Metallurgia proszkowa, jako starożytna i dynamiczna zaawansowana technologia preparatów i formowania materiałów, pochodzi ze starożytnej technologii przygotowawczej ceramicznej i technologii produkcji żelaza, do 1909 r., Pojawienie się proszku metallurgicznego ciastego zapoczątkowało nadejście nowoczesnej epoki metalurgii proszkowej. Przez ponad sto lat technologia metalurgii proszku rozwijała się energicznie, a różnorodne ważne nowe materiały i kluczowe produkty pojawiły się w sposób ciągły, stając się jedną z niezbędnych ważnych technologii inżynierii w krajowej gospodarce oraz nauce i technologii.
Charakterystyka i zalety metalurgii proszku
Metallurgia proszkowa to technologia, która wykorzystuje metalowy proszek (lub mieszaninę metalu i niemetalnego proszku) do wytwarzania materiałów metalowych, materiałów kompozytowych i różnych rodzajów produktów poprzez formowanie i spiekanie procesów jako surowca.
W porównaniu z tradycyjnym procesem wytopu i odlewania metalurgia proszku ma wiele zalet. Z jednej strony może skutecznie uniknąć możliwej segregacji składników w procesie wytopu i zapewnić jednolity skład materiału, aby uzyskać bardziej stabilną i doskonałą wydajność. Z drugiej strony metalurgia proszkowa może osiągnąć formowanie bliskiej sieci, znacznie zmniejszyć późniejszy proces przetwarzania i marnotrawstwo materiałowe. Zgodnie z odpowiednimi statystykami danych, wskaźnik wykorzystania materiałów części produkowanych przez proces metalurgii proszku może osiągnąć ponad 90%, podczas gdy wskaźnik wykorzystania materiału tradycyjnej metody obróbki wynosi zwykle tylko 30%-50%, co nie tylko zmniejsza koszty produkcji, ale także poprawia wydajność produkcji i pasuje do zielonej koncepcji rozwoju nowoczesnego przemysłu produkcyjnego. Ponadto, regulując skład proszku, wielkość cząstek i proces przygotowania, można zrealizować dokładną regulację właściwości materiału w celu zaspokojenia potrzeb różnych pól specjalnych właściwości materiału, takich jak wysoka wytrzymałość, wysoka twardość, oporność w wysokiej temperaturze, odporność na korozję itp.
Główny proces procesu metalurgii proszku
(I) Przygotowanie proszku
Metoda kruszenia mechanicznego: polegaj na sile mechanicznej do blokowania metalu lub stopu podzielonego na proszek, prosty sprzęt, niski koszt, duża wydajność, ale kształt proszku jest nieregularny, szeroki rozkład wielkości cząstek, łatwy do wprowadzenia zanieczyszczeń.
Metoda abulizacji: stopiony metalowy ciecz z gazem pod wysokim ciśnieniem (azot, argon) lub spray o szybkim przepływie wody do małych kropel, ochłodzony i zestalony w proszek. Proszek do atomizacji gazu ma wysoki sferyczny kształt, dobrą płynność, odpowiedni dla części o wysokiej wydajności; Metoda atomizacji wody o niskim, wysokiej wydajności, nieregularnym kształcie proszku, który jest często stosowany w zwykłym stalowym proszku i produktach o niskich wymaganiach dotyczących wydajności.
Metoda redukcji: Zastosowanie wodoru, tlenku węgla i innych środków redukujących w celu zmniejszenia tlenku metalu do proszku, wysokiej czystości, wysokiej aktywności, wysokiej aktywności spiekania, zagęszczania niskiej temperatury, ale produkcja wymaga wysokiej temperatury i specyficznej atmosfery, sprzęt duża inwestycja, wysoka koszt.
Metoda elektrolizy: elektroliza roztwór soli metalowej lub stopiona sól, tak że jony metali w wytrącaniu katody do proszku, wysokiej czystości, drobnej i równomiernej, odpowiednie dla pola wymagań o dużej czystości i wielkości cząstek, takich jak materiały elektroniczne, ale niską wydajność produkcji, zużycie wysokiego energii, wysoki koszt.
(2) Formowanie
Formowanie: Włóż metalowy proszek do obróbki do formy, formowanie zagęszczania ciśnienia, stopnie, w tym proszek, prasowanie, uwalnianie, odpowiednie dla prostego kształtu, wysokie precyzyjne wymagania produktów, takie jak sprzęt. Zalety to prosty sprzęt, wysoka wydajność, tani koszt, masowa produkcja; Złożone produkty są trudne do zaprojektowania i produkcji, jednolitość gęstości.
Isostatyczne formowanie ciśnienia: Zastosowanie płynnej jednolitej przenoszenia ciśnienia, obciążona proszkiem elastyczna forma naczyniowa naczynia pod wysokim ciśnieniem. Zimne ciśnienie izostatyczne w temperaturze pokojowej jest odpowiednie dla produktów o złożonym kształcie i wymaganiach o wysokiej gęstości; Termiczne ciśnienie izostatyczne działa jednocześnie przy wysokiej temperaturze i wysokim ciśnieniu dla wysokowydajnych materiałów lotniczych. Zaletą jest to, że gęstość produktu jest jednolita, odpowiednia dla dużych złożonych produktów; Sprzęt jest drogi, długi cykl i wysokie koszty.
