinute prim

electroliză şi caicului dimensiunii medii a particulei de pulbere

Corelaţia dintre proporţia particulelor de diferite dimensiuni (fracţii.), exprimată procentual, poartă numele de compoziţie granulometrică. Date despre această caracte-ristică sunt absolut necesare pentru caracterizarea pulberilor.

Cea mai simplă şi utilizată metodă pentru determinarea compoziţiei, granulometrice a pulberilor metalice o reprezintă metoda prin cernere. Ea presupune transferul u-nei probe de pulbere printr-o succesiune de site, cântărirea fracţiilor rezultate şi deter-minarea proporţiilor (SR EN 24497/1994),



Ca urmare a cernerii, pulberea se separă pe fracţii. După cântărirea fiecărei fracţii sedetermină proporţia fiecăreia cu o precizie de 0,1%.

X = (m.f/m.)*100[%j (6.1), unde: mf = masa fracţiei (gj; m ~ masa probei supuseanalizei [gj.

Pulberile obţinute în urma electrolizei cu cele trei regimuri de lucru menţionate ( Dc0i =1,15 [A/cm2]; Dc02 = 1,16 [A/cm.2]; Dc03 = U 8 [A/cm.2]) li s-a efectuat analizacompoziţiei, granulometrice prin cernere utilizând un set de site standardizate, montate

pe o instalaţie vibratoare din. dotarea Laboratorului de Metalurgia pulberilor,. Rezultate-le acestei analize sunt prezentate în tabelele 6.2, 6.3, 6.4, 6.5,6.6, 6.7.

Nr crt

Fracţiagranulometrică

[µm]

Masafracţiei

mf [g]

Proporţiafracţiei

x[%]

Refuzulcumulat

R[%]

Trecereacumulată

T [%]

1 -500+300 1,50 3,00 3,00 97,00

2 -300+200 4,00 8,00 1 1,00 89,00

3 -200+150 7,25 14,50 25,50 74,50

4 -150+100 12,40 24,80 50,30 49,70

5 -100+65 16,10 32,20 82,50 17,50

6 <63 8,75 17,50 100,00 0

Tabelul 6.2 Analiza compoziţiei granulometrice prin cernere a unei pulberi de

cupru eleborate la experimentul 01 (Dc = 0,15 [A/cm

2

])

Nr crt Fracţiagranulometrică Masafracţiei Proporţiafracţiei Refuzulcumulat Trecereacumulată



[µm] mf [g] x[%] R[%] T [%]

1 -300+200 2,70 5,40 5,40 94,60

2 -200+150 5,90 11,80 1.7,20 82,80

3 -150+100 1.1,25 22,50 39,70 60,30

4 -100+63 16,90 33,80 73,50 26,50

5 <63 13,25 26,50 100.00 0

Tabelul 6.3 Analiza compoziţiei granulometrice prin cernere a unei pulberi de

cupru eleborate la experimentul 02 (Dc = 0,16 [A/cm2 ])

Nr crt Fracţiagranulometrică

[µm]

Masafracţiei

mf [g]

Proporţiafracţiei

x[%]

Refuzulcumulat

R [%]

Trecereacumulată

T [%]

1 -300+200 1,95 3,9 _3,9 _J 96,1

2 -200+150 4,55 J ^1 1 13,00 87,00

3 -150+100 9,80 19,60 32,60 67,40

4 -100+63 16,00 32,00 64,60 35,4

5 <63 17,70 35,40 100,00 0

Tabelul 6.4 Analiza compoziţiei granulometrice prin cernere a unei pulberi de cupru

eleborate la experimentul 03(Dc = 0,17 [A/cm2 ])

Nr

crt


[µm]

Masafracţiei

mf [g]

Proporţiafracţiei

x [%]

Refuzulcumulat

R [%]

Trecereacumulată

T [%]



1 -300+200 1,35 2,70 2,70 97,30

2 -200+150 3,25 6,70 9,40 90,60

3 -150+100 8,30 16,60 26,00 74,00

4 -100+63 15,10 30,20 56,20 43,80

5 <63 21,90 43,80 100,00 0

Tabelul 6.5 Analiza compoziţiei granulometrice prin cernere a unei

pulberi de cupru eleborate la experimentul 04 (Dc = 0,18 [A/cm J)

Nr crt


[µm]

Masafracţiei

mf [g]

Proporţiafracţiei

x [%]

Refuzulcumulat

R [%]

Trecereacumulată

T [%]

1 -300+200 1,0 2,0 2,0 98,0

2 -200+150 2,8 5,6 7,6 92,4

3 -150+100 7,1 14,2 21,8 79,2

4 -100+63 17,1 34,2 56,0 44,0

5 <63 22,0 44,0 100,00 0

Tabelul 6.6 Analiza compoziţiei granulometrice prin cernere a unei

pulberi de cupru eleborate la experimentul 05 (Dc = 0,19 [A/cm J)

Nr crt


[µm]

Masafracţiei

mf [g]

Proporţiafracţiei

x [%]

Refuzulcumulat

R [%]

Trecereacumulată

T [%]



