Pulvermetallurgi, som en avancerad materialberedning och bildningsteknik som är både forntida och dynamisk, härstammar från forntida keramisk beredningsteknik och järnsmältningsteknik. Fram till 1909 markerade tillkomsten av duktil volfram av pulvermetallurgi tillkomsten av den moderna pulvermetallurgiden. Under de senaste 100 åren har Powder Metallurgy Technology blomstrat, och olika viktiga nya material och nyckelprodukter har fortsatt att dyka upp och blivit en av de viktiga tekniska teknologierna som är nödvändiga för dagens nationella ekonomi och vetenskap och teknik. Egenskaper och fördelar med pulvermetallurgi
Pulvermetallurgi är en teknik som använder metallpulver (eller en blandning av metall och icke-metallpulver) som råmaterial för att tillverka metallmaterial, kompositmaterial och olika typer av produkter genom processer som gjutning och sintring.
Jämfört med traditionella smält- och gjutningsprocesser har pulvermetallurgi många fördelar. Å ena sidan kan det effektivt undvika den möjliga komponentsegregationen under smältprocessen, säkerställa enhetligheten i materialkompositionen och därmed få mer stabil och utmärkt prestanda. Å andra sidan kan pulvermetallurgi uppnå nästan nätformning, vilket kraftigt reducerar efterföljande bearbetningsförfaranden och materialavfall. Enligt relevant statistik kan materialanvändningshastigheten för delar som tillverkas av pulvermetallurgi nå mer än 90%, medan materialanvändningsgraden för traditionella mekaniska bearbetningsmetoder vanligtvis bara är 30%-50%, vilket inte bara minskar produktionskostnaderna, utan också förbättrar produktionseffektiviteten, som är i linje med utvecklingskonceptet för grönt och miljöskydd i modern tillverkning. Genom att justera pulverkompositionen, partikelstorleken och beredningsprocessen kan dessutom materialegenskaperna kontrolleras exakt för att tillgodose behoven hos olika fält för speciella materialegenskaper, såsom hög styrka, hög hårdhet, hög temperaturbeständighet, korrosionsbeständighet, etc.
Huvudprocessen för pulvermetallurgiprocess
(I) Pulverberedning
Mekanisk krossningsmetod: Mekanisk kraft används för att krossa blockmetall eller legering till pulver. Utrustningen är enkel, kostnaden är låg och utgången är stor, men pulverformen är oregelbunden, partikelstorleksfördelningen är bred och föroreningar introduceras lätt.
Metod för atomisering: Den smälta metallvätskan sprayas i små droppar med högtrycksgas (kväve, argon) eller höghastighetsvattenflöde och kyls och stelnar i pulver. Gasförstärkningsmetoden har hög sfäricitet och god fluiditet, vilket är lämpligt för att göra högpresterande delar; Vattenförstärkningsmetoden har låg kostnad och hög effektivitet, och pulverformen är oregelbunden. Det används ofta för vanligt stålpulver och produkter med låga prestanda.
Reduktionsmetod: Använd reducerande medel såsom väte och kolmonoxid för att reducera metalloxider till pulver med hög renhet, hög aktivitet, hög sintringsaktivitet och lågtemperaturdensifiering. Produktionen kräver emellertid hög temperatur och en specifik atmosfär, och utrustningsinvesteringen är stor och kostnaden är hög.
Elektrolysmetod: Elektrolyze metallsaltlösningar eller smälta salter för att fälla ut metalljoner i pulver vid katoden. Pulverna är extremt rena, fina och enhetliga i partikelstorlek. De är lämpliga för fält med höga krav för renhet och partikelstorlek, såsom elektroniska material, men de har låg produktionseffektivitet, hög energiförbrukning och hög kostnad.
(Ii) gjutning
Kompressionsgjutning: Lägg det förbehandlade metallpulvret i formen och tryck det i form. Stegen inkluderar pulverfyllning, pressning och demoldning. Det är lämpligt för produkter med enkla former och höga precisionskrav, till exempel växlar. Fördelarna är enkel utrustning, hög effektivitet, låg kostnad och storskalig produktion; Nackdelarna är att det är svårt att designa och tillverka formar för komplexa produkter, och det är svårt att säkerställa enhetlig densitet.
