A metalurgia do pó, como uma tecnologia avançada de material avançado e antigo e dinâmico, originou -se da tecnologia de preparação de cerâmica antiga e da tecnologia de fabricação de ferro, até 1909, o advento da tungstênio dúctil metalurgia em pó marcou o advento da era da metalurgia do pó moderno. Por mais de cem anos, a tecnologia de metalurgia em pó se desenvolveu vigorosamente, e uma variedade de novos materiais e produtos importantes surgiram continuamente, tornando -se uma das tecnologias de engenharia importantes indispensáveis na economia e na ciência e tecnologia nacionais.
Características e vantagens da metalurgia do pó
A metalurgia em pó é uma tecnologia que usa metal em pó (ou uma mistura de metal e não-metal em pó) para fabricar materiais metálicos, materiais compostos e vários tipos de produtos, moldando e sinterizando processos como matéria-prima.
Comparado com o processo tradicional de fundição e fundição, a metalurgia do pó tem muitas vantagens. Por um lado, pode evitar efetivamente a possível segregação de componentes no processo de fundição e garantir a composição uniforme do material, de modo a obter um desempenho mais estável e excelente. Por outro lado, a metalurgia do pó pode atingir a formação de rede próxima, reduzir bastante o processo de processamento subsequente e o desperdício de material. De acordo com as estatísticas relevantes de dados, a taxa de utilização de materiais das peças fabricadas pelo processo de metalurgia em pó pode atingir mais de 90%, enquanto a taxa de utilização do material do método tradicional de usinagem é geralmente de apenas 30%a 50%, o que não apenas reduz o custo da produção, mas também melhora a eficiência da produção e ajusta o conceito de desenvolvimento verde da indústria de fabricação moderna. Além disso, ajustando a composição do pó, o tamanho das partículas e o processo de preparação, a regulação precisa das propriedades do material pode ser realizada para atender às necessidades de diferentes campos para as propriedades especiais do material, como alta resistência, alta dureza, alta resistência à temperatura, resistência à corrosão, etc.
Processo principal do processo de metalurgia em pó
(I) Preparação em pó
Método de esmagamento mecânico: confie na força mecânica para bloquear metal ou liga quebrada em pó, equipamento simples, baixo custo, grande rendimento, mas a forma de pó é irregular, distribuição ampla do tamanho das partículas, fácil de introduzir impurezas.
Método de abulização: o líquido de metal fundido com gás de alta pressão (nitrogênio, argônio) ou spray de fluxo de água em alta velocidade em gotículas pequenas, resfriadas e solidificadas em pó. Atomização de gás O pó possui alta forma esférica, boa fluidez, adequada para peças de alto desempenho; Método de atomização da água com formato de pó irregular de baixo custo, alta eficiência, que é frequentemente usado em pó de aço comum e produtos com baixos requisitos de desempenho.
Método de redução: Usando hidrogênio, monóxido de carbono e outros agentes redutores para reduzir o óxido de metal em pó, alta pureza, alta atividade, alta atividade de sinterização, compactação de baixa temperatura, mas a produção precisa de alta temperatura e atmosfera específica, equipamento de grande investimento, alto custo.
Método da eletrólise: Solução de sal de metal eletrólise ou sal fundido, de modo que os íons metálicos na precipitação do cátodo em pó, alta pureza, fino e uniforme, adequados para o campo de alta pureza e requisitos de tamanho de partícula, como materiais eletrônicos, mas baixa eficiência de produção, alto consumo de energia, alto custo.
(2) formação
Moldagem: Coloque o pó de metal pré -tratamento no molde, moldagem por compactação de pressão, etapas, incluindo pó, prensagem, liberação, adequado para formas simples, requisitos de alta precisão dos produtos, como a engrenagem. As vantagens são equipamentos simples, alta eficiência, baixo custo e produção em massa; Produtos complexos são difíceis de projetar e fabricar, uniformidade da densidade.
Moldagem por pressão isostática: o uso da transmissão de pressão uniforme líquida, o molde elástico carregado de pó coloca moldagem por pressão de alta pressão. A pressão isostática fria à temperatura ambiente é adequada para produtos com forma complexa e requisitos de alta densidade; A pressão isostática térmica atua em alta temperatura e alta pressão simultaneamente para materiais aeroespaciais de alto desempenho. A vantagem é que a densidade do produto é uniforme, adequada para grandes produtos complexos; O equipamento é caro, ciclo longo e alto custo.
