Порошок кобальта ПК-1у

Порошок кобальта ПК-1у — кобальтовый порошок высокой степени чистоты, производимый электролитическим методом по ГОСТ 9721-79. Единственная марка, предусмотренная этим стандартом. Основная область применения — порошковая металлургия: производство твёрдых сплавов, постоянных магнитов, быстрорежущих инструментальных сталей и жаропрочных сплавов.

Химический состав по ГОСТ 9721-79

Химический состав нормируется таблицей 1 ГОСТ 9721-79. Содержание кобальта не измеряется напрямую, а определяется по разности 100% и суммы нормируемых примесей. Железо, кремний, никель и медь определяют спектральным методом по ГОСТ 8776, углерод — по ГОСТ 13047.6-2002, кислород и влагу — газоаналитическим методом.

Компонент	Обозначение	Массовая доля, %
Кобальт	Co	не менее 99,35
Никель	Ni	не более 0,40
Железо	Fe	не более 0,20
Кремний	Si	не более 0,02
Медь	Cu	не более 0,04
Углерод	C	не более 0,02
Кислород	O	не более 0,30
Влага	H₂O	не более 0,15

Гранулометрический состав

Гранулометрия нормируется ситовым анализом по ГОСТ 3584. Стандарт задаёт нижнюю и верхнюю границы распределения, но не фиксирует средний размер частиц.

Параметр (ГОСТ 3584)	Норма
Остаток на сите № 0071 (71 мкм)	не более 4%
Проход через сито № 0045 (45 мкм)	не менее 30%

Таким образом, не менее 66% порошка по массе приходится на фракцию 45–71 мкм. Частицы крупнее 71 мкм допускаются в количестве не более 4%. Тонкодисперсная фракция до 45 мкм (кобальтовая пудра) составляет не менее 30% — она обеспечивает лучшую упаковку при прессовании и ускоряет спекание за счёт большей удельной поверхности.

Насыпная плотность стандартом не нормируется — устанавливается по соглашению сторон и указывается в документе о качестве.

Физические свойства кобальта

Кобальт — металл серебристо-серого цвета с лёгким голубоватым оттенком. Ниже приведены физические характеристики компактного металла, актуальные для расчётов при спекании и проектировании изделий из порошковой металлургии.

Свойство	Значение
Плотность (компактный металл)	8,9 г/см³
Температура плавления	1493 °С
Температура кипения	2957 °С
Точка Кюри	1121 °С

Точка Кюри у кобальта (1121 °С) — наибольшая среди технических ферромагнетиков: для сравнения, у железа она составляет 770 °С, у никеля — 358 °С. Это определяет термостабильность магнитных характеристик кобальтсодержащих сплавов при повышенных температурах.

Применение порошка кобальта ПК-1у

Металл-связка в твёрдых сплавах

Главная область потребления ПК-1у — производство вольфрамокобальтовых и вольфрамотитанокобальтовых твёрдых сплавов групп ВК, ТК и ТТК по ГОСТ 3882. Кобальт выполняет роль пластичного металла-связки: при жидкофазном спекании он смачивает и цементирует зёрна карбидов, обеспечивая монолитность и вязкость сплава. Без кобальта спечённые карбиды были бы чрезмерно хрупкими.

Содержание Co в сплавах серии ВК варьируется от 3% (ВК3 — максимальная твёрдость, минимальная вязкость) до 25% (ВК25 — инструмент для ударных нагрузок). Для сплавов серий ТК и ТТК кобальт аналогично служит связующим при меньшем его количестве — обычно 6–15%. Наряду с чистым порошком ПК-1у в производстве применяются также готовые смеси вольфрам–кобальт с фиксированным соотношением компонентов.

Легирующая добавка в быстрорежущих сталях

В быстрорежущих сталях кобальт повышает «красностойкость» — способность режущей кромки сохранять твёрдость при разогреве до 600–650 °С в ходе резания. Механизм: кобальт замедляет коагуляцию карбидов при нагреве и повышает температуру вторичного твердения при отпуске. Типичные марки с кобальтом: Р6М5К5 (5% Co), Р6М5К8 (8% Co), Р9К5, Р9К10. Чем выше содержание Co, тем выше теплостойкость, но ниже ударная вязкость.

Постоянные магниты

Кобальт входит в состав двух основных классов постоянных магнитов.

Сплавы типа AlNiCo (алюминий–никель–кобальт–железо) содержат 5–40% Co. Их особенность — высокая остаточная индукция (Br до 1,3 Тл) и рабочий диапазон температур до 500–550 °С. Слабая сторона — невысокая коэрцитивная сила.

Интерметаллические соединения SmCo5 и Sm₂Co₁₇ (самарий–кобальт) содержат около 33% и 25% Co соответственно. Эти сплавы обеспечивают наибольшую энергетическую плотность (BH)max в сравнении с AlNiCo при рабочих температурах до 250–350 °С, а также исключительно высокую коэрцитивную силу, что делает их устойчивыми к размагничиванию внешними полями и вибрацией.

Жаропрочные и коррозионностойкие сплавы

Кобальт — основной компонент кобальтовых жаропрочных сплавов системы Co–Cr–W–C (марки ВЗК, ВКЗ и аналогичные), а также легирующая добавка в никелевых суперсплавах (типичное содержание Co — от 5 до 15%). В никелевых суперсплавах кобальт повышает температуру солидуса, тормозит диффузионные процессы и замедляет огрубление упрочняющей γ’-фазы при длительном высокотемпературном нагружении, что критично для лопаток турбин и деталей камер сгорания.

Коррозионная стойкость кобальта реализуется не через порошок как таковой, а через готовые сплавы и покрытия. Для нанесения кобальтовых покрытий гальваническим методом применяются кобальтовые аноды.

Безопасность при работе

По степени воздействия на организм кобальтовый порошок относится к 2-му классу опасности (высокоопасное вещество) в соответствии с ГОСТ 12.1.007. Кобальт токсичен преимущественно при ингаляции: предельно допустимая концентрация аэрозоля в воздухе рабочей зоны (ПДК_рз) — 0,5 мг/м³ (ГОСТ 12.1.005), ПДК ионов кобальта в воде — 1,0 мг/дм³. Работа с порошком требует средств защиты органов дыхания (класс не ниже FFP2) и кожных покровов.

При нормальных условиях хранения и эксплуатации порошок не горюч (температура воспламенения 370 °С), пожаро- и взрывобезопасен.

Метод производства

Порошок марки ПК-1у изготавливается исключительно электролитическим методом. Это прямо закреплено в ГОСТ 9721-79: стандарт не распространяется на порошок, получаемый восстановлением кобальтовых соединений. Электролитический метод обеспечивает стабильно низкое содержание примесей, в том числе по кислороду и углероду, что принципиально важно для воспроизводимых характеристик конечного изделия методами порошковой металлургии.

Фасовка, хранение и поставка

Порошок поставляется в герметичной таре: металлические банки или полиэтиленовые пакеты объёмом до 10 л. Допускается поставка в барабанах массой нетто до 25 кг. Максимальная масса партии — 500 кг. Каждая партия сопровождается документом о качестве с результатами химического анализа, гранулометрического состава и значением насыпной плотности.

Гарантийный срок хранения — 1 год со дня изготовления (ГОСТ 9721-79, п. 6.2). Условия хранения: закрытые отапливаемые помещения в производственной упаковке, исключить контакт с влагой.