Праховата металургия, като усъвършенствана технология за подготовка и формиране на материали, която е както древна, така и динамична, произхожда от древна технология за подготовка на керамика и технология за топене на желязо. До 1909 г. появата на пластичен волфрам от прахова металургия бележи появата на модерната ера на металургията на модерната прахова прах. През последните 100 години технологията за металургия на прах процъфтява и различни важни нови материали и ключови продукти продължават да се появяват, превръщайки се в една от важните инженерни технологии, които са необходими за днешната национална икономика и наука и технологии. Характеристики и предимства на праховата металургия
Праховата металургия е технология, която използва метален прах (или смес от метал и неметален прах) като суровини за производство на метални материали, композитни материали и различни видове продукти чрез процеси като формоване и синтероване.
В сравнение с традиционните процеси на топене и леене, праховата металургия има много предимства. От една страна, той може ефективно да избегне възможната сегрегация на компонента по време на процеса на топене, да гарантира равномерността на материалния състав и по този начин да получи по -стабилна и отлична производителност. От друга страна, праховата металургия може да постигне образуване на почти мрежа, което значително намалява последващите процедури за обработка и материалните отпадъци. Според съответната статистика, степента на използване на материалите на частите, произведени от прахообразна металургия, може да достигне повече от 90%, докато скоростта на използване на материали на традиционните методи на механична обработка обикновено е само 30%-50%, което не само намалява производствените разходи, но също така подобрява ефективността на производството, което е в съответствие с концепцията за развитие на зеленото и околната среда в съвременното производство. В допълнение, чрез регулиране на праховия състав, размера на частиците и процеса на подготовка, свойствата на материала могат да бъдат прецизно контролирани, за да отговорят на нуждите на различни полета за специални свойства на материала, като висока якост, висока твърдост, висока температурна устойчивост, устойчивост на корозия и т.н.
Основен процес на прах металургия на процеса
(I) Препарат на прах
Метод на механично раздробяване: Механичната сила се използва за разбиване на блок метал или сплав на прах. Оборудването е просто, цената е ниска, а продукцията е голяма, но формата на прах е неправилна, разпределението на размера на частиците е широко и примесите лесно се въвеждат.
Метод на атомизация: Разтопената метална течност се напръсква в малки капчици с газ с високо налягане (азот, аргон) или високоскоростен воден поток и се охлажда и се втвърдява на прах. Методът на газово атомизация има висока сферичност и добра течливост, което е подходящо за изработка на високоефективни части; Методът на атомизация на водата има ниска цена и висока ефективност, а формата на прах е нередовна. Често се използва за обикновен стоманен прах и продукти с ниски изисквания за производителност.
Метод на намаляване: Използвайте редуциращи агенти като водород и въглероден оксид, за да намалите металните оксиди в прахове с висока чистота, висока активност, висока активност на синтероване и уплътняване с ниска температура. Производството обаче изисква висока температура и специфична атмосфера, а инвестицията в оборудване е голяма, а цената е висока.
Метод на електролиза: Електролизните разтвори на метална сол или разтопени соли за утаяване на метални йони в прахове в катода. Праховете са изключително чисти, фини и равномерни в размер на частиците. Те са подходящи за полета с високи изисквания за чистота и размер на частиците, като електронни материали, но имат ниска ефективност на производството, висока консумация на енергия и висока цена.
(Ii) формоване
Компресионно формоване: Поставете предварително обработения метален прах във формата и го натиснете във форма. Стъпките включват прах за пълнене, натискане и разрушаване. Подходящ е за продукти с прости форми и високо прецизни изисквания, като предавки. Предимствата са просто оборудване, висока ефективност, ниска цена и мащабно производство; Недостатъците са, че е трудно да се проектират и произвеждат форми за сложни продукти и е трудно да се осигури еднаква плътност.
