Pulverveida metalurģija kā progresējoša materiāla sagatavošana un veidošanas tehnoloģija, kas ir gan sena, gan dinamiska, radusies no senās keramikas sagatavošanas tehnoloģijas un dzelzs kausēšanas tehnoloģijas. Līdz 1909. gadam Pulvera metalurģijas kaļamā volframa parādīšanās iezīmēja mūsdienu pulvera metalurģijas laikmeta parādīšanos. Pēdējo 100 gadu laikā ir uzplaukusi pulvera metalurģijas tehnoloģija, un turpina parādīties dažādi svarīgi jauni materiāli un galvenie produkti, kļūstot par vienu no svarīgajām inženiertehnoloģijām, kas ir neaizstājamas mūsdienu valsts ekonomikai un zinātnei un tehnoloģijai. Pulvera metalurģijas raksturojums un priekšrocības
Pulverveida metalurģija ir tehnoloģija, kurā kā izejvielas izmanto metāla pulveri (vai metāla un nemetāla pulvera maisījumu) metāla materiālu, kompozītmateriālu un dažāda veida izstrādājumu ražošanai, izmantojot tādus procesus kā liešana un saķepināšana.
Salīdzinot ar tradicionālajiem kausēšanas un liešanas procesiem, pulvera metalurģijai ir daudz priekšrocību. No vienas puses, tas var efektīvi izvairīties no iespējamās komponentu segregācijas kausēšanas procesa laikā, nodrošināt materiāla sastāva vienveidību un tādējādi iegūt stabilāku un lielisku veiktspēju. No otras puses, pulvera metalurģija var sasniegt gandrīz tīkla veidošanos, ievērojami samazinot nākamās apstrādes procedūras un materiālus atkritumus. Saskaņā ar attiecīgo statistiku, pulvera metalurģijas ražoto detaļu materiālu izmantošanas ātrums var sasniegt vairāk nekā 90%, savukārt tradicionālo mehāniskās apstrādes metožu materiāla izmantošanas ātrums parasti ir tikai 30%-50%, kas ne tikai samazina ražošanas izmaksas, bet arī uzlabo ražošanas efektivitāti, kas atbilst zaļās un vides aizsardzības attīstības koncepcijai un vides aizsardzībai. Turklāt, pielāgojot pulvera sastāvu, daļiņu lielumu un sagatavošanas procesu, materiāla īpašības var precīzi kontrolēt, lai apmierinātu dažādu lauku vajadzības pēc īpašām materiāla īpašībām, piemēram, augsta izturība, augsta cietība, izturība pret augstu temperatūru, izturību pret koroziju utt.
Galvenais pulvera metalurģijas procesa process
I) pulvera sagatavošana
Mehāniskā sasmalcināšanas metode: Mehānisko spēku izmanto, lai sasmalcinātu metālu vai sakausējumu pulverī. Iekārtas ir vienkāršas, izmaksas ir zemas, un izeja ir liela, bet pulvera forma ir neregulāra, daļiņu lieluma sadalījums ir plašs, un piemaisījumi tiek viegli ieviesti.
Atomizācijas metode: Izkausēto metāla šķidrumu izsmidzina mazos pilienos ar augsta spiediena gāzi (slāpekli, argonu) vai ātrgaitas ūdens plūsmu un atdzesē un sacietē pulverī. Gāzes atomizācijas metodei ir augsta sfēriskums un laba plūstamība, kas ir piemērota augstas veiktspējas daļu izgatavošanai; Ūdens atomizācijas metodei ir zemas izmaksas un augsta efektivitāte, un pulvera forma ir neregulāra. To bieži izmanto parastajam tērauda pulverim un produktiem ar zemas veiktspējas prasībām.
Samazināšanas metode: izmantojiet reducējošos līdzekļus, piemēram, ūdeņraža un oglekļa monoksīdu, lai samazinātu metāla oksīdus pulveros ar augstu tīrību, augstu aktivitāti, augstu saķepināšanas aktivitāti un zemas temperatūras blīvēšanu. Tomēr ražošanai ir nepieciešama augsta temperatūra un īpaša atmosfēra, un aprīkojuma ieguldījums ir liels, un izmaksas ir augstas.
