Pulbri metallurgia kui iidse ja dünaamilise täiustatud materjali ettevalmistamise ja moodustamise tehnoloogiana pärinesid iidse keraamilise ettevalmistamise tehnoloogia ja raua valmistamise tehnoloogia, kuni 1909. aastani tähistas pulbri metallugia üldine volfram tulek moodsa pulbri metallurgia ajastu tulekuga. Pulbri metallurgia tehnoloogia on jõuliselt arenenud rohkem kui sada aastat ning pidevalt on tekkinud mitmesuguseid olulisi uusi materjale ja võtmetooteid, saades üheks hädavajalikuks oluliseks inseneritehnoloogiaks rahvamajanduse ning teaduse ja tehnoloogia alal.
Pulbri metallurgia omadused ja eelised
Pulbri metallurgia on tehnoloogia, mis kasutab metallipulbrit (või metalli ja mittemetallipulbri segu) metallimaterjalide, komposiitmaterjalide ja erinevat tüüpi toodete valmistamiseks, vormimise ja paagutamise protsessidena toorainena.
Võrreldes traditsioonilise sulatamise ja valamisprotsessiga, on pulbri metallurgial palju eeliseid. Ühest küljest saab see tõhusalt vältida võimalikku komponentide segregatsiooni sulamisprotsessis ja tagada ühtlase materjali koostise, et saada stabiilsemat ja suurepärasemat jõudlust. Teisest küljest võib pulbri metallurgia saavutada lähivõrgu moodustamise, vähendada oluliselt järgnevat töötlemisprotsessi ja materiaalsete jäätmeid. Asjakohase andmestatistika kohaselt võib pulbri metallurgiaprotsessiga toodetud osade materiaalse kasutamise määr ulatuda enam kui 90%-ni, samas kui traditsioonilise töötlemismeetodi materiaalse kasutamise määr on tavaliselt ainult 30–50%, mis mitte ainult ei vähenda tootmiskulusid, vaid ka parandab tootmise tõhusust ja sobib ka moodsa töötleva tööstuse rohelise arengu kontseptsiooniga. Lisaks saab pulbri koostise, osakeste suuruse ja ettevalmistamise protsessi kohandades materjali omaduste täpset reguleerimist realiseerida nii, et see vastaks erinevate väljade vajadustele materjali eriliste omaduste jaoks, näiteks kõrge tugevus, kõrge karedus, kõrge temperatuuriga vastupidavus, korrosioonikindlus jne.
Pulbri metallurgia protsessi peamine protsess
I) pulbri ettevalmistamine
Mehaaniline purustamismeetod: tuginege mehaanilisele jõule, et blokeerida pulbriks purustatud metalli või sulami, lihtsate seadmete, madalate kulude, suure saagise, kuid pulbri kuju on ebaregulaarne, lai osakeste suuruse jaotus, mida on lihtne sisse viia lisanditega.
Abuliseerimismeetod: Sulametalli vedelik kõrgsurvegaasiga (lämmastik, argoon) või kiire veevoolu pihustus väikesteks tilkadeks, jahutatud ja tahkestatud pulbriks. Gaasi pihustamise pulbril on kõrge sfääriline kuju, hea voolavus, mis sobib suure jõudlusega osade jaoks; Vee pihustamismeetod, millel on madalad kulud, suure efektiivsusega, ebakorrapärase pulbri kujuga, mida sageli kasutatakse tavalises teraspulbris ja madala jõudlusastmega toodetes.
Redutseerimismeetod: vesiniku, süsinikmonooksiidi ja muude redutseerivate ainete kasutamine metallioksiidi vähendamiseks pulbriks, kõrge puhtus, kõrge aktiivsus, kõrge paagutamise aktiivsus, madal temperatuuri tihendamine, kuid tootmine vajab kõrget temperatuuri ja spetsiifilist atmosfääri, seadmeid suured investeeringud, suured kulud.
Elektrolüüsimeetod: elektrolüüsi metallisoolalahus või sula sool, nii et katoodi sadestumise metalliioonid pulbriks, suure puhtuse, peene ja ühtlasena, mis sobib kõrge puhtuse ja osakeste suuruse nõuete jaoks, näiteks elektrooniliste materjalide, kuid vähese tootmise efektiivsuse, kõrge energiatarbimise, kõrge kuluga.
(2) moodustamine
Vormimine: pange eeltöötluse metallipulber vormi, rõhu tihendamise vorm, astmed, sealhulgas pulber, pressimine, vabastamine, sobiv lihtsa kuju jaoks, toodete, näiteks käikude ülitäpsed nõuded. Eelised on lihtsad seadmed, kõrge efektiivsus, odavad kulud, masstootmine; Keerulisi tooteid on keeruline kavandada ja valmistada, tihedusega ühtlus.
