אבקת מטלורגיה, כהכנת חומרים מתקדמת ודינאמית עתיקה ודינאמית, מקורם בטכנולוגיית הכנת הקרמיקה העתיקה וטכנולוגיית הברזל, עד שנת 1909, הופעתו של טונגסטן רקיע אבקת מטלורגיה סימנה את כניסת עידן המטלורגיה המודרנית. במשך יותר ממאה שנה התפתחה טכנולוגיית אבקת מטלורגיה נמרצות, ומגוון חומרים ומוצרי מפתח חדשים חשובים עלו ברציפות, והפכו לאחת הטכנולוגיות ההנדסיות החשובות הכרחיות בכלכלה הלאומית והמדע והטכנולוגיה.
מאפיינים ויתרונות של מטלורגיה של אבקה
Metallurgy אבקה היא טכנולוגיה המשתמשת באבקת מתכת (או בתערובת של מתכת ואבקת מתכת) לייצור חומרי מתכת, חומרים מורכבים וסוגים שונים של מוצרים על ידי תהליכי דפוס וסינון כחומר גלם.
בהשוואה לתהליך ההתכה והליהוק המסורתי, למטלורגיה של אבקה יתרונות רבים. מצד אחד, זה יכול להימנע ביעילות מההפרדה של הרכיבים האפשריים בתהליך ההתכה, ולהבטיח את הרכב החומר האחיד, כדי להשיג ביצועים יציבים ומצוינים יותר. מצד שני, מטלורגיה של אבקה יכולה להשיג גיבוש כמעט רשת, ולהפחית מאוד את תהליך העיבוד ובזבוז החומרים שלאחר מכן. על פי נתונים סטטיסטיים של נתונים רלוונטיים, שיעור השימוש בחומרים של החלקים המיוצרים בתהליך מתכות אבקה יכול להגיע ליותר מ 90%, בעוד ששיעור השימוש בחומרים של שיטת העיבוד המסורתית הוא בדרך כלל רק 30%-50%, מה שלא רק מצמצם את עלות הייצור, אלא גם משפר את יעילות הייצור, ומתאים לתפיסת הפיתוח הירוק של תעשיית הייצור המודרנית. בנוסף, על ידי התאמת הרכב האבקה, גודל החלקיקים ותהליך ההכנה, ניתן לממש את הוויסות המדויק של תכונות החומר כדי לענות על צרכיהם של שדות שונים לתכונות המיוחדות של החומר, כמו חוזק גבוה, קשיות גבוהה, עמידות בטמפרטורה גבוהה, עמידות בפני קורוזיה וכו '.
התהליך העיקרי של תהליך מתכות אבקה
(I) הכנת אבקה
שיטת ריסוק מכנית: הסתמכו על כוח מכני לחסימת מתכת או סגסוגת שבורה לאבקה, ציוד פשוט, עלות נמוכה, תשואה גדולה, אך צורת האבקה אינה סדירה, חלוקת גודל חלקיקים רחבה, קלה להכנסת זיהומים.
שיטת ביטול: נוזל המתכת המותך עם גז בלחץ גבוה (חנקן, ארגון) או ריסוס זרימת מים במהירות גבוהה לטיפות קטנות, מקוררות ומתמצקות לאבקה. לאבקת אטומיזציה של גז יש צורה כדורית גבוהה, נזילות טובה, המתאימה לחלקים בעלי ביצועים גבוהים; שיטת אטומיזציה של מים עם עלות נמוכה, יעילות גבוהה, צורת אבקה לא סדירה, המשמשת לעתים קרובות באבקת פלדה רגילה ומוצרים עם דרישות ביצועים נמוכים.
שיטת הפחתה: שימוש במימן, פחמן חד חמצני וחומרי צמצום אחרים להפחתת תחמוצת המתכת לאבקה, טוהר גבוה, פעילות גבוהה, פעילות סינון גבוהה, דחיסת טמפרטורה נמוכה, אך הייצור זקוק לטמפרטורה גבוהה ואווירה ספציפית, ציוד השקעה גדולה, עלות גבוהה.
