Кобальтовый порошок

Общая характеристика кобальтового порошка

Кобальтовый порошок — мелкодисперсный металлический кобальт тёмно-серого цвета, выпускаемый в виде пудры. Основное назначение — производство изделий методами порошковой металлургии: спечённых твёрдых сплавов, постоянных магнитов, быстрорежущих инструментальных сталей, жаропрочных и коррозионностойких сплавов. Помимо этого порошок кобальта применяется как легирующая добавка в металлургии специальных сталей и для изготовления лакокрасочной продукции (кобальтовые пигменты синего цвета).

Кобальт — ферромагнитный металл серебристо-белого цвета с розоватым отливом. Плотность компактного кобальта составляет 8,9 г/см³, температура плавления — 1495 °C, температура кипения — около 2927 °C. Точка Кюри — 1121 °C, что обусловливает высокую магнитную стабильность кобальтсодержащих магнитных сплавов.

Марка ПК-1у — единственная по ГОСТ 9721-79

Действующий стандарт на кобальтовый порошок — ГОСТ 9721-79 (с изменениями № 1–4). Первоначальная редакция стандарта предусматривала несколько марок, однако после внесения Изменения № 2 в нём осталась единственная марка — ПК-1у.

Стандарт распространяется только на порошок, изготовленный электролитическим (электрическим) методом. Кобальтовый порошок, получаемый восстановлением соединений кобальта, под действие ГОСТ 9721-79 не подпадает.

Назначение марки ПК-1у — производство изделий методами порошковой металлургии и магнитов.

Химический состав порошка ПК-1у

Химический состав кобальтового порошка марки ПК-1у регламентирован таблицей 1 ГОСТ 9721-79. Массовая доля кобальта определяется расчётным путём — по разности между 100 % и суммой нормируемых примесей.

Элемент	Массовая доля, %, не более
Кобальт (Co)	≥ 99,35 (остальное)
Железо (Fe)	0,20
Никель (Ni)	0,40
Медь (Cu)	0,04
Кремний (Si)	0,02
Углерод (C)	0,02

Дополнительно нормируются массовые доли влаги — не более 0,15 % и кислорода — не более 0,30 %.

Содержание примесей обеспечивается технологией изготовления. Массовые доли железа, кремния, никеля и меди определяют спектральным анализом по ГОСТ 8776, углерода — по ГОСТ 13047.6.

Гранулометрический состав

Размер частиц порошка ПК-1у ограничен верхним пределом 71 мкм. Допускается наличие частиц крупнее 71 мкм (остаток на сите с сеткой № 0071 по ГОСТ 3584), но их массовая доля не должна превышать 4 %. Одновременно не менее 30 % массы порошка должно проходить через сито с сеткой № 0045 (размер ячейки 45 мкм).

Насыпная плотность кобальтового порошка не нормируется стандартом — её устанавливают по соглашению между изготовителем и потребителем. Типичное значение для электролитического порошка ПК-1у составляет порядка 1,5–2,5 г/см³ и зависит от морфологии частиц и условий электролиза.

Способы получения кобальтового порошка

ГОСТ 9721-79 регламентирует порошок, полученный электролитическим методом. При электролизе водного раствора солей кобальта (как правило, сульфата или хлорида) на катоде осаждается хрупкий осадок кобальта, который после промывки, сушки и измельчения даёт порошок с характерной дендритной (разветвлённой) формой частиц.

Помимо электролиза, в промышленности применяют и другие методы получения кобальтовых порошков (они не регламентируются ГОСТ 9721-79, но выпускаются по техническим условиям):

• Восстановление оксидов и солей кобальта — обработка водородом при повышенных температурах. Порошок имеет округлую или губчатую морфологию;
• Термическое разложение карбонилов (диссоциация карбонила кобальта) — позволяет получить сферический ультрадисперсный порошок высокой чистоты.