Moldagem por injeção: misturando metal em pó e adesivo em material de injeção e injeção de máquina na cavidade do molde, é adequado para fabricar peças pequenas complexas de alta precisão, como componentes eletrônicos. As vantagens são alta eficiência e precisão de moldagem, adequadas para a produção em massa; A seleção e remoção do adesivo são difíceis e o tratamento inadequado afeta o desempenho dos produtos.
(3) cobrança
Sintarração convencional: aqueça o tarugo na temperatura e na atmosfera apropriadas (hidrogênio, nitrogênio, vácuo, etc.) para combinar as partículas de pó e melhorar a densidade e a força. A atmosfera de hidrogênio para remover impurezas, oxidação de nitrogênio, vácuo é adequado para requisitos de alto teor de oxigênio.
Sintarração por pressão quente: pressão de sinterização, no equipamento especial, mofo com grafite e outros materiais. Os produtos que podem reduzir a temperatura de sinterização, reduzem o tempo e obterem maior densidade e desempenho são frequentemente usados na preparação de cerâmica de alto desempenho e outros materiais.
Sintarração do plasma de descarga (SPs): gerar plasma de descarga e joule calor de sinterização aquecida rápida pela corrente de pulso. Ele pode remover as impurezas na superfície das partículas, ativar a superfície, aquecer rapidamente (100-1000 graus / min), curto tempo (alguns minutos a alguns minutos), pode inibir o crescimento dos grãos e é usado para preparar nanomateriais.
Campo de aplicação da tecnologia de metalurgia em pó
(1) Campo aeroespacial
Aeroespacial possui requisitos rígidos sobre o desempenho do material e a tecnologia de metalurgia em pó apenas atende aos requisitos. A super -alojamento de metalurgia em pó é usada para fabricar componentes -chave, como discos e lâminas de turbinas, como o disco da turbina do motor F119 da pucompania, e a superalotiva à base de níquel de metalurgia em pó é usada para melhorar o desempenho e a confiabilidade do motor. Com baixa densidade, alta resistência e resistência à corrosão, a liga de titânio de metalurgia em pó é usada para fabricar peças estruturais, como vigança de asa de aeronave e estrutura da fuselagem para reduzir o peso da aeronave e melhorar a eficiência do combustível e o desempenho do voo.
(2) Campo de fabricação de automóveis
As peças de metalurgia em pó são amplamente utilizadas em sistemas de motor, transmissão e frenagem automotivos. O anel da válvula, o cateter e o anel do pistão no motor são feitos de base de cobre ou liga de base de ferro, que pode suportar alta temperatura e alta pressão e melhorar o desempenho e a vida útil do motor; A engrenagem de transmissão e o sincronizador têm alta precisão e boa resistência, tornam a mudança de marcha mais suavemente e melhore a eficiência do freio, com boa resistência ao atrito e desgaste e segurança do freio.
(3) o campo de informações eletrônicas
Com o desenvolvimento de equipamentos eletrônicos para a tecnologia de metalurgia em pó pequena, leve e de alto desempenho, é mais amplamente utilizada. Materiais de metalurgia em pó magnético macio são usados para fabricar componentes eletrônicos como transformadores e indutores; Os compósitos de matriz de metal metalurgia em pó, como tungstênio de cobre e pololibdênio de cobre, são usados para substrato de dissipação de calor e alojamento de embalagem de dispositivos eletrônicos de alta potência; Os materiais de contato de metalurgia em pó são usados para interruptores elétricos e relés para garantir a abertura e a quebra do circuito seguro.
Fe-Silicon-Nickel Magnetic Powder Core (KNF)
(4) campo de fabricação mecânica
A tecnologia de metalurgia em pó é usada para fabricar engrenagens, rolamentos e outras peças mecânicas. O equipamento de metalurgia em pó tem alta precisão, transmissão suave e alta taxa de utilização de material; O rolamento de metalurgia em pó é de auto-lubrificação e resistente ao desgaste, adequado para baixa velocidade, carga pesada e baixo ruído. Sob condições especiais de trabalho, o rolamento de petróleo pode manter um bom desempenho e melhorar a confiabilidade e a vida útil dos equipamentos.
