Pudra metalurjisi, hem eski hem de dinamik olan gelişmiş bir malzeme hazırlama ve oluşturma teknolojisi olarak, eski seramik hazırlık teknolojisinden ve demir eritme teknolojisinden kaynaklanmıştır. 1909'a kadar, toz metalurjisi ile sünek tungsten'in ortaya çıkması, modern toz metalurji döneminin ortaya çıkışını işaret etti. Son 100 yılda, toz metalurji teknolojisi gelişti ve çeşitli önemli yeni malzemeler ve kilit ürünler ortaya çıkmaya devam etti ve günümüzün ulusal ekonomisi ve bilim ve teknolojisi için vazgeçilmez önemli mühendislik teknolojilerinden biri oldu. Toz metalurjisinin özellikleri ve avantajları
Toz metalurjisi, kalıplama ve sinterleme gibi işlemlerle metal malzemeler, kompozit malzemeler ve çeşitli ürün türlerini üretmek için hammadde olarak metal tozu (veya metal ve metal olmayan bir toz karışımı) kullanan bir teknolojidir.
Geleneksel eritme ve döküm işlemleri ile karşılaştırıldığında, toz metalurjinin birçok avantajı vardır. Bir yandan, eritme işlemi sırasında olası bileşen ayrılmasını etkili bir şekilde önleyebilir, malzeme bileşiminin homojenliğini sağlayabilir ve böylece daha kararlı ve mükemmel performans elde edebilir. Öte yandan, toz metalurjisi, sonraki işleme prosedürlerini ve malzeme atıklarını büyük ölçüde azaltarak net oluşum oluşturabilir. İlgili istatistiklere göre, toz metalurjisi tarafından üretilen parçaların malzeme kullanım oranı%90'dan fazla ulaşabilirken, geleneksel mekanik işleme yöntemlerinin malzeme kullanım oranı genellikle sadece üretim maliyetlerini azaltmakla kalmaz, aynı zamanda modern üretimdeki yeşil ve çevre korumasının kalkınma kavramı ile hatta olan üretim verimliliğini de iyileştirir. Ek olarak, toz bileşimi, partikül boyutu ve hazırlama işlemi ayarlanarak, malzeme özellikleri, yüksek mukavemet, yüksek sertlik, yüksek sıcaklık direnci, korozyon direnci vb.
Toz metalurji sürecinin ana işlemi
(İ) Toz hazırlığı
Mekanik ezme yöntemi: Mekanik kuvvet, blok metal veya alaşımı toz haline getirmek için kullanılır. Ekipman basittir, maliyet düşüktür ve çıkış büyüktür, ancak toz şekli düzensizdir, partikül boyutu dağılımı geniştir ve safsızlıklar kolayca tanıtılır.
Atomizasyon yöntemi: Erimiş metal sıvı, yüksek basınçlı gaz (azot, argon) veya yüksek hızlı su akışı ile küçük damlacıklara püskürtülür ve soğutulur ve toz haline getirilir. Gaz atomizasyon yöntemi, yüksek performanslı parçalar yapmak için uygun olan yüksek küreselliğe ve iyi akışkanlığa sahiptir; Su atomizasyon yöntemi düşük maliyetli ve yüksek verimliliğe sahiptir ve toz şekli düzensizdir. Genellikle sıradan çelik tozu ve düşük performans gereksinimlerine sahip ürünler için kullanılır.
Azaltma yöntemi: Metal oksitleri yüksek saflıkta, yüksek aktivite, yüksek sinterleme aktivitesi ve düşük sıcaklık yoğunlaştırma ile tozlara indirgemek için hidrojen ve karbon monoksit gibi indirgeyici ajanları kullanın. Bununla birlikte, üretim yüksek sıcaklık ve belirli bir atmosfer gerektirir ve ekipman yatırımı büyüktür ve maliyet yüksektir.
