Pulvermetallurgie als fortschrittliche Materialvorbereitung und Bildungstechnologie, die sowohl alter als auch dynamisch ist, stammt aus der alten Keramikvorbereitungstechnologie und der Eisenschmelzentechnologie. Bis 1909 war das Aufkommen duktiler Wolfram durch Pulvermetallurgie das Aufkommen der modernen Pulvermetallurgie -Ära. In den letzten 100 Jahren blühte die Pulvermetallurgie -Technologie auf, und verschiedene wichtige neue Materialien und Schlüsselprodukte sind weiterhin zu einer der wichtigsten technischen Technologien, die für die heutige Volkswirtschaft, Wissenschaft und Technologie von heute unabdingbar sind. Eigenschaften und Vorteile der Pulvermetallurgie
Die Pulvermetallurgie ist eine Technologie, die Metallpulver (oder eine Mischung aus Metall und Nicht-Metallpulver) als Rohstoffe zur Herstellung von Metallmaterialien, Verbundwerkstoffen und verschiedenen Arten von Produkten durch Verfahren wie Form und Sintern verwendet.
Im Vergleich zu traditionellen Schmel- und Gussprozessen hat die Pulvermetallurgie viele Vorteile. Einerseits kann es die mögliche Trennung der Komponenten während des Schmelzprozesses effektiv vermeiden, die Gleichmäßigkeit der Materialzusammensetzung sicherstellen und somit eine stabilere und exzellentere Leistung erzielen. Andererseits kann die Pulvermetallurgie eine nahe-Netzformung erreichen und nachfolgende Verarbeitungsverfahren und Materialabfälle erheblich reduzieren. Laut relevanten Statistiken kann die Materialnutzungsrate der durch Pulvermetallurgie hergestellten Teile mehr als 90%erreichen, während die Materialnutzungsrate herkömmlicher mechanischer Verarbeitungsmethoden in der Regel nur 30%-50%beträgt, was nicht nur die Produktionskosten verbessert, sondern auch die Produktionseffizienz entspricht, was dem Entwicklungskonzept und dem Umweltschutz in der modernen Herstellung entspricht. Darüber hinaus können die Materialeigenschaften durch Einstellung der Pulverzusammensetzung, der Partikelgröße und des Vorbereitungsprozesses genau gesteuert werden, um die Bedürfnisse verschiedener Felder für spezielle Materialeigenschaften wie hohe Festigkeit, hohe Härte, Hochtemperaturwiderstand, Korrosionsbeständigkeit usw. zu erfüllen, usw.
Hauptprozess des Pulvermetallurgieprozesses
(I) Pulvervorbereitung
Mechanische Quetschmethode: Mechanische Kraft wird verwendet, um Blockmetall oder Legierung in Pulver zu zerkleinern. Die Ausrüstung ist einfach, die Kosten sind gering und der Ausgang ist groß, aber die Pulverform ist unregelmäßig, die Partikelgrößenverteilung ist breit und Verunreinigungen können leicht eingeführt werden.
Atomisierungsmethode: Die geschmolzene Metallflüssigkeit wird in kleine Tröpfchen mit Hochdruckgas (Stickstoff, Argon) oder Hochgeschwindigkeitswasserstrom besprüht und zu Pulver gekühlt und verfestigt. Die Gasgebäudemethode weist eine hohe Sphärizität und eine gute Fluidität auf, die für die Herstellung von Hochleistungsteilen geeignet ist. Die Wasserzerstörung hat niedrige Kosten und hohe Effizienz, und die Pulverform ist unregelmäßig. Es wird häufig für normales Stahlpulver und Produkte mit geringer Leistungsanforderungen verwendet.
Reduktionsmethode: Verwenden Sie Reduktionsmittel wie Wasserstoff und Kohlenmonoxid, um Metalloxide in Pulver mit hoher Reinheit, hoher Aktivität, hoher Sinteraktivität und niedriger Temperaturverdichtung zu reduzieren. Die Produktion erfordert jedoch hohe Temperatur und eine bestimmte Atmosphäre, und die Ausrüstungsinvestition ist groß und die Kosten sind hoch.
