Pulbermetallurgia on oluline materjalide ettevalmistamise tehnoloogia, mis kasutab metallipulbrit (või metallipulbri ja mittemetallipulbri segu) toorainena metallmaterjalide, komposiitmaterjalide ja erinevat tüüpi toodete valmistamiseks, kasutades selliseid protsesse nagu vormimine ja paagutamine. Järgnev on pulbermetallurgia üksikasjalik sissejuhatus:
I. Definitsioon ja põhimõte
Pulbermetallurgia on metallipulbri või metallipulbri tootmine toorainena vormimise ja paagutamise, metallmaterjalide, komposiitmaterjalide valmistamise ja erinevat tüüpi toodete töötlemistehnoloogia abil. Põhiprotsess hõlmab pulbri valmistamist, pulbri vormimist, paagutamist ja järgnevat töötlemist. See tehnoloogia sai alguse iidsest metallurgiatehnoloogiast, kuid kaasaegse pulbermetallurgia tehnoloogia arendamine algas 20. sajandi alguses ning sellest sai järk-järgult oluline materjaliteaduse ja inseneritehnoloogia haru.
II. Pulbri valmistamise tehnoloogia
Pulbri valmistamine on pulbermetallurgia esimene samm ja seal on erinevaid meetodeid, sealhulgas:
Palli jahvatamise meetod: metall või metalliühendid viiakse kuulveskisse läbi kuuli löögi ja jahvatusefekti, et see purustatakse peeneks pulbriks.
Purustusmeetod: tahked materjalid purustatakse pulbriks mehaanilise löögi, nihke või hõõrdumise teel, mida kasutatakse rabedate materjalide pulbristamisel.
Pihustamismeetod: sulametalli pihustatakse kiire õhuvoolu või vedelikuvooluga, et see jahtuda ja tahkuks peeneks metallipulbriks, millel on peente osakeste suurus ja kõrge puhtusaste.
Redutseerimismeetod: vesiniku või süsinikmonooksiidi kasutamine metallioksiidide redutseerimiseks metallipulbri saamiseks, näiteks raua-, vase-, volframi- ja muude metallipulbrite valmistamiseks.
Keemiline redutseerimismeetod: metalliühendid redutseeritakse keemiliste reaktsioonide kaudu metallipulbriteks, mida tavaliselt kasutatakse ülipeente metallipulbrite ja kõrge puhtusastmega pulbrite valmistamisel.
Termilise lagundamise meetod: metalliühendite või metalliorgaaniliste ühendite kõrge temperatuuriga lagundamine metallipulbrite tootmiseks, mida kasutatakse aktiivsete metallipulbrite valmistamisel.
III. pulbri vormimise tehnoloogia
Pulbervormimine on protsess, kus valmistatud pulbrist vormitakse teatud tehnoloogiliste vahendite abil vajaliku kujuga toorikud.
Külmpressimine: avaldage pulbrile toatemperatuuril kõrget survet, et moodustada teatud tugevuse ja tihedusega toorik. Külmpressimisprotsess on lihtne, odav, sobib masstootmiseks.
Kuumpressimine: avaldage kuumutatud pulbrile survet, et see saaks vormitud ja osaliselt paagutatud. Kuumpressimine võib parandada tooriku tihedust ja tugevust, mis sobib suure jõudlusega materjalide valmistamiseks.
Injektsioonvormimine: pulber segatakse sideainega, et saada vedel suspensioon, mis seejärel süstitakse vormimiseks vormi. Survevalu sobib keeruka kuju ja peene struktuuriga detailide valmistamiseks.
Isostaatiline pressimine: pulber asetatakse painduvasse vormi ja vedelikku või gaasi kasutatakse isostaatilise rõhu avaldamiseks vormile, et moodustada pulber ühtlaselt ja tihedalt. Isostaatiline pressimine sobib suure ühtlusega suurte detailide valmistamiseks.
3D-printimine: 3D-printimise tehnoloogia kasutamine pulbri kihtide kaupa ülesehitamiseks ja liimimiseks, sobib keerukate struktuuride ja isikupärastatud disainiosade valmistamiseks.
IV. Paagutamise tehnoloogia
Paagutamine on pulbermetallurgia üks peamisi etappe kõrgtemperatuurilise töötlemise kaudu, nii et pulbriosakesed ühendatakse difusiooni, ümberkristallimise ja keemiliste reaktsioonide kaudu, moodustades tiheda materjali. Paagutamisprotsessi ajal mõjutavad materjali lõppomadusi oluliselt paagutamistemperatuur, aeg ja atmosfäär. Sobiv paagutamistemperatuur ja -aeg võivad parandada materjali tihedust ja tugevust, kuid liiga kõrge temperatuur ja liiga pikk aeg võivad põhjustada terade kasvu, materjali haprust ja muid probleeme.