Isostaatiline rõhu vormimine: vedeliku ühtlase rõhu ülekande kasutamine, pulbriga koormatud elastne vorm pani kõrgsurvega anuma rõhk. Külm isostaatiline rõhk toatemperatuuril sobib keeruka kuju ja suure tihedusega toodete jaoks; Termiline isostaatiline rõhk toimib kõrgel temperatuuril kõrgel temperatuuril ja kõrgsurve kõrge jõudlusega kosmosematerjalide korral. Eeliseks on see, et toote tihedus on ühtlane, sobib suurte keerukate toodete jaoks; Seadmed on kallis, pikk tsükkel ja kõrge kulu.
Sissepritsevormimine: metallipulbri ja liimi segamine sissepritsematerjalisse ja süstimismasinasse hallitusse õõnsusse sobib see ülitäpse kompleksi väikeste osade, näiteks elektrooniliste komponentide tootmiseks. Eelised on kõrge vormimise efektiivsus ja täpsus, mis sobib masstootmiseks; Liimi valimine ja eemaldamine on keeruline ning vale ravi mõjutab toodete jõudlust.
(3) Arveldus
Tavaline paagutamine: kuumutage toori sobival temperatuuril ja atmosfääris (vesinik, lämmastik, vaakum jne), et ühendada pulbriosakesed ning parandada tihedust ja tugevust. Vesiniku atmosfäär lisandite eemaldamiseks, lämmastiku oksüdatsioon, vaakum sobib kõrge hapnikusisalduse nõuete jaoks.
Kuum surve paagutamine: paagutusrõhk spetsiaalses seadmes, hallitus grafiidi ja muude materjalidega. Tooteid, mis võivad vähendada paagutamise temperatuuri, lühendada aega ja saada suuremat tihedust ja jõudlust, kasutatakse sageli suure jõudlusega keraamika ja muude materjalide valmistamisel.
Väljalaske plasma paagutamine (SPS): genereerige tühjendusplasma ja džoule soojuse kiire kuumutatud paagutamine impulssvoolu abil. See võib eemaldada osakeste pinnal olevad lisandid, aktiveerida pinda, kuumutada kiiresti (100-1000 kraadi / min), lühikese aja jooksul (mõni minut kuni mõni minut), võib pärssida teravilja kasvu ja seda kasutatakse nanomaterjalide valmistamiseks.
Pulbri metallurgia tehnoloogia rakendusväli
(1) lennundusväli
Lennundus kosmoses on ranged nõuded materjali jõudluse kohta ja pulbri metallurgia tehnoloogia vastab lihtsalt nõuetele. Pulbri metallurgia superalloy kasutatakse selliste võtmekomponentide, näiteks turbiini ketaste ja labade valmistamiseks, näiteks Pucompany mootori F119 turbiini kettale ning mootori jõudluse ja usaldusväärsuse parandamiseks kasutatakse pulbri metallugia niklipõhist superralloy. Madala tihedusega, kõrge tugevuse ja korrosioonikindlusega kasutatakse pulbri metallurgia titaansulamist selliste konstruktsiooniosade, näiteks õhusõidukite tiibkala ja kereraami tootmiseks, et vähendada õhusõidukite raskust ning parandada kütusesäästlikkust ja lennu jõudlust.
(2) Autotootmise valdkond
Pulbri metallurgia osi kasutatakse laialdaselt automootori, ülekande- ja pidurisüsteemides. Klapirõngas, kateeter ja kolvirõngas mootoris on valmistatud vaskbaasist või rauapõhja sulamist, mis talub kõrget temperatuuri ja kõrget rõhku ning parandavad mootori jõudlust ja eluiga; Käigukasti ja sünkronisaatoril on suur täpsus ja hea tugevus, muudavad käiguvahetuse sujuvamaks ja parandavad piduri efektiivsust, hea hõõrdumise ja kulumiskindluse ning piduri ohutusega.
(3) Elektroonilise teabe väli
Elektroonikaseadmete väljatöötamisega väikese, kerge ja suure jõudlusega kasutatakse pulbri metallurgia tehnoloogiat laiemalt. Elektrooniliste komponentide, näiteks trafode ja induktorite valmistamiseks kasutatakse pehmeid magnetilise pulbri metallurgiamaterjale; Pulbri metallurgia metalli maatriksi komposiite, näiteks vask-häält ja vask-molübdeenit kasutatakse kuumuse hajumise substraadi ja suure võimsusega elektrooniliste seadmete pakendatavate korpuste jaoks; Pulbri metallurgia kontaktmaterjale kasutatakse elektrilülitite ja releede jaoks, et tagada vooluahela ohutu avamine ja purunemine.
Fe-Silicon-Nickeli magnetpulbri südamik (KNF)
(4) Mehaaniline tootmisvaldkond
Pulbri metallurgia tehnoloogiat kasutatakse käikude, laagrite ja muude mehaaniliste osade valmistamiseks. Pulbri metallurgia käigud on kõrge täpsusega, sujuv ülekanne ja suur materjali kasutamise kiirus; Pulbri metallurgia laager on ise määrde- ja kulumiskindlane, mis sobib madala kiiruse, raske koormuse ja madala müra jaoks. Spetsiaalsetes töötingimustes suudab õlilaagrid säilitada head jõudlust ning parandada seadmete töökindlust ja kasutusaega.