Elektrolyseverfahren: Elektrolyze Metallsalzlösungen oder geschmolzene Salze, um Metallionen in Pulver an der Kathode auszufüllen. Die Pulver sind extrem rein, fein und gleichmäßig in der Partikelgröße. Sie eignen sich für Felder mit hohen Anforderungen an Reinheit und Partikelgröße, wie z. B. elektronische Materialien, haben jedoch eine geringe Produktionseffizienz, einen hohen Energieverbrauch und hohe Kosten.
(Ii) Formteile
Kompressionsformung: Geben Sie das vorbehandelte Metallpulver in die Form und drücken Sie es in Form. Die Schritte umfassen Pulverfüllung, Pressen und Demolding. Es eignet sich für Produkte mit einfachen Formen und hohen Präzisionsanforderungen wie Zahnrädern. Die Vorteile sind einfache Ausrüstung, hohe Effizienz, niedrige Kosten und großflächige Produktion. Die Nachteile sind, dass es schwierig ist, Formen für komplexe Produkte zu entwerfen und herzustellen, und es ist schwierig, eine gleichmäßige Dichte zu gewährleisten.
Isostatisches Pressen: Verwenden Sie die Flüssigkeit, um den Druck gleichmäßig zu übertragen, und geben Sie das Pulver in eine elastische Form und drücken Sie ihn in einen Hochdruckbehälter. Kalt -isostatisches Pressen erfolgt bei Raumtemperatur und eignet sich für Produkte mit komplexen Formen und Anforderungen an hoher Dichte. Heiße isostatische Presse verwendet gleichzeitig hohe Temperatur und Hochdruck und wird für leistungsstarke Luft- und Raumfahrtmaterialien usw. verwendet. Der Vorteil ist, dass das Produkt in alle Richtungen eine gleichmäßige Dichte aufweist und für große und komplexe Produkte geeignet ist. Der Nachteil ist, dass das Gerät teuer ist, der Zyklus lang ist und die Kosten hoch sind.
Injektionsformung: Metallpulver und Bindemittel in Injektionsmaterial mischen und mit einer Injektionsmaschine in den Formhohlraum zum Formteilen injizieren. Es eignet sich zur Herstellung von kleinen Teilen mit hoher Präzisionskomplex wie elektronischen Komponenten. Der Vorteil ist eine hohe Formwirkungsgrad und Präzision und eignet sich für eine großflächige Produktion. Der Nachteil besteht darin, dass die Auswahl und Entfernung von Bindemitteln schwierig sind und eine unsachgemäße Handhabung die Leistung des Produkts beeinflusst.
(Iii) Sintern
Herkömmliches Sintern: Erhitzen Sie den geformten Körper bei einer geeigneten Temperatur und Atmosphäre (Wasserstoff, Stickstoff, Vakuum usw.), um die Pulverpartikel zu kombinieren und die Dichte und Festigkeit zu erhöhen. Die Wasserstoffatmosphäre beseitigt Verunreinigungen, Stickstoff verhindert die Oxidation und das Vakuum eignet sich für Materialien mit Anforderungen an den hohen Sauerstoffgehalt.
Heißes Pressesintern: Während des Sinterns wird Druck ausgeübt und in spezielle Ausrüstung durchgeführt. Die Form besteht aus Materialien wie Graphit. Es kann die Sintertemperatur verringern, die Zeit verkürzen und Produkte mit höherer Dichte und Leistung erhalten. Es wird häufig zur Herstellung von Hochleistungskeramik und anderen Materialien verwendet.
Spark Plasma Sintering (SPS): Schneller Erwärmen und Sintern durch Erzeugen von Entladungsplasma und Joule Wärme durch den Impulsstrom. Es kann Verunreinigungen auf der Oberfläche von Partikeln entfernen, die Oberfläche aktivieren, schnell erwärmen (100-1000 Grad /min), kurze Zeit (einige Minuten bis zehn Minuten) dauern und das Kornwachstum hemmen. Es wird verwendet, um Nanomaterialien usw. vorzubereiten.