Elektroliz yöntemi: Metal iyonlarını katottaki tozlara çökmek için elektroliz metal tuz çözeltileri veya erimiş tuzlar. Tozlar parçacık boyutunda son derece saf, ince ve tekdüze. Elektronik malzemeler gibi saflık ve parçacık büyüklüğü için yüksek gereksinimlere sahip alanlar için uygundur, ancak düşük üretim verimliliği, yüksek enerji tüketimi ve yüksek maliyete sahiptirler.
(İi) Kalıplama
Sıkıştırma Kalıplama: Ön işlemden geçirilmiş metal tozunu kalıbın içine koyun ve şekle bastırın. Adımlar toz doldurma, presleme ve demolding içerir. Basit şekillere sahip ürünler ve dişliler gibi yüksek hassasiyet gereksinimleri için uygundur. Avantajlar basit ekipman, yüksek verimlilik, düşük maliyet ve büyük ölçekli üretimdir; Dezavantajlar, karmaşık ürünler için kalıplar tasarlamanın ve üretmenin zor olması ve tek tip yoğunluk sağlamak zordur.
İzostatik presleme: Basıncı eşit bir şekilde iletmek için sıvı kullanın ve tozu elastik bir kalıba yerleştirin ve yüksek basınçlı bir kabına bastırın. Soğuk izostatik presleme oda sıcaklığında gerçekleştirilir ve karmaşık şekillere ve yüksek yoğunluklu gereksinimlere sahip ürünler için uygundur; Sıcak izostatik presleme aynı anda yüksek sıcaklık ve yüksek basınç kullanır ve yüksek performanslı havacılık malzemeleri vb. İçin kullanılır. Avantaj, ürünün her yöne eşit yoğunluğa sahip olması ve büyük ve karmaşık ürünler için uygun olmasıdır; Dezavantajı, ekipmanın pahalı, döngü uzun olması ve maliyetin yüksek olmasıdır.
Enjeksiyon kalıplama: Metal tozunu ve bağlayıcıyı enjeksiyon malzemesine karıştırın ve kalıplama için kalıp boşluğuna enjekte etmek için bir enjeksiyon makinesi kullanın. Elektronik bileşenler gibi yüksek hassasiyetli karmaşık küçük parçaların üretilmesi için uygundur. Avantaj, yüksek kalıplama verimliliği ve hassasiyettir ve büyük ölçekli üretim için uygundur; Dezavantajı, bağlayıcıların seçilmesinin ve çıkarılmasının zor olması ve uygun olmayan kullanım ürünün performansını etkilemesidir.
(İii) sinterleme
Geleneksel sinterleme: Kalıplı gövdeyi, toz parçacıklarını birleştirmek ve yoğunluğu ve mukavemeti arttırmak için uygun bir sıcaklık ve atmosferde (hidrojen, azot, vakum vb.) Isıtın. Hidrojen atmosferi safsızlıkları giderir, azot oksidasyonu önler ve vakum yüksek oksijen içeriği gereksinimlerine sahip malzemeler için uygundur.
Sıcak presleme sinterleme: Sinterleme sırasında basınç uygulanır ve özel ekipmanlarda gerçekleştirilir. Kalıp grafit gibi malzemelerden yapılmıştır. Sinterleme sıcaklığını azaltabilir, zamanı kısaltabilir ve daha yüksek yoğunluk ve performansa sahip ürünler elde edebilir. Genellikle yüksek performanslı seramik ve diğer malzemelerin hazırlanmasında kullanılır.
Kıvılcım plazma sinterleme (SPS): Daha akımı yoluyla deşarj plazması ve joule ısı üreterek hızlı ısıtma ve sinterleme. Parçacıkların yüzeyindeki safsızlıkları giderebilir, yüzeyi aktive edebilir, hızlı bir şekilde ısınabilir (100-1000 derecesi /dk), kısa bir süre (onlarca dakikaya birkaç dakika) ve tane büyümesini engelleyebilir. Nanomalzemeleri vb. Hazırlamak için kullanılır.