שיטת אלקטרוליזה: תמיסת מלח מתכת אלקטרוליזה או מלח מותך, כך שיוני מתכת בקתודה משקעים לאבקה, טוהר גבוה, עדין ואחיד, מתאימים לשדה דרישות טוהר גבוה וגודל חלקיקים, כמו חומרים אלקטרוניים, אך יעילות ייצור נמוכה, צריכת אנרגיה גבוהה, עלות גבוהה.
(2) גיבוש
דפוס: הכניסו את אבקת המתכת לפני הטיפול לתבנית, דפוס דחיסת לחץ, שלבים כולל אבקה, לחיצה, שחרור, מתאים לצורה פשוטה, דרישות דיוק גבוהות של מוצרים, כגון הילוך. היתרונות הם ציוד פשוט, יעילות גבוהה, עלות נמוכה, ייצור המוני; מוצרים מורכבים קשים לתכנון וייצור אחידות צפיפות.
דפוס לחץ איזוסטטי: השימוש בהעברת לחץ אחיד נוזלי, התבנית האלסטית העמוסה באבקה מניחה דפוס לחץ של כלי לחץ גבוה. לחץ איזוסטטי קר בטמפרטורת החדר מתאים למוצרים עם צורה מורכבת ודרישות צפיפות גבוהה; לחץ איזוסטטי תרמי פועל בטמפרטורה גבוהה ולחץ גבוה בו זמנית לחומרים אוויריים בעלי ביצועים גבוהים. היתרון הוא שצפיפות המוצר אחידה, מתאימה למוצרים מורכבים גדולים; הציוד הוא יקר, מחזור ארוך ועלות גבוהה.
דפוס הזרקה: ערבוב אבקת מתכת ודבק לחומר הזרקה ומכונת הזרקה לחלל עובש, היא מתאימה לייצור חלקים קטנים מורכבים דיוק גבוהים כמו רכיבים אלקטרוניים. היתרונות הם יעילות ודיוק דפוס גבוה, המתאימים לייצור המוני; הבחירה וההסרה של הדבק הם קשים, וטיפול לא תקין משפיע על ביצועי המוצרים.
(3) חיוב
סינון קונבנציונאלי: לחמם את הצילום בטמפרטורה ובאטמוספרה המתאימים (מימן, חנקן, ואקום וכו ') כדי לשלב את חלקיקי האבקה ולשפר את הצפיפות והחוזק. אטמוספירת מימן להסרת זיהומים, חמצון חנקן, ואקום מתאים לדרישות תכולת חמצן גבוהות.
סינון לחץ חם: לחץ סינון, בציוד המיוחד, עובש עם גרפיט וחומרים אחרים. מוצרים שיכולים להפחית את טמפרטורת הסינון, לקצר את הזמן ולקבל צפיפות וביצועים גבוהים יותר משמשים לרוב להכנת קרמיקה בעלת ביצועים גבוהים וחומרים אחרים.
פריקה של סינון פלזמה (SPS): לייצר פלזמת פריקה וחום חום מהיר מחומם מהיר על ידי זרם הדופק. זה יכול להסיר זיהומים על פני החלקיקים, להפעיל את פני השטח, להתחמם במהירות (100-1000 מעלות / דקה), זמן קצר (כמה דקות עד מספר דקות), יכול לעכב את צמיחת התבואה ומשמש להכנת ננו-חומרים.
שדה יישום של טכנולוגיית אבקת מטלורגיה
(1) שדה חלל
ל- Aerospace יש דרישות נוקשות לגבי ביצועי חומרים, וטכנולוגיית אבקת מטלורגיה פשוט עומדת בדרישות. סגסוגת Superally Metallurgy משמשת לייצור רכיבי מפתח כמו דיסקי טורבינה ולהבים, כמו דיסק הטורבינה של מנוע F119 של פוקומפני, ואבקה סגסוגת -על מבוססת ניקל מתכת משמשת לשיפור ביצועי המנוע ואמינות. עם צפיפות נמוכה, עמידות בעלת חוזק גבוה ועמידות בפני קורוזיה, סגסוגת טיטניום מטלורגיה של אבקה משמשת לייצור חלקים מבניים כמו קורת כנף מטוסים ומסגרת גוף המטוס כדי להפחית את משקל המטוסים ולשפר את יעילות הדלק ואת ביצועי הטיסה.
