Akademia Górniczo-Hutnicza

Wydział Metali Nieżelaznych Kierunek metalurgia

metalurgia proszków

Laboratorium 3

BADANIA SKŁADU ZIARNOWEGO WYBRANYCH PROSZKÓW

lista uczestników:

Justyna Juszkiewicz
Bartosz Jakimko
Karol Krukowski
Damian Krupiński

Kraków, 6 kwietnia 2016

1. Wprowadzenie

Analiza sitowa

Polega na rozdzieleniu poszczególnych frakcji proszku w wyniku przesiewania przez znormalizowany zestaw sit. Metoda umożliwia pomiar rozkładu wielkości cząstek proszków o wielkości frakcji ziarnowej w zakresie 300-40μm. Pozwala ona określić masy i udziały procentowe poszczególnych frakcji, na podstawie których można wyznaczyć histogram i krzywą akumulacyjną. Przesiewanie można wykonywać ręcznie lub mechanicznie. Do mechanicznego przesiewania wykorzystuje się wstrząsarki. W wyniku tego procesu otrzymuje się przesiew i odsiew. Odsiew to część materiału ziarnistego o ziarnach większych niż oczka danego sita. Przesiew natomiast stanowi część badanego materiału o ziarnach mniejszych od oczek danego sita.

Pomiar średniej wielkości cząstek proszków za pomocą aparatu Fisher’a

Zasada działania aparatu jest w skrócie jest następująca:

Pompa powietrzna tłoczy powietrze do stabilizatora ciśnienia, skąd powietrze pod stałym ciśnieniem płynie do tulei, zawierającej próbkę sprasowanego proszku. Przepływ powietrza mierzony jest przy pomocy wyskalowanego manometru, w którym poziom cieczy wskazuje bezpośrednia na wykresie średnią średnicę ziaren proszku. Gooden i Smith sformułowali następujące równanie, wiążące wielkość przepływu powietrza przez próbkę i własności fizyczne próbki:

$$d_{m} = \sqrt{\frac{\text{NCFD}L^{2}M^{2}}{\left( VD - M^{3} \right)(P - F)}}$$

gdzie:

dm- średnia średnica ziaren w mikronach (l mikron= 10⁶m),

N- lepkość powietrza w poisson'ach,

C- przepływ powietrza w oporze w przepływościomierzu (kapilarze) w [cm³] na sekundę na jednostkę ciśnienia [g/cm²],

F-ciśnienie w kapilarze w [g/cm²],

D-gęstość próbki w [g/cm³],

L-długość lub wysokość sprasowanej próbki tj. głębokość warstwy w [cm],

M-masa próbki w gramach,

V -objętość sprasowanej próbki w [cm³],

P-ciśnienie powietrza wchodzącego do tulei z próbką w [g/cm²],

Równanie to można uprościć, jeśli masa próbki równa będzie wagowo prawdziwej gęstości materiału, stopień sprasowania próbki będzie znany, a pomiar prowadzony będzie w stałych warunkach do postaci

$$d_{m} = \frac{6*10^{4}}{S_{w}}$$

$$S_{w} = \frac{6*10^{4}}{d_{m}*\gamma}$$

gdzie:

d - średnia średnica ziaren w mikronach odczytana z wykresu równa 2,1

γ - gęstość materiału z którego jest wykonany proszek równa równa 8,96 g/cm³

S_w - powierzchnia właściwa w [cm²/g] materiału,

Podana gęstość jest gęstością materiału, z którego proszek jest wykonany. Objętość próbki zależy od rozdrobnienia materiału i od stopnia sprasowania próbki.

$S_{w} = \frac{6*10^{4}}{2,1*10^{6}*8,96*\frac{1}{{0,01}^{3}}}$=3,18 kg/m²

2. Cel ćwiczenia:

Celem ćwiczenia badanie składu ziarnowego wybranych proszków.