Anwendungsfelder der Pulvermetallurgie -Technologie
(I) Luft- und Raumfahrtfeld
Aerospace hat strenge Anforderungen an die Materialleistung, und die Pulvermetallurgie -Technologie entspricht nur den Anforderungen. Pulvermetallurgie Hochtemperaturlegierungen werden verwendet, um Schlüsselkomponenten wie Turbinenscheiben und Klingen von Flugzeugmotoren herzustellen. Zum Beispiel verwendet die Turbinenscheibe des F119-Motors von Pratt & Whitney in den USA Pulvermetallurgie-Nickel-Basis-Hochtemperaturlegierungen, um die Motorleistung und -zuverlässigkeit zu verbessern. Pulvermetallurgie -Titanlegierungen werden verwendet, um Flugzeugflügelstrahlen, Rumpfrahmen und andere Strukturteile mit geringer Dichte, hoher Festigkeit und Korrosionsbeständigkeit, Reduzierung des Flugzeuggewichts und Verbesserung der Kraftstoffeffizienz und der Flugleistung herzustellen.
(Ii) Kfz -Fertigungsfeld
Pulvermetallurgie -Teile werden in Automobilmotoren, Getriebe und Bremssystemen häufig verwendet. Die Ventilsitzringe, Führungsröhrchen und Kolbenringe im Motor bestehen aus Kupferbasis oder Eisenbasis, die hoher Temperatur und hohem Druck standhalten und die Motorleistung und -lebensdauer verbessern können. Die Getriebe- und Synchronisator -Hubs des Getriebes sind von hoher Präzision und guter Festigkeit, wodurch sich die Zahnrad glatter verschob und die Übertragungseffizienz verbessert. Die Bremsbeläge und Bremsscheiben des Bremssystems werden mit speziellen Reibungsmaterialien hinzugefügt, die eine gute Reibungs- und Verschleißfestigkeit aufweisen, um die Bremssicherheit zu gewährleisten.
(Iii) Elektronischer Informationsfeld
Da sich elektronische Geräte in Richtung kleiner, Licht und hoher Leistung entwickelt, wird die Pulvermetallurgie -Technologie weiter verwendet. Softmagnetische Pulvermetallurgiematerialien werden verwendet, um elektronische Komponenten wie Transformatoren und Induktoren herzustellen. Verbundwerkstoffe auf Metallurgie-Metall-Basis wie Kupfer-Tungsten und Kupfer-Molybdän werden für Wärmeableitungssubstrate und Verpackungsschalen von elektronischen Hochleistungsgeräten verwendet. Pulvermetallurgiekontaktmaterialien werden für elektrische Schalter und Relais verwendet, um eine sichere Schaltungsschaltung zu gewährleisten.
Eisen-Silicon-Nickel-Magnetpulverkern (KNF)
(Iv) mechanisches Fertigungsfeld
Die Pulvermetallurgie -Technologie wird verwendet, um mechanische Teile wie Zahnräder und Lager herzustellen. Pulvermetallurgie Zahnräder haben eine hohe Präzision, eine glatte Getriebe und eine hohe Materialauslastungsrate. Die Pulvermetallurgielager sind selbstschmierend und abgenutzt, resistent, für Anlässe mit niedriger Geschwindigkeit, schweren Ladungen und niedrigem Nutzen geeignet. Unter besonderen Arbeitsbedingungen können ölhaltige Lager eine gute Leistung aufrechterhalten und die Zuverlässigkeit und Lebensdauer der Ausrüstung verbessern.
(V) Feld für medizinisches Gerät
In Bezug auf Implantate werden Titanlegierungen von Pulvermetallurgie verwendet, um künstliche Gelenke usw. herzustellen. Ihre poröse Struktur kann das Wachstum von Knochenzellen fördern und das Risiko einer Implantatlöschung verringern. Chirurgische Instrumente bestehen aus Pulvermetallurgie-Hochgeschwindigkeitsstahl und Edelstahl, die höhere Härte, Verschleißfestigkeit und Korrosionsbeständigkeit aufweisen und auch komplexe Instrumente herstellen können. Bei Zahnmaterialien haben Zahnersatz eine gute Stärke, Zähigkeit und Ästhetik. Zahnimplantate verwenden Pulvermetallurgie -Titan- oder Titanlegierungen, die die Erfolgsrate der Implantation verbessern können. Kieferorthopädieklammern verwenden Pulvermetallurgie Edelstahl- oder Nickel-Titan-Legierungen, die eine genaue Kraft ausüben können.