Isostatisk pressning: Använd vätska för att jämnt överföra tryck och lägg pulvret i en elastisk mögel och tryck på det i en högtrycksbehållare. Kall isostatisk pressning utförs vid rumstemperatur och är lämplig för produkter med komplexa former och krav på hög densitet; Varm isostatisk pressning använder hög temperatur och högt tryck samtidigt och används för högpresterande flyg- och rymdmaterial, etc. Fördelen är att produkten har enhetlig densitet i alla riktningar och är lämplig för stora och komplexa produkter; Nackdelen är att utrustningen är dyr, cykeln är lång och kostnaden är hög.
Injektionsgjutning: Blanda metallpulver och bindemedel i injektionsmaterial och använd en injektionsmaskin för att injicera den i mögelhålan för gjutning. Det är lämpligt för att tillverka komplexa delar med hög precision, såsom elektroniska komponenter. Fördelen är hög formningseffektivitet och precision, och den är lämplig för storskalig produktion; Nackdelen är att valet och borttagandet av bindemedel är svårt, och felaktig hantering påverkar produktens prestanda.
(Iii) sintring
Konventionell sintring: Värm den gjutna kroppen vid en lämplig temperatur och atmosfär (väte, kväve, vakuum, etc.) för att kombinera pulverpartiklarna och öka densiteten och styrkan. Väteatmosfär tar bort föroreningar, kväve förhindrar oxidation och vakuum är lämpligt för material med krav med höga syreinnehåll.
Varmpressning sintring: Trycket appliceras under sintring, och det utförs i specialutrustning. Formen är gjord av material såsom grafit. Det kan minska sintringstemperaturen, förkorta tiden och erhålla produkter med högre densitet och prestanda. Det används ofta vid beredning av högpresterande keramik och andra material.
Spark Plasma Sintering (SPS): Snabb uppvärmning och sintring genom att generera urladdningsplasma och joule värme genom pulström. Det kan ta bort föroreningar på ytan på partiklar, aktivera ytan, värm upp snabbt (100-1000 grad /min), ta en kort tid (flera minuter till tiotals minuter) och hämma korntillväxt. Det används för att förbereda nanomaterial etc.
Applikationsfält av pulvermetallurgteknik
(I) Aerospace Field
Aerospace har strikta krav på materialprestanda, och pulvermetallurgteknologi uppfyller bara behoven. Pulvermetallurgi hög temperaturlegeringar används för att tillverka nyckelkomponenter såsom flygmotorturbinskivor och blad. Till exempel använder turbinskivan för F119-motorn i Pratt & Whitney i USA pulvermetallurgi-nickelbaserade högtemperaturlegeringar för att förbättra motorprestanda och tillförlitlighet. Pulvermetallurgi -titanlegeringar används för att tillverka flygplan vingbalkar, flygkroppsramar och andra strukturella delar med låg densitet, hög hållfasthet och korrosionsbeständighet, minska flygplansvikten och förbättra bränsleeffektiviteten och flygprestanda.
(Ii) Automobile Manufacturing Field
Pulvermetallurgivelar används i stor utsträckning i bilmotorer, överföringar och bromssystem. Ventilsätesringarna, styrrören och kolvringarna i motorn är gjorda av kopparbaserade eller järnbaserade legeringar, som tål högt temperatur och högt tryck och förbättra motorprestanda och livslängd; Kugghjulen och synkronisatornaven för överföringen är av hög precision och god styrka, vilket gör växlar som växlar jämnare och förbättrar överföringseffektiviteten; Bromsbeläggarna och bromsskivorna i bromssystemet tillsätts med speciella friktionsmaterial, som har god friktion och slitmotstånd för att säkerställa bromssäkerhet.
(Iii) Elektroniskt informationsfält
När elektronisk utrustning utvecklas mot liten, lätt och hög prestanda används pulvermetallurgteknologi mer allmänt. Metallurgimaterial för mjuka magnetiska pulver används för att tillverka elektroniska komponenter såsom transformatorer och induktorer; Pulvermetallurgi-metallbaserade kompositmaterial såsom koppar-volfram och kopparmolybden används för värmeavledningsunderlag och förpackningsskal med högeffektiska elektroniska anordningar; Kontaktmaterial för pulvermetallurgi används för elektriska switchar och reläer för att säkerställa säker kretsomkoppling.
