La métallurgie de la poudre, en tant que technologie de préparation et de formation de matériaux avancés anciens et dynamiques, provenait de l'ancienne technologie de préparation en céramique et de la technologie de fabrication du fer, jusqu'en 1909, l'avènement de la métallurgie de la poudre tungstène ductile a marqué l'avènement de la métallurgie moderne de la métallurgie. Depuis plus de cent ans, la technologie de métallurgie de poudre s'est développée vigoureusement, et une variété de nouveaux matériaux et produits clés importants sont émergés en continu, devenant l'une des technologies d'ingénierie importantes indispensables dans l'économie nationale et la science et la technologie.
Caractéristiques et avantages de la métallurgie de la poudre
La métallurgie de la poudre est une technologie qui utilise de la poudre métallique (ou un mélange de métal et de poudre non métaltique) pour fabriquer des matériaux métalliques, des matériaux composites et divers types de produits par des processus de moulage et de frittage comme des matières premières.
Par rapport au processus traditionnel de la fusion et de la coulée, la métallurgie en poudre présente de nombreux avantages. D'une part, il peut éviter efficacement la ségrégation possible des composants dans le processus de fusion et assurer la composition du matériau uniforme, afin d'obtenir des performances plus stables et excellentes. D'un autre côté, la métallurgie en poudre peut atteindre une formation quasi-réseau, réduit considérablement le processus de traitement ultérieur et les déchets de matériaux. Selon les statistiques des données pertinentes, le taux d'utilisation des matériaux des pièces fabriqués par le processus de métallurgie de la poudre peut atteindre plus de 90%, tandis que le taux d'utilisation des matériaux de la méthode d'usinage traditionnelle n'est généralement que de 30% à 50%, ce qui non seulement réduit le coût de production, mais améliore également l'efficacité de la production et ajusté le concept de développement vert de l'industrie de la fabrication moderne. De plus, en ajustant la composition de la poudre, la taille des particules et le processus de préparation, la régulation précise des propriétés du matériau peut être réalisée pour répondre aux besoins de différents champs pour les propriétés spéciales du matériau, telles que la haute résistance, la dureté élevée, la résistance à haute température, la résistance à la corrosion, etc.
Processus principal du processus de métallurgie de la poudre
(I) Préparation de la poudre
Méthode d'écrasement mécanique: s'appuyer sur la force mécanique pour bloquer le métal ou l'alliage brisé en poudre, un équipement simple, un faible coût, un rendement important, mais la forme de la poudre est irrégulière, une répartition de la taille des particules, facile à introduire des impuretés.
Méthode d'abulisation: Le liquide métallique fondu avec du gaz à haute pression (azote, argon) ou un flux d'eau à grande vitesse dans de petites gouttelettes, refroidi et solidifié en poudre. La poudre d'atomisation gazeuse a une forme sphérique élevée, une bonne fluidité, adaptée aux pièces haute performance; Méthode d'atomisation de l'eau avec une forme de poudre irrégulière à faible coût, à haute efficacité et irrégulière, qui est souvent utilisée dans la poudre en acier ordinaire et les produits avec des exigences à faible performance.
Méthode de réduction: en utilisant de l'hydrogène, du monoxyde de carbone et d'autres agents réducteurs pour réduire l'oxyde métallique en poudre, une pureté élevée, une activité élevée, une activité de frittage élevée, un compactage à basse température, mais la production nécessite une température élevée et une atmosphère spécifique, un équipement important, un investissement élevé, un coût élevé.
Méthode d'électrolyse: Electrolyse Salle de sel en métal ou sel fondu, de sorte que les ions métalliques dans la précipitation de la cathode en poudre, à haute pureté, fine et uniforme, adapté au champ de haute pureté et aux exigences de la taille des particules, tels que les matériaux électroniques, mais une faible efficacité de production, une consommation élevée d'énergie, un coût élevé.
(2) formant
Moulage: Mettez la poudre métallique de prétraitement dans le moule, le moulage de compactage de pression, les étapes, y compris la poudre, la pressage, la libération, la forme simple, les exigences de haute précision des produits, tels que l'équipement. Les avantages sont un équipement simple, une efficacité élevée, un faible coût, une production de masse; Les produits complexes sont difficiles à concevoir et à fabriquer, l'uniformité de la densité.
Moulage de pression isostatique: L'utilisation de la transmission de pression uniforme liquide, le moule élastique chargé de la poudre met la moulure de pression à haute pression des récipients. La pression isostatique froide à température ambiante convient aux produits avec une forme complexe et des besoins à haute densité; La pression isostatique thermique agit simultanément à haute température et à haute pression pour les matériaux aérospatiaux à haute performance. L'avantage est que la densité du produit est uniforme, adaptée aux grands produits complexes; L'équipement est coûteux, à cycle long et élevé.
