Порошкова металургія, як вдосконалена технологія підготовки та формування матеріалів, яка є і давньою та динамічною, походить від древньої технології підготовки кераміки та технології виплавки заліза. До 1909 року поява пластичного вольфраму з порошковою металургією ознаменувала появу сучасної епохи металургійної порошки. За останні 100 років технологія порошкової металургії процвітала, і різні важливі нові матеріали та ключові продукти продовжують з'являтися, ставши однією з важливих інженерних технологій, які незамінні для сьогоднішньої національної економіки та науки та технологій. Характеристики та переваги порошкової металургії
Порошкова металургія-це технологія, яка використовує металевий порошок (або суміш металевого та неметалевого порошку) як сировину для виготовлення металевих матеріалів, композитних матеріалів та різних видів продуктів за допомогою таких процесів, як лиття та спікання.
Порівняно з традиційними процесами виплавки та лиття, порошкова металургія має багато переваг. З одного боку, він може ефективно уникнути можливої сегрегації компонентів під час виплавки, забезпечити рівномірність матеріального складу і, таким чином, отримати більш стабільну та відмінну продуктивність. З іншого боку, порошкова металургія може досягти майже сітки, значно зменшуючи наступні процедури переробки та відходи матеріалу. Відповідно до відповідної статистики, швидкість використання матеріалів деталей, виготовлених порошковою металургією, може досягти понад 90%, тоді як швидкість використання матеріалів традиційних методів механічної обробки зазвичай становить лише 30%-50%, що не тільки знижує виробничі витрати, але й покращує ефективність виробництва, що відповідає концепції розвитку зеленого та навколишнього середовища в сучасній виробництві. Крім того, регулюючи склад порошкового складу, розміру частинок та процесу підготовки, властивості матеріалу можна точно контролювати для задоволення потреб різних полів для спеціальних властивостей матеріалу, таких як висока міцність, висока твердість, висока температура, стійкість до корозії тощо
Основний процес процесу металургії порошку
(I) Підготовка порошку
Метод механічного подрібнення: Механічна сила використовується для розчавлення блоку металу або сплаву в порошок. Обладнання просте, вартість низька, а вихід великий, але форма порошку нерегулярна, розподіл розміру частинок широкий, і домішки легко вводяться.
Метод атомізації: Розплавлена металева рідина розпорошують на невеликі краплі з газом високого тиску (азот, аргон) або високошвидкісним потоком води, охолоджують і затвердіють у порошок. Метод атомізації газу має високу сферичність та хорошу плинність, що підходить для виготовлення високопродуктивних деталей; Метод атомізації води має низьку вартість та високу ефективність, а форма порошку нерегулярна. Його часто використовують для звичайного сталевого порошку та продуктів з вимогами до низької продуктивності.
Метод відновлення: Використовуйте зменшувальні агенти, такі як водневий та оксид вуглецю для зменшення оксидів металів на порошки з високою чистотою, високою активністю, активністю високої спікання та низькотемпературною ущільненням. Однак виробництво вимагає високої температури та конкретної атмосфери, а інвестиції обладнання великі, а вартість - висока.
Метод електролізу: розчини з електролізою металів або розплавлені солі для осадження іонів металів у порошки на катоді. Порошки надзвичайно чисті, тонкі та рівномірні за розміром частинок. Вони підходять для полів з високими вимогами до чистоти та розміру частинок, таких як електронні матеріали, але вони мають низьку ефективність виробництва, високе споживання енергії та високі витрати.
(Ii) ліплення
Стиснення ліплення: покладіть попередньо оброблений металевий порошок у форму і притисніть його у форму. Кроки включають наповнення порошку, натискання та декол. Він підходить для продуктів з простими формами та високими точними вимогами, такими як передачі. Переваги-це просте обладнання, висока ефективність, низька вартість та масштабне виробництво; Недоліки полягають у тому, що важко розробити та виготовити форми для складних продуктів, і важко забезпечити рівномірну щільність.
