Порошкова металургія є важливою технологією підготовки матеріалів, яка використовує металевий порошок (або суміш металевого порошку та неметалевого порошку) як сировину для виробництва металевих матеріалів, композитних матеріалів і різних типів виробів за допомогою таких процесів, як формування та спікання. Нижче наведено детальний вступ до порошкової металургії:
I. Визначення та принцип
Порошкова металургія - це виробництво металевого порошку або металевого порошку як сировини шляхом формування та спікання, виготовлення металевих матеріалів, композиційних матеріалів і різних типів технологічних процесів виробів. Основний процес включає приготування порошку, формування порошку, спікання та подальшу обробку. Ця технологія виникла в давній металургійній технології, але розвиток сучасної технології порошкової металургії почався на початку 20-го століття і поступово став важливою галуззю матеріалознавства та технології машинобудування.
II. Технологія приготування порошку
Приготування порошку є першим етапом порошкової металургії, і існують різні методи, зокрема:
Метод кульового помелу: метал або металеві сполуки потрапляють у кульовий млин через вплив кульки та ефект подрібнення, щоб зробити його подрібненим у дрібний порошок.
Метод подрібнення: тверді матеріали подрібнюються в порошок механічним впливом, зсувом або тертям, застосовно до порошкоподібних крихких матеріалів.
Метод розпилення: розплавлений метал розпилюється високошвидкісним повітряним потоком або потоком рідини, щоб охолодити та затвердіти в дрібний металевий порошок, який має характеристики дрібного розміру частинок і високої чистоти.
Метод відновлення: використання водню або монооксиду вуглецю для відновлення оксидів металів для отримання металевого порошку, наприклад, приготування заліза, міді, вольфраму та інших металевих порошків.
Хімічний метод відновлення: сполуки металів відновлюються до металевих порошків за допомогою хімічних реакцій, які зазвичай використовуються для отримання надтонких металевих порошків і порошків високої чистоти.
Метод термічного розкладання: використання високотемпературного розкладання металевих сполук або металоорганічних сполук для отримання металевих порошків, застосовне для приготування активних металевих порошків.
III. технологія формування порошку
Порошкове формування – це процес формування з підготовленого порошку заготовок необхідної форми за допомогою певних технологічних засобів.
Холодне пресування: застосовуйте високий тиск до порошку при кімнатній температурі для формування заготовки певної міцності та щільності. Процес холодного пресування простий, дешевий, підходить для масового виробництва.
Гаряче пресування: нанесіть тиск на порошок у нагрітому стані, щоб він отримав форму та частково спікався. Гаряче пресування може підвищити щільність і міцність заготовки, що підходить для виготовлення високоефективних матеріалів.
Лиття під тиском: порошок змішують із сполучною речовиною, щоб отримати рідку суспензію, яку потім вводять у форму для формування. Лиття під тиском підходить для виготовлення деталей складної форми та тонкої структури.
Ізостатичне пресування: порошок поміщають у гнучку форму, а рідина або газ використовують для застосування ізостатичного тиску до форми для однорідного та щільного формування порошку. Ізостатичне пресування підходить для виготовлення великогабаритних деталей з високою однорідністю.
3D-друк: використання технології 3D-друку для нанесення порошку шар за шаром і формування зв’язку, придатного для виготовлення складних конструкцій і деталей персоналізованого дизайну.
IV. Технологія спікання
Спікання є одним із ключових етапів порошкової металургії шляхом високотемпературної обробки, завдяки чому частинки порошку об’єднуються разом шляхом дифузії, рекристалізації та хімічних реакцій, утворюючи щільний матеріал. Під час процесу спікання температура, час і атмосфера спікання мають важливий вплив на кінцеві властивості матеріалу. Відповідна температура і час спікання можуть підвищити щільність і міцність матеріалу, але занадто висока температура і занадто тривалий час можуть призвести до зростання зерна, крихкості матеріалу та інших проблем.
1. твердофазне спікання: температура спікання нижча за температуру плавлення компонентів у тілі порошку, зазвичай у 0.7 до 0.8 разів перевищує абсолютну температуру плавлення (Tm, у К). Цей метод спікання через взаємний потік між частинками порошку, дифузію та інші фізико-хімічні процеси, завдяки чому тіло порошку додатково ущільнюється, усуваючи деякі або всі пори.
2. Спікання в рідкій фазі: якщо в порошковому брикеті міститься більше двох компонентів, процес спікання може здійснюватися вище температури плавлення компонента, що призводить до утворення невеликої кількості рідкої фази в порошковому брикеті під час процесу спікання. Поява рідкої фази сприяє прискоренню процесу масообміну між частинками порошку та сприяє ущільненню спеченого тіла.
3. Спікання під тиском (гаряче пресування): у процесі спікання тіло порошку застосовує тиск для сприяння процесу його ущільнення. Гаряче пресування - це поєднання порошкового формування та спікання, процес безпосереднього отримання виробів. Цей метод дозволяє значно підвищити щільність і міцність спеченого тіла.
4. активаційне спікання: у процесі спікання необхідно вжити певних фізичних або хімічних заходів, таких як додавання активаторів, зміна атмосфери спікання тощо, щоб знизити температуру спікання, скоротити час спікання та покращити продуктивність спечене тіло.
5. електричне іскрове спікання: порошок у процесі формування та пресування за допомогою постійного струму та імпульсного електричного спікання, так що частинки порошку утворюються між дугою для спікання. Під час процесу спікання тиск поступово прикладається до заготовки, поєднуючи два процеси формування та спікання. Цей метод придатний для приготування продуктів порошкової металургії високої щільності з високою ефективністю.
6. проникнення плавленням (інфільтрація): щоб покращити міцність та інші властивості пористої заготовки, за високих температур буде контактувати з пористою заготовкою та рідким металом або сплавом, який може змочити її тверду поверхню. Завдяки капілярним силам рідкий метал заповнює пори в заготовці. Цей процес підходить для виготовлення матеріалів або виробів зі сплаву вольфрам-срібло, вольфрам-мідь, залізо-мідь та інших сплавів.
V. Переваги та застосування
Технологія порошкової металургії має багато переваг, таких як висока гнучкість конструкції, високий рівень використання сировини, хороша однорідність мікроструктури та можливість готувати матеріали зі сплавів. Він має широкий спектр застосувань, включаючи автомобільну промисловість, аерокосмічну промисловість, медичне обладнання, електронні компоненти тощо. Технологія порошкової металургії має значні переваги у виготовленні складних форм і високоефективних матеріалів. Наприклад, автомобільні деталі порошкової металургії стали одним із найбільших ринків для промисловості порошкової металургії Китаю, де близько 50 відсотків автомобільних деталей є деталями порошкової металургії. Крім того, технологія порошкової металургії також використовується для виготовлення деталей важкої зброї, наприклад бронебійних куль і торпед, а також високоякісних конструкційних деталей.
Недоліки
Хоча технологія порошкової металургії має багато переваг, є й недоліки. Наприклад, міцність і ударна в'язкість виробів порошкової металургії відносно низька через наявність пор всередині заготовки з пресованого порошку; порошкова металургія не може бути виготовлена у великомасштабних продуктах через його форму та розмір через обмеження текучості металевого порошку; компресійне формування дорожче і придатне для застосування тільки в масовому виробництві.
Таким чином, порошкова металургія є важливою технологією підготовки матеріалів із широкими перспективами застосування та значними перевагами. З безперервним прогресом і розвитком науки і техніки технологія порошкової металургії також буде продовжувати вдосконалюватися та впроваджувати інновації та робити більший внесок у розвиток галузі матеріалознавства та інженерних технологій.