La metallurgia delle polveri, in quanto antica e dinamica tecnologia avanzata di materiale e formazione, originata dall'antica tecnologia di preparazione ceramica e tecnologia di produzione di ferro, fino al 1909, l'avvento del tungstere duttile della metallurgia in polvere segnò l'avvento dell'era della metallurgia della polvere moderna. Per più di cento anni, la tecnologia della metallurgia delle polveri si è sviluppata vigorosamente e una varietà di nuovi importanti materiali e prodotti chiave sono emersi continuamente, diventando una delle indispensabili importanti tecnologie di ingegneria nell'economia nazionale, nella scienza e nella tecnologia.

Caratteristiche e vantaggi della metallurgia delle polveri

La metallurgia della polvere è una tecnologia che utilizza polvere di metallo (o una miscela di metallo e polvere non metallo) per produrre materiali in metallo, materiali compositi e vari tipi di prodotti mediante processi di modanatura e sinterizzazione come materia prima.

Rispetto al tradizionale processo di fusione e fusione, la metallurgia delle polveri presenta molti vantaggi. Da un lato, può effettivamente evitare la possibile segregazione dei componenti nel processo di fusione e garantire la composizione del materiale uniforme, in modo da ottenere prestazioni più stabili ed eccellenti. D'altra parte, la metallurgia delle polveri può ottenere una formazione vicina, ridurre notevolmente il successivo processo di elaborazione e i rifiuti di materiale. Secondo le statistiche sui dati pertinenti, il tasso di utilizzo del materiale delle parti prodotte dal processo di metallurgia delle polveri può raggiungere oltre il 90%, mentre il tasso di utilizzo del materiale del metodo di lavorazione tradizionale è generalmente solo del 30%-50%, che non solo riduce i costi di produzione, ma migliora anche l'efficienza di produzione e si adattano al concetto di sviluppo verde di industria manifatturiera moderna. Inoltre, regolando la composizione della polvere, la dimensione delle particelle e il processo di preparazione, è possibile realizzare la regolazione precisa delle proprietà del materiale per soddisfare le esigenze di diversi campi per le proprietà speciali del materiale, come alta resistenza, alta durezza, resistenza ad alta temperatura, resistenza alla corrosione, ecc.

Processo principale del processo di metallurgia in polvere

(I) Preparazione della polvere

Metodo di frantumazione meccanica: fare affidamento sulla forza meccanica per bloccare il metallo o la lega rotta in polvere, apparecchiature semplici, a basso costo, grande resa, ma la forma della polvere è irregolare, distribuzione delle dimensioni delle particelle, facile da introdurre impurità.

Metodo di abulizzazione: il liquido metallico fuso con gas ad alta pressione (azoto, argon) o spray per flusso d'acqua ad alta velocità in piccole goccioline, raffreddato e solidificato in polvere. La polvere di atomizzazione a gas ha una forma sferica elevata, una buona fluidità, adatto a parti ad alte prestazioni; Metodo di atomizzazione dell'acqua con forma di polvere irregolare a basso costo, ad alta efficienza, che viene spesso utilizzata in polvere di acciaio ordinaria e prodotti con requisiti a basse prestazioni.

Metodo di riduzione: utilizzo dell'idrogeno, monossido di carbonio e altri agenti riducenti per ridurre l'ossido di metallo in polvere, elevata purezza, alta attività, alta attività di sinterizzazione, compattazione a bassa temperatura, ma la produzione necessita di alta temperatura e atmosfera specifica, attrezzature di grandi dimensioni, costi elevati.

Metodo di elettrolisi: elettrolisi soluzione di sale metallico o sale fuso, in modo che ioni metallici nella precipitazione del catodo in polvere, elevata purezza, fine e uniforme, adatto al campo di elevata purezza e dimensione delle particelle, come materiali elettronici, ma bassa efficienza di produzione, consumo elevato di energia, alto costo.

(2) Formazione

Mormatura: mettere la polvere di metallo di pretrattamento nello stampo, modanatura della compattazione a pressione, gradini tra cui polvere, pressatura, rilascio, adatto a una forma semplice, ad alta precisione requisiti di prodotti, come l'ingranaggio. I vantaggi sono attrezzature semplici, alta efficienza, basso costo, produzione di massa; I prodotti complessi sono difficili da progettare e produrre, uniformità della densità.

Stampaggio a pressione isostatico: l'uso della trasmissione della pressione uniforme del liquido, lo stampo elastico caricato in polvere ha messo lo stampaggio a pressione del vaso ad alta pressione. La pressione isostatica fredda a temperatura ambiente è adatta per prodotti con forma complessa e requisiti ad alta densità; La pressione isostatica termica agisce ad alta temperatura e ad alta pressione contemporaneamente per materiali aerospaziali ad alte prestazioni. Il vantaggio è che la densità del prodotto è uniforme, adatta per grandi prodotti complessi; L'attrezzatura è costosa, a lungo ciclo e costi elevati.

