Prášková metalurgie je důležitou technologií přípravy materiálů, která využívá kovový prášek (nebo směs kovového prášku a nekovového prášku) jako surovinu pro výrobu kovových materiálů, kompozitních materiálů a různých typů výrobků prostřednictvím procesů, jako je tváření a slinování. Následuje podrobný úvod do práškové metalurgie:
I. Definice a princip
Prášková metalurgie je výroba kovového prášku nebo kovového prášku jako suroviny, prostřednictvím tváření a slinování, výroba kovových materiálů, kompozitních materiálů a různých typů výrobků procesní technologií. Základní proces zahrnuje přípravu prášku, tvarování prášku, slinování a následné zpracování. Tato technologie má svůj původ ve starověké metalurgické technologii, ale vývoj moderní technologie práškové metalurgie začal na počátku 20. století a postupně se stal důležitým odvětvím materiálové vědy a strojírenské technologie.
II. Technologie přípravy prášku
Příprava prášku je prvním krokem práškové metalurgie a existují různé metody, včetně:
Metoda kulového mletí: kov nebo kovové sloučeniny do kulového mlýna, prostřednictvím dopadu koule a mletí, aby se rozdrtil na jemný prášek.
Způsob drcení: pevné materiály jsou drceny na prášek mechanickým nárazem, smykem nebo třením, použitelné pro práškování křehkých materiálů.
Metoda atomizace: Roztavený kov je rozstřikován vysokorychlostním proudem vzduchu nebo kapalným proudem, aby se ochladil a ztuhnul na jemný kovový prášek, který má vlastnosti jemné velikosti částic a vysoké čistoty.
Metoda redukce: použití vodíku nebo oxidu uhelnatého k redukci oxidů kovů k získání kovového prášku, jako je příprava železa, mědi, wolframu a jiných kovových prášků.
Metoda chemické redukce: kovové sloučeniny se redukují na kovové prášky pomocí chemických reakcí, běžně používaných při přípravě ultrajemných kovových prášků a vysoce čistých prášků.
Metoda tepelného rozkladu: použití vysokoteplotního rozkladu sloučenin kovů nebo organických sloučenin kovů k výrobě kovových prášků, použitelné pro přípravu aktivních kovových prášků.
III. technologie tvarování prášku
Práškové tvarování je proces formování připraveného prášku do polotovarů požadovaného tvaru určitými technologickými prostředky.
Lisování za studena: aplikujte vysoký tlak na prášek při pokojové teplotě, abyste vytvořili polotovar s určitou pevností a hustotou. Proces lisování za studena je jednoduchý, levný, vhodný pro hromadnou výrobu.
Lisování za tepla: Na prášek v zahřátém stavu vyviňte tlak, aby se vytvaroval a částečně slil. Lisování za tepla může zlepšit hustotu a pevnost polotovaru, vhodné pro přípravu vysoce výkonných materiálů.
Vstřikování: Prášek se smísí s pojivem za vzniku tekuté kaše, která se pak vstřikuje do formy pro tvarování. Vstřikování je vhodné pro výrobu dílů složitých tvarů a jemných struktur.
Izostatické lisování: Prášek je umístěn do flexibilní formy a kapalina nebo plyn se používá k aplikaci izostatického tlaku na formu, aby se prášek vytvořil rovnoměrně a hustě. Izostatické lisování je vhodné pro přípravu velkorozměrových dílů s vysokou rovnoměrností.
3D tisk: použití technologie 3D tisku k vytvoření vrstvy prášku po vrstvě a spojování, vhodné pro výrobu složitých struktur a personalizovaných konstrukčních dílů.
IV. Technologie slinování
Slinování je jedním z klíčových kroků práškové metalurgie prostřednictvím vysokoteplotního zpracování tak, aby se částice prášku spojily dohromady prostřednictvím difúze, rekrystalizace a chemických reakcí za vzniku hustého materiálu. Během procesu slinování má teplota slinování, čas a atmosféra důležitý vliv na konečné vlastnosti materiálu. Vhodná teplota a doba slinování může zlepšit hustotu a pevnost materiálu, ale příliš vysoká teplota a příliš dlouhá doba mohou vést k růstu zrn, křehnutí materiálu a dalším problémům.
