고대와 역동적 인 고급 재료 준비 및 형성 기술로서 파우더 야금은 고대 세라믹 준비 기술과 철 제련 기술에서 비롯된 것입니다. 1909 년까지, 분말 야금에 의한 연성 텅스텐의 출현은 현대 분말 야금 시대의 출현을 나타 냈습니다. 지난 100 년 동안 파우더 야금 기술이 번성했으며 다양한 중요한 새로운 재료와 주요 제품이 계속 등장하여 오늘날의 국가 경제 및 과학 및 기술에 없어서는 안될 중요한 엔지니어링 기술 중 하나가되었습니다. 분말 야금의 특성과 장점
파우더 야금은 금속 분말 (또는 금속 및 비 금속 분말의 혼합물)을 원료로 사용하여 금속 재료, 복합 재료 및 성형 및 소결과 같은 공정을 통해 다양한 유형의 제품을 제조하는 기술입니다.
전통적인 제련 및 주조 과정과 비교하여 분말 야금에는 많은 장점이 있습니다. 한편으로, 제련 과정에서 가능한 구성 요소 분리를 효과적으로 피하고, 재료 조성물의 균일 성을 보장하고, 따라서보다 안정적이고 우수한 성능을 얻을 수 있습니다. 반면, 분말 야금은 거의 Net 형성을 달성하여 후속 처리 절차 및 재료 폐기물을 크게 줄일 수 있습니다. 관련 통계에 따르면, 분말 야금으로 제조 된 부품의 재료 활용률은 90%이상에 도달 할 수있는 반면, 전통적인 기계식 처리 방법의 재료 활용률은 일반적으로 30%-50%에 불과하며, 이는 생산 비용을 줄일뿐만 아니라 현대 제조업의 개발 개념과도 일치하는 생산 효율성을 향상시킵니다. 또한, 분말 조성, 입자 크기 및 제조 공정을 조정함으로써, 재료 특성은 고강도, 고음, 고온 저항, 부식 저항 등과 같은 특수 재료 특성에 대한 다양한 필드의 요구를 충족시키기 위해 정확하게 제어 될 수있다.
분말 야금 공정의 주요 과정
(i) 분말 제조
기계적 분쇄 방법 : 기계적 힘은 금속 또는 합금을 분말로 분쇄하는 데 사용됩니다. 장비는 간단하고 비용이 낮으며 출력은 크지 만 분말 모양은 불규칙하며 입자 크기 분포가 넓고 불순물이 쉽게 도입됩니다.
원자 화 방법 : 용융 금속 액체를 고압 가스 (질소, 아르곤) 또는 고속 물 흐름으로 작은 액 적에 분산시키고 냉각 및 분말로 고형화시킨다. 가스 분무 방법은 높은 구형과 유동성이 우수하며, 이는 고성능 부품을 만드는 데 적합합니다. 물 분무 방법은 저렴한 비용과 고효율을 가지며 분말 모양은 불규칙합니다. 일반적인 강철 가루 및 성능이 낮은 제품에 종종 사용됩니다.
환원 방법 : 수소 및 일산화탄소와 같은 환원제를 사용하여 고순도, 높은 활성, 높은 소결 활동 및 저온 밀도를 가진 분말로 금속 산화물을 줄입니다. 그러나 생산에는 고온과 특정 대기가 필요하며 장비 투자는 크고 비용이 높습니다.
전기 분해 방법 : 금속 소금 용액 또는 용융 염을 전해하여 금속 이온을 음극의 분말로 침전시킨다. 분말은 입자 크기가 매우 순수하고 미세하며 균일합니다. 전자 재료와 같은 순도 및 입자 크기에 대한 요구 사항이 높은 필드에 적합하지만 생산 효율이 낮고 에너지 소비가 높고 비용이 많이 듭니다.
(ii) 성형
압축 성형 : 전처리 된 금속 분말을 금형에 넣고 모양으로 누릅니다. 단계에는 분말 충전, 프레스 및 데 몰딩이 포함됩니다. 간단한 모양과 기어와 같은 높은 정밀 요구 사항이있는 제품에 적합합니다. 장점은 간단한 장비, 고효율, 저렴한 비용 및 대규모 생산입니다. 단점은 복잡한 제품을위한 곰팡이를 설계하고 제조하기가 어렵고 균일 한 밀도를 보장하기가 어렵다는 것입니다.
