A metalurgia do pó, como uma tecnologia avançada de preparação e formação de materiais que é antiga e dinâmica, originou -se da tecnologia de preparação de cerâmica antiga e da tecnologia de fundição de ferro. Até 1909, o advento do tungstênio dúctil por metalurgia em pó marcou o advento da era moderna da metalurgia do pó. Nos últimos 100 anos, a tecnologia de metalurgia em pó floresceu e vários materiais novos e principais importantes continuaram surgindo, tornando -se uma das importantes tecnologias de engenharia que são indispensáveis à economia e tecnologia nacionais atuais. 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) como matérias-primas para fabricar materiais metálicos, materiais compósitos e vários tipos de produtos através de processos como moldagem e sinterização.
Comparado aos processos tradicionais de fundição e fundição, a metalurgia do pó tem muitas vantagens. Por um lado, pode efetivamente evitar a possível segregação de componentes durante o processo de fundição, garantir a uniformidade da composição do material e, assim, obter um desempenho mais estável e excelente. Por outro lado, a metalurgia do pó pode atingir a formação de rede próxima, reduzindo bastante os procedimentos de processamento subsequente e o desperdício de material. De acordo com as estatísticas relevantes, a taxa de utilização de materiais de peças fabricadas pela metalurgia do pó pode atingir mais de 90%, enquanto a taxa de utilização de materiais dos métodos tradicionais de processamento mecânico é geralmente apenas 30%-50}%, o que não apenas reduz os custos de produção, mas também melhora a eficiência da produção, que está de acordo com o conceito de desenvolvimento do conceito de verd e Além disso, ao ajustar a composição do pó, o tamanho das partículas e o processo de preparação, as propriedades do material podem ser controladas com precisão para atender às necessidades de diferentes campos para 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: a força mecânica é usada para esmagar o bloqueio de metal ou liga em pó. O equipamento é simples, o custo é baixo e a saída é grande, mas a forma do pó é irregular, a distribuição do tamanho das partículas é ampla e as impurezas são facilmente introduzidas.
Método da atomização: O líquido de metal fundido é pulverizado em gotículas pequenas com gás de alta pressão (nitrogênio, argônio) ou fluxo de água de alta velocidade e resfriado e solidificado em pó. O método de atomização de gás tem alta esfericidade e boa fluidez, adequada para fazer peças de alto desempenho; O método de atomização da água tem baixo custo e alta eficiência, e a forma do pó é irregular. É frequentemente usado para pó de aço comum e produtos com requisitos de baixo desempenho.
Método de redução: Use agentes redutores, como hidrogênio e monóxido de carbono, para reduzir os óxidos metálicos em pós com alta pureza, alta atividade, alta atividade de sinterização e densificação de baixa temperatura. No entanto, a produção requer alta temperatura e uma atmosfera específica, e o investimento em equipamentos é grande e o custo é alto.
Método da eletrólise: soluções de sal de metais eletrolisos ou sais fundidos para precipitar íons metálicos em pós no cátodo. Os pós são extremamente puros, finos e uniformes no tamanho das partículas. Eles são adequados para campos com altos requisitos para pureza e tamanho de partícula, como materiais eletrônicos, mas têm baixa eficiência de produção, alto consumo de energia e alto custo.
(Ii) moldagem
Moldagem de compressão: Coloque o pó de metal pré -tratado no molde e pressione -o em forma. As etapas incluem enchimento em pó, prensagem e desmolamento. É adequado para produtos com formas simples e requisitos de alta precisão, como engrenagens. As vantagens são equipamentos simples, alta eficiência, baixo custo e produção em larga escala; As desvantagens são que é difícil projetar e fabricar moldes para produtos complexos, e é difícil garantir uma densidade uniforme.
Pressionamento isostático: use líquido para transmitir uniformemente a pressão e coloque o pó em um molde elástico e pressione-o em um recipiente de alta pressão. A prensagem isostática fria é realizada à temperatura ambiente e é adequada para produtos com formas complexas e requisitos de alta densidade; A prensagem isostática quente usa alta temperatura e alta pressão ao mesmo tempo e é usada para materiais aeroespaciais de alto desempenho, etc. A vantagem é que o produto possui densidade uniforme em todas as direções e é adequada para produtos grandes e complexos; A desvantagem é que o equipamento é caro, o ciclo é longo e o custo é alto.