Toz Metalurji Teknolojisinin Uygulama Alanları
(İ) Havacılık alanı
Havacılık, malzeme performansı konusunda katı gereksinimlere sahiptir ve toz metalurji teknolojisi sadece ihtiyaçları karşılıyor. Toz Metalurjisi Yüksek sıcaklık alaşımları, uçak motoru türbin diskleri ve bıçaklar gibi anahtar bileşenleri üretmek için kullanılır. Örneğin, Amerika Birleşik Devletleri'ndeki Pratt & Whitney'in F119 motorunun türbin diski, motor performansını ve güvenilirliğini artırmak için toz metalurjisi nikel bazlı yüksek sıcaklık alaşımları kullanır. Toz Metalurji Titanyum Alaşımları, uçak kanat kirişleri, gövde çerçeveleri ve düşük yoğunluklu, yüksek mukavemetli ve korozyon direncine sahip diğer yapısal parçaları üretmek için kullanılır, uçak ağırlığını azaltır ve yakıt verimliliğini ve uçuş performansını iyileştirir.
(İi) Otomobil üretim alanı
Toz metalurji parçaları otomobil motorlarında, şanzımanlarda ve fren sistemlerinde yaygın olarak kullanılmaktadır. Valf koltuk halkaları, kılavuz tüpler ve motordaki piston halkaları, yüksek sıcaklık ve yüksek basınca dayanabilen ve motor performansını ve ömrünü iyileştirebilen bakır bazlı veya demir bazlı alaşımlardan yapılmıştır; Şanzımanın dişliler ve senkronizatör göbekleri yüksek hassasiyetli ve iyi mukavemettir, bu da dişliyi daha pürüzsüz hale getirir ve iletim verimliliğini iyileştirir; Fren sisteminin fren balataları ve fren diskleri, fren güvenliğini sağlamak için iyi sürtünme ve aşınma direncine sahip özel sürtünme malzemeleri ile eklenir.
(İii) Elektronik bilgi alanı
Elektronik ekipman küçük, hafif ve yüksek performansa doğru geliştikçe, toz metalurji teknolojisi daha yaygın olarak kullanılmaktadır. Yumuşak manyetik toz metalurji malzemeleri, transformatörler ve indüktörler gibi elektronik bileşenler üretmek için kullanılır; Toz metalurjisi, bakır tungsten ve bakır-molibden gibi, ısı yayma substratları ve yüksek güçlü elektronik cihazların ambalaj kabukları için kullanılır; Toz metalurji temas malzemeleri, güvenli devre anahtarlamasını sağlamak için elektrik anahtarları ve röleler için kullanılır.
Demir-Silicon-Nickel Manyetik Toz Çekirdeği (KNF)
(İv) Mekanik üretim alanı
Toz metalurji teknolojisi dişliler ve yataklar gibi mekanik parçalar üretmek için kullanılır. Toz metalurji dişlileri yüksek hassasiyet, düz iletime ve yüksek malzeme kullanım oranına sahiptir; Toz metalurji yatakları, düşük hızlı, ağır yük ve düşük gürültü durumları için uygun, kendi kendine yağlayıcı ve aşınmaya dayanıklıdır. Özel çalışma koşulları altında, yağ içeren rulmanlar iyi performansı koruyabilir ve ekipman güvenilirliğini ve servis ömrünü geliştirebilir.