Изостатично натискане: Използвайте течност, за да предадете равномерно налягане и поставете праха в еластична форма и го натиснете в контейнер с високо налягане. Студеното изостатично натискане се извършва при стайна температура и е подходящо за продукти със сложни форми и изисквания за висока плътност; Горещото изостатично натискане използва високо температура и високо налягане едновременно и се използва за високоефективни аерокосмически материали и др. Предимството е, че продуктът има еднаква плътност във всички посоки и е подходящо за големи и сложни продукти; Недостатъкът е, че оборудването е скъпо, цикълът е дълъг, а цената е висока.
Инжекционно формоване: Смесете метален прах и свързващо вещество в инжекционен материал и използвайте инжекционна машина, за да я инжектирате в кухината на формата за формоване. Подходящ е за производство на високоточни сложни малки части, като електронни компоненти. Предимството е висока ефективност и прецизност на формоването и е подходящо за мащабно производство; Недостатъкът е, че изборът и отстраняването на свързващите вещества са трудни, а неправилното боравене влияе върху работата на продукта.
(Iii) синтероване
Конвенционално синтероване: Загрейте формованото тяло при подходяща температура и атмосфера (водород, азот, вакуум и др.) За комбиниране на праховите частици и увеличаване на плътността и здравината. Водородната атмосфера премахва примесите, азотът предотвратява окисляването, а вакуумът е подходящ за материали с високо съдържание на кислород.
Горещо натискане на синтероване: Налягането се прилага по време на синтероване и се извършва в специално оборудване. Мухълът е изработен от материали като графит. Той може да намали температурата на синтероване, да съкрати времето и да получи продукти с по -висока плътност и производителност. Често се използва при подготовката на високоефективна керамика и други материали.
Spark Plasma Suntering (SPS): Бързо нагряване и синтероване чрез генериране на изпускателна плазма и топлина на джуле през пулсов ток. Той може да премахне примесите на повърхността на частиците, да активира повърхността, да се нагрее бързо (100-1000 градус /мин), да отнеме кратко време (няколко минути до десетки минути) и да инхибира растежа на зърното. Използва се за приготвяне на наноматериали и т.н.
Приложни полета на прахообразната металургия технология
(I) Аерокосмическо поле
Aerospace има строги изисквания относно производителността на материала, а Powder Metallurgy Technology просто отговаря на нуждите. Праховите металургия с високотемпературни сплави се използват за производство на ключови компоненти като турбинни дискове и остриета на въздухоплавателните двигатели. Например, турбинният диск на двигателя F119 на Pratt & Whitney в Съединените щати използва прахообразни металургии с високотемпературни сплави на базата на никел, за да подобри работата и надеждността на двигателя. Праховите металургични титанови сплави се използват за производство на греди на крилото на самолета, рамки за фюзелажи и други структурни части с ниска плътност, висока якост и устойчивост на корозия, намаляване на теглото на самолета и подобряване на ефективността на горивото и ефективността на полета.
(Ii) Поле за производство на автомобили
Частите за металургия на прах се използват широко в автомобилни двигатели, трансмисии и спирачни системи. Пръстените на седалката на клапана, водещите тръби и буталните пръстени в двигателя са изработени от медна или желязна сплави, които могат да издържат на висока температура и високо налягане и да подобрят работата и живота на двигателя; Гладовете на предавките и синхронизаторите на трансмисията са с висока точност и добра здравина, което прави предаването на предавката по -гладко и подобрява ефективността на предаването; Спирачните накладки и спирачните дискове на спирачната система се добавят със специални материали за триене, които имат добро триене и устойчивост на износване, за да се гарантира безопасността на спирането.
(Iii) Електронна информация за информацията
Тъй като електронното оборудване се развива към малки, леки и високоефективни, праховите металургични технологии се използват по -широко. Меките магнитни прахообразни металургични материали се използват за производство на електронни компоненти като трансформатори и индуктори; Композитни материали на метална основа на прах, като меден кастриран и меден молибден се използват за субстрати на разсейване на топлина и опаковъчни черупки от електронни устройства с висока мощност; Използвани материали за контакт на металургия на прах се използват за електрически превключватели и релета, за да се осигури безопасно превключване на веригата.