1 -200+150 4,5 9,0 9,0 91,0

2 -150+100 6,5 13,0 22,0 78,0

3 -100+63 16,0 32,0 54,0 46,0

4 <63 23,0 46,0 100,00 0

Tabelul 6.7 Analiza compoziţiei granulometrice prin cernere a unei pulberi de cupru

eleborate la experimentul 06 (Dc = 0,20 [A/cm J)

Fig. 6.2 Corelaţia dintre proporţia fracţiilor pulberii de cupru (X) obţinută la

experimentul (01) şi dimensiunea particulelor de pulbere (a)





Fig. 6.4 Corelaţia dintre proporţia fracţiilor pulberii de cupru (X) obţinută laexperimentul (03) şi dimensiunea particulelor de pulbere (a)

Fig. 6.5 Corelaţia dintre proporţia fracţiilor pulberii de cupru (X) obţinută laexperimentul (04) şi dimensiunea particulelor de pulbere (a)



Fig. 6.6 Corelatia dintre proportia fractiilor pulberii de cupru (X) obtinuta la

experimental (05) si dimensiunea particulelor de pulbere (a)



Pornind de la datele furnizate de analiza de cernere, se pot determina prin calcul valorile

dimensiunii medii a pulberii, abaterile medii pătratice a dimensiunilor particulelor de lavaloarea medie şi gradul de dispersie a pulberii (coefientul de variaţie). Cunoscândvaloarea max şi min a dimensiunilor particulelor de pulbere din cadrul unei clasegranulometrice, dimensiunea medie a particulelor fracţiunii respective poate fideterminată ca media aritmetică a acestora; de exemplu, dacă fracţiunea "i" seîncadrează în limitele 150-100 [//m], dimensiunea medie a particolelor de pulbere conţi-nută în această clasă granulometrică este:

dmi = (150+ 100)/2= 125 [µm]

Dimensiunea medie a particulelor de pulbere (dm) poate fi calculată cu relaţia:

Folosind relaţiile matematicestatistice putem determina mărimea abaterii medii pătraticea dimensiunilor particulelor pulberii de la valoarea lor medie, cu relaţia:

Gradul de dispersie al pulberii este apreciat pe baza coeficientului de variaţie (cv)obţinut din relaţia:



cv=σ/dm



6.3 Determinarea compresibilităţii pulberilor de cupru obţinute prin electroliză şi a

mărimii efectului postelastic transversal

Compresibilitatea reprezintă aptitudinea de presare a unei pulberi(conform STAS 7936-83), iar cruba de compresibilitote e reprezentarea grafică adensităţii, comprimatului funcţie de presiunea de comprimare.Pentriu determinarea compresibilităţii se măsoară bilateral epruvete cilindrice, utilizândsuccesiv presiuni de 20, 40 şi 60 [KN/cm2], înălţimea de umplere a matriţei menţinându-se constantă. Ulterior se calculează volumul şi densitatea realizată cu fiecare presiune decompactizare, iar rezultatele privind corelaţia p =f(P) servesc pentru, trasarea curbei de

compresibilitate.Dependenţa se poate trasa şi în coordonate logaritmice rezultând o dreaptă a cărei pantăcaracterizează plasticitatea pulberii. Creşterea gradului de înclinaţie al dreptei indică ocreştere a amplitudinii de presare a pulberii.La presarea unei pulberi metalice, în momentul, aplicării, presiunii, se nasc în interiorulmasei de pulberi, forţe egale şi. de sens opus care fac echilibrul presiunii exterioareaplicate. Aceste forţe elestice i-au naştere nu numai în direcţia presării, ci şi în



celelalte direcţii, iar acţiunea lor e contrabalansată atât de presiunea aplicată masei de pulberi, cât şi de reacţiunea pereţilor matriţei. Presiunea laterală e una din aceste forţe.La îndepărtarea presiunii, torţele elastice interioare sunt eliberate şi corpul presatmanifestă o tendinţă de dilatare spontană în toate direcţiile, pentru a-şi micşora ten-siunile internet. Această dilatare a comprimatului de pulbere, produsă de tensiunile in-terne la încetarea acţiunii presiunii, de compactare, constituie efectul postelastic. Efectultensiunilor interne se manifestă după scoaterea comprimatului din. matriţă, întrucât atât

timp cât mai există în matriţă, dilatarea lui e împiedicată de pereţii acesteia (în special,dilatarea în direcţie transversală). Efectul postelastic e mai. mare pe înălţimea compri-matului, decât în. direcţie transversală.Mărimea efectului, postelastic transversal, (rădicai.) se detemirtă cu relaţia:

unde: Dc = diametrul comprimatului [mm]; D = diametrul interior al matriţei [mm].Compresibilitatea şi. mărimea efectului postelastic transversal, au fost determinate peeşantioane de pulbere de cupru aparţinând fiecăruia dintre regimurile de electrolizăutilizate.



Curbele de presabilitate ale pulberilor de cupru obţinute prin electroliză la

experimentele 01,02, 03, 04,

05,06.

macolicentabun

Documents

Transcript of macolicentabun