Pulvermetallurgi, som en avansert materialforberedelse og formingsteknologi som er både eldgamle og dynamiske, stammer fra eldgamle keramiske preparatsteknologier og jernsmeltingsteknologi. Fram til 1909 markerte fremkomsten av duktil wolfram ved pulvermetallurgi fremveksten av den moderne pulvermetallurgi -tiden. I løpet av de siste 100 årene har pulvermetallurgiteknologi blomstret, og forskjellige viktige nye materialer og nøkkelprodukter har fortsatt å dukke opp, og blitt en av de viktige ingeniørteknologiene som er uunnværlige for dagens nasjonale økonomi og vitenskap og teknologi. Kjennetegn og fordeler med pulvermetallurgi
Pulvermetallurgi er en teknologi som bruker metallpulver (eller en blanding av metall og ikke-metallpulver) som råvarer for å produsere metallmaterialer, komposittmaterialer og forskjellige typer produkter gjennom prosesser som støping og sintring.
Sammenlignet med tradisjonelle smelte- og støpeprosesser, har pulvermetallurgi mange fordeler. På den ene siden kan den effektivt unngå mulig komponentsegregering under smelteprosessen, sikre enhetligheten av materialkomposisjonen, og dermed oppnå mer stabil og utmerket ytelse. På den annen side kan pulvermetallurgi oppnå nærnettforming, og redusere påfølgende prosesseringsprosedyrer og materialavfall kraftig. I henhold til relevant statistikk kan materialutnyttelsesgraden for deler produsert av pulvermetallurgi nå mer enn 90%, mens materialutnyttelsesgraden for tradisjonelle mekaniske prosesseringsmetoder vanligvis bare er 30%-50%, noe som ikke bare reduserer produksjonskostnadene, men også forbedrer produksjonseffektiviteten, noe som er i tråd med utviklingen av grønt og miljøbeskyttelse, men også forbedrer produksjonen. I tillegg, ved å justere pulversammensetningen, partikkelstørrelsen og forberedelsesprosessen, kan materialegenskapene nøyaktig kontrolleres for å imøtekomme behovene til forskjellige felt for spesielle materialegenskaper, for eksempel høy styrke, høy hardhet, høy temperaturresistens, korrosjonsmotstand, etc.
Hovedprosessen med pulvermetallurgiprosess
(I) Pulverforberedelse
Mekanisk knusingsmetode: Mekanisk kraft brukes til å knuse blokkmetall eller legering til pulver. Utstyret er enkelt, kostnadene er lave, og utgangen er stor, men pulverformen er uregelmessig, partikkelstørrelsesfordelingen er bred, og urenheter blir lett introdusert.
Atomiseringsmetode: Den smeltede metallvæsken sprayes i små dråper med høytrykksgass (nitrogen, argon) eller høyhastighets vannstrøm, og avkjølt og stivnet til pulver. Gassomomiseringsmetoden har høy sfærisitet og god fluiditet, som er egnet for å lage høye ytelsesdeler; Vannforstøvningsmetoden har lave kostnader og høy effektivitet, og pulverformen er uregelmessig. Det brukes ofte til vanlig stålpulver og produkter med lave ytelsesbehov.
Reduksjonsmetode: Bruk reduksjonsmidler som hydrogen og karbonmonoksid for å redusere metalloksider til pulver med høy renhet, høy aktivitet, høy sintringsaktivitet og fortetting av lav temperatur. Imidlertid krever produksjonen høy temperatur og en spesifikk atmosfære, og utstyrsinvesteringen er stor og kostnadene er høye.
Elektrolysemetode: Elektrolysermetallsaltløsninger eller smeltede salter for å utfelle metallioner i pulver ved katoden. Pulverene er ekstremt rene, fine og ensartede i partikkelstørrelse. De er egnet for felt med høye krav til renhet og partikkelstørrelse, for eksempel elektroniske materialer, men de har lav produksjonseffektivitet, høyt energiforbruk og høye kostnader.
(Ii) støping
Kompresjonsstøping: Sett det forbehandlede metallpulveret i formen og trykk det i form. Trinnene inkluderer pulverfylling, pressing og demolding. Det er egnet for produkter med enkle former og høye presisjonskrav, for eksempel gir. Fordelene er enkelt utstyr, høy effektivitet, lave kostnader og storstilt produksjon; Ulempene er at det er vanskelig å designe og produsere muggsopp for komplekse produkter, og det er vanskelig å sikre ensartet tetthet.