Ядро на магнитна прахова прахообразния ядро на желязо-силикон (KNF)
(Iv) Механично производствено поле
Технологията на прах металургия се използва за производство на механични части като предавки и лагери. Праховите металургични зъбни колела имат висока точност, гладка трансмисия и висока скорост на използване на материали; Металургичните лагери на прах са самостоятелни и устойчиви на износване, подходящи за случаи с нискоскоростно натоварване и ниско ниво. При специални условия на труд лагерите, съдържащи нефт, могат да поддържат добри производителност и да подобрят надеждността на оборудването и експлоатационния живот.
(V) Поле на медицински изделия
По отношение на имплантите, праховите металургични титанови сплави се използват за производство на изкуствени стави и др. Порестата им структура може да насърчи растежа на костните клетки и да намали риска от разхлабване на имплантата. Хирургическите инструменти са изработени от прахообразна металургия с високоскоростна стомана и неръждаема стомана, които имат по-висока твърдост, устойчивост на износване и устойчивост на корозия, а също така могат да произвеждат инструменти със сложна форма. Сред зъбните материали протезите имат добра сила, здравина и естетика. Зъбните импланти използват прахообразна металургия титаниев или титанов сплави, което може да подобри успеваемостта на имплантацията. Ортодонтските скоби използват прахообразна металургия неръждаема стомана или никел-титанови сплави, които могат точно да приложат сила.
(Vi) Ново енергийно поле
По отношение на литиево-йонните батерии, положителните електродни материали като литиев железен фосфат и тройни материали, приготвени чрез прахообразна металургия, могат да подобрят плътността на енергията на батерията и ефективността на зареждане и зареждане. В областта на горивните клетки металните биполярни плочи и носителя на катализаторите с висока специфична повърхност, произведена от процеса на прах металургия, подобриха работата на горивните клетки и намалените разходи. При генерирането на вятърна енергия, скоростните кутии, лагерите и други части, произведени от прахообразна металургия, могат да поддържат стабилни характеристики в сурови среди и да удължат експлоатационния живот на оборудването.
Напредък в технологията на прах металургия
(I) Сливане на метално производство на добавки (3D печат) и прахообразна металургия
Технологията за производство на метални добавки се развива бързо през последните години. Комбинацията му с прахообразна металургия донесе нови пробиви в производството на сложни части. Чрез 3D технология за печат металните прахове могат да бъдат директно подредени слой по слой, за да се произвеждат части със сложни вътрешни структури и персонализирани дизайни. Тази технология не само намалява процедурите за материали за отпадъци и обработка, но също така осъзнава производството на части, които са трудни за производство чрез традиционни методи за обработка, като сложни остриета на двигателите на самолети.
(Ii) Металургична технология нанопоудер
С развитието на нанотехнологиите се появи технологията за металургия на Nanopowder. Нано-мащабните метални прахове имат характеристиките на голяма специфична повърхностна площ, висока активност и голяма движеща сила на синтероване и могат да приготвят наноструктурирани материали с отлични механични свойства, електрически свойства и магнитни свойства. Понастоящем Nano Powder Metallurgy Technology постигна значителен напредък в приготвянето на високоефективни магнитни материали, свръхпроводящи материали и сплави с висока якост.
Xi'an University of Technology, схематична диаграма на процеса на приготвяне на сферичен нано Ti-tibw композитен прах
(Iii) Иновация на праховите металургични композитни материали
Чрез добавяне на различни фази на подсилване (като керамични частици, влакна и др.) За метални прахове се приготвят прахови металургични композитни материали с отлична производителност. Тези композитни материали съчетават предимствата на металите и подсилващите фази и имат характеристиките на висока якост, висока твърдост, добра устойчивост на износване, висока температурна устойчивост и др., И се използват широко в аерокосмическото пространство, производството на автомобили, механичността и други полета. Например, композитният материал на алуминиева основа, приготвен чрез добавяне на частици от силициев карбид към прах от алуминиева сплав, значително подобри якостта и твърдостта, като същевременно поддържа характеристиките на ниската плътност на алуминиевата сплав.
