Prášková metalurgie, jako pokročilá technologie přípravy a formování materiálu, která je starověká i dynamická, pocházela ze starověké technologie keramické přípravy a technologie tavení železa. Až do roku 1909 byl příchod tažného wolframu z práškové metalurgie povýšen příchod moderní éry metalurgie prášku. Za posledních 100 let vzkvétala technologie práškové metalurgie a nadále se objevily různé důležité nové materiály a klíčové produkty a staly se jednou z důležitých inženýrských technologií, které jsou pro dnešní ekonomiku a vědu a technologii nepostradatelné. Charakteristiky a výhody práškové metalurgie
Prášková metalurgie je technologie, která používá kovový prášek (nebo směs kovového a nekovového prášku) jako suroviny k výrobě kovových materiálů, kompozitních materiálů a různých typů produktů prostřednictvím procesů, jako je formování a slinování.
Ve srovnání s tradičními procesy tavení a lití má prášková metalurgie mnoho výhod. Na jedné straně se může efektivně vyhnout možné segregaci složek během procesu tavení, zajistit uniformitu složení materiálu a získat tak stabilnější a vynikající výkon. Na druhé straně může práškové metalurgie dosáhnout formování téměř sítě, což výrazně snižuje následné procedury zpracování a materiálový odpad. Podle relevantních statistik může míra využití materiálu vyráběných práškovými metalurgií dosáhnout více než 90%, zatímco míra využití materiálu tradičních metod mechanického zpracování je obvykle pouze 30%-50%, což nejen snižuje výrobní náklady, ale také zvyšuje účinnost výroby, což je v souladu s konceptem vývoje v moderní výrobě. Navíc úpravou složení prášku, velikosti částic a procesu přípravy mohou být materiálové vlastnosti přesně kontrolovány tak, aby vyhovovaly potřebám různých oblastí pro vlastnosti speciálních materiálů, jako je vysoká pevnost, vysoká tvrdost, odolnost proti vysoké teplotě, odolnost proti korozi atd.
Hlavní proces procesu metalurgie prášku
(I) Příprava prášku
Mechanická metoda drcení: Mechanická síla se používá k rozdrcení bloku kovu nebo slitiny do prášku. Zařízení je jednoduché, náklady jsou nízké a výstup je velký, ale tvar prášku je nepravidelný, rozdělení velikosti částic je široké a nečistoty se snadno zavedou.
Metoda atomizace: roztavená kovová kapalina se stříká do malých kapiček s vysokotlakým plynem (dusík, argon) nebo vysokorychlostním průtokem vody a ochladí se a ztuhne na prášek. Metoda atomizace plynu má vysokou sféricitu a dobrou plynulost, která je vhodná pro výrobu vysoce výkonných částí; Metoda atomizace vody má nízké náklady a vysokou účinnost a tvar prášku je nepravidelný. Často se používá pro běžný ocelový prášek a výrobky s nízkými požadavky na výkon.
Metoda redukce: Použijte redukční činidla, jako je vodík a oxid uhelnatý, ke snížení oxidů kovů na prášky s vysokou čistotou, vysokou aktivitou, vysokou aktivitou slinování a zhuštění nízké teploty. Produkce však vyžaduje vysokou teplotu a specifickou atmosféru a investice do zařízení je velká a náklady jsou vysoké.
Metoda elektrolýzy: Elektrolyzují roztoky kovové soli nebo roztavené soli k vysrážení kovových iontů do prášků na katodě. Prášky jsou extrémně čisté, jemné a jednotné ve velikosti částic. Jsou vhodné pro pole s vysokými požadavky na čistotu a velikost částic, jako jsou elektronické materiály, ale mají nízkou účinnost výroby, vysokou spotřebu energie a vysoké náklady.
Ii) formování
Kompresní lisování: Vložte předem ošetřený kovový prášek do formy a zatlačte jej do tvaru. Kroky zahrnují plnění prášku, lisování a demontáž. Je vhodný pro výrobky s jednoduchými tvary a požadavky na vysokou přesnost, jako jsou ozubená kola. Výhodou jsou jednoduché vybavení, vysoká účinnost, nízké náklady a rozsáhlá produkce; Nevýhody spočívají v tom, že je obtížné navrhnout a vyrábět formy pro komplexní produkty a je obtížné zajistit jednotnou hustotu.