등방성 프레스 : 액체를 사용하여 압력을 균일하게 전달하고 분말을 탄성 곰팡이에 넣고 고압 용기에 넣습니다. 콜드 등방성 프레스는 실온에서 수행되며 복잡한 모양 및 고밀도 요구 사항이있는 제품에 적합합니다. Hot isostatic 프레스는 동시에 고온과 고압을 동시에 사용하며 고성능 항공 우주 재료 등에 사용됩니다.이 장점은 제품이 모든 방향에서 균일 한 밀도를 가지며 크고 복잡한 제품에 적합하다는 것입니다. 단점은 장비가 비싸고 사이클이 길고 비용이 높다는 것입니다.
주입 성형 : 금속 분말과 바인더를 사출 물질에 섞어 주입 기계를 사용하여 성형을 위해 금형 공동에 주입합니다. 전자 부품과 같은 고정밀 복합 소형 부품을 제조하는 데 적합합니다. 장점은 성형 효율과 정밀도가 높으며 대규모 생산에 적합합니다. 단점은 바인더의 선택 및 제거가 어렵고 부적절한 취급은 제품의 성능에 영향을 미친다는 것입니다.
(iii) 소결
기존의 소결 : 성형 신체를 적절한 온도와 대기 (수소, 질소, 진공 등)에서 가열하여 분말 입자를 결합하고 밀도와 강도를 증가시킵니다. 수소 대기는 불순물을 제거하고, 질소는 산화를 방지하며, 진공은 산소 함량이 높은 물질에 적합합니다.
핫 프레스 소결 : 소결 중에 압력이 적용되며 특수 장비에서 수행됩니다. 곰팡이는 흑연과 같은 재료로 만들어졌습니다. 소결 온도를 줄이고 시간을 단축하며 밀도와 성능이 높은 제품을 얻을 수 있습니다. 그것은 종종 고성능 세라믹 및 기타 재료의 준비에 사용됩니다.
스파크 플라즈마 소결 (SPS) : 펄스 전류를 통한 방전 혈장 및 줄을 생성하여 빠른 가열 및 소결. 입자 표면의 불순물을 제거하고, 표면을 활성화시키고, 빨리 가열하고 (100-1000 정도 /min) 짧은 시간 (몇 분에서 수십 분까지) 및 곡물 성장을 억제 할 수 있습니다. 나노 물질 등을 준비하는 데 사용됩니다.
분말 야금 기술의 응용 분야
(i) 항공 우주장
항공 우주는 재료 성능에 대한 엄격한 요구 사항을 가지고 있으며, 파우더 야금 기술은 그 요구를 충족시킵니다. 분말 야금 고온 합금은 항공기 엔진 터빈 디스크 및 블레이드와 같은 주요 구성 요소를 제조하는 데 사용됩니다. 예를 들어, 미국에서 Pratt & Whitney의 F119 엔진의 터빈 디스크는 분말 야금 니켈 기반 고온 합금을 사용하여 엔진 성능 및 신뢰성을 향상시킵니다. 분말 야금 티타늄 합금은 항공기 날개 빔, 동체 프레임 및 저밀도, 고강도 및 내식성을 갖춘 기타 구조 부품을 제조하는 데 사용됩니다. 항공기 무게 감소 및 연료 효율 및 비행 성능 향상.
(ii) 자동차 제조 분야
파우더 야금 부품은 자동차 엔진, 변속기 및 제동 시스템에서 널리 사용됩니다. 엔진의 밸브 시트 링, 가이드 튜브 및 피스톤 링은 구리 기반 또는 철 기반 합금으로 만들어져 고온과 고압을 견딜 수 있으며 엔진 성능과 수명을 향상시킬 수 있습니다. 변속기의 기어 및 동기화 제 허브는 정밀도가 높고 강도가 높기 때문에 기어가 더 매끄럽고 전송 효율을 향상시킵니다. 브레이크 시스템의 브레이크 패드와 브레이크 디스크에는 특수 마찰 재료가 추가되어있어 마찰과 내마모성이 우수하여 제동 안전을 보장합니다.
(iii) 전자 정보 분야
전자 장비가 작고 가볍고 고성능으로 발전함에 따라 분말 야금 기술이 더 널리 사용됩니다. 소프트 자기 분말 야금 재료는 변압기 및 인덕터와 같은 전자 성분을 제조하는 데 사용됩니다. 구리-텅스텐 및 구리-몰리브덴과 같은 분말 금속 금속 기반 복합 재료는 열 소산 기판 및 고출력 전자 장치의 포장 쉘에 사용됩니다. 분말 야금 접촉 재료는 안전한 회로 스위칭을 보장하기 위해 전기 스위치 및 릴레이에 사용됩니다.
