La metalurgia en polvo, como una antigua y dinámica tecnología de preparación y formación de materiales avanzados, se originó en la antigua tecnología de preparación de cerámica y la tecnología de fabricación de hierro, hasta 1909, el advenimiento del tungsteno dúctil de metalurgia en polvo marcó el advenimiento de la moderna era metalurgia de polvo. Durante más de cien años, la tecnología de metalurgia en polvo se ha desarrollado enérgicamente, y una variedad de nuevos materiales y productos clave importantes han surgido continuamente, convirtiéndose en una de las tecnologías de ingeniería importantes indispensables en la economía nacional y la ciencia y la tecnología.
Características y ventajas de la metalurgia en polvo
La metalurgia en polvo es una tecnología que utiliza polvo de metal (o una mezcla de metal y polvo no metal) para fabricar materiales metálicos, materiales compuestos y varios tipos de productos mediante procesos de moldeo y sinterización como materia prima.
En comparación con el proceso tradicional de fundición y fundición, la metalurgia en polvo tiene muchas ventajas. Por un lado, puede evitar efectivamente la posible segregación de componentes en el proceso de fundición y garantizar la composición uniforme del material, para obtener un rendimiento más estable y excelente. Por otro lado, la metalurgia en polvo puede lograr la formación cercana a la red, reducir en gran medida el proceso de procesamiento posterior y los desechos de materiales. Según las estadísticas de datos relevantes, la tasa de utilización del material de las piezas fabricadas por el proceso de metalurgia en polvo puede alcanzar más del 90%, mientras que la tasa de utilización del material del método de mecanizado tradicional generalmente es solo del 30%-50%, lo que no solo reduce el costo de producción, sino que también mejora la eficiencia de producción y se ajusta al concepto de desarrollo verde de la industria fabricante moderna. Además, al ajustar la composición del polvo, el tamaño de partícula y el proceso de preparación, la regulación precisa de las propiedades del material puede realizarse para satisfacer las necesidades de diferentes campos para las propiedades especiales del material, como alta resistencia, alta dureza, alta resistencia a la temperatura, resistencia a la corrosión, etc.
Proceso principal del proceso de metalurgia en polvo
(I) Preparación de polvo
Método de trituración mecánica: confíe en la fuerza mecánica para bloquear el metal o la aleación rota en polvo, equipos simples, bajo costo, gran rendimiento, pero la forma de polvo es irregular, distribución de tamaño de partícula ancho, fácil de introducir impurezas.
Método de abulización: el líquido de metal fundido con gas de alta presión (nitrógeno, argón) o pulverización de flujo de agua de alta velocidad en gotas pequeñas, enfriada y solidificada en polvo. El polvo de atomización de gas tiene una alta forma esférica, buena fluidez, adecuada para piezas de alto rendimiento; Método de atomización del agua con forma de polvo irregular de bajo costo, alta eficiencia, que a menudo se usa en polvo de acero ordinario y productos con requisitos de bajo rendimiento.
Método de reducción: utilizando hidrógeno, monóxido de carbono y otros agentes reductores para reducir el óxido de metal en polvo, alta pureza, alta actividad, alta actividad de sinterización, compactación de baja temperatura, pero la producción necesita alta temperatura y atmósfera específica, equipos grandes inversiones, alto costo.
Método de electrólisis: electrólisis Solución de sal de metal o sal fundida, de modo que los iones metálicos en la precipitación del cátodo en polvo, alta pureza, fina y uniforme, adecuado para el campo de alta pureza y requisitos de tamaño de partícula, como materiales electrónicos, pero baja eficiencia de producción, alto consumo de energía, alto costo.
(2) Formar
Moldado: coloque el polvo de metal de pretratamiento en el molde, moldeo por compactación de presión, pasos que incluyen polvo, presionando, liberación, adecuado para forma simple, requisitos de alta precisión de productos, como el engranaje. Las ventajas son equipos simples, alta eficiencia, bajo costo, producción en masa; Los productos complejos son difíciles de diseñar y fabricar, uniformidad de densidad.
Moldado a presión isostático: el uso de la transmisión de presión uniforme líquida, el molde elástico cargado de polvo colocó un moldeo de presión de los vasos de alta presión. La presión isostática fría a temperatura ambiente es adecuada para productos con forma compleja y requisitos de alta densidad; La presión isostática térmica actúa a alta temperatura y alta presión simultáneamente para materiales aeroespaciales de alto rendimiento. La ventaja es que la densidad del producto es uniforme, adecuada para productos complejos grandes; El equipo es costoso, largo ciclo y alto costo.