Isostatické lisování: Použijte kapalinu k rovnoměrnému přenosu tlaku a vložte prášek do elastické formy a zatlačte jej do vysokotlaké nádoby. Studené izostatické lisování se provádí při teplotě místnosti a je vhodné pro výrobky s komplexními tvary a požadavky na vysokou hustotu; Horké isostatické lisování používá vysokou teplotu a vysoký tlak současně a používá se pro vysoce výkonné letecké materiály atd. Výhodou je, že produkt má rovnoměrnou hustotu ve všech směrech a je vhodný pro velké a složité produkty; Nevýhodou je, že zařízení je drahé, cyklus je dlouhý a náklady jsou vysoké.
Injekční lisování: Smíchejte kovový prášek a pořadač do vstřikovacího materiálu a použijte injekční stroj k jeho vstřikování do dutiny formy pro lisování. Je vhodný pro výrobu vysoce přesných komplexů malých dílů, jako jsou elektronické komponenty. Výhodou je vysoká účinnost a přesnost formování a je vhodná pro rozsáhlou výrobu; Nevýhodou je, že výběr a odstranění pojiv je obtížné a nesprávná manipulace ovlivňuje výkon produktu.
(Iii) slinování
Konvenční slinování: Zahřejte lisované tělo při vhodné teplotě a atmosféře (vodík, dusík, vakuum atd.) Chcete -li kombinovat práškové částice a zvýšit hustotu a pevnost. Atmosféra vodíku odstraňuje nečistoty, dusík zabraňuje oxidaci a vakuum je vhodné pro materiály s vysokým požadavkem na obsah kyslíku.
Horké stisknutí slinování: Během slinování se vyvíjí tlak a provádí se ve speciálním vybavení. Forma je vyrobena z materiálů, jako je grafit. Může snížit teplotu slinování, zkrátit čas a získat produkty s vyšší hustotou a výkonem. Často se používá při přípravě vysoce výkonné keramiky a dalších materiálů.
Sparmové slinování plazmy (SPS): Rychlé vytápění a slinování generováním vypouštěcí plazmy a horko Joule prostřednictvím proudu pulsu. Může odstranit nečistoty na povrchu částic, aktivovat povrch, rychle se zahřívat (100-1000 stupeň /min), trvat krátkou dobu (několik minut na desítky minut) a inhibovat růst zrna. Používá se k přípravě nanomateriálů atd.
Aplikační pole technologie práškové metalurgie
(I) Aerospace Field
Aerospace má přísné požadavky na výkon materiálu a technologie práškové metalurgie jen vyhovuje potřebám. Slitiny s vysokou teplotou prášku se používají k výrobě klíčových komponent, jako jsou disky turbíny a čepele letadla. Například turbínový disk modulu F Slitiny práškové metalurgie titanu se používají k výrobě paprsků letadla, trupových rámů a dalších strukturálních částí s nízkou hustotou, vysokou pevností a odolností proti korozi, snižování hmotnosti letadla a zlepšení účinnosti paliva a výkonu letu.
(Ii) Pole výroby automobilů
Části práškové metalurgie se široce používají v automobilových motorech, přenosech a brzdových systémech. Sedací prsteny ventilu, vodicí trubice a pístové kroužky v motoru jsou vyrobeny z slitin na bázi na bázi mědi nebo na železe, které vydrží vysokou teplotu a vysoký tlak a zlepšují výkon a život motoru; Převodovky a rozbočovače synchronizátoru přenosu mají vysokou přesnost a dobrou pevnost, což je plynulejší řazení a zlepšení účinnosti přenosu; Brzdové destičky a brzdové kotouče brzdového systému se přidávají se speciálními třeními, které mají dobrý odolnost proti tření a opotřebení, aby byla zajištěna bezpečnost brzdění.
(Iii) pole elektronických informací
Jak se elektronická zařízení vyvíjí směrem k malému, lehkému a vysokému výkonu, technologie metalurgie s práškem se používá široce. K výrobě elektronických komponent, jako jsou transformátory a induktory, se používají metalurgické materiály měkkého magnetického prášku; Pro substráty rozptylu tepla a balicích skořápek vysoce výkonných elektronických zařízení se používají kompozitní materiály na bázi práškového kovu, jako je tungsten měď a měď a měděná-molybdenu; Pro elektrické spínače a relé se používají kontaktní materiály s práškem, aby se zajistilo přepínání bezpečného obvodu.