Elektrolīzes metode: elektrolizē metāla sāls šķīdumus vai izkausētus sāļus, lai nogulsnētu metāla jonus pulveros pie katoda. Pulveri ir ārkārtīgi tīri, smalki un vienveidīgi daļiņu lielumā. Tie ir piemēroti laukiem ar augstām tīrības un daļiņu lieluma prasībām, piemēram, elektroniskiem materiāliem, bet tiem ir zema ražošanas efektivitāte, liels enerģijas patēriņš un augstas izmaksas.
Ii) veidne
Kompresijas veidne: ielieciet veidnē iepriekš apstrādātu metāla pulveri un iespiediet to formā. Pakāpieni ietver pulvera pildījumu, nospiešanu un demolēšanu. Tas ir piemērots produktiem ar vienkāršām formām un augstām precizitātes prasībām, piemēram, pārnesumiem. Priekšrocības ir vienkāršs aprīkojums, augsta efektivitāte, zemas izmaksas un liela mēroga ražošana; Trūkumi ir tādi, ka sarežģītu produktu veidnes ir grūti noformēt un ražot, un ir grūti nodrošināt vienmērīgu blīvumu.
Izostatiska presēšana: izmantojiet šķidrumu, lai vienmērīgi pārraidītu spiedienu, un ielieciet pulveri elastīgā veidnē un nospiediet to augstspiediena traukā. Aukstā izostatiskā presēšana tiek veikta istabas temperatūrā un ir piemērota produktiem ar sarežģītām formām un augsta blīvuma prasībām; Karstā izostatiskā presēšana vienlaikus izmanto augstu temperatūru un augstu spiedienu, un to izmanto augstas veiktspējas aviācijas un kosmosa materiāliem utt. Priekšrocība ir tāda, ka produktam ir vienāds blīvums visos virzienos un tas ir piemērots lieliem un sarežģītiem produktiem; Trūkums ir tāds, ka aprīkojums ir dārgs, cikls ir garš un izmaksas ir augstas.
Iesmidzināšanas veidne: sajauciet metāla pulveri un saistvielu iesmidzināšanas materiālā un izmantojiet iesmidzināšanas mašīnu, lai to ievadītu veidņu dobumā. Tas ir piemērots, lai ražotu augstas precizitātes kompleksu mazas detaļas, piemēram, elektroniskos komponentus. Priekšrocība ir augsta formēšanas efektivitāte un precizitāte, un tā ir piemērota liela mēroga ražošanai; Trūkums ir tāds, ka saistvielu atlase un noņemšana ir sarežģīta, un nepareiza apstrāde ietekmē produkta veiktspēju.
(Iii) saķepināšana
Parastā saķepināšana: sakarsē veidoto ķermeni piemērotā temperatūrā un atmosfērā (ūdeņradis, slāpeklis, vakuums utt.), Lai apvienotu pulvera daļiņas un palielinātu blīvumu un izturību. Ūdeņraža atmosfēra noņem piemaisījumus, slāpeklis novērš oksidāciju, un vakuums ir piemērots materiāliem ar augstām skābekļa satura prasībām.
Karsta presējoša saķepināšana: spiediens tiek izdarīts saķepināšanas laikā, un tas tiek veikts ar īpašu aprīkojumu. Pelējums ir izgatavots no tādiem materiāliem kā grafīts. Tas var samazināt saķepināšanas temperatūru, saīsināt laiku un iegūt produktus ar lielāku blīvumu un veiktspēju. To bieži izmanto augstas veiktspējas keramikas un citu materiālu sagatavošanā.
Dzirksteles plazmas saķepināšana (SPS): ātra sildīšana un saķepināšana, veidojot izplūdes plazmu un džoula siltumu caur pulsa strāvu. Tas var noņemt piemaisījumus uz daļiņu virsmas, aktivizēt virsmu, ātri uzkarsēt (100-1000 pakāpe /min), prasa īsu laiku (vairākas minūtes līdz desmitiem minūšu) un kavē graudu augšanu. To izmanto, lai sagatavotu nanomateriālus utt.