(5) campo de dispositivos médicos
Em termos de implantes, a liga de titânio de metalurgia em pó é usada para fazer articulações artificiais, etc., cuja estrutura porosa pode promover o crescimento das células ósseas e reduzir o risco de afrouxamento do implante. Os instrumentos cirúrgicos são feitos de aço de alta velocidade em metalurgia em pó e aço inoxidável, com maior dureza, resistência ao desgaste e resistência à corrosão, e também podem fazer dispositivos de forma complexos. Em materiais dentários, as dentaduras têm boa força, resistência e estética. Os implantes dentários usam a metalurgia do pó ou a liga de titânio, o que pode melhorar a taxa de sucesso do implante. O suporte ortodôntico usa a liga de aço inoxidável de metalurgia em pó ou níquel-titânio, que pode aplicar com precisão força.
(6) Novo setor de energia
Em termos de baterias de íons de lítio, materiais de cátodo, como fosfato de ferro de lítio e materiais ternários preparados pela tecnologia de metalurgia em pó, podem melhorar a densidade de energia e a eficiência de carga e descarga das baterias. No campo das células de combustível, as placas bipolares de metal fabricadas pelo processo de metalurgia em pó e portadoras de catalisador com alta área de superfície específica podem melhorar o desempenho das células de combustível e reduzir os custos. Na geração de energia eólica, as caixas de engrenagem, rolamentos e outras peças fabricadas pela metalurgia em pó podem manter o desempenho estável no ambiente severo e prolongar a vida útil do equipamento.
Progresso na tecnologia de metalurgia em pó
(1) Fusão de fabricação aditiva de metal (impressão 3D) e metalurgia em pó
A tecnologia de fabricação aditiva de metal se desenvolveu rapidamente nos últimos anos, e sua combinação com a metalurgia em pó trouxe um novo avanço para a fabricação de peças complexas. Através da tecnologia de impressão 3D, o pó de metal pode ser acumulado diretamente e formado camada por camada para produzir peças com estrutura interna complexa e design personalizado. Essa tecnologia não apenas reduz os processos de resíduos e processamento de materiais, mas também permite a fabricação de peças difíceis de fabricar, como lâminas complexas de motores aero.
(2) Tecnologia de metalurgia de nano-pó
Com o desenvolvimento da nanotecnologia, surgiu a tecnologia de metalurgia nano-pó. O pó de metal em nanoescala possui as características de grande área de superfície específica, alta atividade, grande força motriz de sinterização e pode preparar materiais nanoestruturados com excelentes propriedades mecânicas, elétricas e magnéticas. Atualmente, a tecnologia de metalurgia de nano-pó fez um progresso notável na preparação de materiais magnéticos de alto desempenho, materiais supercondutores e ligas de alta resistência.
(3) Inovação de compósitos de metalurgia em pó
Ao adicionar várias fases aprimoradas (como partículas de cerâmica, fibras etc.) ao pó de metal, o material compósito metalúrgico em pó com excelente desempenho é preparado. Esses materiais compostos combinam as vantagens do metal e da fase aprimorada, têm as características de alta resistência, alta dureza, boa resistência ao desgaste, alta temperatura e outra resistência e são amplamente utilizadas na fabricação aeroespacial, automotiva, engenharia mecânica e outros campos. Por exemplo, o material compósito da matriz de alumínio preparado pela adição de partículas de carboneto de silício ao pó de liga de alumínio melhora significativamente a força e a dureza, mantendo as características de baixa densidade da liga de alumínio.
Olhando para o futuro, com o progresso contínuo da ciência e da tecnologia, a tecnologia de metalurgia em pó deve alcançar avanços em campos mais emergentes, e a integração com outras tecnologias de ponta será aprofundada. Nos campos de fabricação inteligente, materiais quânticos e engenharia biomédica, a tecnologia de metalurgia em pó tem o potencial de criar mais materiais e componentes multifuncionais e de alto desempenho, fornecendo soluções inovadoras para desafios globais, como crise energética, proteção ambiental e saúde humana. Pode -se prever que a tecnologia de metalurgia em pó desempenhará um papel mais importante no futuro desenvolvimento industrial e progresso social.