Mormatura a iniezione: miscelazione di polvere di metallo e adesivo in materiale di iniezione e iniezione della macchina nella cavità dello stampo, è adatto per produrre piccole parti di complesse di precisione ad alta precisione come componenti elettronici. I vantaggi sono elevata efficienza e precisione dello stampaggio, adatti alla produzione di massa; La selezione e la rimozione dell'adesivo sono difficili e un trattamento improprio influisce sulle prestazioni dei prodotti.

(3) Fatturazione

Sintering convenzionale: riscaldare la billetta alla temperatura e atmosfera appropriate (idrogeno, azoto, vuoto, ecc.) Per combinare le particelle di polvere e migliorare la densità e la resistenza. L'atmosfera di idrogeno per rimuovere le impurità, l'ossidazione dell'azoto, il vuoto è adatto per elevati requisiti di contenuto di ossigeno.

Sintering a pressione a caldo: pressione di sinterizzazione, nell'apparecchiatura speciale, muffa con grafite e altri materiali. I prodotti che possono ridurre la temperatura di sinterizzazione, ridurre il tempo e ottenere una maggiore densità e le prestazioni sono spesso utilizzati nella preparazione di ceramiche ad alte prestazioni e altri materiali.

Sinterizzazione del plasma di scarico (SPS): generare il plasma di scarico e la sinterizzazione rapida riscaldata a calore per corrente di impulso. Può rimuovere le impurità sulla superficie delle particelle, attivare la superficie, scaldarsi rapidamente (100-1000 ℃ / min), breve tempo (da pochi minuti a pochi minuti), può inibire la crescita del grano e viene utilizzato per preparare nanomateriali.

Campo di applicazione della tecnologia della metallurgia delle polveri

(1) campo aerospaziale

Aerospace ha requisiti rigorosi sulle prestazioni dei materiali e la tecnologia della metallurgia delle polveri soddisfa solo i requisiti. La superalloia della metallurgia delle polveri viene utilizzata per produrre componenti chiave come dischi di turbina e pale, come il disco di turbina del motore F119 della puccania e il superloy a base di nichel di metallurgia in polvere viene utilizzato per migliorare le prestazioni e l'affidabilità del motore. Con bassa densità, alta resistenza e resistenza alla corrosione, viene utilizzata la lega di titanio in metallurgia in polvere per produrre parti strutturali come la trave dell'ala degli aeromobili e il telaio di fusoliera per ridurre il peso degli aeromobili e migliorare l'efficienza del carburante e le prestazioni di volo.

(2) Campo di produzione automobilistico

Le parti di metallurgia in polvere sono ampiamente utilizzate nei sistemi di motori automobilistici, trasmissione e frenata. L'anello anello della valvola, il catetere e il pistone nel motore sono realizzati in base di base di rame o in lega di ferro, che possono resistere ad alta temperatura e alta pressione e migliorare le prestazioni e la vita del motore; L'ingranaggio di trasmissione e il sincronizzatore hanno un'elevata precisione e una buona resistenza, rendono il cambio in modo più fluido e migliora l'efficienza del freno, con una buona resistenza all'usura e usura e sicurezza dei freni.

(3) Il campo delle informazioni elettroniche

Con lo sviluppo di attrezzature elettroniche a piccole, leggere e alte prestazioni, la tecnologia della metallurgia delle polveri è più ampiamente utilizzata. I materiali di metallurgia a polvere magnetica morbida vengono utilizzati per produrre componenti elettronici come trasformatori e induttori; I compositi della matrice metallica di metallurgia in polvere come rame-tungsteno e rame-molibdeno vengono utilizzati per il substrato di dissipazione del calore e alloggiamento di imballaggio di dispositivi elettronici ad alta potenza; I materiali di contatto in metallurgia in polvere vengono utilizzati per interruttori elettrici e relè per garantire l'apertura e la rottura del circuito sicuro.

Core di polvere magnetico Fe-Silicon-Nickel (KNF)

(4) campo di produzione meccanica

La tecnologia della metallurgia in polvere viene utilizzata per produrre ingranaggi, cuscinetti e altre parti meccaniche. L'ingranaggio di metallurgia in polvere ha un'elevata precisione, trasmissione liscia e un alto tasso di utilizzo del materiale; Il cuscinetto di metallurgia in polvere è auto-lubrificazione e resistente all'usura, adatto a bassa velocità, carico pesante e basso rumore. In condizioni di lavoro speciali, i cuscinetti del petrolio possono mantenere buone prestazioni e migliorare l'affidabilità e la durata delle attrezzature.