(5) Meditsiiniseadmete väli
Implantaatide osas kasutatakse kunstlike liigeste jms valmistamiseks pulbri metallurgia titaansulamit, mille poorne struktuur võib soodustada luurakkude kasvu ja vähendada implantaadi lõdvenemise riski. Kirurgilised instrumendid on valmistatud pulbri metallurgia kiirest terasest ja roostevabast terasest, suurema karedusega, kulumiskindluse ja korrosioonikindlusega ning võib valmistada ka keerulisi kujuseadmeid. Hambamaterjalides on hambaprobleemid hea tugevuse, sitkuse ja esteetikaga. Hambaimplantaadid kasutavad pulbri metallurgia titaani või titaanisulamit, mis võib parandada implantaadi edukuse määra. Ortodontiline sulg kasutab pulbri metallurgia roostevabast terasest või nikkel-titaanisulamit, mis võib täpselt jõudu rakendada.
(6) Uus energiasektor
Liitium-ioonpatareide osas võivad katoodmaterjalid, näiteks liitiumraudne fosfaat ja pulbri metallurgiatehnoloogia poolt valmistatud kolmekomponentsed materjalid, parandada akude energiatihedust ja laengut ning tühjenemise tõhusust. Kütuseelementide valdkonnas võivad pulbri metallurgiaprotsessi ja kõrge spetsiifilise pindalaga katalüsaatori kandjate poolt toodetud metalli bipolaarsed plaadid parandada kütuseelementide jõudlust ja vähendada kulusid. Tuuleenergia tootmisel saavad pulbrimetallurgia poolt toodetud käigukastid, laagrid ja muud osad säilitada karmi keskkonnas stabiilse jõudluse ja pikendada seadmete kasutusaega.
Pulbri metallurgia tehnoloogia areng
(1) Metalli lisandite tootmise (3D -printimine) ja pulbri metallurgia sulandumine
Metalli lisaainete tootmistehnoloogia on viimastel aastatel kiiresti arenenud ja selle kombinatsioon pulbri metallurgiaga on toonud keerukate osade tootmiseks uue läbimurde. 3D -printimistehnoloogia kaudu saab metallipulbrit koguda ja moodustada kihi kaupa, et saada keeruka sisekonstruktsiooni ja isikupärastatud disainiga osi. See tehnoloogia mitte ainult ei vähenda materiaalseid jäätmeid ja töötlemisprotsesse, vaid võimaldab ka raskesti valmistatavaid osi, näiteks Aero mootorite keerukad terad.
(2) Nano-pulbri metallurgia tehnoloogia
Nanotehnoloogia arendamisega on tekkinud nanopulbri metallurgia tehnoloogia. Nanoskaala metallipulbril on suure spetsiifilise pinna omadused, suur aktiivsus, suur paagutusjõud ja see võib valmistada nanostruktureeritud materjale, millel on suurepärased mehaanilised, elektrilised ja magnetilised omadused. Praegu on nanopulbri metallurgiatehnoloogia teinud märkimisväärseid edusamme suure jõudlusega magnetiliste materjalide, ülijuhtivate materjalide ja suure tugevuse sulamite valmistamisel.
(3) pulbri metallurgia komposiitide uuendus
Lisades metallipulbrile mitmesugused täiustatud faasid (näiteks keraamilised osakesed, kiud jne), valmistatakse suurepärase jõudlusega pulbri metallurgiline komposiitmaterjal. Need komposiitmaterjalid ühendavad metalli ja täiustatud faasi eeliseid, neil on kõrge tugevuse, kõrge kõvaduse, hea kulumiskindluse, kõrge temperatuuri ja muu vastupidavuse omadused ning neid kasutatakse laialdaselt kosmose, autotööstuse tootmises, masinaehituses ja muudes väljades. Näiteks alumiiniumist maatriksi komposiitmaterjal, mis on valmistatud räni karbiidiosakeste lisamisel alumiiniumisulamipulbrile, parandab märkimisväärselt tugevust ja kõvadust, säilitades samas alumiiniumisulami madala tihedusega omadused.
Teatavate teaduse ja tehnoloogia pideva arenguga vaadates peaks pulbri metallurgia tehnoloogia saavutama läbimurdeid arenevates valdkondades ning integreerimine teiste tipptasemel tehnoloogiatega süveneb veelgi. Intelligentse tootmise, kvantmaterjalide ja biomeditsiinitehnika valdkonnas on pulbri metallurgia tehnoloogia potentsiaal luua rohkem suure jõudlusega ja multifunktsionaalseid materjale ja komponente, pakkudes uuenduslikke lahendusi globaalsetele väljakutsetele, näiteks energiakriis, keskkonnakaitse ja inimeste tervis. Võib ennustada, et pulbri metallurgia tehnoloogia mängib olulisemat rolli tööstusarengu ja sotsiaalse arengu osas.