Ізостатичне пресування: Використовуйте рідину для рівномірного передачі тиску, і покладіть порошок в еластичну форму і притисніть її в контейнер з високим тиском. Холодне ізостатичне пресування проводиться при кімнатній температурі і підходить для продуктів зі складними формами та вимогами до високої щільності; Гаряче ізостатичне пресування використовує високу температуру та високий тиск і використовується для високопродуктивних аерокосмічних матеріалів тощо. Перевага полягає в тому, що продукт має рівномірну щільність у всіх напрямках і підходить для великих і складних продуктів; Недоліком є те, що обладнання дорого, цикл довгий, а вартість висока.
Мовдання ін'єкцій: змішайте металевий порошок і в'яжучий в ін'єкційний матеріал, і використовуйте ін'єкційну машину для введення його в порожнину форми для формування. Він підходить для виготовлення високоточних складних невеликих деталей, таких як електронні компоненти. Перевага-висока ефективність та точність формування, і вона підходить для масштабного виробництва; Недолік полягає в тому, що вибір та видалення в'яжуючих в'яжучих важких, а неправильне поводження впливає на продуктивність продукту.
(Iii) Спікання
Звичайне спікання: Нагрійте формоване тіло при відповідній температурі та атмосфері (водень, азот, вакуум тощо) для поєднання частинок порошку та збільшення щільності та міцності. Атмосфера водню видаляє домішки, азот запобігає окисленню, а вакуум підходить для матеріалів з високими вимогами до вмісту кисню.
Гаряче спікання гілка: тиск чиниться під час спікання, і він здійснюється в спеціальному обладнанні. Форма виготовлена з матеріалів, таких як графіт. Це може знизити температуру спікання, скоротити час та отримати продукти з більшою щільністю та продуктивністю. Його часто використовують при підготовці високоефективної кераміки та інших матеріалів.
Сказне спікання плазми (SPS): швидке нагрівання та спікання шляхом генерування розряду плазми та тепла джоула через імпульсний струм. Він може видалити домішки на поверхні частинок, активувати поверхню, швидко нагрівати (100-1000 градус /хв), зайняти короткий час (кілька хвилин до десятків хвилин) та інгібувати ріст зерна. Він використовується для приготування наноматеріалів тощо.
Поля застосування технології порошкової металургії
(I) Аерокосмічне поле
Aerospace має суворі вимоги до матеріальних показників, а технологія порошкової металургії просто відповідає потребам. Порошкова металургія високотемпературних сплавів використовується для виготовлення ключових компонентів, таких як турбінні диски та лопатки літаків. Наприклад, турбінний диск двигуна F119 Pratt & Whitney у Сполучених Штатах використовує порошкові металургію з високотемпературними сплавами на основі нікелю для підвищення продуктивності та надійності двигуна. Порошкоподібні титанові сплави використовуються для виготовлення пучків крила літаків, фюзеляжних рамок та інших структурних деталей з низькою щільністю, високою міцністю та корозійною стійкістю, зниженням ваги літаків та підвищенням ефективності палива та продуктивністю польоту.
(Ii) Поле для виробництва автомобілів
Порошкова металургія деталей широко використовується в автомобільних двигунах, передачі та гальмувальних системах. Кільця сидіння клапана, направляючі трубки та поршневі кільця в двигуні виготовлені з сплавів на основі міді або заліза, які можуть протистояти високій температурі та високому тиску, а також покращувати продуктивність двигуна та життя; Шестірні та синхронізаторні вузли трансмісії мають високу точність і хорошу міцність, що робить передачу більш плавним та підвищення ефективності передачі; Гальмівні прокладки та гальмівні диски гальмівної системи додаються зі спеціальними матеріалами тертя, які мають хорошу тертя та стійкість до зносу, щоб забезпечити безпеку гальмування.
(Iii) Електронне інформаційне поле
По мірі того, як електронне обладнання розвивається для невеликої, легкої та високої продуктивності, технологія металургії порошку більш широко використовується. Матеріальні матеріали з металургії м'яких магнітів використовуються для виготовлення електронних компонентів, таких як трансформатори та індуктори; Порошкова металургія на основі металевих композитних матеріалів, таких як мідний вольфрам та мідний молібден, використовуються для підкладки розсіювання тепла та снарядів упаковки високих потужних електронних пристроїв; Контактні матеріали з металургії використовуються для електричних вимикачів та реле для забезпечення безпечного комутації ланцюга.
