La metal·lúrgia en pols, com a tecnologia de preparació i formació de material avançat antic i dinàmic, es va originar en l’antiga tecnologia de preparació de ceràmica i la tecnologia de fabricació de ferro, fins al 1909, l’arribada del tungstè dúctil metal·lúrgic en pols va marcar l’arribada de l’època moderna de la metal·lúrgia en pols. Durant més de cent anys, la tecnologia de metal·lúrgia en pols s’ha desenvolupat vigorosament, i han sorgit una gran varietat de nous materials i productes clau importants, convertint -se en una de les indispensables tecnologies d’enginyeria importants en l’economia nacional i la ciència i la tecnologia.
Característiques i avantatges de la metal·lúrgia en pols
La metal·lúrgia en pols és una tecnologia que utilitza pols metàl·lic (o una barreja de metall i pols no metall) per fabricar materials metàl·lics, materials compostos i diversos tipus de productes mitjançant processos de modelat i sinterització com a matèries primeres.
En comparació amb el tradicional procés de fosa i fosa, la metal·lúrgia en pols té molts avantatges. D'una banda, pot evitar eficaçment la possible segregació de components en el procés de fosa i assegurar la composició de material uniforme, per obtenir un rendiment més estable i excel·lent. D'altra banda, la metal·lúrgia en pols pot aconseguir una formació gairebé net, reduir considerablement el procés de processament posterior i els residus de materials. Segons les estadístiques de dades rellevants, la taxa d’utilització de materials de les parts fabricades pel procés de metal·lúrgia en pols pot arribar a més del 90%, mentre que la taxa d’utilització del material del mètode de mecanitzat tradicional sol ser només un 30%-50%, cosa que no només redueix el cost de producció, sinó que també millora l’eficiència de producció i s’ajusta al concepte de desenvolupament verd de la indústria de la fabricació moderna. A més, mitjançant l’ajust de la composició de pols, la mida de les partícules i el procés de preparació, es pot realitzar la regulació precisa de les propietats del material per satisfer les necessitats de diferents camps per a les propietats especials del material, com ara la resistència alta, la duresa alta, la resistència a la temperatura alta, la resistència a la corrosió, etc.
Procés principal del procés de metal·lúrgia en pols
(I) Preparació de pols
Mètode de trituració mecànica: confia en la força mecànica per bloquejar el metall o l’aliatge dividit en pols, equips simples, baix cost, gran rendiment, però la forma de pols és irregular, distribució de mida de partícula ampla, fàcil d’introduir impureses.
Mètode d’abulització: el líquid metàl·lic fos amb gas d’alta pressió (nitrogen, argó) o un flux d’aigua d’alta velocitat a les gotes petites, refredades i solidificades en pols. La pols d’atomització de gas té una forma esfèrica elevada, una bona fluïdesa, adequada per a parts d’alt rendiment; Mètode d’atomització d’aigua amb una forma de pols de baix cost, alta eficiència, irregular en pols, que s’utilitza sovint en pols d’acer ordinari i productes amb requisits de baix rendiment.
Mètode de reducció: utilitzant hidrogen, monòxid de carboni i altres agents reductors per reduir l’òxid metàl·lic a la pols, alta puresa, alta activitat, alta activitat de sinterització, compactació de baixa temperatura, però la producció necessita una temperatura elevada i una atmosfera específica, equips grans, un cost elevat.
Mètode d’electròlisi: Solució de sal metàl·lica d’electròlisi o sal fos, de manera que els ions metàl·lics del càtode precipitació en pols, alta puresa, fins i uniformes, adequades per al camp d’alta puresa i requisits de mida de partícules, com ara materials electrònics, però una baixa eficiència de producció, consum energètic elevat, elevat cost.
(2) Formació
Motching: Poseu el pretractament en pols metàl·lic al motlle, modelat de compactació a la pressió, passos que inclouen pols, premsat, alliberament, adequats per a una forma senzilla, requisits d’alta precisió de productes, com ara l’engranatge. Els avantatges són equips simples, alta eficiència, baix cost, producció massiva; Els productes complexos són difícils de dissenyar i fabricar, uniformitat de densitat.
Emmotllament de pressió isostàtica: l’ús de la transmissió de pressió uniforme líquida, el motlle elàstic carregat en pols va posar un modelat de pressió al vas d’alta pressió. La pressió isostàtica freda a temperatura ambient és adequada per a productes amb forma complexa i requisits d’alta densitat; La pressió isostàtica tèrmica actua a alta temperatura i alta pressió simultàniament per a materials aeroespacials d’alt rendiment. L’avantatge és que la densitat del producte és uniforme, adequada per a productes complexos grans; L’equip és car, cicle llarg i elevat cost.