Moulage par injection: Mélanger la poudre métallique et adhésif dans le matériau d'injection et injecter la machine dans la cavité du moule, il convient à la fabrication de petites pièces complexes de haute précision telles que les composants électroniques. Les avantages sont une efficacité et une précision de moulage élevées, adaptées à la production de masse; La sélection et l'élimination de l'adhésif sont difficiles et un traitement inapproprié affecte les performances des produits.
(3) facturation
Frittage conventionnel: chauffer la billette à la température et à l'atmosphère appropriées (hydrogène, azote, vide, etc.) pour combiner les particules de poudre et améliorer la densité et la résistance. L'atmosphère d'hydrogène pour éliminer les impuretés, l'oxydation de l'azote, le vide convient aux besoins élevés de la teneur en oxygène.
Pression chaude frittage: pression de frittage, dans l'équipement spécial, moule avec du graphite et d'autres matériaux. Les produits qui peuvent réduire la température de frittage, raccourcir le temps et obtenir une densité et des performances plus élevés sont souvent utilisés dans la préparation de céramiques à haute performance et d'autres matériaux.
Décharge de gouttes de plasma (SPS): Générez la décharge du plasma et la chaleur de Joule le frittage chauffé rapide par le courant d'impulsion. Il peut éliminer les impuretés à la surface des particules, activer la surface, chauffer rapidement (100-1000 degrés / min), peu de temps (quelques minutes à quelques minutes), peut inhiber la croissance des grains et est utilisé pour préparer des nanomatériaux.
Champ d'application de la technologie de métallurgie de poudre
(1) champ aérospatial
L'aérospatiale a des exigences strictes sur les performances des matériaux, et la technologie de métallurgie en poudre ne fait que répondre aux exigences. La métallurgie en poudre le superalliage est utilisée pour fabriquer des composants clés tels que les disques de turbine et les lames, tels que le disque de turbine du moteur F119 de Pucompany, et le superallume à base de nickel de métallurgie en poudre est utilisé pour améliorer les performances et la fiabilité du moteur. Avec une faible densité, une résistance à haute résistance et une résistance à la corrosion, l'alliage de métallurgie en poudre est utilisé pour fabriquer des pièces structurelles telles que la poutre d'aile et le cadre de fuselage pour réduire le poids de l'aéronef et améliorer l'efficacité énergétique et les performances de vol.
(2) champ de fabrication automobile
Les pièces de métallurgie en poudre sont largement utilisées dans les systèmes de transmission et de freinage automobiles. L'anneau de soupape, le cathéter et la bague de piston dans le moteur sont en base de cuivre ou d'alliage de base de fer, qui peut résister à une température élevée et à la haute pression et améliorer les performances et la durée de vie du moteur; L'équipement de transmission et le synchroniseur ont une haute précision et une bonne résistance, rendre le changement de vitesse plus bien et améliorer l'efficacité du frein, avec une bonne résistance à la friction et à l'usure, et à la sécurité des freins.
(3) le domaine des informations électroniques
Avec le développement de l'équipement électronique à des petites, légères et hautes performances, la technologie de métallurgie en poudre est plus largement utilisée. Les matériaux de métallurgie de la poudre magnétique douce sont utilisés pour fabriquer des composants électroniques tels que les transformateurs et les inductances; Métallurgie de poudre Les composites matriciels métalliques tels que le cuivre-tungstène et le cuivre-molybdène sont utilisés pour le substrat de dissipation thermique et le boîtier d'emballage de dispositifs électroniques haute puissance; Les matériaux de contact de métallurgie de poudre sont utilisés pour les interrupteurs et les relais électriques afin d'assurer l'ouverture et la rupture de circuits sûrs.
Core de poudre magnétique Fe-Silicon-Nickel (KNF)
(4) champ de fabrication mécanique
La technologie de métallurgie en poudre est utilisée pour fabriquer des engrenages, des roulements et d'autres pièces mécaniques. L'équipement de métallurgie en poudre a une précision élevée, une transmission lisse et un taux d'utilisation élevé des matériaux; Le roulement de métallurgie en poudre est l'auto-lubrification et résistant à l'usure, adapté à la basse vitesse, à une charge lourde et à un faible bruit. Dans des conditions de travail spéciales, le roulement à huile peut maintenir de bonnes performances et améliorer la fiabilité et la durée de vie de l'équipement.
