La metallurgia delle polveri è un'importante tecnologia di preparazione dei materiali, che utilizza polvere metallica (o una miscela di polvere metallica e polvere non metallica) come materia prima per produrre materiali metallici, materiali compositi e vari tipi di prodotti attraverso processi come formatura e sinterizzazione. Quella che segue è un'introduzione dettagliata alla metallurgia delle polveri:
I. Definizione e principio
La metallurgia delle polveri è la produzione di polvere metallica o polvere metallica come materia prima, attraverso la formatura e la sinterizzazione, la produzione di materiali metallici, materiali compositi e vari tipi di tecnologia di processo dei prodotti. Il processo di base comprende la preparazione della polvere, la formatura della polvere, la sinterizzazione e la successiva lavorazione. Questa tecnologia ha avuto origine nell'antica tecnologia metallurgica, ma lo sviluppo della moderna tecnologia della metallurgia delle polveri è iniziato all'inizio del XX secolo e gradualmente è diventato un ramo importante della scienza dei materiali e della tecnologia ingegneristica.
II. Tecnologia di preparazione delle polveri
La preparazione delle polveri è il primo passo della metallurgia delle polveri ed esistono vari metodi, tra cui:
Metodo di macinazione a sfere: il metallo o i composti metallici nel mulino a sfere, attraverso l'impatto della sfera e l'effetto di macinazione per ridurlo in polvere fine.
Metodo di frantumazione: i materiali solidi vengono frantumati in polvere mediante impatto meccanico, taglio o attrito, applicabile alla spolverizzazione di materiali fragili.
Metodo di atomizzazione: il metallo fuso viene spruzzato da un flusso d'aria ad alta velocità o da un flusso liquido per raffreddarlo e solidificarsi in polvere metallica fine, che ha le caratteristiche di granulometria fine ed elevata purezza.
Metodo di riduzione: utilizzo di idrogeno o monossido di carbonio per ridurre gli ossidi metallici per ottenere polvere metallica, come la preparazione di ferro, rame, tungsteno e altre polveri metalliche.
Metodo di riduzione chimica: i composti metallici vengono ridotti in polveri metalliche attraverso reazioni chimiche, comunemente utilizzate nella preparazione di polveri metalliche ultrafini e polveri ad elevata purezza.
Metodo di decomposizione termica: l'uso della decomposizione ad alta temperatura di composti metallici o composti metallo-organici per produrre polveri metalliche, applicabile alla preparazione di polveri metalliche attive.
III. tecnologia di formatura delle polveri
La formatura della polvere è il processo di formazione della polvere preparata in pezzi grezzi della forma richiesta attraverso determinati mezzi tecnologici.
Pressatura a freddo: applicare un'alta pressione alla polvere a temperatura ambiente per formare un pezzo grezzo con una certa resistenza e densità. Il processo di spremitura a freddo è semplice, economico, adatto alla produzione di massa.
Pressatura a caldo: applicare pressione alla polvere allo stato riscaldato, in modo che sia modellata e parzialmente sinterizzata. La pressatura a caldo può migliorare la densità e la resistenza del grezzo, adatto alla preparazione di materiali ad alte prestazioni.
Stampaggio a iniezione: la polvere viene miscelata con un legante per produrre un impasto fluido, che viene poi iniettato in uno stampo per la formatura. Lo stampaggio a iniezione è adatto alla produzione di parti con forme complesse e strutture fini.
Pressatura isostatica: la polvere viene posizionata in uno stampo flessibile e viene utilizzato un liquido o un gas per applicare una pressione isostatica allo stampo per formare la polvere in modo uniforme e denso. La pressatura isostatica è adatta alla preparazione di pezzi di grandi dimensioni con elevata uniformità.
Stampa 3D: l'uso della tecnologia di stampa 3D per costruire la polvere strato per strato e formare un legame, adatto per la produzione di strutture complesse e parti di design personalizzate.
IV. Tecnologia di sinterizzazione
La sinterizzazione è uno dei passaggi chiave della metallurgia delle polveri, attraverso un trattamento ad alta temperatura in modo che le particelle di polvere vengano combinate insieme attraverso diffusione, ricristallizzazione e reazioni chimiche per formare un materiale denso. Durante il processo di sinterizzazione, la temperatura, il tempo e l'atmosfera di sinterizzazione hanno un'influenza importante sulle proprietà finali del materiale. Una temperatura e un tempo di sinterizzazione adeguati possono migliorare la densità e la resistenza del materiale, ma una temperatura troppo elevata e un tempo troppo lungo possono portare alla crescita dei grani, all'infragilimento del materiale e ad altri problemi.