Isostatisk pressing: Bruk væske for å overføre ensartet overføringstrykk, og sett pulveret i en elastisk form og trykk det inn i en høytrykksbeholder. Kald isostatisk pressing utføres ved romtemperatur og er egnet for produkter med komplekse former og krav med høy tetthet; Varm isostatisk pressing bruker høy temperatur og høyt trykk samtidig og brukes til høyytelsesmaterialer, etc. Fordelen er at produktet har ensartet tetthet i alle retninger og er egnet for store og komplekse produkter; Ulempen er at utstyret er dyrt, syklusen er lang, og kostnadene er høye.
Injeksjonsstøping: Bland metallpulver og bindemiddel i injeksjonsmateriale, og bruk en injeksjonsmaskin for å injisere den i formhulen for støping. Det er egnet for å produsere høye presisjonskomplekser små deler, for eksempel elektroniske komponenter. Fordelen er høy støpingseffektivitet og presisjon, og den er egnet for storstilt produksjon; Ulempen er at valg og fjerning av bindemidler er vanskelig, og feil håndtering påvirker ytelsen til produktet.
(Iii) sintring
Konvensjonell sintring: Varm den støpte kroppen ved en passende temperatur og atmosfære (hydrogen, nitrogen, vakuum, etc.) for å kombinere pulverpartiklene og øke tettheten og styrken. Hydrogenatmosfære fjerner urenheter, nitrogen forhindrer oksidasjon, og vakuum er egnet for materialer med høye oksygeninnholdskrav.
Varmt pressende sintring: Trykket påføres under sintring, og det utføres i spesialutstyr. Formen er laget av materialer som grafitt. Det kan redusere sintringstemperaturen, forkorte tiden og få produkter med høyere tetthet og ytelse. Det brukes ofte i tilberedningen av keramikk med høy ytelse og andre materialer.
Spark Plasma Sintering (SPS): Rask oppvarming og sintring ved å generere utladningsplasma og joulevarme gjennom pulsstrøm. Det kan fjerne urenheter på overflaten av partikler, aktivere overflaten, varme opp raskt (100-1000 grad /min), ta kort tid (flere minutter til titalls minutter) og hemme kornvekst. Det brukes til å utarbeide nanomaterialer osv.
Applikasjonsfelt av pulvermetallurgiteknologi
(I) Aerospace Field
Luftfart har strenge krav til materiell ytelse, og pulvermetallurgiteknologi oppfyller bare behovene. Pulvermetallurgi høye temperaturlegeringer brukes til å produsere nøkkelkomponenter som flyturbin-disker og kniver. For eksempel bruker turbindisken til F119-motoren til Pratt & Whitney i USA pulvermetallurgi nikkelbasert høye temperaturlegeringer for å forbedre motorens ytelse og pålitelighet. Pulvermetallurgy titanlegeringer brukes til å produsere flyvingebjelker, flykroppsrammer og andre strukturelle deler med lav tetthet, høy styrke og korrosjonsmotstand, redusere flyvekten og forbedre drivstoffeffektiviteten og flyytelsen.
(Ii) Automobile Manufacturing Field
Pulvermetallurgi -deler er mye brukt i bilmotorer, overføringer og bremsesystemer. Ventilsetene, føringsrørene og stempelringene i motoren er laget av kobberbaserte eller jernbaserte legeringer, som tåler høy temperatur og høyt trykk, og forbedrer motorens ytelse og levetid; Girene og synkroniseringsnavene til overføringen er av høy presisjon og god styrke, noe som gjør utstyret skiftende jevnere og forbedrer overføringseffektiviteten; Bremseklossene og bremseskivene i bremsesystemet tilsettes med spesielle friksjonsmaterialer, som har god friksjon og slitestyrke for å sikre bremsesikkerhet.
(Iii) elektronisk informasjonsfelt
Når elektronisk utstyr utvikler seg mot lite, lett og høy ytelse, er pulvermetallurgiteknologi mer utbredt. Myke magnetiske pulvermetallurgimaterialer brukes til å produsere elektroniske komponenter som transformatorer og induktorer; Pulvermetallurgi metallbaserte komposittmaterialer som kobber-tungsten og kobber-molybden brukes til varmeavledningsunderlag og emballasjeskall med elektroniske enheter med høy kraft; Kontaktmaterialer med pulvermetallurgi brukes til elektriske brytere og reléer for å sikre sikker kretskytte.