Iron-Silicon-Nickel 자기 분말 코어 (KNF)
(iv) 기계 제조 분야
분말 야금 기술은 기어 및 베어링과 같은 기계 부품을 제조하는 데 사용됩니다. 분말 야금 기어는 정밀도, 부드러운 전송 및 높은 재료 활용률을 갖습니다. 분말 야금 베어링은 자체 윤활 및 내마모로 저속, 무거운 부하 및 저음에 적합합니다. 특별한 근무 조건에서, 오일 함유 베어링은 우수한 성능을 유지하고 장비 신뢰성 및 서비스 수명을 향상시킬 수 있습니다.
(v) 의료 장치 분야
임플란트 측면에서, 분말 야금 티타늄 합금은 인공 관절 등을 제조하는 데 사용됩니다. 다공성 구조는 뼈 세포 성장을 촉진하고 임플란트 느슨한 위험을 줄일 수 있습니다. 외과기구는 분말 야금 고속 강철과 스테인레스 스틸로 만들어졌으며,이 강철은 경도가 높고 내마모성 및 부식성을 갖고 복잡한 형태의 기기를 제조 할 수 있습니다. 치과 물질 중에서 의치는 강도, 강인성 및 미학이 좋습니다. 치과 임플란트는 분말 야금 티타늄 또는 티타늄 합금을 사용하여 이식의 성공률을 향상시킬 수 있습니다. 치열 교정 괄호는 분말 야금 스테인리스 스틸 또는 니켈 티타늄 합금을 사용하여 정확하게 힘을 적용 할 수 있습니다.
(vi) 새로운 에너지 분야
리튬 이온 배터리의 관점에서, 파우더 야금 기술에 의해 제조 된 리튬 철 포스페이트 및 3 배 재료와 같은 양의 전극 재료는 배터리 에너지 밀도 및 충전 및 배출 효율을 향상시킬 수 있습니다. 연료 전지의 분야에서, 분말 야금 공정에 의해 제조 된 높은 특이 적 표면적을 갖는 금속 양극판 및 촉매 담당자는 연료 전지의 성능을 향상시키고 비용을 줄였다. 풍력 발전에서, 기어 박스, 베어링 및 파우더 야금으로 제조 된 기타 부품은 가혹한 환경에서 안정적인 성능을 유지하고 장비의 서비스 수명을 연장 할 수 있습니다.
분말 야금 기술의 진행
(i) 금속 첨가제 제조 (3D 프린팅) 및 분말 야금의 융합
금속 첨가제 제조 기술은 최근 몇 년 동안 빠르게 발전했습니다. 분말 야금과의 결합은 복잡한 부품 제조에 새로운 혁신을 가져 왔습니다. 3D 인쇄 기술을 통해 금속 분말은 복잡한 내부 구조 및 개인화 된 설계를 갖춘 부품을 생산하기 위해 층으로 직접 쌓을 수 있습니다. 이 기술은 재료 폐기물 및 가공 절차를 줄일뿐만 아니라 항공기 엔진의 복잡한 블레이드와 같은 전통적인 가공 방법으로 제조하기 어려운 부품의 제조를 인식합니다.
(ii) 나노 파더 야금 기술
나노 기술의 발전으로 Nanopowder 야금 기술이 등장했습니다. 나노 규모의 금속 분말은 넓은 특이 적 표면적, 높은 활성 및 큰 소결 구동력의 특성을 가지며 우수한 기계적 특성, 전기 특성 및 자기 특성으로 나노 구조화 된 재료를 준비 할 수 있습니다. 현재, 나노 파우더 야금 기술은 고성능 자기 재료, 초전도 재료 및 고강도 합금의 제조에서 상당한 진전을 이루었습니다.
Xi'an University of Technology, 구형 나노 ti-tibw 복합 분말 준비 과정의 개략도
(iii) 분말 야금 복합 재료의 혁신
금속 분말에 다양한 보강 위상 (예 : 세라믹 입자, 섬유 등)을 추가함으로써 우수한 성능을 갖는 분말 야금 복합 재료를 준비합니다. 이 복합 재료는 금속과 강화 단계의 장점을 결합하며, 고강도, 높은 경도, 우수한 내마모성, 고온 저항 등의 특성을 지니고 있으며 항공 우주, 자동차 제조, 기계 공학 및 기타 분야에서 널리 사용됩니다. 예를 들어, 알루미늄 합금 분말에 실리콘 카바이드 입자를 첨가하여 제조 된 알루미늄 기반 복합 재료는 강도와 경도를 상당히 향상시키면서 알루미늄 합금의 저밀도 특성을 유지했습니다.