Moldado de inyección: mezcla de polvo de metal y adhesivo en material de inyección y máquina de inyección en la cavidad del moho, es adecuado para fabricar piezas pequeñas complejas de alta precisión, como componentes electrónicos. Las ventajas son la alta eficiencia de moldeo y la precisión, adecuadas para la producción en masa; La selección y eliminación del adhesivo es difícil, y el tratamiento inadecuado afecta el rendimiento de los productos.
(3) facturación
Sinterización convencional: Caliente el tocho a la temperatura y la atmósfera apropiadas (hidrógeno, nitrógeno, vacío, etc.) para combinar las partículas de polvo y mejorar la densidad y la resistencia. La atmósfera de hidrógeno para eliminar las impurezas, la oxidación de nitrógeno, el vacío es adecuado para los altos requisitos de contenido de oxígeno.
Sinterización de presión caliente: presión de sinterización, en el equipo especial, moho con grafito y otros materiales. Los productos que pueden reducir la temperatura de sinterización, acortar el tiempo y obtener una mayor densidad y rendimiento a menudo se usan en la preparación de cerámicas de alto rendimiento y otros materiales.
Sinterización de plasma de descarga (SPS): Genere el plasma de descarga y la sinterización rápida calentada de calor por calor por corriente de pulso. Puede eliminar las impurezas en la superficie de las partículas, activar la superficie, calentar rápidamente (100-1000 grados / min), poco tiempo (unos minutos a unos minutos), puede inhibir el crecimiento del grano y se usa para preparar nanomateriales.
Campo de aplicación de la tecnología de metalurgia en polvo
(1) campo aeroespacial
Aeroespace tiene requisitos estrictos sobre el rendimiento del material, y la tecnología de metalurgia en polvo solo cumple con los requisitos. La superallo de metalurgia en polvo se usa para fabricar componentes clave como discos y cuchillas de turbina, como el disco de turbina del motor F119 de Pucompany, y la superalte de níquel de metalurgia en polvo se usa para mejorar el rendimiento y la confiabilidad del motor. Con baja densidad, alta resistencia y resistencia a la corrosión, la aleación de titanio de metalurgia en polvo se usa para fabricar piezas estructurales, como la viga de ala de aeronaves y el marco de fuselaje para reducir el peso de las aeronaves y mejorar la eficiencia del combustible y el rendimiento del vuelo.
(2) campo de fabricación de automóviles
Las piezas de metalurgia en polvo se usan ampliamente en el motor automotriz, los sistemas de transmisión y frenado. El anillo de la válvula, el catéter y el anillo de pistón en el motor están hechos de base de cobre o aleación de base de hierro, lo que puede soportar alta temperatura y alta presión y mejorar el rendimiento y la vida útil del motor; El engranaje de transmisión y el sincronizador tienen alta precisión y buena resistencia, hacen que el engranaje cambie más suavemente y mejore la eficiencia del freno, con buena fricción y resistencia al desgaste, y la seguridad de los frenos.
(3) El campo de la información electrónica
Con el desarrollo de equipos electrónicos para la tecnología de metalurgia en polvo pequeña, ligera y de alto rendimiento, se usa más ampliamente. Los materiales de metalurgia de polvo magnético suave se utilizan para fabricar componentes electrónicos como transformadores e inductores; Los compuestos de matriz de metal metalurgia en polvo, como el tungsteno de cobre y el molibdeno de cobre se utilizan para el sustrato de disipación de calor y la carcasa de empaquetado de dispositivos electrónicos de alta potencia; Los materiales de contacto de metalurgia en polvo se utilizan para interruptores eléctricos y relés para garantizar la apertura y la ruptura del circuito seguro.
Núcleo de polvo magnético de Fe-Silicon-Nickel (KNF)
(4) campo de fabricación mecánica
La tecnología de metalurgia en polvo se utiliza para fabricar engranajes, rodamientos y otras piezas mecánicas. El equipo de metalurgia en polvo tiene alta precisión, transmisión suave y alta tasa de utilización de materiales; El cojinete de metalurgia en polvo es resistente al desgaste y al desgaste, adecuado para baja velocidad, carga pesada y bajo ruido. En condiciones de trabajo especiales, el rodamiento de petróleo puede mantener un buen rendimiento y mejorar la confiabilidad y la vida útil del equipo.