Moldagem por injeção: misture o metal em pó e o fichário em material de injeção e use uma máquina de injeção para injetar -o na cavidade do molde para moldar. É adequado para fabricar pequenas peças pequenas complexas de alta precisão, como componentes eletrônicos. A vantagem é alta eficiência e precisão de moldagem, e é adequada para produção em larga escala; A desvantagem é que a seleção e a remoção de ligantes são difíceis e o manuseio inadequado afeta o desempenho do produto.
(Iii) sinterização
Sinterização convencional: aqueça o corpo moldado a uma temperatura e atmosfera adequadas (hidrogênio, nitrogênio, vácuo, etc.) para combinar as partículas de pó e aumentar a densidade e a força. A atmosfera de hidrogênio remove as impurezas, o nitrogênio impede a oxidação e o vácuo é adequado para materiais com altos requisitos de conteúdo de oxigênio.
Sintarração de prensagem a quente: a pressão é aplicada durante a sinterização e é realizada em equipamentos especiais. O molde é feito de materiais como grafite. Pode reduzir a temperatura de sinterização, reduzir o tempo e obter produtos com maior densidade e desempenho. É frequentemente usado na preparação de cerâmica de alto desempenho e outros materiais.
Sinente plasmática de faísca (SPS): aquecimento rápido e sinterização gerando plasma de descarga e calor de joule através da corrente de pulso. Ele pode remover impurezas na superfície das partículas, ativar a superfície, aquecer rapidamente (100-1000 grau /min), demorar um pouco (vários minutos a dezenas de minutos) e inibir o crescimento dos grãos. É usado para preparar nanomateriais, etc.
Campos de aplicação da tecnologia de metalurgia em pó
(I) Campo aeroespacial
Aeroespacial possui requisitos rígidos sobre o desempenho do material e a tecnologia de metalurgia em pó apenas atende às necessidades. As ligas de alta temperatura metalurgia em pó são usadas para fabricar componentes-chave, como discos e lâminas de turbinas de motor de aeronaves. Por exemplo, o disco da turbina do motor F119 da Pratt & Whitney nos Estados Unidos usa ligas de alta temperatura à base de níquel de níquel em pó para melhorar o desempenho e a confiabilidade do motor. As ligas de titânio de metalurgia em pó são usadas para fabricar vigas de asa de aeronaves, molduras de fuselagem e outras partes estruturais com baixa densidade, alta resistência e resistência à corrosão, reduzindo o peso da aeronave e melhorando a eficiência de combustível e o desempenho de voo.
(Ii) campo de fabricação de automóveis
As peças de metalurgia em pó são amplamente utilizadas em motores de automóveis, transmissões e sistemas de frenagem. Os anéis da assento da válvula, os tubos-guia e os anéis de pistão no motor são feitos de ligas à base de ferro ou de ferro, que podem suportar alta temperatura e alta pressão e melhorar o desempenho e a vida do motor; As engrenagens e os cubos do sincronizador da transmissão são de alta precisão e boa força, tornando a mudança de engrenagem mais suave e melhorando a eficiência da transmissão; As pastilhas de freio e os discos de freio do sistema de freio são adicionados com materiais especiais de atrito, que têm boa resistência ao atrito e desgaste para garantir a segurança da frenagem.
(Iii) campo de informações eletrônicas
À medida que o equipamento eletrônico se desenvolve em direção a pequenas, leves e de alto desempenho, a tecnologia de metalurgia em pó é mais amplamente utilizada. Materiais de metalurgia em pó magnético macio são usados para fabricar componentes eletrônicos como transformadores e indutores; Materiais compósitos à base de metal metalurgia em pó, como tungstênio de cobre e cobre-molibdênio, são usados para substratos de dissipação de calor e conchas 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 comutação segura do circuito.
