Металлический порошок является отправной точкой процесса порошковой металлургии, и его характеристики оказывают существенное влияние на механические и физические свойства спеченных деталей.
Однако, как сделать металлический порошок остается сложным процессом и по сей день. К счастью, производители постоянно совершенствуют технологию производства порошка.
Давайте рассмотрим различные методы производства металлического порошка.
Содержание:
Процесс распыления
Вы можете знать, что распыление газа и воды являются распространенными методами производства металлических порошков. Все они разбивают жидкий металл на капли, а затем распыляют их в порошок. Водяное распыление известно своим большим объемом производства и низкой стоимостью, но приводит к получению порошков с высоким содержанием кислорода и неправильной формы. Напротив, газовое распыление дает порошки с более низким содержанием кислорода и более сферической формы. Газовое распыление в основном используется для получения легко окисляемого металла, такого как титановый порошок и порошок нержавеющей стали, в то время как распыление воды обычно используется для производства железный порошок.
Чтобы объединить преимущества обоих методов, производители разработали гибридную технологию распыления. В этом процессе расплавленный металл сначала распыляется газом, а затем водой.
Компания Höganäs, ведущий мировой производитель металлических порошков, разработала технологию вакуумной индукционной плавки с распылением в среде инертного газа (VIGA). VIGA сочетает вакуумную индукционную плавку с распылением в среде инертного газа для достижения превосходных свойств порошка. Она особенно подходит для применений, требующих высокой чистоты и контролируемого распределения размеров частиц.
Химическое разложение
Для получения порошков из карбонилов и гидридов металлов используются процессы химического разложения.
Железный порошок и никелевый порошок полученные методом химического разложения, имеют очень малые размеры частиц, примерно от 1 до 8 мкм.
Карбонил никеля образуется в результате реакции никелевых блоков и никельсодержащих материалов с оксидом углерода при температуре 160°C. Для этого процесса требуется давление 100-240 атм. После того, как карбонил никеля десорбируется на никелевом блоке, он разлагается на чистый никелевый порошок при температуре около 230°C.
Обычно частицы порошка карбонильного железа имеют сферическую форму и структуру луковой шелухи. Кроме того, частицы порошка карбонильного железа имеют сферическую форму и очень мелкие (>10 мкм), в отличие от частиц порошка никеля, которые имеют очень нерегулярную форму.
Снижение
Помимо процесса атомизации, ваши производители часто используют метод восстановления для производства железного порошка. Этот процесс восстанавливает руду с помощью углерода или водорода.
Сначала оксид железа восстанавливают оксидом углерода, чтобы получить железный порошок. Эти металлические порошки имеют высокое содержание кислорода, плохую прессуемость и не подходят для формования.
Затем восстановленный порошок железа отжигают и обезуглероживают при температуре от 800 до 900°C в печи со стальным конвейером. Наконец, его измельчают и просеивают для получения губчатого порошка железа с хорошей прессуемостью и низким содержанием кислорода и углерода.
По сравнению с порошком, распыленным водой, железный порошок, полученный в результате восстановления, имеет неровный внешний вид и множество полостей внутри, его обычно называют губчатым железным порошком.
Помимо вышесказанного, материалы порошковой металлургии Производители используют восстановление для регулировки насыпной плотности распыленного водой медного порошка. Этот процесс заключается в окислении распыленного водой медного порошка на воздухе и последующем восстановлении его до 500℃. Насыпная плотность медного порошка может быть снижена до 2.0 г/смXNUMX.3Однако в процессе окисления и восстановления медный порошок склонен к агломерации и требует последующего дробления.
Сокращение имеет следующие преимущества:
- Высокая чистота металлического порошка, чистота превышает 99.5%
- Производит более мелкий порошок
- Высокая эффективность производства
электролиз
Электролиз идеально подходит для производства медного и железного порошка.
В электролитической ячейке анодом служит медный блок, катодом — высокочистая медь или нержавеющая сталь, а в качестве электролита используется сульфат меди. В процессе электролиза ионы меди высвобождаются из анода и осаждаются на катоде.
Этот процесс похож на гальванопокрытие. Полученный электролитический медный порошок можно промыть, отфильтровать, высушить, отжечь и измельчить для получения высокочистого медного порошка. Обычно содержание меди составляет 99.5%, а содержание кислорода — менее 0.05%.
Электролитический железный порошок имеет высокую сжимаемость, высокую прочность и высокие магнитные свойства. Электролитический медный порошок имеет следующие преимущества
- Высокая чистота
- Хорошая сжимаемость
- Хорошая зеленая прочность
- Низкая кажущаяся плотность (около 0.55–3.5 г/см3)
Однако процесс электролиза является дорогостоящим и подвержен загрязнению.
Механическая обработка
Для хрупких металлов производители получают необходимые порошки путем механической обработки, в том числе:
- Атриторинг
- компрессия
- Фрезерование
Этот процесс имеет низкую производительность, а порошок легко загрязняется.
При использовании механических методов для изготовления металлических порошков будьте осторожны, так как температура металлического порошка повышается и вызывает проблемы с горением. Эта проблема более серьезна для высокореактивных порошков, таких как титановый порошок.
Характеристики металлического порошка
Когда вы производите спеченные детали, необходимо учитывать свойства порошкового металла.
Размер частицы:
Обычно металлические порошки имеют размер частиц от 1 до 1000 микрон. Методы измерения размера частиц включают лазерное рассеяние, просеивание и микроскопию. Распространенные формы частиц включают гранулярные, сферические, чешуйчатые и дендритные.
Площадь Поверхности
Для спеченных деталей, чем больше площадь поверхности порошка, тем выше его энергия, тем он менее стабилен и тем легче его процесс спекания.