(5) campo de dispositivos médicos
En términos de implantes, la aleación de titanio de metalurgia en polvo se usa para hacer articulaciones artificiales, etc., cuya estructura porosa puede promover el crecimiento de las células óseas y reducir el riesgo de aflojamiento de implantes. Los instrumentos quirúrgicos están hechos de acero de alta velocidad metalurgia en polvo y acero inoxidable, con mayor dureza, resistencia al desgaste y resistencia a la corrosión, y también pueden hacer dispositivos de forma complejos. En materiales dentales, las dentaduras postizas tienen buena fuerza, dureza y estética. Los implantes dentales utilizan titanio de metalurgia en polvo o aleación de titanio, lo que puede mejorar la tasa de éxito del implante. El soporte de ortodoncia utiliza acero inoxidable de metalurgia en polvo o aleación de níquel-titanio, que puede aplicar con precisión la fuerza.
(6) Nuevo sector energético
En términos de baterías de iones de litio, los materiales de cátodo como el fosfato de hierro de litio y los materiales ternarios preparados por la tecnología de metalurgia en polvo pueden mejorar la densidad de energía y la eficiencia de carga y descarga de las baterías. En el campo de las celdas de combustible, las placas bipolares de metal fabricadas por el proceso de metalurgia en polvo y los portadores de catalizador con un área de superficie específica altas pueden mejorar el rendimiento de las celdas de combustible y reducir los costos. En la generación de energía eólica, las cajas de engranajes, los rodamientos y otras piezas fabricadas por metalurgia en polvo pueden mantener el rendimiento estable en el entorno duro y prolongar la vida útil del equipo.
Progreso en tecnología de metalurgia en polvo
(1) Fusión de fabricación de aditivos de metal (impresión 3D) y metalurgia en polvo
La tecnología de fabricación de aditivos de metal se ha desarrollado rápidamente en los últimos años, y su combinación con la metalurgia en polvo ha traído un nuevo avance para la fabricación de piezas complejas. A través de la tecnología de impresión 3D, el polvo de metal se puede acumular directamente y formar capa por capa para producir piezas con estructura interna compleja y diseño personalizado. Esta tecnología no solo reduce los desechos de materiales y los procesos de procesamiento, sino que también permite la fabricación de piezas que son difíciles de fabricar, como hojas complejas de motores aerodinámicos.
(2) Tecnología de metalurgia de nano-pole
Con el desarrollo de la nanotecnología, ha surgido la tecnología de metalurgia de nano-ponderación. El polvo metálico a nanoescala tiene las características de una gran área de superficie específica, alta actividad, una gran fuerza impulsora de sinterización y puede preparar materiales nanoestructurados con excelentes propiedades mecánicas, eléctricas y magnéticas. En la actualidad, la tecnología de metalurgia de nano-polego ha hecho un progreso notable en la preparación de materiales magnéticos de alto rendimiento, materiales superconductores y aleaciones de alta resistencia.
(3) Innovación de compuestos de metalurgia en polvo
Al agregar varias fases mejoradas (como partículas de cerámica, fibras, etc.) al polvo metálico, se prepara el material compuesto metalúrgico de polvo con excelente rendimiento. Estos materiales compuestos combinan las ventajas del metal y la fase mejorada, tienen las características de alta resistencia, alta dureza, buena resistencia al desgaste, alta temperatura y otra resistencia, y se usan ampliamente en la fabricación aeroespacial, de fabricación de automóviles, ingeniería mecánica y otros campos. Por ejemplo, el material compuesto de matriz de aluminio preparado mediante la adición de partículas de carburo de silicio a la aleación de aluminio en polvo mejora significativamente la resistencia y la dureza, al tiempo que mantiene las características de baja densidad de la aleación de aluminio.
Mirando hacia el futuro, con el progreso continuo de la ciencia y la tecnología, se espera que la tecnología de metalurgia en polvo logre avances en campos más emergentes, y la integración con otras tecnologías de vanguardia se profundizará aún más. En los campos de la fabricación inteligente, los materiales cuánticos y la ingeniería biomédica, la tecnología de metalurgia en polvo tiene el potencial de crear más materiales y componentes multifuncionales y de alto rendimiento, proporcionando soluciones innovadoras a los desafíos globales, como la crisis energética, la protección del medio ambiente y la salud humana. Se puede predecir que la tecnología de metalurgia en polvo desempeñará un papel más importante en el desarrollo industrial futuro y el progreso social.