Formowanie wtryskowe: mieszanie metalu proszku i kleju do materiału wtryskowego i maszyny do wstrzykiwania w jamę formy, nadaje się do produkcji o wysokich precyzyjnych złożonych części, takich jak komponenty elektroniczne. Zalety to wysoka wydajność formowania i precyzja, odpowiednia do masowej produkcji; Wybór i usunięcie kleju są trudne, a niewłaściwe leczenie wpływa na wydajność produktów.
(3) Rozliczenie
Konwencjonalne spiekanie: Rozgrzej kęs w odpowiedniej temperaturze i atmosferze (wodór, azot, próżnia itp.), Aby połączyć cząsteczki proszku i poprawić gęstość i wytrzymałość. Atmosfera wodoru w celu usunięcia zanieczyszczeń, utlenianie azotu, próżnia jest odpowiednia dla wymagań wysokiej zawartości tlenu.
Spiekanie na gorąco: ciśnienie spiekania, w specjalnym wyposażeniu, pleśń z grafitem i innymi materiałami. Produkty, które mogą zmniejszyć temperaturę spiekania, skrócić czas i uzyskać większą gęstość i wydajność, są często stosowane w przygotowaniu ceramiki o wysokiej wydajności i innych materiałów.
Spiekanie w osoczu rozładowania (SPS): Generuj rozładowanie osocza i dżulę, szybkie spiekanie podgrzewane przez prąd impulsowy. Może usunąć zanieczyszczenia na powierzchni cząstek, aktywować powierzchnię, szybko się rozgrzewać (100-1000 stopni / min), krótki czas (kilka minut do kilku minut), może hamować wzrost ziarna i służy do przygotowania nanomateriałów.
Pole zastosowania technologii metalurgii proszku
(1) Pole lotnicze
Aerospace ma ścisłe wymagania dotyczące wydajności materialnej, a technologia metalurgii proszku po prostu spełnia wymagania. Superalloy metalurgiczny proszkowy służy do produkcji kluczowych komponentów, takich jak dyski turbinowe i łopatki, takie jak dysk turbinowy silnika F119 Pucompany, a superalloy na bazie niklu na bazie metalurgii proszkowej służy do poprawy wydajności silnika i niezawodności. Przy niskiej gęstości, wysokiej wytrzymałości i odporności na korozję stop tytanu metalurgii proszku jest wykorzystywany do produkcji części strukturalnych, takich jak dźwigar skrzydła samolotu i rama kadłuba w celu zmniejszenia ciężaru samolotu i poprawy wydajności paliwa i wydajności lotu.
(2) Pole produkcyjne samochodowe
Części metalurgiczne proszku są szeroko stosowane w systemach motoryzacyjnych, skrzyni biegów i hamowania. Pierścień zaworu, cewnik i pierścień tłokowy w silniku są wykonane z miedzianej podstawy lub stopu podstawowego żelaza, który może wytrzymać wysoką temperaturę i wysokie ciśnienie oraz poprawić wydajność i żywotność silnika; Przekładnia skrzyni biegów i synchronizator mają wysoką precyzję i dobrą wytrzymałość, zwiększają płynne przesunięcie biegów i poprawiają wydajność hamulca, z dobrym tarciem i odpornością na zużycie oraz bezpieczeństwo hamulca.
(3) pole informacji elektronicznych
Wraz z rozwojem sprzętu elektronicznego w małej, lekkiej i wysokiej wydajności technologia metalurgii proszku jest szerzej stosowana. Miękkie magnetyczne materiały metalurgiczne proszku są wykorzystywane do produkcji komponentów elektronicznych, takich jak transformatory i induktory; Kompozyty matrycy metalurgicznej proszku, takie jak miedziana-tungsten i miedzi-molibden, są stosowane do podłoża rozpraszania ciepła i obudowy opakowania urządzeń elektronicznych o dużej mocy; Materiały kontaktowe metalurgii proszku są używane do przełączników elektrycznych i przekaźników, aby zapewnić bezpieczne otwarcie i łamanie obwodu.
Fe-Silicon-Nickel Magnetyczny rdzeń proszkowy (KNF)
(4) mechaniczne pole produkcyjne
Technologia metalurgii proszku służy do produkcji przekładni, łożyska i innych części mechanicznych. Producent metallurgiczny ma wysoką dokładność, płynną przekładnię i wysoką szybkość wykorzystania materiału; Łożysko metalurgiczne proszku to samookaleczenie i odporne na zużycie, odpowiednie dla niskiej prędkości, ciężkiego obciążenia i niskiego hałasu. W specjalnych warunkach pracy łożysko oleju może utrzymać dobrą wydajność i poprawić niezawodność i żywotność sprzętu.
