Порошковая металлургия, как передовая технология подготовки и формирования материала, которая является как древней, так и динамичной, возникала из древней керамической технологии подготовки и технологии плавки железа. До 1909 года появление пластичной вольфрама от порошковой металлургии ознаменовало появление современной эры металлургии порошка. За последние 100 лет технология порошковой металлургии процветала, а различные важные новые материалы и ключевые продукты продолжаются, становясь одной из важных инженерных технологий, которые незаменимы для сегодняшней национальной экономики, науки и техники. Характеристики и преимущества порошковой металлургии
Порошковая металлургия-это технология, которая использует металлический порошок (или смесь металлического и неметаллического порошка) в качестве сырья для изготовления металлических материалов, композитных материалов и различных типов продуктов с помощью таких процессов, как литье и спекание.
По сравнению с традиционными процессами плавки и литья, порошковая металлургия имеет много преимуществ. С одной стороны, он может эффективно избежать возможной сегрегации компонентов во время процесса плавки, обеспечить единообразие состава материала и, таким образом, получить более стабильную и превосходную производительность. С другой стороны, порошковая металлургия может достичь формирования в ближней сети, значительно уменьшая последующие процедуры обработки и материалы. Согласно соответствующей статистике, частота использования материалов деталей, изготовленных с помощью порошковой металлургии, может достигать более 90%, в то время как частота использования материалов традиционных методов механической обработки, как правило, составляет всего 30%-50%, что не только снижает затраты на производство, но также повышает эффективность производства, что соответствует концепции развития и экологической защиты в современном изготовлении. Кроме того, регулируя порошковой состав, размер частиц и процесс приготовления, свойства материала можно точно контролировать для удовлетворения потребностей различных полей для специальных свойств материала, таких как высокая прочность, высокая твердость, высокотемпературная сопротивление, устойчивость к коррозии и т. Д.
Основной процесс металлургии порошковой металлургии
(I) Приготовление порошка
Метод механического дробления: механическая сила используется для раздавливания металла или сплава в порошок. Оборудование простое, стоимость низкая, а выход большой, но форма порошка нерегулярна, распределение частиц широко распространено, а примеси легко вводится.
Метод атомизации: жидкость расплавленного металла распыляется на небольшие капли газом высокого давления (азот, аргон) или высокоскоростной поток воды, охлаждают и закрепляют в порошок. Метод распыления газа имеет высокую сферичность и хорошую текучесть, что подходит для изготовления высокопроизводительных деталей; Метод распыления воды имеет низкую стоимость и высокую эффективность, а форма порошка нерегулярна. Он часто используется для обычного стального порошка и продуктов с низкими требованиями к производительности.
Метод восстановления: используйте восстановительные агенты, такие как водород и моноксид углерода, чтобы уменьшить оксиды металлов в порошки с высокой чистотой, высокой активностью, высокой активностью спекания и уплотнением с низкой температурой. Тем не менее, производство требует высокой температуры и определенной атмосферы, а инвестиции в оборудование велики, а стоимость высока.
Метод электролиза: растворы соли электролиза или расплавленные соли для осаждения ионов металлов в порошки в катоде. Порошки чрезвычайно чистые, тонкие и однородные по размеру частиц. Они подходят для полей с высокими требованиями для чистоты и размера частиц, таких как электронные материалы, но они имеют низкую эффективность производства, высокое энергопотребление и высокая стоимость.
(Ii) Литье
Сжатие формования: поместите предварительно обработанную металлическую порошок в форму и нажмите его в форму. Шаги включают порошковую начинку, нажатие и дедолделение. Он подходит для продуктов с простыми формами и высокими требованиями к точности, таким как передачи. Преимущества-это простое оборудование, высокая эффективность, низкая стоимость и крупномасштабное производство; Недостатки заключаются в том, что трудно спроектировать и изготовить формы для сложных продуктов, и трудно обеспечить равномерную плотность.