Pulvera metalurģijas tehnoloģijas lietojumprogrammas lauki
(I) Aviācijas un kosmosa lauks
Aerospace ir stingras prasības attiecībā uz materiāla veiktspēju, un pulvera metalurģijas tehnoloģija tikai atbilst vajadzībām. Pulverveida metalurģijas augstas temperatūras sakausējumus izmanto, lai ražotu galvenos komponentus, piemēram, gaisa kuģu motora turbīnu diskus un asmeņus. Piemēram, Pratt & Whitney F119 motora turbīnu disks Amerikas Savienotajās Valstīs izmanto pulvera metalurģijas niķeļa bāzes augsta temperatūras sakausējumus, lai uzlabotu motora veiktspēju un uzticamību. Pulvera metalurģijas titāna sakausējumus izmanto, lai ražotu gaisa kuģu spārnu sijas, fizelāžas rāmjus un citas konstrukcijas detaļas ar zemu blīvumu, augstu izturību un izturību pret koroziju, samazinot gaisa kuģa svaru un uzlabojot degvielas patēriņa efektivitāti un lidojuma veiktspēju.
(Ii) Automobiļu ražošanas lauks
Pulvera metalurģijas daļas plaši izmanto automašīnu motoros, transmisijās un bremzēšanas sistēmās. Vārsta sēdekļa gredzeni, virzošie caurules un virzuļa gredzeni motorā ir izgatavoti no sakausējumiem, kuru pamatā ir vara vai dzelzs, kas var izturēt augstu temperatūru un augstu spiedienu, kā arī uzlabot motora veiktspēju un dzīvi; Pārnesumkārbas pārnesumi un sinhronizatora rumbas ir ar augstu precizitāti un labu izturību, padarot pārnesumus vienmērīgāku un uzlabojot transmisijas efektivitāti; Bremžu sistēmas bremžu kluči un bremžu diski tiek pievienoti ar īpašiem berzes materiāliem, kuriem ir laba berze un izturība pret nodilumu, lai nodrošinātu bremzēšanas drošību.
(Iii) Elektroniskās informācijas lauks
Tā kā elektroniskās iekārtas attīstās mazas, vieglas un augstas veiktspējas virzienā, plašāk tiek izmantota pulvera metalurģijas tehnoloģija. Mīksto magnētisko pulvera metalurģijas materiālus izmanto, lai ražotu elektroniskus komponentus, piemēram, transformatorus un induktorus; Pulverveida metalurģijas metāla bāzes kompozītmateriāli, piemēram, vara volframs un vara-molibdēns, tiek izmantoti siltuma izkliedes substrātiem un lieljaudas elektronisko ierīču iepakojuma čaumalām; Elektriskajiem slēdžiem un relejiem izmanto pulvera metalurģijas kontakta materiālus, lai nodrošinātu drošu ķēdes pārslēgšanu.
Dzelzs-silikona-nikela magnētiskā pulvera kodols (KNF)
Iv) Mehāniskās ražošanas lauks
Pulvera metalurģijas tehnoloģija tiek izmantota, lai ražotu mehāniskas detaļas, piemēram, pārnesumus un gultņus. Pulvera metalurģijas pārnesumiem ir augsta precizitāte, vienmērīga transmisija un augsta materiāla izmantošanas ātrums; Pulvera metalurģijas gultņi ir pašapkļausējoši un izturīgi pret nodilumu, piemēroti zema ātruma, smagas slodzes un zema trokšņa gadījumiem. Īpašos darba apstākļos naftas saturoši gultņi var saglabāt labu veiktspēju un uzlabot aprīkojuma uzticamību un kalpošanas laiku.
(V) Medicīnas ierīces lauks
Runājot par implantiem, mākslīgo locītavu ražošanai tiek izmantoti pulvera metalurģijas titāna sakausējumi utt. To porainā struktūra var veicināt kaulu šūnu augšanu un samazināt implantācijas atslābināšanas risku. Ķirurģiskie instrumenti ir izgatavoti no pulvera metalurģijas ātrgaitas tērauda un nerūsējošā tērauda, kuriem ir augstāka cietība, nodiluma izturība un izturība pret koroziju, kā arī var ražot sarežģītas formas instrumentus. Starp zobārstniecības materiāliem protēzēm ir labs spēks, izturība un estētika. Zobu implanti izmanto pulvera metalurģijas titānu vai titāna sakausējumus, kas var uzlabot implantācijas panākumu līmeni. Ortodontiskās iekavas izmanto pulvera metalurģijas nerūsējošo tēraudu vai niķeļa-titāna sakausējumus, kas var precīzi pielietot spēku.