1. sinterizzazione in fase solida: la temperatura di sinterizzazione è inferiore al punto di fusione dei componenti nel corpo della polvere, solitamente da 0,7 a 0,8 volte il punto di fusione assoluto (Tm, in K). Questo metodo di sinterizzazione attraverso il flusso reciproco tra le particelle di polvere, la diffusione e altri processi fisico-chimici, in modo che il corpo della polvere si densifichi ulteriormente, eliminando alcuni o tutti i pori.
2. Sinterizzazione in fase liquida: Se sono presenti più di due componenti nella bricchetta in polvere, il processo di sinterizzazione può essere eseguito al di sopra del punto di fusione di un componente, risultando in una piccola quantità di fase liquida nella bricchetta in polvere durante il processo di sinterizzazione. La comparsa della fase liquida aiuta ad accelerare il processo di trasferimento di massa tra le particelle di polvere e favorisce la densificazione del corpo sinterizzato.
3. sinterizzazione a pressione (pressatura a caldo): nel processo di sinterizzazione, il corpo della polvere applica pressione per favorire il processo di densificazione. La pressatura a caldo è la combinazione di stampaggio delle polveri e sinterizzazione, il processo per ottenere direttamente i prodotti. Questo metodo può migliorare significativamente la densità e la resistenza del corpo sinterizzato.
4. sinterizzazione di attivazione: nel processo di sinterizzazione, adottare determinate misure fisiche o chimiche, come l'aggiunta di attivatori, modificare l'atmosfera di sinterizzazione, ecc., al fine di ridurre la temperatura di sinterizzazione, abbreviare il tempo di sinterizzazione e migliorare le prestazioni del corpo sinterizzato.
5. Sinterizzazione a scintilla elettrica: polvere nel processo di stampaggio e pressatura mediante sinterizzazione elettrica a corrente continua e a impulsi, in modo che le particelle di polvere prodotte tra l'arco per la sinterizzazione. Durante il processo di sinterizzazione, la pressione viene applicata gradualmente al pezzo, combinando i due processi di formatura e sinterizzazione. Questo metodo è adatto per la preparazione di prodotti di metallurgia delle polveri ad alta densità e ad alte prestazioni.
6. penetrazione per fusione (infiltrazione): al fine di migliorare la resistenza e altre proprietà del pezzo grezzo poroso, ad alte temperature sarà in contatto con il pezzo grezzo poroso e il metallo liquido o la lega che può bagnare la sua superficie solida. A causa delle forze capillari, il metallo liquido riempie i pori del pezzo grezzo. Questo processo è adatto per la produzione di tungsteno-argento, tungsteno-rame, ferro-rame e altri materiali o prodotti in lega.
V. Vantaggi e applicazioni
La tecnologia della metallurgia delle polveri presenta numerosi vantaggi, tra cui elevata flessibilità di progettazione, elevato utilizzo di materie prime, buona uniformità microstrutturale e capacità di preparare materiali in lega. Ha una vasta gamma di applicazioni, tra cui l'industria automobilistica, aerospaziale, dispositivi medici, componenti elettronici e così via. La tecnologia della metallurgia delle polveri presenta vantaggi significativi nella produzione di forme complesse e materiali ad alte prestazioni. Ad esempio, i componenti automobilistici realizzati con metallurgia delle polveri sono diventati uno dei mercati più grandi per l'industria cinese della metallurgia delle polveri, con circa il 50% dei componenti automobilistici costituiti da componenti realizzati con metallurgia delle polveri. Inoltre, la tecnologia della metallurgia delle polveri viene utilizzata anche per produrre parti di armi pesanti come proiettili perforanti e siluri, nonché parti strutturali di alta qualità.
Svantaggi
Sebbene la tecnologia della metallurgia delle polveri presenti molti vantaggi, presenta anche alcuni svantaggi. Ad esempio, la resistenza e la tenacità dei prodotti della metallurgia delle polveri sono relativamente scarse, a causa della presenza di pori all'interno della billetta fatta di polvere pressata; la metallurgia delle polveri non può essere trasformata in prodotti su larga scala, a causa della sua forma e dimensione dovuta alla fluidità delle restrizioni sulla polvere metallica; lo stampaggio a compressione è più costoso ed è adatto solo per la produzione di massa.
In sintesi, la metallurgia delle polveri è un’importante tecnologia di preparazione dei materiali con ampie prospettive di applicazione e vantaggi significativi. Con il continuo progresso e sviluppo della scienza e della tecnologia, anche la tecnologia della metallurgia delle polveri continuerà a migliorare e innovare e a fornire un contributo maggiore allo sviluppo del campo della scienza dei materiali e della tecnologia ingegneristica.
