Подробное введение в порошковую металлургию

I. Основные понятия

II. Основные этапы процесса

1. Приготовление порошка
   • Методы: Механическое дробление (например, фрезирование шаров, дробление челюстей), физическое отложение пара (PVD), химическое уменьшение (например, уменьшение водорода для порошка железа),атомизация (атомизация воды/воздуха для порошков сплавов).
   • Ключевые параметры: Размер частиц порошка (на уровне микронов, влияющий на плотность формирования), чистота и морфология (сферическая/нерегулярная, влияющая на пропускную способность).
     [Изображение: оборудование для атомизации порошка, производящее порошки из сферических сплавов]
2. Смешивание и модификация
   • Смешивать металлические порошки с неметаллическими добавками (например, углерод, медь для твердости) и смазочными веществами (например, стеарат цинка для формируемости).
3. Формирование
   • Сжатие формования: Высокое давление (50-300 МПа) в формах для формирования "зеленых компактных материалов", подходящих для простых симметричных форм.
   • Металлическая инжекционная литья (MIM): Смесь порошка-связка впрыскивается в формы, дебоунд и синтер для сложных деталей высокой точности (например, механизмы для часов, медицинские устройства).
   • Изостатическое нажатие: Однородное давление через жидкость (холодное/горячее изостатическое прессование) для материалов с высокой плотностью (например, аэрокосмические компоненты сверхсоединений).
     [Изображение: Схема оборудования для изолированного прессования на холоде]
4. Синтерирование
   • Нагрев в защитной атмосфере (аргон, водород) или вакууме до 60~80% от температуры плавления металла, связывание частиц посредством атомной диффузии для повышения плотности и прочности.
   • Критические параметры: Температура, время ожидания и контроль атмосферы.
5. Послепереработка
   • Сплоченность: Сдавливание/ресинтерирование; горячая ковка для получения механических свойств.
   • Обработка поверхностиЭлектропластика, покраска, карбуризация.
   • Обработка: Небольшая резка (бурение, шлифование) для высокой точности.

III. Технические характеристики

1. Преимущества
   • Высокая эффективность материалов: Формирование с помощью почти сетевой формы уменьшает количество отходов (<5%), снижая затраты.
   • Производство сложных конструкций: непосредственно формирует детали с микроотводами, композитными материалами из нескольких материалов или свойствами градиента (например, пропитанные маслом подшипники, коробки передач).
   • Материалы высокой производительности:
     • Огнеупорные металлы (вольфрам, молибден) и композиты (керамические арматуры металлической матрицы).
     • Пористые материалы (фильтры, теплоотводы) и антифрикционные материалы (самосмазывающиеся подшипники).
   • Энергоэффективность: Снижение энергопотребления по сравнению с литьем/литьем, идеально подходит для массового производства.
2. Ограничения
   • Влияние пористости: Синтерные материалы сохраняют 5~20% пористости, что требует последующей обработки для плотности.
   • Зависимость от плесени: высокоточные формы дорогостоящие и сложные, подходящие для производства в среднем и большом масштабах.
   • Ограничения по размеру: Традиционное литье ограничивает размеры деталей (десятки см); большие компоненты требуют изостатического прессования или 3D-печати.

IV. Основные материалы и применения

1. Общие материалы
   • Железо/медь: более 70% применений, используются для передач, подшипников и структурных частей (например, компонентов автомобильных двигателей).
   • Огнеупорные металлы: Волфрамовые, молибденовые сплавы для аэрокосмических высокотемпературных деталей (ракетные насадки, спутниковые теплоотводы).
   • Специальные сплавы: Титановые сплавы, сверхсплавы (Inconel) для лопастей двигателей самолетов и медицинских имплантатов (титановые костные винты).
   • Композиты: металлокерамика (острие алмазной пилы), пористые металлы (поглощение энергии, катализаторы).
2. Типичные применения
   • Автомобильная промышленность: сиденья клапанов двигателя, трансмиссия (30% уменьшение веса), компоненты турбокомпрессоров.
   • Электроника: поддержки камер для смартфонов на базе MIM, теплоотводы 5G (медь с высокой теплопроводностью), магнитные порошки (индукторы).
   • Аэрокосмическая: диски турбины из сверхсоединения, изготовленные из титана (уменьшение веса).
   • Медицинская помощь: Пористые титановые имплантаты (интеграция костных клеток), зубные рамы MIM.
   • Новая энергия: Литийные батарейные электродные порошки (NCM), биполярные пластины топливных элементов (нержавеющая сталь).
     [Изображение: Компоненты порошковой металлургии в двигателе электромобиля]

V. Передовые технологии и тенденции (2025 год)

1. Интеграция с аддитивным производством
   • Металлическая 3D-печать (SLM/LMD): Прямая печать сложных деталей (например, воздушных двигателей) из порошков, преодолевая традиционные ограничения формования.
   • 3D-печать соединителей: экономически эффективный для серийного производства небольших деталей, дешевле, чем традиционный MIM.
     [Изображение: Титановый аэрокосмический компонент, напечатанный 3D через SLM]
2. Нанопорошки и высокая производительность
   • Нанокристаллические порошки(например, нано-мед, нано-титан) увеличить прочность на 50% + для высококлассных инструментов и брони.
   • Материалы с градиентом: слоистое порошкообразование для деталей с поверхностной износостойкостью и внутренней прочностью.
3. Зеленое производство
   • Связующие на водной основе заменяют органические растворители в MIM для уменьшения загрязнения; более 90% переработки порошка соответствует целям нейтрального выброса углерода.
4. Умное производство
   • ИИ-оптимизированные печи для синтерации для контроля температуры в режиме реального времени; онлайн-тестирование порошка (лазерный анализ размера частиц, XRD) для контроля качества.

VI. Заключение