1. slinování v pevné fázi: teplota slinování je nižší než bod tání složek v těle prášku, obvykle 0,7 až 0,8násobek absolutního bodu tání (Tm, v K). Tato metoda slinování prostřednictvím vzájemného proudění mezi částicemi prášku, difúze a dalších fyzikálně-chemických procesů, takže tělo prášku k dalšímu zhuštění, odstranění některých nebo všech pórů.
2. Slinování v kapalné fázi: Jsou-li v práškové briketě více než dvě složky, lze proces spékání provádět nad bodem tání složky, což má za následek malé množství kapalné fáze v práškové briketě během procesu spékání. Vzhled kapalné fáze pomáhá urychlit proces přenosu hmoty mezi částicemi prášku a podporuje zhuštění slinutého tělesa.
3. tlakové slinování (lisování za tepla): v procesu slinování tělo prášku vyvíjí tlak, aby podpořilo proces zhušťování. Lisování za tepla je kombinace práškového lisování a slinování, proces získávání produktů přímo. Tato metoda může výrazně zlepšit hustotu a pevnost slinutého tělesa.
4. aktivační slinování: v procesu slinování provést určitá fyzikální nebo chemická opatření, jako je přidání aktivátorů, změna slinovací atmosféry atd., za účelem snížení teploty slinování, zkrácení doby slinování a zlepšení výkonu slinuté tělo.
5. elektrické jiskrové slinování: prášek v procesu formování a lisování stejnosměrným a pulzním elektrickým slinováním, takže částice prášku vznikají mezi obloukem pro slinování. Během procesu slinování je na obrobek postupně vyvíjen tlak, který kombinuje dva procesy tváření a slinování. Tato metoda je vhodná pro přípravu vysokohustotních, vysoce výkonných produktů práškové metalurgie.
6. fúzní penetrace (infiltrace): za účelem zlepšení pevnosti a dalších vlastností porézního polotovaru bude při vysokých teplotách v kontaktu s porézním polotovarem a tekutým kovem nebo slitinou, která může smáčet jeho pevný povrch. Vlivem kapilárních sil vyplní tekutý kov póry v polotovaru. Tento proces je vhodný pro výrobu wolframu-stříbra, wolframu-mědi, železa-mědi a dalších slitinových materiálů nebo výrobků.
V. Výhody a použití
Technologie práškové metalurgie má mnoho výhod, jako je vysoká flexibilita designu, vysoké využití surovin, dobrá mikrostrukturní jednotnost a možnost přípravy slitinových materiálů. Má širokou škálu aplikací, včetně automobilového průmyslu, letectví, lékařských přístrojů, elektronických součástek a tak dále. Technologie práškové metalurgie má významné výhody při výrobě složitých tvarů a vysoce výkonných materiálů. Například automobilové díly práškové metalurgie se staly jedním z největších trhů pro čínský průmysl práškové metalurgie, přičemž asi 50 procent automobilových dílů tvoří díly práškové metalurgie. Kromě toho se technologie práškové metalurgie používá také k výrobě dílů pro těžké zbraně, jako jsou průbojné střely a torpéda, a také vysoce kvalitní konstrukční díly.
Nevýhody
Přestože technologie práškové metalurgie má mnoho výhod, existují i některé nevýhody. Například pevnost a houževnatost produktů práškové metalurgie je relativně nízká, protože uvnitř bloku vyrobeného z lisovaného prášku existují póry; prášková metalurgie nemůže být vyrobena ve velkém měřítku, protože její tvar a velikost omezení tekutosti kovového prášku; lisování je nákladnější a je vhodné pro použití pouze v hromadné výrobě.
Stručně řečeno, prášková metalurgie je důležitou technologií přípravy materiálu s širokými aplikačními perspektivami a významnými výhodami. S neustálým pokrokem a rozvojem vědy a techniky se bude i technologie práškové metalurgie nadále zdokonalovat a inovovat a ve větší míře přispívat k rozvoji oboru materiálových věd a strojírenských technologií.