Luyện kim bột là gì?

Luyện kim bột là gì?

Luyện kim bột là một quy trình công nghệ sản xuất vật liệu kim loại, vật liệu tổng hợp và các loại sản phẩm khác nhau bằng cách tạo bột kim loại hoặc sử dụng bột kim loại (hoặc hỗn hợp bột kim loại và bột phi kim loại) làm nguyên liệu thô, tạo hình và nung kết. Phương pháp luyện kim bột tương tự như sản xuất gốm sứ, thuộc công nghệ thiêu kết bột. Do đó, một loạt công nghệ luyện kim bột mới cũng có thể được sử dụng để điều chế vật liệu gốm. Do những ưu điểm của công nghệ luyện kim bột, nó đã trở thành chìa khóa để giải quyết vấn đề vật liệu mới và đóng vai trò quyết định đối với sự phát triển của vật liệu mới.

Luyện kim bột bao gồm sản xuất bột và các sản phẩm. Trong số đó, nghiền thành bột chủ yếu là một quá trình luyện kim, điều này phù hợp với từ ngữ. Các sản phẩm luyện kim bột thường vượt xa phạm vi vật liệu và luyện kim, và thường là công nghệ liên ngành (vật liệu và luyện kim, máy móc và cơ khí, v.v.). Đặc biệt, in 3D bột kim loại hiện đại tích hợp kỹ thuật cơ khí, CAD, công nghệ thiết kế ngược, công nghệ sản xuất phân lớp, công nghệ điều khiển số, khoa học vật liệu và công nghệ laser, làm cho công nghệ sản phẩm luyện kim bột trở thành công nghệ toàn diện hiện đại trên nhiều lĩnh vực hơn.

Zhongwei Sản xuất chính xác các bộ phận đúc phun luyện kim bột

Xác định thông báo

Luyện kim bột là công nghệ công nghiệp để sản xuất vật liệu kim loại, vật liệu composite và các loại sản phẩm khác nhau bằng cách tạo bột kim loại hoặc sử dụng bột kim loại (hoặc hỗn hợp bột kim loại và bột phi kim loại) làm nguyên liệu thô, tạo hình và nung kết. Công nghệ luyện kim bột đã được sử dụng rộng rãi trong giao thông vận tải, máy móc, điện tử, hàng không vũ trụ, vũ khí, sinh học, năng lượng mới, thông tin và công nghiệp hạt nhân, và đã trở thành một trong những ngành năng động nhất của khoa học vật liệu mới. Công nghệ luyện kim bột có một loạt các ưu điểm, như tiết kiệm đáng kể năng lượng, tiết kiệm vật liệu, hiệu suất tuyệt vời, độ chính xác của sản phẩm cao và độ ổn định tốt, và rất thích hợp cho sản xuất hàng loạt. Ngoài ra, một số vật liệu và chi tiết phức tạp không thể chế tạo được bằng phương pháp đúc truyền thống và phương pháp gia công cũng có thể được chế tạo bằng công nghệ luyện kim bột, đã thu hút được nhiều sự quan tâm trong ngành.

Rộngluyện kim bộtcông nghiệp sản phẩm bao gồm công cụ bằng đá bằng sắt, hợp kim cứng, vật liệu từ tính và các sản phẩm luyện kim bột. Nghĩa hẹp của ngành sản phẩm luyện kim bột chỉ dùng để chỉ các sản phẩm luyện kim bột, bao gồm các bộ phận luyện kim bột (chiếm đại đa số), ổ trục dầu và các sản phẩm đúc phun kim loại.

Tính năng phát sóng

Luyện kim bột có thành phần hóa học và các tính chất cơ lý độc đáo mà các phương pháp đúc và nấu chảy truyền thống không thể có được. Công nghệ luyện kim bột có thể được sử dụng để sản xuất trực tiếp các vật liệu và sản phẩm xốp, nửa đặc hoặc hoàn toàn, chẳng hạn như ổ trục có dầu, bánh răng, cam, thanh dẫn hướng, dụng cụ, v.v. Đây là một loại công nghệ cắt ít hoặc không có.