(Vi) neues Energiefeld
In Bezug auf Lithium-Ionen-Batterien können positive Elektrodenmaterialien wie Lithium-Eisenphosphat und ternäre Materialien, die durch die Pulvermetallurgie-Technologie hergestellt werden, die Batterieenergiedichte sowie das Lade- und Entladungseffizienz verbessern. Auf dem Gebiet der Brennstoffzellen haben bipolare Metallplatten und Katalysatorträger mit hoher spezifischer Oberfläche, die durch Pulvermetallurgieprozess hergestellt wurden, die Leistung von Brennstoffzellen und die Kostenversuche verbessert. Bei der Windkrafterzeugung können Getriebe, Lager und andere von Pulvermetallurgie hergestellte Teile eine stabile Leistung in harten Umgebungen aufrechterhalten und die Lebensdauer der Geräte verlängern.
Fortschritte in der Pulvermetallurgie -Technologie
(I) Fusion der Metall -Additiven -Herstellung (3D -Druck) und der Pulvermetallurgie
In den letzten Jahren hat sich in den letzten Jahren rasant entwickelt. Die Kombination mit Pulvermetallurgie hat neue Durchbrüche bei der Herstellung komplexer Teile gebracht. Durch die 3D -Drucktechnologie können Metallpulver direkt für Schicht für Schicht gestapelt werden, um Teile mit komplexen internen Strukturen und personalisierten Designs zu erzeugen. Diese Technologie reduziert nicht nur Materialabfälle und Verarbeitungsverfahren, sondern erkennt auch die Herstellung von Teilen, die durch herkömmliche Verarbeitungsmethoden, wie z.
(Ii) Nanopäder -Metallurgie -Technologie
Mit der Entwicklung der Nanotechnologie ist die Nanopowder -Metallurgie -Technologie entstanden. Metallpulver im Nano-Maßstab weisen die Eigenschaften einer großen spezifischen Oberfläche, einer hohen Aktivität und einer großen Sintertriebkraft auf und können nanostrukturierte Materialien mit hervorragenden mechanischen Eigenschaften, elektrischen Eigenschaften und magnetischen Eigenschaften vorbereiten. Gegenwärtig hat die Nano-Pulvermetallurgie-Technologie erhebliche Fortschritte bei der Herstellung von Hochleistungsmaterialien, supraleitenden Materialien und hochfesten Legierungen erzielt.
Xi'an Universität für Technologie, schematisches Diagramm des Prozesses der Vorbereitung des sphärischen Nano-Ti-Tibw-Verbundpulvers
(Iii) Innovation von Pulvermetallurgie -Verbundwerkstoffen
Durch Zugabe verschiedener Verstärkungsphasen (wie Keramikpartikel, Fasern usw.) werden Metallpulver hergestellt, werden die Verbundwerkstoffe mit hervorragender Leistung von Pulvermetallurgie hergestellt. Diese Verbundwerkstoffe kombinieren die Vorteile von Metallen und Verstärkungsphasen und weisen die Eigenschaften von hoher Festigkeit, hoher Härte, guter Verschleißfestigkeit, Hochtemperaturwiderstand usw. auf und werden in Luft- und Raumfahrt, Automobilherstellung, Maschinenbau und anderen Feldern häufig verwendet. Beispielsweise hat das durch Zugabe von Siliziumcarbidpartikeln zu Aluminiumlegierungspulver hergestellte Verbundmaterial die Stärke und Härte erheblich verbessert, wobei die Eigenschaften der Aluminiumlegierung mit niedriger Dichte aufrechterhalten werden.
