Jauhemetallurgia on tärkeä materiaalien valmistustekniikka, jossa metallijauhetta (tai metallijauheen ja ei-metallijauheen seosta) käytetään raaka-aineena metallimateriaalien, komposiittimateriaalien ja erilaisten tuotteiden valmistukseen muun muassa muovauksen ja sintrauksen kautta. Seuraavassa on yksityiskohtainen johdatus jauhemetallurgiaan:
I. Määritelmä ja periaate
Jauhemetallurgia on metallijauheen tai metallijauheen valmistusta raaka-aineena muovauksen ja sintrauksen, metallimateriaalien, komposiittimateriaalien ja erilaisten tuotteiden prosessiteknologian avulla. Perusprosessi sisältää jauheen valmistuksen, jauhemuodostuksen, sintrauksen ja myöhemmän käsittelyn. Tämä tekniikka sai alkunsa muinaisesta metallurgisesta tekniikasta, mutta nykyaikaisen jauhemetallurgiatekniikan kehitys alkoi 1900-luvun alussa, ja siitä on vähitellen tullut tärkeä materiaalitieteen ja tekniikan haara.
II. Jauheen valmistustekniikka
Jauheen valmistus on jauhemetallurgian ensimmäinen vaihe, ja menetelmiä on useita, mukaan lukien:
Kuulajyrsintämenetelmä: metalli tai metalliyhdisteet kuulamyllyyn pallon iskun ja jauhamisvaikutuksen kautta, jotta se murskataan hienoksi jauheeksi.
Murskausmenetelmä: Kiinteät materiaalit murskataan jauheeksi mekaanisella iskulla, leikkauksella tai kitkalla, jota voidaan soveltaa hauraiden materiaalien jauhamiseen.
Atomisointimenetelmä: Sula metalli ruiskutetaan nopealla ilmavirralla tai nestevirralla, jotta se jäähtyy ja jähmettyy hienoksi metallijauheeksi, jolla on hienon hiukkaskoon ja korkean puhtauden ominaisuudet.
Pelkistysmenetelmä: käyttämällä vetyä tai hiilimonoksidia metallioksidien pelkistämiseen metallijauheen saamiseksi, kuten raudan, kuparin, volframin ja muiden metallijauheiden valmistukseen.
Kemiallinen pelkistysmenetelmä: metalliyhdisteet pelkistetään metallijauheiksi kemiallisilla reaktioilla, joita käytetään yleisesti erittäin hienojakoisten metallijauheiden ja erittäin puhtaiden jauheiden valmistuksessa.
Lämpöhajoamismenetelmä: metalliyhdisteiden tai metalliorgaanisten yhdisteiden korkean lämpötilan hajottaminen metallijauheiden valmistamiseksi, jota voidaan soveltaa aktiivisten metallijauheiden valmistukseen.
III. jauheenmuodostustekniikka
Jauhemuovaus on prosessi, jossa valmistettu jauhe muodostetaan tietyn muotoisiksi aihioiksi tietyin teknisin keinoin.
Kylmäpuristus: kohdista jauheeseen korkeaa painetta huoneenlämpötilassa aihion muodostamiseksi, jolla on tietty lujuus ja tiheys. Kylmäpuristusprosessi on yksinkertainen, edullinen, soveltuu massatuotantoon.
Kuumapuristus: Paina jauhetta kuumennetussa tilassa, jotta se muotoutuu ja osittain sintrautuu. Kuumapuristus voi parantaa aihion tiheyttä ja lujuutta, mikä sopii korkean suorituskyvyn materiaalien valmistukseen.
Ruiskupuristus: Jauhe sekoitetaan sideaineen kanssa nestemäiseksi lieteeksi, joka ruiskutetaan sitten muottiin muovaamista varten. Ruiskuvalu soveltuu monimutkaisen muotoisten ja hienorakenteisten osien valmistukseen.
Isostaattinen puristus: Jauhe asetetaan joustavaan muottiin, ja nestettä tai kaasua käytetään isostaattisen paineen kohdistamiseen muottiin jauheen muodostamiseksi tasaisesti ja tiiviisti. Isostaattinen puristus soveltuu suurikokoisten ja tasalaatuisten osien valmistukseen.
3D-tulostus: 3D-tulostustekniikan käyttö jauheen rakentamiseen kerros kerrokselta ja sidosmuovaukseen, soveltuu monimutkaisten rakenteiden ja yksilöllisten suunnitteluosien valmistukseen.
IV. Sintraustekniikka
Sintraus on yksi jauhemetallurgian keskeisistä vaiheista korkean lämpötilan käsittelyn kautta siten, että jauhehiukkaset yhdistetään diffuusion, uudelleenkiteytymisen ja kemiallisten reaktioiden kautta tiiviiksi materiaaliksi. Sintrausprosessin aikana sintrauslämpötila, aika ja ilmakehä vaikuttavat merkittävästi materiaalin loppuominaisuuksiin. Asianmukainen sintrauslämpötila ja -aika voivat parantaa materiaalin tiheyttä ja lujuutta, mutta liian korkea lämpötila ja liian pitkä aika voivat johtaa rakeiden kasvuun, materiaalin haurastumiseen ja muihin ongelmiin.