(2) שדה ייצור רכב
חלקי מתכות אבקה נמצאים בשימוש נרחב במערכות רכב, הילוכים ובלימה. טבעת השסתום, הקטטר וטבעת הבוכנה במנוע עשויים סגסוגת בסיס נחושת או בסיס ברזל, שיכולים לעמוד בטמפרטורה גבוהה ולחץ גבוה ולשפר את הביצועים ואת חיי המנוע; ציוד ההולכה והסנכרן יש דיוק גבוה וכוח טוב, הופכים את ההילוך להזיז בצורה חלקה יותר ולשפר את יעילות הבלמים, עם חיכוך טוב ועמידות בלאי ובטיחות בלמים.
(3) שדה המידע האלקטרוני
עם פיתוח ציוד אלקטרוני למצב קטן, קל משקל וביצועים גבוהים, טכנולוגיית מתכות אבקה נמצאת בשימוש נרחב יותר. חומרי מטלורגיה של אבקה מגנטית רכה משמשים לייצור רכיבים אלקטרוניים כמו שנאים ומשרנים; מרוכבים מטריצת מתכת מתכתית אבקת כמו נחושת-טונגסטן ונחושת-מוליבדן משמשים למצע פיזור חום ולאריזת דיור של מכשירים אלקטרוניים בעלי עוצמה גבוהה; חומרי מגע של אבקת מתכות משמשים למתגי חשמל וממסרים כדי להבטיח פתיחת ושבירה של מעגלים בטוחים.
ליבת אבקה מגנטית Fe-Silicon-Nickel (KNF)
(4) שדה ייצור מכני
טכנולוגיית אבקת מטלורגיה משמשת לייצור הילוכים, מיסבים וחלקים מכניים אחרים. ציוד אבקת מתכות יש דיוק גבוה, תיבת הילוכים חלקה וקצב ניצול חומרים גבוה; מיסב מתכות אבקה הוא שימון עצמי ועמיד בלאי, המתאים למהירות נמוכה, עומס כבד ורעש נמוך. בתנאי עבודה מיוחדים, מיסב נפט יכול לשמור על ביצועים טובים ולשפר את האמינות וחיי השירות של הציוד.
(5) שדה מכשירים רפואיים
מבחינת השתלים, סגסוגת טיטניום מטלורגיה של אבקה משמשת לייצור מפרקים מלאכותיים וכו ', שמבנה הנקבובי שלה יכול לקדם את צמיחת תאי העצם ולהפחית את הסיכון להתרופפות השתלים. מכשירים כירורגיים מיוצרים מפלדה מהירה של אבקת מטלורגיה גבוהה ופלדת אל חלד, עם קשיות גבוהה יותר, עמידות בלאי ועמידות בפני קורוזיה, ויכולים גם ליצור מכשירי צורה מורכבים. בחומרים שיניים, תותבות יש כוח טוב, קשיחות ואסתטיקה. שתלים שיניים משתמשים בטיטניום אבקת מטלורגיה או סגסוגת טיטניום, שיכולים לשפר את אחוזי ההצלחה של השתל. הסוגר האורתודונטי משתמש בפלדת אל חלד או סגסוגת ניקל-טיטניום של אבקת אבקת, שיכולה למרוח במדויק כוח.