(5) domaine des dispositifs médicaux
En termes d'implants, l'alliage de métallurgie en poudre est utilisé pour fabriquer des articulations artificielles, etc., dont la structure poreuse peut favoriser la croissance des cellules osseuses et réduire le risque de relâchement de l'implant. Les instruments chirurgicaux sont fabriqués à partir d'acier à grande vitesse à la métallurgie en poudre et d'acier inoxydable, avec une dureté plus élevée, une résistance à l'usure et une résistance à la corrosion, et peuvent également fabriquer des dispositifs de forme complexes. Dans les matériaux dentaires, les prothèses dentaires ont une bonne résistance, de la ténacité et de l'esthétique. Les implants dentaires utilisent la métallurgie en poudre en titane ou en alliage de titane, ce qui peut améliorer le taux de réussite de l'implant. Le support orthodontique utilise une métallurgie en poudre en acier inoxydable ou un alliage de nickel-titane, qui peut appliquer avec précision la force.
(6) Nouveau secteur de l'énergie
En termes de batteries lithium-ion, les matériaux de cathode tels que le phosphate de fer au lithium et les matériaux ternaires préparés par la technologie de métallurgie en poudre peuvent améliorer la densité d'énergie et l'efficacité de charge et de décharge des batteries. Dans le domaine des piles à combustible, les plaques bipolaires métalliques fabriquées par le processus de métallurgie en poudre et les porteurs de catalyseurs avec une surface spécifique élevée peuvent améliorer les performances des piles à combustible et réduire les coûts. Dans la production d'énergie éolienne, les boîtes de vitesses, les roulements et autres pièces fabriquées par la métallurgie en poudre peuvent maintenir les performances stables dans l'environnement sévère et prolonger la durée de vie de l'équipement.
Progrès dans la technologie de métallurgie de la poudre
(1) Fusion de la fabrication des additifs métalliques (impression 3D) et de la métallurgie en poudre
La technologie de fabrication des additifs métalliques s'est développée rapidement ces dernières années, et sa combinaison avec la métallurgie en poudre a apporté une nouvelle percée pour la fabrication de pièces complexes. Grâce à la technologie d'impression 3D, la poudre métallique peut être directement accumulée et formée couche par couche pour produire des pièces avec une structure interne complexe et une conception personnalisée. Cette technologie réduit non seulement les processus de déchets et de traitement des matériaux, mais permet également la fabrication de pièces difficiles à fabriquer, telles que des lames complexes de moteurs aérodynamiques.
(2) Technologie de métallurgie nano-poudre
Avec le développement de la nanotechnologie, la technologie de métallurgie de la nano-poudre a émergé. La poudre métallique à l'échelle nanométrique a les caractéristiques d'une grande surface spécifique, d'une activité élevée, d'une grande force motrice de frittage et peut préparer des matériaux nanostructurés avec d'excellentes propriétés mécaniques, électriques et magnétiques. À l'heure actuelle, la technologie de métallurgie des nano-poudre a fait des progrès remarquables dans la préparation de matériaux magnétiques à haute performance, de matériaux supraconducteurs et d'alliages à haute résistance.
(3) Innovation des composites de métallurgie en poudre
En ajoutant diverses phases améliorées (telles que les particules de céramique, les fibres, etc.) à la poudre métallique, le matériau composite métallurgique en poudre avec d'excellentes performances est préparé. Ces matériaux composites combinent les avantages du métal et de la phase améliorée, ont les caractéristiques d'une forte résistance, d'une dureté élevée, d'une bonne résistance à l'usure, d'une température élevée et d'une autre résistance, et sont largement utilisées dans l'aérospatiale, la fabrication automobile, le génie mécanique et d'autres champs. Par exemple, le matériau composite à matrice d'aluminium préparé par l'ajout de particules de carbure de silicium à la poudre d'alliage d'aluminium améliore considérablement la résistance et la dureté, tout en maintenant les caractéristiques de faible densité de l'alliage d'aluminium.
Pour l'avenir, avec les progrès continus de la science et de la technologie, la technologie de métallurgie de poudre devrait réaliser des percées dans des domaines plus émergents, et l'intégration avec d'autres technologies de pointe sera encore plus approfondie. Dans les domaines de la fabrication intelligente, des matériaux quantiques et du génie biomédical, la technologie de métallurgie de poudre a le potentiel de créer des matériaux et des composants plus performants et multifonctionnels, fournissant des solutions innovantes aux défis mondiaux, tels que la crise énergétique, la protection de l'environnement et la santé humaine. On peut prédire que la technologie de métallurgie de la poudre jouera un rôle plus important dans le développement industriel et le progrès social futur.