1. Kiinteäfaasisintraus: sintrauslämpötila on alhaisempi kuin jauhekappaleen komponenttien sulamispiste, yleensä 0,7 - 0,8 kertaa absoluuttinen sulamispiste (Tm, in K). Tämä sintrausmenetelmä jauheen hiukkasten välisen keskinäisen virtauksen, diffuusion ja muiden fysikaalis-kemiallisten prosessien kautta, jotta jauhe tiivistyy edelleen, mikä poistaa osan tai kaikki huokoset.
2. Nestefaasisintraus: Jos jauhebriketissä on enemmän kuin kaksi komponenttia, sintrausprosessi voidaan suorittaa komponentin sulamispisteen yläpuolella, jolloin jauhebrikettiin jää pieni määrä nestefaasia sintrausprosessin aikana. Nestefaasin esiintyminen nopeuttaa massansiirtoprosessia jauhehiukkasten välillä ja edistää sintratun kappaleen tiivistymistä.
3. painesintraus (kuumapuristus): sintrausprosessissa jauherunkoon kohdistaa painetta sen tiivistymisprosessin edistämiseksi. Kuumapuristus on jauhemuovauksen ja sintrauksen yhdistelmä, prosessi tuotteiden saamiseksi suoraan. Tämä menetelmä voi merkittävästi parantaa sintratun kappaleen tiheyttä ja lujuutta.
4. Aktivointisintraus: sintrausprosessissa tiettyjen fysikaalisten tai kemiallisten toimenpiteiden toteuttaminen, kuten aktivaattorien lisääminen, sintrausilmapiirin muuttaminen jne. sintrauslämpötilan alentamiseksi, sintrausajan lyhentämiseksi ja sintrausajan parantamiseksi. sintrattu runko.
5. Sähkökipinäsintraus: jauhe muovaus- ja puristusprosessissa tasavirta- ja pulssisintrauksella siten, että jauhehiukkaset syntyvät kaaren välissä sintrausta varten. Sintrausprosessin aikana työkappaleeseen kohdistetaan vähitellen painetta yhdistäen kaksi muovaus- ja sintrausprosessia. Tämä menetelmä soveltuu korkeatiheyksisten ja suorituskykyisten jauhemetallurgiatuotteiden valmistukseen.
6. Fuusioläpäisy (tunkeutuminen): Huokoisen aihion lujuuden ja muiden ominaisuuksien parantamiseksi se on korkeissa lämpötiloissa kosketuksessa huokoisen aihion ja nestemäisen metallin tai metalliseoksen kanssa, joka voi kastella sen kiinteän pinnan. Kapillaarivoimien ansiosta nestemäinen metalli täyttää aihion huokoset. Tämä prosessi soveltuu volframi-hopea-, volframi-kupari-, rauta-kupari- ja muiden seosmateriaalien tai -tuotteiden valmistukseen.
V. Edut ja sovellukset
Jauhemetallurgiatekniikalla on monia etuja, kuten suuri suunnittelun joustavuus, korkea raaka-aineen käyttöaste, hyvä mikrorakenteen tasaisuus ja kyky valmistaa seosmateriaaleja. Sillä on laaja valikoima sovelluksia, mukaan lukien autoteollisuus, ilmailu, lääketieteelliset laitteet, elektroniset komponentit ja niin edelleen. Jauhemetallurgiateknologialla on merkittäviä etuja monimutkaisten muotojen ja korkean suorituskyvyn materiaalien valmistuksessa. Esimerkiksi jauhemetallurgisista autojen osista on tullut yksi Kiinan jauhemetallurgiateollisuuden suurimmista markkinoista, sillä noin 50 prosenttia autojen osista on jauhemetallurgiaosia. Lisäksi jauhemetallurgiateknologialla valmistetaan myös raskaiden aseiden osia, kuten panssaria lävistäviä luoteja ja torpedoja, sekä korkealaatuisia rakenneosia.
Haitat
Vaikka jauhemetallurgiatekniikalla on monia etuja, on myös joitain haittoja. Esimerkiksi jauhemetallurgiatuotteiden lujuus ja sitkeys ovat suhteellisen huonoja, koska puristetusta jauheesta valmistetun aihion sisällä on huokoset; jauhemetallurgiaa ei voida valmistaa laajamittaisiksi tuotteiksi sen muodon ja koon vuoksi metallijauherajoitusten sujuvuuden vuoksi; puristusmuovaus on kalliimpaa ja soveltuu käytettäväksi vain massatuotannossa.
Yhteenvetona voidaan todeta, että jauhemetallurgia on tärkeä materiaalien valmistustekniikka, jolla on laajat sovellusmahdollisuudet ja merkittäviä etuja. Tieteen ja teknologian jatkuvan edistymisen ja kehityksen myötä jauhemetallurgiateknologia jatkaa myös parantamistaan ja innovointiaan ja edistää entistä enemmän materiaalitieteen ja tekniikan alan kehitystä.