(5) campo dei dispositivi medici

In termini di impianti, la lega di metallurgia in titanio in polvere viene utilizzata per creare articolazioni artificiali, ecc., La cui struttura porosa può promuovere la crescita delle cellule ossee e ridurre il rischio di allentamento degli impianti. Gli strumenti chirurgici sono realizzati in acciaio ad alta velocità in metallurgia in polvere e acciaio inossidabile, con maggiore durezza, resistenza all'usura e resistenza alla corrosione e possono anche realizzare dispositivi a forma complessa. Nei materiali dentali, le protesi hanno una buona forza, tenacità ed estetica. Gli impianti dentali usano la metallurgia del titanio o la lega di titanio in polvere, che possono migliorare il tasso di successo dell'impianto. La staffa ortodontica utilizza acciaio inossidabile in metallurgia in polvere o lega di nichel-titanio, che può applicare accuratamente la forza.

(6) Nuovo settore energetico

In termini di batterie agli ioni di litio, materiali catodici come il fosfato di ferro al litio e i materiali ternari preparati dalla tecnologia della metallurgia a polvere possono migliorare la densità di energia e la carica e l'efficienza di scarico delle batterie. Nel campo delle celle a combustibile, le piastre bipolari metalliche prodotte dal processo di metallurgia delle polveri e i portatori di catalizzatori con superficie specifica elevata possono migliorare le prestazioni delle celle a combustibile e ridurre i costi. Nella generazione di energia eolica, le scatole degli ingranaggi, i cuscinetti e altre parti prodotte dalla metallurgia delle polveri possono mantenere le prestazioni stabili nell'ambiente duro e prolungare la durata dell'attrezzatura.

Progressi nella tecnologia della metallurgia in polvere

(1) Fusione della produzione additiva in metallo (stampa 3D) e metallurgia delle polveri

La tecnologia di produzione additiva in metallo si è sviluppata rapidamente negli ultimi anni e la sua combinazione con la metallurgia delle polveri ha portato una nuova svolta per la produzione di parti complesse. Attraverso la tecnologia di stampa 3D, la polvere metallica può essere accumulata direttamente e formata per strato per produrre parti con struttura interna complessa e design personalizzato. Questa tecnologia non solo riduce i processi di rifiuti e lavorazione dei materiali, ma consente anche la produzione di parti difficili da produrre, come lame complesse di motori aerodinamici.

(2) Tecnologia della metallurgia della nano-polvere

Con lo sviluppo della nanotecnologia, è emersa la tecnologia della metallurgia della nano-polvere. La polvere di metallo su nanoscala ha le caratteristiche di una superficie specifica di grandi dimensioni, alta attività, grande forza di sinterizzazione e può preparare materiali nanostrutturati con eccellenti proprietà meccaniche, elettriche e magnetiche. Al momento, la tecnologia della metallurgia della nano-polvere ha fatto notevoli progressi nella preparazione di materiali magnetici ad alte prestazioni, materiali superconduttori e leghe ad alta resistenza.

(3) Innovazione dei compositi della metallurgia delle polveri

Aggiungendo varie fasi migliorate (come particelle di ceramica, fibre, ecc.) Alla polvere di metallo, viene preparata il materiale composito metallurgico in polvere con prestazioni eccellenti. Questi materiali compositi combinano i vantaggi del metallo e della fase migliorata, hanno le caratteristiche di alta resistenza, alta durezza, buona resistenza all'usura, alta temperatura e altra resistenza e sono ampiamente utilizzati in aerospaziale, produzione automobilistica, ingegneria meccanica e altri campi. Ad esempio, il materiale composito matrice di alluminio preparato dall'aggiunta di particelle di carburo di silicio alla polvere in lega di alluminio migliora significativamente la resistenza e la durezza, mantenendo le caratteristiche a bassa densità della lega di alluminio.

Guardando al futuro, con il continuo progresso della scienza e della tecnologia, la tecnologia della metallurgia delle polveri dovrebbe raggiungere scoperte in campi più emergenti e l'integrazione con altre tecnologie all'avanguardia sarà ulteriormente approfondita. Nei campi di produzione intelligente, materiali quantistici e ingegneria biomedica, la tecnologia della metallurgia delle polveri ha il potenziale per creare materiali e componenti più prestabiliti e multifunzionali, fornendo soluzioni innovative alle sfide globali, come la crisi energetica, la protezione ambientale e la salute umana. Si può prevedere che la tecnologia della metallurgia delle polveri svolgerà un ruolo più importante nel futuro sviluppo industriale e progresso sociale.