Изостатическое прессование: используйте жидкость для равномерно давления передачи, поместите порошок в упругую форму и нажмите ее в контейнер высокого давления. Холодное изостатическое прессование выполняется при комнатной температуре и подходит для продуктов со сложными формами и требованиями высокой плотности; Горячая изостатическая пресса использует высокую температуру и высокое давление одновременно и используется для высокоэффективных аэрокосмических материалов и т. Д. Недостатком является то, что оборудование стоит дорого, цикл длинный, а стоимость высока.
Инъекционное формование: смешайте металлический порошок и связую в инъекционном материале и используйте инъекционную машину, чтобы ввести его в полость формы. Он подходит для изготовления малых деталей с высокими рецептами, таких как электронные компоненты. Преимущество-высокая эффективность формования и точность, и это подходит для крупномасштабного производства; Недостатком является то, что выбор и удаление связующих сложно, а неправильная обработка влияет на производительность продукта.
(Iii) спекание
Обычное спекание: нагрейте формованное тело при подходящей температуре и атмосфере (водород, азот, вакуум и т. Д.), Чтобы объединить частицы порошка и увеличить плотность и прочность. Атмосфера водорода удаляет примеси, азот предотвращает окисление, а вакуум подходит для материалов с высоким содержанием содержания кислорода.
Горячий прессование спекания: давление оказывается во время спекания, и оно осуществляется в специальном оборудовании. Плесень изготовлена из таких материалов, как графит. Это может снизить температуру спекания, сократить время и получить продукты с более высокой плотностью и производительностью. Он часто используется в приготовлении высокопроизводительной керамики и других материалов.
Spark Plasma Strater (SPS): быстрое нагревание и спекание, генерируя разрядную плазму и тепло в джоуле через ток пульса. Он может удалять примеси на поверхности частиц, активировать поверхность, быстро нагреться (100-1000 степень /мин), займите короткое время (несколько минут до десятков минут) и ингибируют рост зерна. Он используется для приготовления наноматериалов и т. Д.
Поля применения технологии порошковой металлургии
(I) Аэрокосмическое поле
Aerospace имеет строгие требования к производительности материалов, а технология металлургии порошковой металлургии просто отвечает потребностям. Высокотемпературные сплавы порошковой металлургии используются для изготовления ключевых компонентов, таких как турбинные диски самолетов и лезвия. Например, турбинный диск двигателя F119 Pratt & Whitney в Соединенных Штатах использует высокотемпературные сплавы на основе порошковой металлургии на основе никеля для повышения производительности и надежности двигателя. Титановые сплавы порошковой металлургии используются для изготовления балок крыльев самолетов, фюзеляжных рам и других структурных деталей с низкой плотностью, высокой прочностью и коррозионной стойкостью, снижением веса самолета и повышением эффективности топлива и производительности полета.
(Ii) Поле производства автомобилей
Части порошковой металлургии широко используются в автомобильных двигателях, трансмиссиях и тормозных системах. Кольца сиденья клапана, направляющие трубки и поршневые кольца в двигателе изготовлены из медных сплавов на основе или железа, которые могут выдерживать высокую температуру и высокое давление, а также улучшать производительность и срок службы двигателя; Шеховые и синхронизационные центры трансмиссии имеют высокую точность и хорошую прочность, что делает смещение передач более гладкой и повышающей эффективность передачи; Тормозные колодки и тормозные диски тормозной системы добавляются с помощью специальных материалов для трения, которые имеют хорошую устойчивость к трениям и износу для обеспечения безопасности торможения.
(Iii) поле электронной информации
Поскольку электронное оборудование развивается в направлении малых, легких и высокопроизводительных технологий порошковой металлургии, более широко используется. Металлургические материалы мягкого магнитного порошка используются для производства электронных компонентов, таких как трансформаторы и индукторы; Композитные материалы на основе металлургии на основе металлов, такие как медный-вворот и медный молибден, используются для субстратов тепловой диссипации и упаковочных оболочек с мощными электронными устройствами; Контактные материалы для металлургии порошковой металлургии используются для электрических переключателей и реле для обеспечения безопасного переключения цепи.
