Pulberi de titan

Pulberi de titan

Pulberea reprezintă principala componentă din materia primă folosită la elaborarea pieselor prin tehnologia M.P. (alături de aditivi, lubrefianți, etc.)

Pulberea se poate defini ca o multitudine de particule, granule având dimensiuni mici (sub 1 mm), de regulă sub 400 μm (1 - 400 μm pentru metale).

Obținerea pulberii de titan prin reducerea TiO2 cu calciu

Titanul se caracterizează printr-o mare afinitate față de oxigen și de aceea, pentru reducerea dioxidului de titan se utilizează cel mai activ reducător - calciul.

Deoarece calciul are afinitate mare față de azot și metalul rezultat prin reducere metalotermică va conține de asemenea o cantitate mare din acest element ( 1%), fapt generat de afinitatea mult mai ridicată a titanului, comparativ cu cea a calciului, față de azot. Legat de aceasta, prin reducerea metalotermică a TiO2 cu calciu, reducătorul trebuie să fie de înaltă puritate, cu concentrații în azot de max. 0,05÷0,15%, cerință care se asigură prin distilarea acestuia în vid.

Reducerea TiO2 cu calciu are loc după o reacție generală de tipul:

TiO2 + 2Ca = Ti + 2CaO + 360 kJ.

Pentru a se asigura un grad de reducere cât mai avansat, se utilizează un exces de calciu (25-100%), comparativ cu necesarul indicat de reacție. Termicitatea procesului (efectul termic specific) este de aproximativ 2,2 kJ/g și de aceea, pentru desfășurarea în bune condiții a reacției, este necesară o încălzire suplimentară a încărcăturii. În practică, pentru reducerea TiO2, se utilizează temperaturi de ordinul 1000÷1100 C. La aceste temperaturi, calciul se găsește în stare lichidă (Ttopire = 851 C), asigurând astfel un contact foarte bun cu particulele de oxid supuse reducerii.

Observație: la 1000 C, pCa ~ 1466 Pa, fapt care de asemenea favorizează desfășurarea reacției.

În timpul reacției, concomitent cu formarea cristalelor de titan, se formează și oxidul de calciu, care frânează creșterea particulelor metalice, rezultând astfel pulberi de titan cu dimen

siuni de 2÷3 μm.

Prin spălarea ulterioară a pulberii de titan obținută prin reducere (spălarea vizează îndepărtarea particulelor de CaO sau calciu în exces) cu apă sau soluții slab acide, pulberea se oxidează, iar concentrația de titan în ea nu depășește 96÷98%. Datorită acestui fapt, se urmărește conducerea procesului în așa fel încât în final să se obțină pulbere cu particule mai

grosiere, mult mai stabilă la oxidare. În acest scop, în încărcătura inițială, se introduce frecvent în calitate de fondant CaCl2 (Ttopire = 782C) care, la temperatura de reacție, dizolvă oxizii calciului, transferând astfel parțial sau total calciul în topitură. Într-o asemenea variantă devine posibilă obținerea unei pulberi grosiere de titan, pulbere cu dimensiuni mai mari de 10÷15 μm.

Titanul obținut prin metoda de reducere metalotermică cu calciu se caracterizează prin: 98,5÷99% Ti; 0,03÷0,15% N2; 0,2÷0,3% O2; 0,01÷0,03% H2; 0,1÷0,2% Si; 0,01÷0,05% C; 0,10÷0,25% Fe; 0,05÷0,15% Al; 0,1÷0,3% Ca; Mg < 0,03%; 0,01÷0,1% Cu.

La temperatura la care se desfășoară procesul, în prezența CaCl2, este posibilă și o dizolvare parțială a TiO2, cu formarea unor proporții reduse de TiCl4 și a unor cloruri inferioare de titan. De exemplu:

TiO2 + 2CaCl2 = TiCl4 + 2CaO.

Întâlnind în topitură calciul, TiCl4 se reduce continuu

TiCl4 + 2Ca = Ti + 2CaCl2.

Pentru a evita posibila oxidare și nitrurare a titanului, reducerea se realizează în reactoare ermetic închise, executate din oțeluri refractare și inoxidabile (figura ). După încărcarea și eliminarea aerului din reactor, acesta se umple cu argon. Dacă procesul se desfășoară în vid, o parte din calciul sub formă de vapori nu va participa la reacție, condensându-se pe capacul reactorului.