Порошковая металлургия — это процесс производства, при котором порошковый металл используется и прессуется в изделия желаемой формы вместо обработки в расплавленном состоянии. Это позволяет обрабатывать металлы, которые трудно поддаются литью или плавке, такие как платина и вольфрам. Со временем процесс порошковой металлургии создал рынок в отраслях, требующих высокой точности, эффективности материалов и уникальных свойств, которые трудно получить традиционными методами.
Содержание:
Древние основы порошковой металлургии
Использование металлических порошков не ново. Археологи обнаружили свидетельства того, что люди формовали изделия из металлических порошков ещё в 3000 году до нашей эры. Многие древние культуры, включая египтян и инков, использовали металлические порошки, такие как золото и медь, для изготовления украшений и декоративных предметов. Хотя им не были известны точные инструменты и оборудование, они применяли простые методы нагревания и прессования порошка. Их работы показали, что металл можно обрабатывать без его полного расплавления, используя этот порошок.
Ранние научные вклады
В XVIII веке русский учёный Михаил Ломоносов экспериментировал с превращением металлов, таких как свинец, в порошок, а затем их нагреванием до твёрдого состояния. Ещё одним важным шагом на пути к современной порошковой металлургии стала работа Петра Григорьевича Соболевского в 1700 году. Он разработал технологию производства платиновых изделий с использованием контролируемого порошкового процесса.
Современная эра порошковой металлургии
У. Х. Уолластон и платиновая губка (начало 1800-х годов)
Одним из первых задокументированных примеров промышленного применения порошковой металлургии стала работа Уильяма Хайда Волластона (ок. 1801–1805 гг.), по получению ковкой платины путём прессования и спекания платиновой губки. В своей работе он получал платину, пригодную для обработки, путём прессования и спекания платиновой губки без необходимости применения экстремальных температур. В то время плавка платины была сложной задачей и практически невозможна в печи того времени из-за её высокой температуры плавления.
Вольфрамовые нити (1909)
Вольфрам — ещё один металл с очень высокой температурой плавления, который очень трудно плавить и обрабатывать традиционным литьём. В 1909 году порошковая металлургия позволила производить вольфрамовые нити для ламп накаливания.
Твердые сплавы (1920–1930-е годы)
В 1920-х годах порошковая металлургия вновь получила развитие благодаря изобретению твёрдых сплавов, таких как карбид вольфрама. Эти материалы заменили традиционную сталь благодаря своей более высокой прочности и износостойкости в инструментах для обработки и резки. К 1930-м годам твёрдосплавные инструменты стали стандартом в отраслях, требующих прочности и точности.
Самосмазывающиеся подшипники (1930-е годы)
Пористые самосмазывающиеся подшипники также были разработаны в 1930-х годах с использованием спекания металлических порошков с мелкими контролируемыми порами. Самосмазывающаяся способность этих подшипников привела к снижению трения и уменьшению потребности в обслуживании, что сделало их широко используемыми в автомобильной и машиностроительной промышленности.
Конструктивные детали (1940–1960-е годы)
В середине XX века, особенно в 20–1940-х годах, применение порошковой металлургии как технологии массового производства значительно расширилось. Она позволила изготавливать сложные конструкционные детали для автомобильной и инструментальной промышленности, используя металлические порошки на основе железа или стали.
Литье металла под давлением (1970-е годы)
В 1970s, литье металлов под давлением (MIM) Возникла технология, сочетающая литье пластмасс под давлением с порошковой металлургией. Тонкие металлические порошки смешивались со связующим веществом, формовались в виде пластика, а затем спекались в плотные сложные компоненты. Технология MIM позволила производить небольшие, сложные детали с превосходными механическими свойствами для таких отраслей, как аэрокосмическая, медицинская и электронная.
Порошковая ковка (1980-е годы)
Позже, в 1980-х годах, ковка порошка Применялся к автомобильным деталям, в частности к шатунам. Этот метод включал прессование металлических порошков, их спекание и последующую ковку для достижения высокой плотности и прочности. Кованые порошком шатуны получили широкое распространение в автомобильной промышленности благодаря своей долговечности и экономичности по сравнению с полностью обработанной сталью.
Будущие достижения в порошковой металлургии (1990-е годы – настоящее время)
Теплое уплотнение
Прогресс в технологии порошковой металлургии - это теплое уплотнение, который был представлен в 1990-х годах. При горячем прессовании производители используют температуру ~100–150 °C для повышения плотности и прочности в сыром состоянии, нагревают порошки и пресс-формы для получения деталей с более высокой плотностью, чем при традиционном прессовании и спекании. y, что делает этот метод особенно полезным в производстве автомобильных передач и конструкционных материалов.
Упрочнение спеканием
В отличие от традиционного процесса управления проектами, спекание Позволяет производить высокоточные компоненты, объединяя спекание и термическую обработку в один этап. Это не только снижает производственные затраты, но и улучшает механические свойства, такие как твёрдость и износостойкость деталей. Это позволяет производителям заменять более дорогие кованые компоненты порошковыми металлами, особенно в трансмиссиях и деталях, работающих в тяжёлых условиях.
Производство добавок
3D-печать металлическими порошками, также называемая Аддитивные производства, стала одним из самых значительных достижений последних десятилетий. В отличие от традиционных методов компактирования, этот метод позволяет создавать детали слой за слоем, позволяя создавать сложные геометрические формы, которые ранее были невозможны. Такие отрасли, как аэрокосмическая промышленность и производство медицинских имплантатов, используют эту технологию для производства лёгких, изготовленных по индивидуальному заказу компонентов.
Мягкие магнитные композиты (SMC)
Мягкие магнитные композиты Это порошки, разработанные для применения в электротехнике, в частности, в двигателях и трансформаторах. Они предлагают
- Снижение потерь энергии
- Гибкость 3D-дизайна
- Улучшенные характеристики по сравнению с ламинированной сталью
Сегодня SMC играют важную роль в разработке высокоэффективных электродвигателей, что является растущей потребностью для электромобилей.