Iron-Silicon-Nickel Magnetic Powder Core (KNF)
(Iv) Mekanisk tillverkningsfält
Pulvermetallurgteknik används för att tillverka mekaniska delar som växlar och lager. Pulvermetallurgi växlar har hög precision, smidig överföring och hög materialanvändningshastighet; Pulvermetallurgielager är självsmörjande och slitsträckta, lämpliga för låg hastighet, tung belastning och lågbrus. Under särskilda arbetsförhållanden kan oljeinnehållande lager upprätthålla god prestanda och förbättra utrustnings pålitlighet och livslängd.
(V) Fältet med medicinsk utrustning
När det gäller implantat används pulvermetallurgi -titanlegeringar för att tillverka konstgjorda leder, etc. Deras porösa struktur kan främja bencellstillväxt och minska risken för att lossna implantat. Kirurgiska instrument är gjorda av pulvermetallurgi höghastighetsstål och rostfritt stål, som har högre hårdhet, slitmotstånd och korrosionsbeständighet och kan också tillverka komplexformade instrument. Bland tandmaterial har proteser god styrka, seghet och estetik. Dentalimplantat använder pulvermetallurgi titan eller titanlegeringar, vilket kan förbättra framgångshastigheten för implantation. Ortodontiska konsoler använder pulvermetallurgi rostfritt stål eller nickel-titanlegeringar, som exakt kan applicera kraft.
(Vi) Nytt energifält
När det gäller litiumjonbatterier kan positiva elektrodmaterial såsom litiumjärnfosfat och ternära material framställda av pulvermetallurgteknik förbättra batteritylitensitet och laddning och urladdningseffektivitet. Inom bränslecellerna har metallbipolära plattor och katalysatorbärare med hög specifik ytarea tillverkad genom pulvermetallurgiprocess förbättrat prestandan för bränsleceller och minskade kostnader. I vindkraftproduktion kan växellådor, lager och andra delar tillverkade av pulvermetallurgi upprätthålla stabil prestanda i hårda miljöer och förlänga utrustningens livslängd.
Framsteg inom pulvermetallurgteknik
(I) Fusion av tillverkning av metalltillskott (3D -tryckning) och pulvermetallurgi
Tekniska metalltilläggstillverkning har utvecklats snabbt under de senaste åren. Dess kombination med pulvermetallurgi har gett nya genombrott i tillverkningen av komplexa delar. Genom 3D -tryckteknik kan metallpulver staplas direkt skikt för lager för att producera delar med komplexa inre strukturer och personliga mönster. Denna teknik minskar inte bara materialavfalls- och bearbetningsförfaranden, utan inser också tillverkning av delar som är svåra att tillverka med traditionella bearbetningsmetoder, såsom komplexa blad av flygmotorer.
(Ii) Nanopowder Metallurgy Technology
Med utvecklingen av nanoteknologi har Nanopowder Metallurgy Technology dykt upp. Nano-skala metallpulver har egenskaperna hos stor specifik ytarea, hög aktivitet och stor sintringskraft och kan framställa nanostrukturerade material med utmärkta mekaniska egenskaper, elektriska egenskaper och magnetiska egenskaper. För närvarande har Nano Powder Metallurgy Technology gjort betydande framsteg i beredningen av högpresterande magnetmaterial, superledande material och högstyrka legeringar.
Xi'an University of Technology, schematiskt diagram över processen för att förbereda sfärisk nano ti-tibw kompositpulver
(Iii) Innovation av pulvermetallurgikompositmaterial
Genom att tillsätta olika förstärkningsfaser (såsom keramiska partiklar, fibrer etc.) till metallpulver framställs metallurgikompositmaterial med utmärkt prestanda. Dessa sammansatta material kombinerar fördelarna med metaller och förstärkningsfaser och har egenskaperna för hög styrka, hög hårdhet, god slitmotstånd, hög temperaturmotstånd etc. och används allmänt inom flyg-, biltillverkning, maskinteknik och andra områden. Till exempel har det aluminiumbaserade kompositmaterialet framställt genom att tillsätta kiselkarbidpartiklar till aluminiumlegeringspulver förbättrat styrka och hårdhet, samtidigt som de låga densitetsegenskaperna för aluminiumlegering.