Motlle d’injecció: barrejant pols de metall i adhesiu en material d’injecció i màquina d’injecció a la cavitat del motlle, és adequat per fabricar peces petites complexes d’alta precisió com ara components electrònics. Els avantatges són una alta eficiència i precisió de modelat, adequats per a la producció massiva; La selecció i l’eliminació de l’adhesiu són difícils i el tractament inadequat afecta el rendiment dels productes.
(3) facturació
Sinteig convencional: escalfeu la factura a la temperatura i l’atmosfera adequades (hidrogen, nitrogen, buit, etc.) per combinar les partícules de pols i millorar la densitat i la força. L’atmosfera d’hidrogen per eliminar les impureses, l’oxidació de nitrogen, el buit és adequat per a requisits elevats de contingut d’oxigen.
Pressió calenta sinterització: pressió de sinterització, en els equips especials, motlle amb grafit i altres materials. Els productes que poden reduir la temperatura de sinterització, escurçar el temps i obtenir una densitat i un rendiment més elevades s’utilitzen sovint en la preparació de ceràmiques d’alt rendiment i altres materials.
Descàrrega de sinterització de plasma (SPS): Genereu el plasma de descàrrega i la calor de la calor ràpida escalfada pel corrent de pols. Pot eliminar les impureses a la superfície de les partícules, activar la superfície, escalfar-se ràpidament (100-1000 graus / min), temps curt (uns minuts a pocs minuts), pot inhibir el creixement del gra i s’utilitza per preparar nanomaterials.
Camp d’aplicació de la tecnologia de metal·lúrgia en pols
(1) camp aeroespacial
Aeroespace té requisits estrictes sobre el rendiment del material i la tecnologia de metal·lúrgia en pols només compleix els requisits. Superalloy de la metal·lúrgia en pols s’utilitza per fabricar components clau com ara discos i fulles de turbina, com el disc de la turbina del motor F119 de Pucompany, i s’utilitza el Superalloy basat en níquel de metal·lúrgia en pols per millorar el rendiment del motor i la fiabilitat. Amb baixa densitat, alta resistència i resistència a la corrosió, s’utilitza aliatge de titani de metal·lúrgia en pols per fabricar peces estructurals com la biga d’ala d’avions i el marc del fuselatge per reduir el pes de l’avió i millorar l’eficiència del combustible i el rendiment del vol.
(2) Camp de fabricació d'automòbils
Les peces de metal·lúrgia en pols s’utilitzen àmpliament en els sistemes de transmissió i frenada automobilístics. L’anell de la vàlvula, el catèter i l’anell de pistó del motor estan fets de base de coure o aliatge base de ferro, que poden suportar alta temperatura i alta pressió i millorar el rendiment i la vida del motor; L’engranatge de transmissió i el sincronitzador tenen una gran precisió i una bona resistència, fan que l’engranatge es desplaci més suaument i millori l’eficiència del fre, amb una bona fricció i resistència al desgast i la seguretat del fre.
(3) El camp de la informació electrònica
Amb el desenvolupament d’equips electrònics a petites, lleugeres i d’alt rendiment, la tecnologia de metal·lúrgia en pols s’utilitza més àmpliament. Els materials de metal·lúrgia en pols suaus s’utilitzen per fabricar components electrònics com transformadors i inductors; Els compostos de la matriu metàl·lica de metal·lúrgia en pols com el coure-tagsten i el molibdè de coure s'utilitzen per a la dissipació de calor i la carcassa d'envasos de dispositius electrònics d'alta potència; Els materials de contacte de metal·lúrgia en pols s’utilitzen per a interruptors elèctrics i relés per assegurar l’obertura i la ruptura de circuits segurs.
Fe-Silicon-níquel Nucli de pols magnètic (KNF)
(4) Camp de fabricació mecànica
La tecnologia de metal·lúrgia en pols s’utilitza per fabricar engranatges, coixinets i altres peces mecàniques. L’engranatge de metal·lúrgia en pols té una gran precisió, transmissió suau i elevada taxa d’ús de materials; El rodament de la metal·lúrgia en pols és auto-lubricació i resistent al desgast, adequat per a baixa velocitat, càrrega pesada i baix soroll. En condicions de treball especials, el suport de petroli pot mantenir un bon rendiment i millorar la fiabilitat i la vida útil dels equips.