(V) Tıbbi cihaz alanı
İmplantlar açısından, yapay eklemler vb. Üretmek için toz metalurji titanyum alaşımları kullanılır. Gözenekli yapıları kemik hücresi büyümesini teşvik edebilir ve implant gevşeme riskini azaltabilir. Cerrahi aletler, daha yüksek sertliğe, aşınma direncine ve korozyon direncine sahip olan ve ayrıca karmaşık şekilli aletler üretebilen toz metalurjisi yüksek hızlı çelik ve paslanmaz çelikten yapılmıştır. Diş materyalleri arasında protezler iyi bir güç, tokluk ve estetiğe sahiptir. Diş implantları, implantasyonun başarı oranını iyileştirebilen toz metalurjisi titanyum veya titanyum alaşımları kullanır. Ortodontik braketler, kuvveti doğru bir şekilde uygulayabilen toz metalurjisi paslanmaz çelik veya nikel-titanyum alaşımları kullanır.
(Vi) Yeni enerji alanı
Lityum iyon piller açısından, lityum demir fosfat ve toz metalurji teknolojisi tarafından hazırlanan üçlü malzemeler gibi pozitif elektrot malzemeleri pil enerji yoğunluğunu ve şarj ve deşarj verimliliğini artırabilir. Yakıt hücreleri alanında, metal bipolar plakalar ve toz metalurji işlemi ile üretilen yüksek spesifik yüzey alanına sahip katalizör taşıyıcıları, yakıt hücrelerinin performansını ve maliyetleri azaltmıştır. Rüzgar enerjisi üretiminde, şanzımanlar, rulmanlar ve toz metalurjisi ile üretilen diğer parçalar, zorlu ortamlarda sabit performansı koruyabilir ve ekipmanın servis ömrünü uzatabilir.
Toz Metalurji Teknolojisinde İlerleme
(İ) Metal katkı maddesi üretimi (3D baskı) ve toz metalurjisi
Metal katkı üretim teknolojisi son yıllarda hızla gelişmiştir. Toz metalurjisi ile kombinasyonu, karmaşık parçaların üretiminde yeni atılımlar getirmiştir. 3D baskı teknolojisi aracılığıyla, metal tozları karmaşık iç yapılara ve kişiselleştirilmiş tasarımlara sahip parçalar üretmek için katmana göre doğrudan istiflenebilir. Bu teknoloji sadece malzeme atık ve işleme prosedürlerini azaltmakla kalmaz, aynı zamanda uçak motorlarının karmaşık bıçakları gibi geleneksel işleme yöntemleriyle üretilmesi zor olan parçaların üretimini de fark eder.
(İi) Nanopowder metalurji teknolojisi
Nanoteknolojinin gelişimi ile nanopowder metalurji teknolojisi ortaya çıktı. Nano ölçekli metal tozları, büyük spesifik yüzey alanı, yüksek aktivite ve büyük sinterleme kuvvetinin özelliklerine sahiptir ve mükemmel mekanik özelliklere, elektriksel özelliklere ve manyetik özelliklere sahip nanoyapılı malzemeler hazırlayabilir. Şu anda, nano toz metalurji teknolojisi, yüksek performanslı manyetik malzemelerin, süper iletken malzemelerin ve yüksek mukavemetli alaşımların hazırlanmasında önemli ilerleme kaydetmiştir.
Xi'an Teknoloji Üniversitesi, Küresel Nano Ti-TIBW Kompozit Tozu Hazırlama Sürecinin Şematik Diyagramı
(İii) Toz metalurjisi kompozit malzemelerinin yeniliği
Metal tozlarına çeşitli takviye fazları (seramik parçacıklar, lifler, vb.) Ekleyerek, mükemmel performansa sahip toz metalurji kompozit malzemeler hazırlanır. Bu kompozit malzemeler, metallerin ve aşamalı fazların avantajlarını birleştirir ve yüksek mukavemet, yüksek sertlik, iyi aşınma direnci, yüksek sıcaklık direnci vb. Örneğin, alüminyum alaşım tozuna silikon karbür parçacıkları ilave edilerek hazırlanan alüminyum bazlı kompozit malzeme, alüminyum alaşımının düşük yoğunluklu özelliklerini korurken mukavemeti ve sertliği önemli ölçüde geliştirmiştir.
