Metalurgia proszków to ważna technologia przygotowania materiałów, która wykorzystuje proszek metalu (lub mieszaninę proszku metalu i proszku niemetalu) jako surowiec do produkcji materiałów metalowych, materiałów kompozytowych i różnego rodzaju produktów w procesach takich jak formowanie i spiekanie. Poniżej znajduje się szczegółowe wprowadzenie do metalurgii proszków:
I. Definicja i zasada
Metalurgia proszków to produkcja proszków metali lub proszków metali jako surowców, poprzez formowanie i spiekanie, wytwarzanie materiałów metalowych, materiałów kompozytowych i różnego rodzaju technologii przetwarzania produktów. Podstawowy proces obejmuje przygotowanie proszku, formowanie proszku, spiekanie i późniejszą obróbkę. Technologia ta wywodzi się ze starożytnej technologii metalurgicznej, jednak rozwój nowoczesnej technologii metalurgii proszków rozpoczął się na początku XX wieku i stopniowo stała się ważną gałęzią inżynierii materiałowej i technologii inżynierskiej.
II. Technologia przygotowania proszku
Przygotowanie proszku jest pierwszym etapem metalurgii proszków i istnieją różne metody, w tym:
Metoda mielenia kulowego: metal lub związki metali do młyna kulowego, poprzez uderzenie kuli i efekt mielenia, aby rozdrobnić go na drobny proszek.
Metoda kruszenia: materiały stałe kruszy się na proszek poprzez uderzenie mechaniczne, ścinanie lub tarcie, dotyczy to proszkowania materiałów kruchych.
Metoda atomizacji: Roztopiony metal jest natryskiwany przez szybki przepływ powietrza lub strumień cieczy w celu jego ochłodzenia i zestalenia w drobny proszek metalowy, który charakteryzuje się drobnymi cząstkami i wysoką czystością.
Metoda redukcji: użycie wodoru lub tlenku węgla do redukcji tlenków metali w celu uzyskania proszku metalicznego, na przykład do przygotowania proszków żelaza, miedzi, wolframu i innych metali.
Metoda redukcji chemicznej: związki metali są redukowane do proszków metali w drodze reakcji chemicznych, powszechnie stosowanych do wytwarzania ultradrobnych proszków metali i proszków o wysokiej czystości.
Metoda rozkładu termicznego: zastosowanie wysokotemperaturowego rozkładu związków metali lub związków organicznych metali w celu wytworzenia proszków metali, mająca zastosowanie do wytwarzania aktywnych proszków metali.
III. technologia formowania proszku
Formowanie proszkowe to proces formowania przygotowanego proszku w półfabrykaty o wymaganym kształcie za pomocą określonych środków technologicznych.
Tłoczenie na zimno: zastosuj wysoki nacisk na proszek w temperaturze pokojowej, aby utworzyć półfabrykat o określonej wytrzymałości i gęstości. Proces tłoczenia na zimno jest prosty, tani i odpowiedni do masowej produkcji.
Prasowanie na gorąco: Proszek w stanie nagrzanym należy docisnąć tak, aby został ukształtowany i częściowo spiekany. Prasowanie na gorąco może poprawić gęstość i wytrzymałość półwyrobu, nadającego się do przygotowania materiałów o wysokiej wydajności.
Formowanie wtryskowe: Proszek miesza się ze spoiwem w celu wytworzenia płynnej zawiesiny, którą następnie wtryskuje się do formy w celu uformowania. Formowanie wtryskowe nadaje się do wytwarzania części o skomplikowanych kształtach i drobnych strukturach.
Prasowanie izostatyczne: Proszek umieszcza się w elastycznej formie, a ciecz lub gaz stosuje się do wywarcia ciśnienia izostatycznego na formę w celu równomiernego i gęstego uformowania proszku. Prasowanie izostatyczne nadaje się do przygotowania części o dużych rozmiarach i dużej jednorodności.
Druk 3D: zastosowanie technologii druku 3D do tworzenia warstwy proszku warstwa po warstwie i tworzenia spajeń, odpowiedniej do wytwarzania złożonych struktur i spersonalizowanych części projektowych.
IV. Technologia spiekania
Spiekanie to jeden z kluczowych etapów metalurgii proszków, polegający na obróbce w wysokiej temperaturze, w wyniku której cząstki proszku łączą się ze sobą poprzez dyfuzję, rekrystalizację i reakcje chemiczne, tworząc gęsty materiał. Podczas procesu spiekania temperatura, czas i atmosfera spiekania mają istotny wpływ na końcowe właściwości materiału. Odpowiednia temperatura i czas spiekania może poprawić gęstość i wytrzymałość materiału, ale zbyt wysoka temperatura i zbyt długi czas mogą prowadzić do wzrostu ziaren, kruchości materiału i innych problemów.