Магнітна порошкова ядра з магнітним порошком (KNF)
(Iv) Механічне виробниче поле
Технологія порошкової металургії використовується для виготовлення механічних деталей, таких як передачі та підшипники. Порошкові металургічні передачі мають високу точність, гладку коробку передач та високу швидкість використання матеріалу; Порошкові металургічні підшипники є самостійними та стійкими до зносу, підходять для низькошвидкісних, важких та низьких шумів. У спеціальних умовах праці підшипники, що містять нафту, можуть підтримувати хороші показники та підвищити надійність обладнання та термін експлуатації.
(V) Поле медичного пристрою
З точки зору імплантатів, титанові сплави порошкової металургії використовуються для виготовлення штучних суглобів тощо. Їх пориста структура може сприяти росту кісткових клітин та зменшити ризик послаблення імплантатів. Хірургічні інструменти виготовлені з порошкової металургійної високошвидкісної сталі та нержавіючої сталі, які мають більшу твердість, стійкість до зносу та корозійну стійкість, а також можуть виготовляти складні інструменти у формі. Серед зубних матеріалів протези мають хорошу силу, міцність та естетику. Зубні імплантати використовують порошкові металургію титанові або титанові сплави, що може покращити рівень успішності імплантації. Ортодонтичні кронштейни використовують порошкову металургію нержавіючої сталі або сплави нікель-титанію, які можуть точно застосувати силу.
(Vi) Нове енергетичне поле
З точки зору літій-іонних акумуляторів, позитивні електродні матеріали, такі як літієвий фосфат заліза та потрійні матеріали, приготовані за допомогою технології металургій порошкової металургії, можуть покращити щільність енергії акумулятора та зарядку та викидання. У галузі паливних елементів металеві біполярні пластини та носії каталізаторів з високою специфічною поверхневою площею, виготовленим за допомогою порошкової металургії, покращили продуктивність паливних елементів та зменшили витрати. У виробництві вітроенергетики коробки передач, підшипники та інші деталі, виготовлені порошковою металургією, можуть підтримувати стабільну продуктивність у суворих умовах та продовжити термін служби обладнання.
Прогрес у технології металургії порошків
(I) Злиття виробництва металевих добавок (3D -друк) та порошкової металургії
Технологія виробництва металевих добавок швидко розвивалася в останні роки. Його поєднання з порошковою металургією принесло нові прориви у виготовленні складних деталей. За допомогою технології 3D -друку металеві порошки можуть бути безпосередньо складені шару за шаром для виробництва деталей зі складними внутрішніми конструкціями та персоналізованими конструкціями. Ця технологія не тільки зменшує процедури відходів та переробки матеріалів, але й реалізує виготовлення деталей, які важко виготовляти за традиційними методами обробки, такими як складні лопаті літальних двигунів.
(Ii) Металургія Nanopowder Metallurgy
З розвитком нанотехнологій з'явилася технологія Nanopowder Metallurgy. Нано-масштабні металеві порошки мають характеристики великої специфічної площі поверхні, високої активності та великої рушійної сили спікання, а також можуть готувати наноструктуровані матеріали з відмінними механічними властивостями, електричними властивостями та магнітними властивостями. В даний час технологія металургій Nano Powder досягла значного прогресу в підготовці високопродуктивних магнітних матеріалів, надпровідних матеріалів та високоміцних сплавів.
Технологічний університет Xi'an, схематична схема процесу підготовки сферичного композитного порошку Nano Ti-TIBW
(Iii) Інновація композитних матеріалів з порошкової металургії
Додавання різних арматурних фаз (таких як керамічні частинки, волокна тощо) до металевих порошків, готуються композитні матеріали з порошковою металургією з відмінними продуктивністю. Ці композитні матеріали поєднують переваги металів та підсилюючі фази, і мають характеристики високої міцності, високої твердості, хорошої стійкості до зносу, високої температурної стійкості тощо, і широко використовуються в аерокосмічній, виробництві автомобілів, машинобудуванні та інших галузях. Наприклад, композитний матеріал на основі алюмінію, приготований додаванням частинок карбіду кремнію, до порошку з алюмінієвого сплаву, значно покращив міцність і твердість, зберігаючи при цьому характеристики низької щільності сплаву алюмінію.