(5) Camp de dispositius mèdics
En termes d’implants, l’aliatge de titani de la metal·lúrgia en pols s’utilitza per fer articulacions artificials, etc., la estructura porosa de la qual pot afavorir el creixement de les cèl·lules òssies i reduir el risc d’implantar -se. Els instruments quirúrgics estan elaborats amb acer d’alta velocitat i acer inoxidable de metal·lúrgia en pols, amb major duresa, resistència al desgast i resistència a la corrosió, i també poden fer dispositius de forma complexes. En materials dentals, les pròtesis tenen una bona força, resistència i estètica. Els implants dentals utilitzen titani de metal·lúrgia en pols o aliatge de titani, que poden millorar la taxa d’èxit de l’implant. El suport ortodòncic utilitza acer inoxidable de metal·lúrgia en pols o aliatge de níquel-titani, que pot aplicar amb precisió la força.
(6) Nou sector energètic
En termes de bateries d’ions de liti, materials càtodes com el fosfat de ferro de liti i els materials ternaris preparats per la tecnologia de metal·lúrgia en pols poden millorar la densitat d’energia i l’eficiència de càrrega i descàrrega de les bateries. En el camp de les piles de combustible, les plaques bipolars metàl·liques fabricades per processos de metal·lúrgia en pols i transportistes catalitzadors amb una superfície alta específica poden millorar el rendiment de les palles de combustible i reduir els costos. A la generació d’energia eòlica, les caixes d’engranatges, els coixinets i altres parts fabricades per la metal·lúrgia en pols poden mantenir el rendiment estable en l’entorn dur i allargar la vida útil de l’equip.
Progrés en la tecnologia de metal·lúrgia en pols
(1) Fusió de fabricació additiva metàl·lica (impressió 3D) i metal·lúrgia en pols
La tecnologia de fabricació d’additius metàl·lics s’ha desenvolupat ràpidament en els darrers anys i la seva combinació amb la metal·lúrgia en pols ha aportat un nou avenç per a la fabricació de peces complexes. Mitjançant la tecnologia d’impressió 3D, la pols metàl·lica es pot acumular directament i formar capa per capa per produir peces amb una estructura interna complexa i un disseny personalitzat. Aquesta tecnologia no només redueix els processos de residus i processament de materials, sinó que també permet la fabricació de peces difícils de fabricar, com ara fulles complexes de motors aero.
(2) tecnologia de metal·lúrgia de nano-power
Amb el desenvolupament de la nanotecnologia, ha sorgit la tecnologia de metal·lúrgia de nano-power. La pols de metall nanoescala té les característiques de la gran superfície específica, la gran activitat, la gran força de sinterització i pot preparar materials nanoestructurats amb excel·lents propietats mecàniques, elèctriques i magnètiques. Actualment, la tecnologia de metal·lúrgia de Nano-Powder ha avançat notables en la preparació de materials magnètics d’alt rendiment, materials superconductors i aliatges d’alta resistència.
(3) Innovació de composites de metal·lúrgia en pols
Afegint diverses fases millorades (com ara partícules de ceràmica, fibres, etc.) a la pols metàl·lica, es prepara el material compost metal·lúrgic en pols amb un excel·lent rendiment. Aquests materials compostos combinen els avantatges del metall i de la fase millorada, tenen les característiques d’alta resistència, alta duresa, bona resistència al desgast, alta temperatura i altra resistència i s’utilitzen àmpliament en aeroespacial, fabricació d’automòbils, enginyeria mecànica i altres camps. Per exemple, el material compost de matriu d’alumini preparat per l’addició de partícules de carbur de silici a l’aliatge d’alumini en pols millora significativament la força i la duresa, mantenint les característiques de baixa densitat de l’aliatge d’alumini.
De cara a endavant, amb el progrés continu de la ciència i la tecnologia, es preveu que la tecnologia de metal·lúrgia en pols aconsegueixi avenços en camps més emergents i la integració amb altres tecnologies d’avantguarda s’aprofundirà. En els camps de la fabricació intel·ligent, els materials quàntics i l’enginyeria biomèdica, la tecnologia de metal·lúrgia en pols té el potencial de crear materials i components més d’alt rendiment i multi-funcionals, proporcionant solucions innovadores a reptes globals, com ara la crisi energètica, la protecció ambiental i la salut humana. Es pot predir que la tecnologia de metal·lúrgia en pols tindrà un paper més important en el futur desenvolupament industrial i en el progrés social.