Железный-силикон-никел магнитный порошок (KNF)
(Iv) области механического производства
Технология порошковой металлургии используется для изготовления механических деталей, таких как шестерни и подшипники. Порошковая металлургия имеет высокую точность, гладкую передачу и высокую частоту использования материалов; Порошковые металлургические подшипники являются самосмазывающимися и устойчивыми к износу, подходящими для низкоскоростной, тяжелой нагрузки и низких шумов. В специальных условиях труда подшипники, содержащие нефть, могут поддерживать хорошую производительность и повысить надежность оборудования и срок службы.
(V) Поле медицинского устройства
С точки зрения имплантатов, титановые сплавы порошковой металлургии используются для производства искусственных суставов и т. Д. Их пористая структура может способствовать росту костных клеток и снижать риск ослабления имплантатов. Хирургические инструменты изготовлены из скоростной стали и нержавеющей стали порошковой металлургии, которые имеют более высокую твердость, износостойкость и коррозионную стойкость, а также могут производить сложные инструменты. Среди зубных материалов зубные протезы имеют хорошую силу, прочность и эстетику. Стоматологические имплантаты используют порошковую металлургию титановых или титановых сплавов, которые могут улучшить скорость успеха имплантации. Ортодонтические кронштейны используют порошковую металлургию нержавеющей стали или никель-титановые сплавы, которые могут точно нанести силы.
(Vi) Новое энергетическое поле
С точки зрения литий-ионных батарей, положительные электродные материалы, такие как литий-фосфат и тройные материалы, приготовленные с помощью технологии металлургии порошковой металлургии, могут улучшить плотность энергии батареи и эффективность зарядки и сброса. В области топливных элементов металлические биполярные пластины и носители катализатора с высокой удельной площадью поверхности, изготовленной в процессе порошковой металлургии, улучшили производительность топливных элементов и снижены затраты. В ветроэнергетике, коробки передач, подшипники и другие детали, изготовленные с помощью порошковой металлургии, могут поддерживать стабильную производительность в суровых условиях и продлить срок службы оборудования.
Прогресс в технологии порошковой металлургии
(I) слияние металлического аддитивного производства (3D -печать) и металлургии порошка
Металлическая аддитивная технология производства быстро развивалась в последние годы. Его комбинация с порошковой металлургией принесла новые прорывы при изготовлении сложных деталей. Благодаря технологии 3D -печати металлические порошки могут быть непосредственно уклажен слоем за слоем для производства деталей со сложными внутренними структурами и персонализированными конструкциями. Эта технология не только уменьшает материалы отходов и процедуры обработки, но также реализует производство деталей, которые трудно изготовить традиционными методами обработки, такие как сложные лезвия самолетов.
(Ii) Технология металлургии нанопорог
С развитием нанотехнологий появилась технология металлургии нанопорог. Наномасштабные металлические порошки имеют характеристики большой удельной площади поверхности, высокой активности и большой движущей силы спекания и могут готовить наноструктурированные материалы с превосходными механическими свойствами, электрическими свойствами и магнитными свойствами. В настоящее время технология нано порошковой металлургии добилась значительного прогресса в подготовке высокопроизводительных магнитных материалов, сверхпроводящих материалов и высокопрочных сплавов.
Университет технологии Xi'an, схематическая схема процесса приготовления сферического нано-тибвообразного порошка
(Iii) Инновация в металлургических композитных материалах порошковой металлургии
Добавляя различные армирующие фазы (такие как керамические частицы, волокна и т. Д.) К металлическим порошкам, приготовлены композитные материалы порошковой металлургии с превосходными характеристиками. Эти составные материалы сочетают в себе преимущества металлов и армирующие фазы и имеют характеристики высокой прочности, высокой твердости, хорошей износостойкой стойкости, высокотемпературной стойкости и т. Д., И широко используются в аэрокосмической, автомобильной технике, машиностроении и других полях. Например, композитный материал на основе алюминия, приготовленный путем добавления кремниевых частиц карбида в порошок алюминиевого сплава, значительно улучшил прочность и твердость, сохраняя при этом характеристики низкой плотности алюминиевого сплава.