(5) pole urządzeń medycznych
Jeśli chodzi o implanty, stop tytanowy proszkowy jest stosowany do wytwarzania sztucznych stawów itp., Którego porowata struktura może promować wzrost komórek kostnych i zmniejszyć ryzyko poluzowania implantu. Instrumenty chirurgiczne są wytwarzane z szybkiej stali i stali nierdzewnej w metalurgii proszku, o wyższej twardości, odporności na zużycie i odporności na korozję, a także mogą tworzyć złożone urządzenia kształtu. W materiałach dentystycznych protezy mają dobrą siłę, wytrzymałość i estetykę. Implanty dentystyczne wykorzystują metalurgię proszku tytan lub stop tytanowy, co może poprawić wskaźnik powodzenia implantu. Wspornik ortodontyczny wykorzystuje metalurgię proszkową ze stali nierdzewnej lub stopu niklowo-titanu, który może dokładnie zastosować siłę.
(6) Nowy sektor energetyczny
Jeśli chodzi o akumulatory litowo-jonowe, materiały katodowe, takie jak fosforan żelaza litowego i materiały trójskładnikowe przygotowane przez technologię metalurgii proszku, mogą poprawić gęstość energii oraz wydajność ładowania i rozładowania baterii. W dziedzinie ogniw paliwowych metalowe płytki bipolarne wytwarzane przez proces metalurgiczny proszkowy i nośniki katalizatora o wysokiej powierzchni właściwej mogą poprawić wydajność ogniw paliwowych i obniżyć koszty. W wytwarzaniu energii wiatrowej skrzynie biegów, łożyska i inne części produkowane przez metalurgię proszkową mogą utrzymać stabilną wydajność w trudnym środowisku i przedłużyć żywotność obsługi sprzętu.
Postęp w technologii metalurgii proszku
(1) Fuzja produkcji addytywnej metalowej (druk 3D) i metalurgii proszku
Technologia produkcji addytywnej metalowej rozwijała się szybko w ostatnich latach, a jej połączenie z metalurgią proszkową przyniosło nowy przełom do produkcji złożonych części. Dzięki technologii drukowania 3D proszek metalowy można bezpośrednio gromadzić i uformować warstwę według warstwy, aby wytwarzać części o złożonej strukturze wewnętrznej i spersonalizowanej konstrukcji. Technologia ta nie tylko zmniejsza odpady materiałowe i procesy przetwarzania, ale także umożliwia produkcję trudnych do produkcji części, takich jak złożone ostrza silników aerodynamicznych.
(2) Technologia metalurgii Nano-Powder
Wraz z rozwojem nanotechnologii pojawiła się technologia metalurgii Nano-Powder. Nanoskalny proszek metalu ma charakterystykę dużej powierzchni właściwej, wysokiej aktywności, dużej siły napędowej i może przygotowywać materiały nanostrukturalne o doskonałych właściwościach mechanicznych, elektrycznych i magnetycznych. Obecnie technologia metalurgii Nano-Powder poczyniła niezwykłe postępy w przygotowaniu wysokowydajnych materiałów magnetycznych, materiałów nadprzewodzących i stopów o wysokiej wytrzymałości.
(3) Innowacje kompozytów metalurgii proszku
Dodając różne ulepszone fazy (takie jak cząstki ceramiczne, włókna itp.) Do metalu proszku, przygotowano metalurgiczny materiał kompozytowy proszkowy o doskonałej wydajności. Te materiały kompozytowe łączą zalety metalu i fazy wzmocnionej, mają charakterystykę wysokiej wytrzymałości, wysokiej twardości, dobrej odporności na zużycie, wysokiej temperatury i innych oporności, i są szeroko stosowane w produkcji lotniczej, produkcji motoryzacyjnej, inżynierii mechanicznej i innych dziedzin. Na przykład materiał kompozytowy z matrycy aluminiowej przygotowany przez dodanie cząstek węgla krzemu do proszku aluminium stopu aluminium znacznie poprawia wytrzymałość i twardość, przy jednoczesnym zachowaniu charakterystyki o niskiej gęstości stopu aluminium.
Patrząc w przyszłość, z ciągłym postępem nauki i technologii, oczekuje się, że technologia metalurgii proszku osiągnie przełom w bardziej rozwijających się dziedzinach, a integracja z innymi najnowocześniejszymi technologiami zostanie jeszcze bardziej pogłębiona. W dziedzinie inteligentnej produkcji, materiałów kwantowych i inżynierii biomedycznej technologia metalurgii proszku może potencjalnie tworzyć bardziej wydajne i wielofunkcyjne materiały i komponenty, zapewniając innowacyjne rozwiązania globalnych wyzwań, takich jak kryzys energetyczny, ochrona środowiska i zdrowie ludzi. Można przewidzieć, że technologia metalurgii proszku będzie odgrywać ważniejszą rolę w przyszłym rozwoju przemysłowym i postępie społecznym.