1. spiekanie w fazie stałej: temperatura spiekania jest niższa niż temperatura topnienia składników bryły proszkowej, zwykle wynosząca 0,7 do 0,8-krotność bezwzględnej temperatury topnienia (Tm, w K.). Ta metoda spiekania polega na wzajemnym przepływie cząstek proszku, dyfuzji i innych procesach fizykochemicznych, dzięki czemu korpus proszku ulega dalszemu zagęszczeniu, eliminując część lub wszystkie pory.
2. Spiekanie w fazie ciekłej: Jeżeli w brykiecie proszkowym znajduje się więcej niż dwa składniki, proces spiekania można prowadzić powyżej temperatury topnienia składnika, co skutkuje niewielką ilością fazy ciekłej w brykiecie proszkowym podczas procesu spiekania. Pojawienie się fazy ciekłej pomaga przyspieszyć proces przenoszenia masy pomiędzy cząsteczkami proszku i sprzyja zagęszczeniu spiekanej bryły.
3. spiekanie ciśnieniowe (prasowanie na gorąco): w procesie spiekania korpus proszku wywiera nacisk, aby przyspieszyć proces zagęszczania. Prasowanie na gorąco to połączenie formowania proszku i spiekania, czyli procesu bezpośredniego otrzymywania produktów. Metoda ta pozwala znacząco poprawić gęstość i wytrzymałość spiekanego korpusu.
4. spiekanie aktywacyjne: w procesie spiekania należy podjąć pewne środki fizyczne lub chemiczne, takie jak dodanie aktywatorów, zmienić atmosferę spiekania itp., aby obniżyć temperaturę spiekania, skrócić czas spiekania i poprawić wydajność spiekania spiekany korpus.
5. Spiekanie iskrą elektryczną: proszek w procesie formowania i prasowania metodą spiekania elektrycznego prądem stałym i impulsowym, tak że cząstki proszku powstają pomiędzy łukiem w celu spiekania. Podczas procesu spiekania na obrabiany przedmiot stopniowo wywierany jest nacisk, łącząc dwa procesy formowania i spiekania. Metoda ta jest odpowiednia do wytwarzania produktów metalurgii proszków o dużej gęstości i wysokiej wydajności.
6. penetracja stapiania (infiltracja): w celu poprawy wytrzymałości i innych właściwości porowatego półwyrobu, w wysokich temperaturach nastąpi kontakt z porowatym półwyrobem i ciekłym metalem lub stopem, który może zwilżyć jego stałą powierzchnię. Dzięki siłom kapilarnym ciekły metal wypełnia pory w półfabrykacie. Proces ten jest odpowiedni do wytwarzania wolframu, srebra, wolframu, miedzi, żelaza i miedzi oraz innych materiałów lub produktów stopowych.
V. Zalety i zastosowania
Technologia metalurgii proszków ma wiele zalet, takich jak duża elastyczność projektowania, wysokie wykorzystanie surowca, dobra jednorodność mikrostruktury i możliwość przygotowania materiałów stopowych. Ma szeroki zakres zastosowań, w tym w przemyśle motoryzacyjnym, lotniczym, urządzeniach medycznych, komponentach elektronicznych i tak dalej. Technologia metalurgii proszków ma znaczące zalety w wytwarzaniu skomplikowanych kształtów i materiałów o wysokiej wydajności. Na przykład części samochodowe wykonane metodą metalurgii proszków stały się jednym z największych rynków dla chińskiego przemysłu metalurgii proszków, gdzie około 50% części samochodowych to części wykonane w wyniku metalurgii proszków. Ponadto technologię metalurgii proszków wykorzystuje się także do produkcji części do ciężkiej broni, takiej jak pociski przeciwpancerne i torpedy, a także wysokiej jakości części konstrukcyjnych.
Wady
Chociaż technologia metalurgii proszków ma wiele zalet, istnieją również pewne wady. Na przykład wytrzymałość i ciągliwość produktów metalurgii proszków jest stosunkowo słaba ze względu na istnienie porów wewnątrz kęsa wykonanego z prasowanego proszku; metalurgia proszków nie może być przetworzona na produkty na dużą skalę ze względu na jej kształt i rozmiar wynikający z ograniczeń płynności w postaci proszków metali; formowanie tłoczne jest droższe i nadaje się do stosowania jedynie w produkcji masowej.
Podsumowując, metalurgia proszków jest ważną technologią przygotowania materiałów o szerokich perspektywach zastosowań i znaczących zaletach. Wraz z ciągłym postępem i rozwojem nauki i technologii, technologia metalurgii proszków będzie również nadal udoskonalana i wprowadzana w innowacje oraz w większym stopniu przyczyniać się do rozwoju dziedziny inżynierii materiałowej i technologii inżynieryjnej.