Применение кобальтового порошка

Твёрдые сплавы (WC–Co)

Основной потребитель кобальтового порошка — производство вольфрамокобальтовых твёрдых сплавов группы ВК по ГОСТ 3882-74. В этих сплавах кобальт выполняет роль пластичной металлической связки, цементирующей зёрна карбида вольфрама (WC). При спекании кобальт расплавляется, смачивает частицы карбида и при кристаллизации образует прочную металлокерамическую структуру.

Цифра в обозначении марки указывает массовую долю кобальта: ВК3 — 3 %, ВК6 — 6 %, ВК8 — 8 %, ВК15 — 15 %, ВК20 — 20 %. С увеличением содержания кобальта растёт ударная вязкость и прочность на изгиб, но снижаются твёрдость и износостойкость. Поэтому сплавы с малым содержанием кобальта (ВК3, ВК6) используют для чистовой обработки на высоких скоростях, а с повышенным (ВК8, ВК15, ВК20КС) — для черновой обработки, бурения и штамповки.

Помимо однокарбидных сплавов группы ВК, кобальтовый порошок входит в состав титановольфрамокобальтовых (группа ТК: Т5К10, Т15К6 и др.) и титанотанталовольфрамокобальтовых (группа ТТК: ТТ7К12 и др.) твёрдых сплавов. Подробнее о вольфрам-кобальтовых порошковых смесях для производства таких сплавов.

Инструментальные быстрорежущие стали

Легирование кобальтом быстрорежущих сталей повышает их теплостойкость — способность сохранять твёрдость при нагреве в зоне резания. Стали с содержанием кобальта 5–10 % (например, Р6М5К5, Р9К10) допускают работу при более высоких скоростях резания по сравнению с безкобальтовыми быстрорезами.

Магнитные сплавы и постоянные магниты

Кобальт — ферромагнетик с высокой точкой Кюри (1121 °C). Порошковый кобальт используют при изготовлении постоянных магнитов на основе сплавов систем Co–Fe, AlNiCo, SmCo и Nd–Fe–B (кобальт как легирующая добавка). Магниты из кобальтсодержащих сплавов отличаются устойчивостью к размагничиванию при повышенных температурах и механических вибрациях.

Жаропрочные и коррозионностойкие сплавы

Кобальтовый порошок применяется как компонент шихты жаропрочных сплавов на кобальтовой и никелевой основах, предназначенных для деталей газовых турбин, реактивных двигателей и другого высокотемпературного оборудования. Легирование кобальтом повышает жаропрочность и сопротивление ползучести при температурах выше 800 °C.

Другие области применения

Порошковый кобальт находит применение в производстве кобальтовых пигментов (синие краски, окрашивание стекла и керамики), нанесении износостойких и коррозионностойких покрытий методами газотермического напыления, а также в химической промышленности — в качестве катализатора ряда процессов органического синтеза. Подробнее о металлическом кобальте и его марках.

Упаковка, хранение и транспортирование

Кобальтовый порошок упаковывают в герметичную тару: металлические банки по ГОСТ 6128 или полиэтиленовые бутыли вместимостью не более 10 дм³. Масса партии — не более 500 кг.

Гарантийный срок хранения порошка — 1 год с момента изготовления (при хранении в заводской упаковке в сухих складских помещениях).

Транспортирование производится всеми видами транспорта в соответствии с правилами перевозки грузов, действующими на конкретном виде транспорта.

Требования безопасности при работе с кобальтовым порошком

По степени воздействия на организм человека кобальтовый порошок относится ко 2-му классу опасности (вещества высокоопасные) по ГОСТ 12.1.007. Предельно допустимая концентрация (ПДК) кобальта в воздухе рабочей зоны составляет 0,5 мг/м³ по ГОСТ 12.1.005.

При нормальных условиях компактный и порошкообразный кобальт не горюч (температура воспламенения 370 °C), пожаро- и взрывобезопасен. Однако тонкодисперсная пыль кобальта может проявлять пирофорные свойства, поэтому рабочее место должно быть оборудовано приточно-вытяжной вентиляцией, а персонал обязан использовать средства индивидуальной защиты органов дыхания.