(6) מגזר אנרגיה חדש
מבחינת סוללות ליתיום-יון, חומרי קתודה כמו פוספט ברזל ליתיום וחומרים טרנריים שהוכנו על ידי טכנולוגיית אבקת מטלורגיה יכולים לשפר את צפיפות האנרגיה ואת יעילות הטעינה והפריקה של הסוללות. בתחום תאי הדלק, צלחות דו -קוטביות מתכתיות המיוצרות על ידי תהליך מתכות אבקה ומובילי זרז עם שטח פנים ספציפי גבוה יכולים לשפר את ביצועי תאי הדלק ולהפחית את העלויות. בייצור חשמל הרוח, תיבות ההילוכים, המסבים והחלקים האחרים המיוצרים על ידי אבקת מטלורגיה יכולים לשמור על הביצועים היציבים בסביבה הקשה ולהאריך את חיי השירות של הציוד.
התקדמות בטכנולוגיית אבקת מטלורגיה
(1) מיזוג של ייצור תוספות מתכת (הדפסת תלת מימד) ומטלורגיה אבקה
טכנולוגיית ייצור תוספות מתכות התפתחה במהירות בשנים האחרונות, והשילוב שלה עם אבקת מטלורגיה הביא פריצת דרך חדשה לייצור חלקים מורכבים. באמצעות טכנולוגיית הדפסת תלת מימד, ניתן לצבור ישירות את אבקת המתכת ולייצר שכבה בשכבה לייצור חלקים עם מבנה פנימי מורכב ועיצוב בהתאמה אישית. טכנולוגיה זו לא רק מפחיתה תהליכי פסולת ועיבוד חומרים, אלא גם מאפשרת ייצור חלקים שקשה לייצור, כמו להבים מורכבים של מנועי AERO.
(2) טכנולוגיית מטלורגיה של ננו-אבקת ננו
עם פיתוח ננו-טכנולוגיה, טכנולוגיית מטלורגיה של ננו-אבקת ננו. אבקת מתכת ננו -סתמית היא בעלת מאפיינים של שטח פנים ספציפי גדול, פעילות גבוהה, כוח מניע גדול ומניע, ויכולה להכין חומרים ננו -מבניים עם תכונות מכניות, חשמליות ומגנטיות מעולות. נכון לעכשיו, טכנולוגיית מטלורגיה של ננו-אבקת ננו עשתה התקדמות מדהימה בהכנת חומרים מגנטיים בעלי ביצועים גבוהים, חומרים מוליכים-על וסגסוגות חוזק גבוה.
(3) חדשנות של מרוכבים של אבקת מתכות
על ידי הוספת שלבים משופרים שונים (כגון חלקיקי קרמיקה, סיבים וכו ') לאבקת המתכת, מוכנים חומר מורכב מתכתית עם ביצועים מצוינים. חומרים מורכבים אלה משלבים את היתרונות של מתכת ושלב משופר, הם בעלי מאפיינים של חוזק גבוה, קשיות גבוהה, עמידות בלאי טוב, טמפרטורה גבוהה ועמידות אחרת, והם נמצאים בשימוש נרחב בייצור חלל, ייצור רכב, הנדסת מכונות ושדות אחרים. לדוגמה, החומר המורכב של מטריקס אלומיניום שהוכן על ידי תוספת של חלקיקי קרביד סיליקון לאבקת סגסוגת האלומיניום משפר משמעותית את החוזק והקשיות, תוך שמירה על מאפייני הצפיפות הנמוכה של סגסוגת האלומיניום.
במבט קדימה, עם ההתקדמות המתמשכת של המדע והטכנולוגיה, טכנולוגיית אבקת מטלורגיה צפויה להשיג פריצות דרך בתחומים מתעוררים יותר, והשילוב עם טכנולוגיות מתקדמות אחרות יעמיק עוד יותר. בתחומי הייצור החכמה, חומרים קוונטיים והנדסה ביו-רפואית, לטכנולוגיית מתכות אבקה יש פוטנציאל ליצור חומרים ורכיבים רב-פונקציונליים בעלי ביצועים גבוהים יותר, ומספקים פתרונות חדשניים לאתגרים גלובליים, כמו משבר אנרגיה, הגנה על הסביבה ובריאות האדם. ניתן לחזות שטכנולוגיית אבקת מטלורגיה תמלא תפקיד חשוב יותר בפיתוח התעשייתי העתידי וההתקדמות החברתית.