1. tahkefaasiline paagutamine: paagutamise temperatuur on madalam kui pulbri korpuses olevate komponentide sulamistemperatuur, tavaliselt 0,7 kuni 0,8 korda suurem kui absoluutne sulamistemperatuur (Tm, in K). See paagutamismeetod läbi pulbriosakeste vastastikuse voolu, difusiooni ja muude füüsikalis-keemiliste protsesside, nii et pulber keha veelgi tihendatakse, kõrvaldades mõned või kõik poorid.
2. Paagutamine vedelfaasis: kui pulberbriketis on rohkem kui kaks komponenti, võib paagutamisprotsessi läbi viia komponendi sulamistemperatuurist kõrgemal, mille tulemuseks on paagutamisprotsessi ajal pulberbriketis vähesel määral vedelat faasi. Vedelfaasi ilmumine aitab kiirendada massiülekande protsessi pulbriosakeste vahel ja soodustab paagutatud keha tihenemist.
3. survepaagutamine (kuumpressimine): paagutamisprotsessis avaldab pulbri korpus survet, et soodustada selle tihendamisprotsessi. Kuumpressimine on pulbervormimise ja paagutamise kombinatsioon, toodete otsene saamise protsess. See meetod võib oluliselt parandada paagutatud keha tihedust ja tugevust.
4. aktiveerimispaagutamine: paagutamisprotsessis teatud füüsikaliste või keemiliste meetmete võtmine, näiteks aktivaatorite lisamine, paagutamisatmosfääri muutmine jne, et alandada paagutamistemperatuuri, lühendada paagutamisaega ja parandada paagutamisprotsessi jõudlust. paagutatud keha.
5. elektriline sädepaagutamine: pulber vormimis- ja pressimisprotsessis alalisvoolu ja impulsselektrilise paagutamise teel, nii et pulbriosakesed tekivad kaare vahel paagutamiseks. Paagutamisprotsessi ajal rakendatakse töödeldavale detailile järk-järgult survet, ühendades kaks vormimis- ja paagutamisprotsessi. See meetod sobib suure tihedusega ja suure jõudlusega pulbermetallurgiatoodete valmistamiseks.
6. Sulamisläbivus (infiltratsioon): poorse tooriku tugevuse ja muude omaduste parandamiseks puutub see kõrgel temperatuuril kokku poorse tooriku ja vedela metalli või sulamiga, mis võib selle tahke pinna märjaks teha. Kapillaarjõudude toimel täidab vedel metall tooriku poorid. See protsess sobib volfram-hõbeda, volfram-vase, raua-vase ja muude legeeritud materjalide või toodete valmistamiseks.
V. Eelised ja rakendused
Pulbermetallurgia tehnoloogial on palju eeliseid, nagu suur konstruktsiooni paindlikkus, kõrge toormekasutus, hea mikrostruktuuri ühtsus ja legeermaterjalide valmistamise võimalus. Sellel on lai valik rakendusi, sealhulgas autotööstus, kosmosetööstus, meditsiiniseadmed, elektroonilised komponendid ja nii edasi. Pulbermetallurgia tehnoloogial on keerukate kujundite ja suure jõudlusega materjalide valmistamisel olulisi eeliseid. Näiteks pulbermetallurgia autoosad on muutunud Hiina pulbermetallurgiatööstuse üheks suurimaks turuks, kus umbes 50 protsenti autoosadest on pulbermetallurgia osad. Lisaks kasutatakse pulbermetallurgia tehnoloogiat ka raskerelvade osade, nagu soomust läbistavad kuulid ja torpeedod, ning kvaliteetsete konstruktsiooniosade valmistamisel.
Puudused
Kuigi pulbermetallurgia tehnoloogial on palju eeliseid, on ka mõningaid puudusi. Näiteks pulbermetallurgia toodete tugevus ja sitkus on suhteliselt kehv, kuna pressitud pulbrist valmistatud tooriku sees on poorid; pulbermetallurgiat ei saa teha suuremahulisteks toodeteks selle kuju ja suuruse tõttu metallipulbri piirangute voolavuse tõttu; survevalu on kulukam ja sobib kasutamiseks ainult masstootmises.
Kokkuvõtteks võib öelda, et pulbermetallurgia on oluline materjalide ettevalmistamise tehnoloogia, millel on laialdased kasutusvõimalused ja märkimisväärsed eelised. Teaduse ja tehnoloogia pideva arengu ja arenguga jätkab pulbermetallurgia tehnoloogia täiustamist ja uuendusi ning annab suurema panuse materjaliteaduse ja inseneritehnoloogia valdkonna arengusse.