Vi) Jauns enerģijas lauks
Runājot par litija jonu baterijām, pozitīvi elektrodu materiāli, piemēram, litija dzelzs fosfāts un trīskāršie materiāli, kas sagatavoti, izmantojot pulvera metalurģijas tehnoloģiju, var uzlabot akumulatora enerģijas blīvumu un uzlādes un izlādes efektivitāti. Degvielas elementu laukā metāla bipolāras plāksnes un katalizatora nesēji ar augstu specifisku virsmas laukumu, kas ražots pēc pulvera metalurģijas procesa, ir uzlabojuši kurināmā elementu veiktspēju un samazinātas izmaksas. Vēja enerģijas ražošanā pārnesumkārbas, gultņi un citas daļas, ko ražo pulvera metalurģija, var saglabāt stabilu sniegumu skarbā vidē un pagarināt aprīkojuma kalpošanas laiku.
Progress pulvera metalurģijas tehnoloģijā
(I) Metāla piedevu ražošanas (3D drukas) un pulvera metalurģijas saplūšana
Metāla piedevu ražošanas tehnoloģija pēdējos gados ir strauji attīstījusies. Tā kombinācija ar pulvera metalurģiju ir radījusi jaunus sasniegumus sarežģītu detaļu ražošanā. Izmantojot 3D drukāšanas tehnoloģiju, metāla pulverus var tieši sakraut slānī slānis, lai iegūtu detaļas ar sarežģītām iekšējām struktūrām un personalizētiem dizainparaugiem. Šī tehnoloģija ne tikai samazina materiālo atkritumu un apstrādes procedūras, bet arī realizē to detaļu ražošanu, kuras ir grūti ražot, izmantojot tradicionālās apstrādes metodes, piemēram, sarežģītas gaisa kuģu dzinēju asmeņi.
(Ii) Nanopowder metalurģijas tehnoloģija
Izstrādājot nanotehnoloģiju, ir parādījusies nanopowder metalurģijas tehnoloģija. Nano mēroga metāla pulveriem ir lielas specifiskas virsmas laukuma, augstas aktivitātes un liela saķepināšanas spēka raksturlielumi, un tie var sagatavot nanostrukturētus materiālus ar izcilām mehāniskām īpašībām, elektriskajām īpašībām un magnētiskajām īpašībām. Pašlaik nano pulvera metalurģijas tehnoloģija ir guvusi ievērojamu progresu augstas veiktspējas magnētisko materiālu, supravadošu materiālu un augstas stiprības sakausējumu sagatavošanā.
Xi'an Tehnoloģiju universitāte, sfēriskā nano ti-tibw kompozītmateriāla pulvera sagatavošanas procesa shematiska diagramma
(Iii) Pulvera metalurģijas kompozītmateriālu jauninājumi
Pievienojot dažādas pastiprinošas fāzes (piemēram, keramikas daļiņas, šķiedras utt.) Metāla pulveriem, tiek sagatavoti pulvera metalurģijas kompozītmateriāli ar lielisku veiktspēju. Šie kompozītmateriāli apvieno metālu un pastiprinošās fāžu priekšrocības, un tiem ir augstas stiprības, augstas cietības, labas nodiluma izturības, augstas temperatūras izturības utt. Īpašības, un tos plaši izmanto kosmosā, automobiļu ražošanā, mašīnbūvē un citos laukos. Piemēram, uz alumīnija bāzes kompozītmateriālu, kas sagatavots, pievienojot silīcija karbīda daļiņas alumīnija sakausējuma pulverim, ir ievērojami uzlabojusies izturība un cietība, vienlaikus saglabājot zemā alumīnija sakausējuma blīvuma īpašības.