(1) Công nghệ luyện kim bột có thể giảm thiểu sự phân tách thành phần hợp kim và loại bỏ cấu trúc đúc thô và không đồng đều. Nó đóng một vai trò quan trọng trong việc điều chế vật liệu từ vĩnh cửu đất hiếm hiệu suất cao, vật liệu lưu trữ hydro đất hiếm, vật liệu phát quang đất hiếm, chất xúc tác đất hiếm, vật liệu siêu dẫn nhiệt độ cao, vật liệu kim loại mới (như hợp kim Al Li, Al chịu nhiệt hợp kim, siêu hợp kim, thép không gỉ chống ăn mòn dạng bột, thép tốc độ cao dạng bột, vật liệu cấu trúc nhiệt độ cao hợp chất liên kim loại, v.v.).

(2) Có thể điều chế một loạt các vật liệu không cân bằng hiệu suất cao, chẳng hạn như vô định hình, vi tinh thể, chuẩn tinh thể, tinh thể nano và dung dịch rắn siêu bão hòa. Những vật liệu này có đặc tính điện, từ, quang học và cơ học tuyệt vời.

(3) Nó có thể dễ dàng nhận ra nhiều loại vật liệu tổng hợp và phát huy hết các đặc tính tương ứng của từng vật liệu thành phần. Đây là một công nghệ chi phí thấp để sản xuất ma trận kim loại và vật liệu tổng hợp gốm hiệu suất cao.

(4) Nó có thể sản xuất các vật liệu và sản phẩm có cấu trúc và tính chất đặc biệt mà các phương pháp nấu chảy thông thường không thể sản xuất được, chẳng hạn như vật liệu sinh học xốp mới, vật liệu màng ngăn cách xốp, chất mài mòn gốm cấu trúc hiệu suất cao và vật liệu gốm chức năng.

(5) Nó có thể nhận ra sự hình thành gần ròng và sản xuất hàng loạt tự động, do đó giảm hiệu quả việc tiêu thụ tài nguyên và năng lượng của sản xuất.

(6) Nó có thể tận dụng tối đa quặng, chất thải quặng đuôi, bùn luyện thép, quy mô cán thép và tái chế kim loại thải làm nguyên liệu. Đây là một công nghệ mới có thể tái tạo và sử dụng toàn diện vật liệu một cách hiệu quả.

Nhiều công cụ gia công phổ biến của chúng tôi và vật liệu mài mòn phần cứng được chế tạo bằng công nghệ luyện kim bột.

Phương pháp chuẩn bị phát sóng

(1) Sản xuất bột. Quy trình sản xuất bột bao gồm các bước chuẩn bị bột, trộn bột,… Để cải thiện độ dẻo và độ dẻo của bột, người ta thường cho thêm các chất hóa dẻo như dầu động cơ, cao su hoặc parafin.

(2) Nhấn định hình. Bột được ép đến hình dạng yêu cầu dưới áp suất 15-600 MPa.

(3) Thiêu kết. Quá trình này phải được tiến hành trong lò nung nhiệt độ cao hoặc lò chân không có môi trường bảo vệ. Quá trình thiêu kết khác với nung chảy kim loại. Ít nhất một phần tử vẫn ở trạng thái rắn trong quá trình thiêu kết. Trong quá trình thiêu kết, các hạt bột trở thành sản phẩm luyện kim với độ xốp nhất định thông qua một loạt các quá trình vật lý và hóa học như khuếch tán, kết tinh lại, hàn nhiệt hạch, kết hợp, hòa tan, v.v.

(4) Xử lý bài. Nói chung, các bộ phận thiêu kết có thể được sử dụng trực tiếp. Nhưng đối với một số bộ phận có độ chính xác về kích thước cao, độ cứng và khả năng chống mài mòn cao, cũng cần phải xử lý sau thiêu kết. Xử lý sau bao gồm ép mịn, cán, đùn, làm nguội, làm nguội bề mặt, ngâm dầu và thẩm thấu.