Magnetické práškové jádro železa-silicon-nickel (KNF)
(Iv) Mechanické výrobní pole
Technologie metalurgie prášku se používá k výrobě mechanických částí, jako jsou ozubená kola a ložiska. Power metalurgická ozubená kola má vysokou přesnost, hladký přenos a vysokou rychlost využití materiálu; Práškové metalurgické ložiska jsou samozvyky a odolná vůči opotřebení, vhodná pro nízkorychlostní, těžký a nízký šum. Za zvláštních pracovních podmínek mohou ložiska obsahující ropu udržovat dobrý výkon a zlepšit spolehlivost zařízení a životnost.
(V) Pole zdravotnického zařízení
Z hlediska implantátů se k výrobě umělých kloubů atd. Jejich porézní struktura může zvýšit růst kostních buněk a snížit riziko uvolnění implantátu. Chirurgické nástroje jsou vyrobeny z práškové metalurgie vysokorychlostní oceli a nerezové oceli, které mají vyšší tvrdost, odolnost proti opotřebení a odolnost proti korozi a mohou také vyrábět nástroje ve tvaru komplexu. Mezi zubními materiály mají protézy dobrou sílu, houževnatost a estetiku. Zubní implantáty používají práškové metalurgie titanu nebo titanových slitin, které mohou zlepšit úspěšnost implantace. Ortodontické držáky používají nerezové oceli s práškovým metalurgií nebo slitiny nikl-titanium, které mohou přesně aplikovat sílu.
Vi) Nové energetické pole
Pokud jde o lithium-iontové baterie, mohou pozitivní elektrodové materiály, jako je lithiové železné fosfát a ternární materiály připravené technologií metalurgie prášku, zlepšit hustotu energie a nabíjení a vypouštění. V oblasti palivových článků, kovové bipolární destičky a nosiče katalyzátoru s vysokou specifickou povrchovou plochou vyrobenou procesem metalurgie prášku zlepšily výkon palivových článků a snížené náklady. Při výrobě větrné energie mohou převodovky, ložiska a další díly vyráběné práškovou metalurgií udržovat stabilní výkon v drsném prostředí a prodloužit životnost vybavení.
Pokrok v technologii metalurgie prášku
(I) Fúze výroby kovových aditiv (3D tisk) a práškové metalurgie
Technologie výroby kovových aditiv se v posledních letech rychle vyvíjela. Jeho kombinace s práškovým metalurgií přinesla nové průlomy při výrobě složitých dílů. Prostřednictvím technologie 3D tisku mohou být kovové prášky přímo naskládanou vrstvou podle vrstvy za účelem výroby dílů se složitými vnitřními strukturami a personalizovanými vzory. Tato technologie nejen snižuje postupy materiálu a zpracování, ale také realizuje výrobu dílů, které je obtížné vyrobit pomocí tradičních metod zpracování, jako jsou složité čepele letadlových motorů.
(Ii) Technologie metalurgie nanopowder
S rozvojem nanotechnologie se objevila technologie metalurgie nanopowder. Kovové prášky nano-měřítka mají vlastnosti velké specifické povrchové plochy, vysokou aktivitu a velkou hnací sílu slinu a mohou připravit nanostrukturované materiály s vynikajícími mechanickými vlastnostmi, elektrickými vlastnostmi a magnetickými vlastnostmi. V současné době technologie metalurgie nano nano dosáhla významného pokroku v přípravě vysoce výkonných magnetických materiálů, supravodivých materiálů a vysoce pevných slitin.
Technologická univerzita Xi'an, schématický diagram procesu přípravy sférického nano ti-tibw kompozitního prášku
(Iii) inovace kompozitních materiálů v prášku
Přidáním různých fází zesílení (jako jsou keramické částice, vlákna atd.) K kovovým práškům jsou připraveny kompozitní materiály s výstupem. Tyto kompozitní materiály kombinují výhody kovů a fází výztuhy a mají vlastnosti vysoké pevnosti, vysoké tvrdosti, dobré odolnosti proti opotřebení, odolnost proti vysoké teplotě atd., A jsou široce používány v leteckém, automobilovém, strojírenství a dalších oborech. Například kompozitní materiál na bázi hliníku připraveného přidáním částic karbidu křemíku do prášku z hliníku z slitiny hliníku významně zlepšil pevnost a tvrdost při zachování charakteristik nízké hustoty hliníkové slitiny.