Jern-silisium-nikkel magnetisk pulverkjerne (KNF)
(Iv) Mekanisk produksjonsfelt
Pulvermetallurgiteknologi brukes til å produsere mekaniske deler som gir og lagre. Pulvermetallurgihjul har høy presisjon, jevn overføring og høy materialutnyttelsesgrad; Pulvermetallurgi-lagre er selvblubberende og slitasje-resistente, egnet for lavhastighets, tung belastning og lavstøy anledninger. Under spesielle arbeidsforhold kan oljeholdige lagre opprettholde god ytelse og forbedre utstyrets pålitelighet og levetid.
(V) Felt medisinsk utstyr
Når det gjelder implantater, brukes pulvermetallurgy -titanlegeringer for å produsere kunstige ledd, etc. Deres porøse struktur kan fremme bencellevekst og redusere risikoen for å løsne implantatet. Kirurgiske instrumenter er laget av pulvermetallurgi høyhastighetsstål og rustfritt stål, som har høyere hardhet, slitestyrke og korrosjonsmotstand, og kan også produsere komplekse instrumenter. Blant tannmaterialer har proteser god styrke, seighet og estetikk. Tannimplantater bruker pulvermetallurgi titan eller titanlegeringer, noe som kan forbedre suksessraten for implantasjon. Ortodontiske parenteser bruker pulvermetallurgi rustfritt stål eller nikkel-titanlegeringer, som nøyaktig kan bruke kraft.
(Vi) Nytt energifelt
Når det gjelder litium-ion-batterier, kan positive elektrodematerialer som litiumjernfosfat og ternære materialer fremstilt ved pulvermetallurgiteknologi forbedre batterienergitettheten og lading og utladningseffektivitet. I løpet av brenselceller har metallbipolare plater og katalysatorbærere med høy spesifikk overflateareal produsert ved pulvermetallurgi -prosess forbedret ytelsen til brenselceller og reduserte kostnader. I vindkraftproduksjon kan girkasser, lagre og andre deler produsert av pulvermetallurgi opprettholde stabil ytelse i tøffe miljøer og forlenge utstyrets levetid.
Fremgang i pulvermetallurgiteknologi
(I) Fusjon av metalladditiv produksjon (3D -utskrift) og pulvermetallurgi
Metalladditiv produksjonsteknologi har utviklet seg raskt de siste årene. Kombinasjonen med pulvermetallurgi har brakt nye gjennombrudd i produksjonen av komplekse deler. Gjennom 3D -utskriftsteknologi kan metallpulver direkte stables lag for lag for å produsere deler med komplekse indre strukturer og personaliserte design. Denne teknologien reduserer ikke bare materialavfall og prosesseringsprosedyrer, men innser også fremstilling av deler som er vanskelig å produsere ved tradisjonelle prosesseringsmetoder, for eksempel komplekse kniver av flymotorer.
(Ii) Nanopowder Metallurgy Technology
Med utviklingen av nanoteknologi har nanopowdermetallurgiteknologi dukket opp. Nanoskala metallpulver har egenskapene til stort spesifikt overflate, høy aktivitet og stor sintring av drivkraft, og kan fremstille nanostrukturerte materialer med utmerkede mekaniske egenskaper, elektriske egenskaper og magnetiske egenskaper. For tiden har Nano Powder Metallurgy-teknologi gjort betydelige fremskritt i tilberedningen av magnetiske materialer med høy ytelse, superledende materialer og høystyrke-legeringer.
Xi'an University of Technology, skjematisk diagram over prosessen med å forberede sfærisk nano ti-tiBW komposittpulver
(Iii) Innovasjon av pulvermetallurgi komposittmaterialer
Ved å tilsette forskjellige armeringsfaser (for eksempel keramiske partikler, fibre osv.) Til metallpulver, er pulvermetallurgi komposittmaterialer med utmerket ytelse fremstilt. Disse sammensatte materialene kombinerer fordelene med metaller og forsterkende faser, og har egenskapene til høy styrke, høy hardhet, god slitasje, høy temperaturmotstand, etc., og er mye brukt innen luftfart, bilproduksjon, mekanisk ingeniørvitenskap og andre felt. For eksempel har det aluminiumbaserte komposittmaterialet fremstilt ved å tilsette silisiumkarbidpartikler til aluminiumslegeringspulver betydelig forbedret styrke og hardhet, samtidig som de opprettholdt de lave tetthetsegenskapene til aluminiumlegering.