Núcleo de pó magnético de ferro-silício-níquel (KNF)
(Iv) Campo de fabricação mecânica
A tecnologia de metalurgia em pó é usada para fabricar peças mecânicas, como engrenagens e rolamentos. As engrenagens de metalurgia em pó têm alta precisão, transmissão suave e alta taxa de utilização de material; Os rolamentos de metalurgia em pó são auto-lubrificantes e resistentes ao desgaste, adequados para ocasiões de baixa velocidade, carga pesada e baixa ruído. Sob condições especiais de trabalho, os rolamentos que contêm petróleo podem manter um bom desempenho e melhorar a confiabilidade do equipamento e a vida útil do serviço.
(V) Campo de dispositivo médico
Em termos de implantes, as ligas de titânio de metalurgia em pó são usadas para fabricar articulações artificiais, etc. Sua 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 de metalurgia em pó e aço inoxidável, que têm mais dureza, resistência ao desgaste e resistência à corrosão e também podem fabricar instrumentos em forma de complexo. Entre os materiais dentários, as dentaduras têm boa força, resistência e estética. Os implantes dentários usam metalurgia de pó de titânio ou ligas de titânio, o que pode melhorar a taxa de sucesso da implantação. Os suportes ortodônticos usam ligas de aço inoxidável metalurgia em pó ou níquel-titânio, que podem aplicar com precisão força.
(Vi) Novo campo de energia
Em termos de baterias de íons de lítio, materiais positivos de eletrodo, como fosfato de ferro de lítio e materiais ternários preparados pela tecnologia de metalurgia em pó, podem melhorar a densidade da energia da bateria e a eficiência do carregamento e descarregamento. No campo das células de combustível, placas bipolares de metal e portadores de catalisador com alta área de superfície específica fabricada pelo processo de metalurgia em pó melhorou o desempenho das células de combustível e reduziu os custos. Na geração de energia eólica, caixas de câmbio, rolamentos e outras peças fabricadas pela Metalurgia em pó podem manter um desempenho estável em ambientes severos e prolongar a vida útil do equipamento.
Progresso na tecnologia de metalurgia em pó
(I) 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. Sua combinação com metalurgia em pó trouxe novos avanços na fabricação de peças complexas. Por meio da tecnologia de impressão 3D, os pós de metal podem ser diretamente empilhados por camada por camada para produzir peças com estruturas internas complexas e projetos personalizados. Essa tecnologia não apenas reduz os procedimentos de resíduos e processamento de materiais, mas também realiza a fabricação de peças difíceis de fabricar por métodos tradicionais de processamento, como lâminas complexas de motores de aeronaves.
(Ii) Tecnologia de metalurgia de nanopowder
Com o desenvolvimento da nanotecnologia, surgiu a tecnologia de metalurgia de nanopowder. Os pós de metal nano-escala têm as características de grande área de superfície específica, alta atividade e grande força motriz de sinterização e podem preparar materiais nanoestruturados com excelentes propriedades mecânicas, propriedades elétricas e propriedades magnéticas. Atualmente, a tecnologia de metalurgia em pó nano fez um progresso significativo na preparação de materiais magnéticos de alto desempenho, materiais supercondutores e ligas de alta resistência.
XI'an Universidade de Tecnologia, Diagrama esquemático do processo de preparação de pó composto de nano-ti-tibw esférico
(Iii) Inovação de materiais compósitos de metalurgia em pó
Ao adicionar várias fases de reforço (como partículas de cerâmica, fibras etc.) a pós de metal, são preparados pós de metal, materiais compósitos de metalurgia em pó com excelente desempenho. Esses materiais compostos combinam as vantagens dos metais e as fases de reforço, e têm as características de alta resistência, alta dureza, boa resistência ao desgaste, resistência a alta temperatura, etc., e são amplamente utilizadas em aeroespacial, fabricação de automóveis, engenharia mecânica e outros campos. Por exemplo, o material compósito à base de alumínio preparado adicionando partículas de carboneto de silício ao pó de liga de alumínio melhorou significativamente a força e a dureza, mantendo as características de baixa densidade da liga de alumínio.