Насыпная плотность
Насыпная плотность измеряется путем заполнения известной массы порошка в известный объем контейнера. Чем выше насыпная плотность порошка, тем меньше трение между порошками и тем легче заполнить форму.
Распределение частиц по размерам
Узкое распределение облегчает равномерную упаковку и обработку.
Постучал плотность
Плотность после уплотнения — это мера плотности порошкообразного материала после его «уплотнения» или уплотнения. Она используется для измерения эффективности упаковки порошка.
Скорость потока: Представляет трение между порошками. На него влияют размер и форма частиц порошка.
сжимаемость
Это относится к способности порошка уменьшаться в объеме под действием давления. Высокая сжимаемость указывает на то, что порошок может достигать высокой плотности во время процесс уплотнения, что необходимо для производства прочных и долговечных деталей.
Химический состав
Химический состав металлических порошков должен соответствовать стандартам материалов отрасли. Некоторые элементы влияют на механические свойства деталей, например, содержание углерода, которое влияет на прочность, пластичность и ударную вязкость продукта.
Сравнение методов производства металлического порошка
Поскольку большинство порошков изготавливаются методами газового распыления, водного распыления, химического разложения и восстановления, мы предлагаем вам краткое сравнение.
| Разработка | Распыление газа | Распыление воды | Химическое разложение | Снижение |
|---|---|---|---|---|
| Металл | Титан, нержавеющая сталь, быстрорежущая сталь | Железо, быстрорежущая сталь, нержавеющая сталь | Карбонил никеля, Карбонил железа | Утюг |
| Размер частицы | 10–300 мкм с SD ≈ 2 | Медиана: от 50 до 100 мкм | <10 мкм | <150 мкм |
| Форма частиц | сферический | Нерегулярный | Сферическая или ежовая форма | Нерегулярный |
| Плюсы | Низкое содержание кислорода Высокая плотность зелени |
Хорошая зеленая прочность Высокая доходность |
Высокая плотность спекания | С пробелами Бюджетный Высокая зеленая прочность |
| Минусы | Слабое зеленое компактное Низкий выход мелкого порошка |
Высокое содержание кислорода | Высокая цена | Низкая плотность зелени |
| Область применения | Порошковая металлургия, MIM, 3D-печать | Литье металла под давлением | Литье металла под давлением | Традиционный процесс ПМ |
Меры предосторожности при обращении с металлическим порошком
Безопасность является главным приоритетом при производстве металлических порошков.
Металлические порошки могут легко вызывать аллергические проблемы у рабочих. Кроме того, пыль также является серьезной проблемой. Хорошо известно, что большинство порошков размером более 10 мкм будут отфильтрованы системой фильтрации человеческого организма. Однако порошки размером менее 1 мкм (диаметр частиц сигаретного дыма составляет от 0.01 до 1 мкм) легко вдыхаются в легкие рабочих и попадают в кровь через альвеолы.
В отношении PM2.5 в Китае, США и Японии действуют следующие правила.
Если размер частиц порошка очень мал, необходимо обращать внимание на проблему самовозгорания, а также соблюдать осторожность при транспортировке и хранении.
| Страна | Китай | US | Япония |
|---|---|---|---|
| Среднегодовое значение (мкг/см³) | 35 | 12 | 15 |
| Среднесуточная норма (мкг/см³) | 75 | 35 | 35 |
FAQ
Что такое производство порошков?
Производство порошков относится к процессам получения металлических или керамических порошков, служащих сырьем для порошковой металлургии, аддитивного производства и смежных областей. Эти порошки разрабатываются с точным химическим составом, размером частиц, формой и чистотой, что обеспечивает их стабильное поведение при прессовании и спекании.
К распространенным процессам производства порошков относятся:
Распыление: Расплавленный металл разбивается на мелкие капли под действием газа или воды под высоким давлением и затвердевает в порошок. Газовое распыление образует сферические частицы с хорошей текучестью, в то время как распыление водой приводит к образованию частиц неправильной формы с более высокой сжимаемостью.
Химическое восстановление: Оксиды металлов восстанавливаются водородом или оксидом углерода до металлических порошков. Этот метод обычно применяется для железа, меди и вольфрама.
Электролитическое осаждение: Металл осаждается из электролита на катод, затем извлекается, сушится и измельчается в мелкий порошок высокой чистоты. Обычно используется для меди, никеля и железа.
Чем порошкообразные металлы отличаются от традиционных металлов?
Порошковая металлургия производит порошковые металлы путём прессования и спекания мелкодисперсных металлических порошков при температуре ниже точки плавления. Этот процесс позволяет формировать изделия сложной геометрии, обеспечивает высокий коэффициент использования материала и точный контроль микроструктуры. Традиционные методы, такие как литьё, ковка и механическая обработка, придают форму цельным металлам, что часто приводит к увеличению количества отходов и ограничению гибкости проектирования.
Какой метод подходит для производства железных порошков?
Большинство железных порошков производятся одним из двух процессов: восстановлением или распылением водой.
Распыление воды имеет хорошую экономическую эффективность и большую производительность.
Порошок губчатого железа, полученный методом восстановления, имеет неправильную форму и хороший эффект механической фиксации.
При этом размер частиц в основном превышает 20 мкм, что подходит для изготовления высокопрочных и сложнопрофильных деталей, а также для изготовления маслосодержащих подшипников.
Каков расход железного порошка?
Как правило, средняя скорость потока железного порошка составляет 25–35 с/50 г.
Если взять в качестве примера ATOMET DB46, то расход, измеренный в соответствии с методом испытаний ISO4490, составляет 25.62 с/50 г.
Что такое нанометаллический порошок?
Нанометаллический порошок относится к порошку менее 100 нм (0.1 мкм). Нанопорошок имеет чрезвычайно малый размер частиц, высокую активность и легко окисляется.