3. Kolejne etapy wyznaczania zagęszczalności oraz obliczenia

Analiza sitowa I

Odmierzono 100 g proszku miedzi z elektrolizy o średnicy cząstek 160μm, po czym poddano go procesowi przesiewania na wstrząsarce przez 10 minut. Do analizy sitowej wykorzystano wielkości sit: 400μm, 315μm, 200μm, 160μm, 100μm, 71μm, 63μm, 56μm oraz 40μm.

Tab.1. Zapis wyników analizy sitowej.

Klasa ziarnowa [µm]	Masa frakcji w klasie ziarnowej [g]	Suma udziałów frakcji w klasach ziarnowych [%]
0,40	zabrudzenia	zabrudzenia
0,315/0,40	zabrudzenia	zabrudzenia
0,20/0,315	0,093	0,09
0,16/0,20	1,157	1,16
0,10/0,16	1,874	1,87
0,071/0,10	18,771	18,77
0,063/0,071	21,691	21,69
0,056/0,063	9,443	9,44
0,056/0,040	14,705	14,70
0,04> (podsitowa)	15,956	15,96

Rys.1. Histogram

Wyk.1. Krzywa kumulacyjna

Analiza sitowa II

Odmierzono 100 g proszku miedzi z elektrolizy o średnicy cząstek 160μm, po czym poddano go procesowi przesiewania na wstrząsarce przez 7 minut. Do analizy sitowej wykorzystano wielkości sit: 400μm, 315μm, 200μm, 160μm, 100μm, 71μm, 63μm, 56μm oraz 40μm.

Tab.2. Zapis wyników analizy sitowej.

Klasa ziarnowa [µm]	Masa frakcji w klasie ziarnowej [g]	Suma udziałów frakcji w klasach ziarnowych [%]
0,40	zabrudzenia	zabrudzenia
0,315/0,40	zabrudzenia	zabrudzenia
0,20/0,315	0,093	0,09
0,16/0,20	2,090	2,09
0,10/0,16	25,370	25,37
0,071/0,10	25,042	25,04
0,063/0,071	14,218	14,22
0,056/0,063	9,058	9,06
0,056/0,040	17,490	17,49
0,04> (podsitowa)	7,028	7,03

Rys.2. Histogram

Wyk.2. Krzywa kumulacyjna

Pomiar średniej wielkości cząstek proszków za pomocą aparatu Fisher’a

Tuleję zamykano od dołu korkiem oraz uszczelniano za pomocą kółka wyciętego z sączka. Odważono 8,934g proszku miedzi z elektrolizy, po czy wsypywano go do tulei. Kolejno górę tulei zamykano korkiem wraz z kółkiem wyciętym z sączka. Proszek zagęszczano, odczytywano jego porowatość, a następie przepuszczano argonem i odczytywano średnią średnicę ziarna.

Tab.3.

Pomiar	I
Porowatość	0,7425
Średnia średnica ziaren [μm]	150
Całkowita powierzchni ziaren proszku [cm^2/cm^3]	4

Obliczenia (pomiar I):

$$S_{0} = \frac{6 \bullet 10^{- 4}}{0,00015} = 4\ \left\lbrack \frac{\text{cm}^{2}}{\text{cm}^{3}} \right\rbrack$$

5.Wnioski

Na podstawie dokonanych pomiarów można stwierdzić, że czas wytrząsania proszku na analizie sitowej znacząco wpłynął na wagę badanych frakcji. Zaobserwować możemy to szczególnie dla frakcji 0,16-0,1 µm która dla czasu wytrząsania 7 minut miała wyraźnie wyższą masę niż dla czasu wytrząsania 10 minut. Wpłynęło to również na inny rozkład mas frakcji niższych. Wywnioskujemy, że dłuższa analiza sitowa była dokładniejsza.

Wnioski z krzywej

Wnioski z fishera

4. Literatura

1. Ciaś A., Pieczonka T., “Własności proszków metalicznych i ich badania”, Kraków, (1978);

2. Ciaś A., Frydrych H., Pieczonka T., “Zarys metalurgii proszków”, Warszawa. (1992).