Phương pháp bào chế bột

Chuẩn bị bột là bước đầu tiên của luyện kim bột. Với sự gia tăng liên tục của các nguyên liệu và sản phẩm luyện kim bột cùng với việc không ngừng nâng cao chất lượng của chúng, ngày càng nhiều loại bột được cung cấp. Ví dụ, từ phạm vi vật liệu, không chỉ bột kim loại, mà còn sử dụng bột hợp kim và bột hợp chất kim loại; Từ quan điểm của hình dạng bột, yêu cầu sử dụng các loại bột có hình dạng khác nhau. Ví dụ, khi tạo màng lọc, bắt buộc phải tạo thành dạng bột; Từ góc độ kích thước hạt bột, yêu cầu bột có nhiều kích thước hạt khác nhau phải có kích thước hạt thô từ 5 0 0 ~ 1000 micron và kích thước hạt siêu mịn nhỏ hơn 0,5 micron.

Để đáp ứng các yêu cầu khác nhau về bột, cũng có nhiều phương pháp sản xuất bột khác nhau. Những phương pháp này không có gì khác hơn là biến đổi kim loại, hợp kim hoặc hợp chất kim loại thành trạng thái bột ở trạng thái rắn, lỏng hoặc khí. Các phương pháp điều chế bột và các loại bột được điều chế bằng nhiều phương pháp khác nhau.

Các phương pháp chuyển đổi kim loại và hợp kim hoặc hợp chất kim loại thành bột ở trạng thái rắn bao gồm:

(1) Phương pháp nghiền cơ học và phương pháp ăn mòn điện hóa được sử dụng để điều chế bột kim loại và hợp kim từ kim loại rắn và hợp kim:

(2) Phương pháp khử để điều chế bột kim loại và hợp kim từ oxit và muối kim loại rắn Phương pháp hoá học khử để điều chế bột kim loại từ bột kim loại và hợp kim, oxit kim loại và bột phi kim loại

Phương pháp chuyển kim loại và hợp kim hoặc hợp chất kim loại thành bột ở trạng thái lỏng bao gồm:

(1) Điều chế bột hợp kim từ kim loại lỏng và hợp kim bằng cách nguyên tử hóa

(2) Có phương pháp dời thế và phương pháp khử bằng dung dịch hiđro để điều chế hợp kim kim loại và bột tráng từ dung dịch thay thế và khử muối kim loại; Phương pháp điều chế bột kim loại bằng cách kết tủa từ muối kim loại nóng chảy bao gồm phương pháp già hóa muối nóng chảy; Phương pháp bể kim loại được sử dụng để tách bột hợp chất kim loại khỏi bể kim loại phụ.

(3) Phương pháp điện phân dung dịch nước để điều chế bột kim loại và hợp kim bằng phương pháp điện phân từ dung dịch muối kim loại; Phương pháp điện phân muối nóng chảy dùng để điều chế kim loại và bột hợp chất kim loại từ phương pháp điện phân muối kim loại nóng chảy.

Phương pháp chuyển kim loại hoặc hợp chất kim loại thành bột ở trạng thái khí:

(1) Phương pháp ngưng tụ hơi nước được sử dụng để sản xuất bột kim loại từ quá trình ngưng tụ hơi nước kim loại;

(2) Sự phân ly nhiệt của vật liệu carbon từ vật liệu carbon kim loại ở thể khí để sản xuất kim loại, hợp kim và bột phủ

(3) Phương pháp khử hiđro ở thể khí để điều chế kim loại, bột hợp kim và kim loại, tráng kim loại từ halogenua kim loại ở thể khí; Phương pháp lắng đọng hơi hóa học được sử dụng để điều chế bột hợp chất kim loại và lớp phủ từ sự lắng đọng halogenua kim loại ở thể khí.

Tuy nhiên, từ bản chất của quá trình, các phương pháp nghiền bột hiện có có thể được tóm tắt chung thành hai loại, đó là phương pháp cơ học và phương pháp hóa lý. