Metalurgi serbuk, sebagai penyediaan bahan canggih dan teknologi pembentukan yang kedua -dua kuno dan dinamik, berasal dari teknologi penyediaan seramik purba dan teknologi peleburan besi. Sehingga tahun 1909, kedatangan tungsten mulur oleh metalurgi serbuk menandakan kedatangan era metalurgi serbuk moden. Sepanjang 100 tahun yang lalu, teknologi metalurgi serbuk telah berkembang, dan pelbagai bahan baru dan produk utama yang penting terus muncul, menjadi salah satu teknologi kejuruteraan penting yang sangat diperlukan untuk ekonomi negara dan sains negara hari ini. Ciri dan kelebihan metalurgi serbuk
Metalurgi serbuk adalah teknologi yang menggunakan serbuk logam (atau campuran serbuk logam dan bukan logam) sebagai bahan mentah untuk mengeluarkan bahan logam, bahan komposit dan pelbagai jenis produk melalui proses seperti pengacuan dan sintering.
Berbanding dengan proses peleburan dan pemutus tradisional, metalurgi serbuk mempunyai banyak kelebihan. Di satu pihak, ia secara berkesan dapat mengelakkan pengasingan komponen yang mungkin semasa proses peleburan, memastikan keseragaman komposisi bahan, dan dengan itu memperoleh prestasi yang lebih stabil dan cemerlang. Sebaliknya, metalurgi serbuk dapat mencapai pembentukan dekat, sangat mengurangkan prosedur pemprosesan berikutnya dan sisa bahan. Mengikut statistik yang berkaitan, kadar penggunaan bahan bahagian yang dihasilkan oleh metalurgi serbuk boleh mencapai lebih daripada 90%, manakala kadar penggunaan bahan pemprosesan mekanikal tradisional biasanya hanya 30%-50%, yang bukan sahaja mengurangkan kos pengeluaran, tetapi juga meningkatkan kecekapan pengeluaran, yang selaras dengan konsep pembangunan hijau dan alam sekitar dalam pembuatan moden dan persekitaran moden dalam pembuatan moden dan persekitaran moden dalam pembuatan moden dan persekitaran moden. Di samping itu, dengan menyesuaikan komposisi serbuk, saiz zarah dan proses penyediaan, sifat bahan boleh dikawal dengan tepat untuk memenuhi keperluan bidang yang berbeza untuk sifat bahan khas, seperti kekuatan tinggi, kekerasan tinggi, rintangan suhu tinggi, rintangan kakisan, dll.
Proses utama proses metalurgi serbuk
(I) Penyediaan serbuk
Kaedah penghancuran mekanikal: Daya mekanikal digunakan untuk menghancurkan logam blok atau aloi ke dalam serbuk. Peralatan ini mudah, kosnya rendah, dan outputnya besar, tetapi bentuk serbuk tidak teratur, pengedaran saiz zarah adalah luas, dan kekotoran mudah diperkenalkan.
Kaedah atomisasi: Cecair logam cair disembur ke dalam titisan kecil dengan gas tekanan tinggi (nitrogen, argon) atau aliran air berkelajuan tinggi, dan disejukkan dan dikuatkan ke dalam serbuk. Kaedah atomisasi gas mempunyai sphericity yang tinggi dan ketidakstabilan yang baik, yang sesuai untuk membuat bahagian berprestasi tinggi; Kaedah atomisasi air mempunyai kos rendah dan kecekapan yang tinggi, dan bentuk serbuk tidak teratur. Ia sering digunakan untuk serbuk keluli biasa dan produk dengan keperluan prestasi yang rendah.
Kaedah pengurangan: Gunakan ejen pengurangan seperti hidrogen dan karbon monoksida untuk mengurangkan oksida logam ke dalam serbuk dengan kesucian yang tinggi, aktiviti tinggi, aktiviti sintering yang tinggi, dan penyebaran suhu rendah. Walau bagaimanapun, pengeluaran memerlukan suhu yang tinggi dan suasana tertentu, dan pelaburan peralatan adalah besar dan kosnya tinggi.
Kaedah Elektrolisis: Penyelesaian garam logam elektrolisis atau garam cair untuk mendakan ion logam ke dalam serbuk di katod. Serbuk sangat tulen, halus dan seragam dalam saiz zarah. Mereka sesuai untuk bidang dengan keperluan yang tinggi untuk saiz kesucian dan zarah, seperti bahan elektronik, tetapi mereka mempunyai kecekapan pengeluaran yang rendah, penggunaan tenaga yang tinggi dan kos yang tinggi.
(Ii) pengacuan
Pencetakan mampatan: Letakkan serbuk logam pretreated ke dalam acuan dan tekan ke dalam bentuk. Langkah -langkah termasuk pengisian serbuk, menekan dan demolding. Ia sesuai untuk produk dengan bentuk mudah dan keperluan ketepatan yang tinggi, seperti gear. Kelebihannya adalah peralatan mudah, kecekapan tinggi, kos rendah, dan pengeluaran berskala besar; Kelemahannya adalah sukar untuk mereka bentuk dan mengeluarkan acuan untuk produk yang kompleks, dan sukar untuk memastikan ketumpatan seragam.
Menekan isostatik: Gunakan cecair untuk menghantar tekanan secara seragam, dan letakkan serbuk ke dalam acuan elastik dan tekannya ke dalam bekas tekanan tinggi. Tekan isostatik sejuk dijalankan pada suhu bilik dan sesuai untuk produk dengan bentuk kompleks dan keperluan ketumpatan tinggi; Tekan isostatik panas menggunakan suhu tinggi dan tekanan tinggi pada masa yang sama dan digunakan untuk bahan aeroangkasa berprestasi tinggi, dan lain-lain. Kelebihannya ialah produk mempunyai ketumpatan seragam di semua arah dan sesuai untuk produk yang besar dan kompleks; Kelemahannya ialah peralatannya mahal, kitarannya panjang, dan kosnya tinggi.
Pencetakan suntikan: Campurkan serbuk logam dan pengikat ke dalam bahan suntikan, dan gunakan mesin suntikan untuk menyuntiknya ke dalam rongga acuan untuk mencetak. Ia sesuai untuk pembuatan bahagian kecil kompleks ketepatan tinggi, seperti komponen elektronik. Kelebihannya adalah kecekapan dan ketepatan pencetakan yang tinggi, dan ia sesuai untuk pengeluaran berskala besar; Kelemahannya ialah pemilihan dan penyingkiran pengikat adalah sukar, dan pengendalian yang tidak wajar mempengaruhi prestasi produk.
(Iii) Sintering
Sintering konvensional: Panaskan badan yang dibentuk pada suhu dan atmosfera yang sesuai (hidrogen, nitrogen, vakum, dan lain -lain) untuk menggabungkan zarah serbuk dan meningkatkan ketumpatan dan kekuatan. Suasana hidrogen menghilangkan kekotoran, nitrogen menghalang pengoksidaan, dan vakum sesuai untuk bahan dengan keperluan kandungan oksigen yang tinggi.
Sintering menekan panas: Tekanan digunakan semasa sintering, dan ia dijalankan dalam peralatan khas. Acuan diperbuat daripada bahan seperti grafit. Ia dapat mengurangkan suhu sintering, memendekkan masa, dan mendapatkan produk dengan ketumpatan dan prestasi yang lebih tinggi. Ia sering digunakan dalam penyediaan seramik berprestasi tinggi dan bahan lain.
Spark Plasma Sintering (SPS): Pemanasan dan sintering pesat dengan menghasilkan plasma pelepasan dan haba joule melalui arus nadi. Ia boleh menghilangkan kekotoran pada permukaan zarah, mengaktifkan permukaan, memanaskan dengan cepat (100-1000 darjah /min), mengambil masa yang singkat (beberapa minit hingga puluhan minit), dan menghalang pertumbuhan bijirin. Ia digunakan untuk menyediakan nanomaterials, dll.
Bidang aplikasi teknologi metalurgi serbuk
(I) bidang aeroangkasa
Aeroangkasa mempunyai keperluan yang ketat terhadap prestasi material, dan teknologi metalurgi serbuk hanya memenuhi keperluan. Serbuk aloi suhu tinggi metalurgi digunakan untuk mengeluarkan komponen utama seperti cakera turbin enjin pesawat dan bilah. Sebagai contoh, cakera turbin enjin F119 Pratt & Whitney di Amerika Syarikat menggunakan aloi suhu tinggi berasaskan nikel serbuk untuk meningkatkan prestasi dan kebolehpercayaan enjin. Serbuk aloi titanium metalurgi digunakan untuk mengeluarkan balok sayap pesawat, bingkai pesawat dan bahagian struktur lain dengan ketumpatan rendah, kekuatan tinggi dan rintangan kakisan, mengurangkan berat pesawat dan meningkatkan kecekapan bahan api dan prestasi penerbangan.
(Ii) medan pembuatan kereta
Bahagian metalurgi serbuk digunakan secara meluas dalam enjin kereta, transmisi, dan sistem brek. Cincin tempat duduk injap, tiub panduan, dan cincin omboh dalam enjin diperbuat daripada aloi berasaskan tembaga atau berasaskan besi, yang dapat menahan suhu tinggi dan tekanan tinggi, dan meningkatkan prestasi dan kehidupan enjin; Hab gear dan penyegerakan penghantaran adalah ketepatan yang tinggi dan kekuatan yang baik, menjadikan gear beralih lancar dan meningkatkan kecekapan penghantaran; Pad brek dan cakera brek sistem brek ditambah dengan bahan geseran khas, yang mempunyai geseran yang baik dan rintangan memakai untuk memastikan keselamatan brek.
(Iii) bidang maklumat elektronik
Oleh kerana peralatan elektronik berkembang ke arah teknologi kecil, ringan, dan tinggi, teknologi metalurgi serbuk lebih banyak digunakan. Bahan metalurgi serbuk magnet lembut digunakan untuk mengeluarkan komponen elektronik seperti transformer dan induktor; Bahan-bahan komposit berasaskan logam serbuk seperti tembaga-tungsten dan tembaga-molybdenum digunakan untuk substrat pelesapan haba dan cangkang pembungkusan peranti elektronik berkuasa tinggi; Bahan hubungan metalurgi serbuk digunakan untuk suis elektrik dan geganti untuk memastikan penukaran litar yang selamat.
Iron-Silicon-Nickel Magnet Powder Core (KNF)
(Iv) bidang pembuatan mekanikal
Teknologi metalurgi serbuk digunakan untuk mengeluarkan bahagian mekanikal seperti gear dan galas. Gear metalurgi serbuk mempunyai ketepatan yang tinggi, penghantaran lancar dan kadar penggunaan bahan yang tinggi; Galas metalurgi serbuk adalah pelinciran diri dan tahan haus, sesuai untuk kelajuan rendah, beban berat dan rendah. Di bawah keadaan kerja khas, galas yang mengandungi minyak dapat mengekalkan prestasi yang baik dan meningkatkan kebolehpercayaan peralatan dan hayat perkhidmatan.
(V) medan peranti perubatan
Dari segi implan, aloi titanium metalurgi serbuk digunakan untuk mengeluarkan sendi buatan, dan lain -lain. Struktur berliang mereka dapat menggalakkan pertumbuhan sel tulang dan mengurangkan risiko implan melonggarkan. Instrumen pembedahan diperbuat daripada keluli berkelajuan tinggi metalurgi dan keluli tahan karat, yang mempunyai kekerasan yang lebih tinggi, rintangan haus dan rintangan kakisan, dan juga boleh mengeluarkan instrumen berbentuk kompleks. Antara bahan pergigian, gigi palsu mempunyai kekuatan, ketangguhan dan estetika yang baik. Implan pergigian menggunakan serbuk metalurgi titanium atau aloi titanium, yang dapat meningkatkan kadar kejayaan implan. Kurungan ortodontik menggunakan serbuk metalurgi keluli tahan karat atau aloi nikel-titanium, yang boleh digunakan dengan tepat.
(Vi) medan tenaga baru
Dari segi bateri lithium-ion, bahan elektrod positif seperti lithium besi fosfat dan bahan ternary yang disediakan oleh teknologi metalurgi serbuk dapat meningkatkan ketumpatan tenaga bateri dan mengecas dan menunaikan kecekapan. Dalam bidang sel bahan bakar, plat bipolar logam dan pembawa pemangkin dengan kawasan permukaan spesifik yang tinggi yang dihasilkan oleh proses metalurgi serbuk telah meningkatkan prestasi sel bahan api dan mengurangkan kos. Dalam penjanaan kuasa angin, kotak gear, galas dan bahagian lain yang dihasilkan oleh metalurgi serbuk dapat mengekalkan prestasi yang stabil dalam persekitaran yang keras dan memperluaskan hayat perkhidmatan peralatan.
Kemajuan dalam Teknologi Metalurgi Serbuk
(I) Fusion pembuatan aditif logam (percetakan 3D) dan metalurgi serbuk
Teknologi pembuatan aditif logam telah berkembang pesat dalam beberapa tahun kebelakangan ini. Gabungannya dengan metalurgi serbuk telah membawa terobosan baru dalam pembuatan bahagian kompleks. Melalui teknologi percetakan 3D, serbuk logam boleh disusun secara langsung lapisan oleh lapisan untuk menghasilkan bahagian -bahagian dengan struktur dalaman yang kompleks dan reka bentuk yang diperibadikan. Teknologi ini bukan sahaja mengurangkan prosedur sisa dan pemprosesan bahan, tetapi juga menyedari pembuatan bahagian -bahagian yang sukar dikeluarkan oleh kaedah pemprosesan tradisional, seperti bilah kompleks enjin pesawat.
(Ii) Teknologi Metalurgi Nanopowder
Dengan perkembangan nanoteknologi, teknologi metalurgi nanopowder telah muncul. Serbuk logam skala nano mempunyai ciri-ciri kawasan permukaan khusus yang besar, aktiviti yang tinggi, dan daya penggerak sintering yang besar, dan boleh menyediakan bahan-bahan nanostructured dengan sifat mekanikal yang sangat baik, sifat elektrik dan sifat magnet. Pada masa ini, teknologi metalurgi serbuk Nano telah membuat kemajuan yang ketara dalam penyediaan bahan magnet berprestasi tinggi, bahan superconducting dan aloi kekuatan tinggi.
Xi'an University of Technology, gambarajah skematik proses menyediakan serbuk komposit nano ti-tibw sfera
(Iii) inovasi bahan komposit metalurgi serbuk
Dengan menambahkan pelbagai fasa pengukuhan (seperti zarah seramik, serat, dan lain -lain) kepada serbuk logam, bahan komposit metalurgi serbuk dengan prestasi yang sangat baik disediakan. Bahan -bahan komposit ini menggabungkan kelebihan logam dan fasa pengukuhan, dan mempunyai ciri -ciri kekuatan tinggi, kekerasan yang tinggi, rintangan haus yang baik, rintangan suhu tinggi, dan lain -lain, dan digunakan secara meluas dalam aeroangkasa, pembuatan kereta, kejuruteraan mekanikal dan bidang lain. Sebagai contoh, bahan komposit berasaskan aluminium yang disediakan dengan menambahkan zarah karbida silikon ke serbuk aloi aluminium mempunyai kekuatan dan kekerasan yang ketara, sambil mengekalkan ciri-ciri kepadatan rendah aloi aluminium.
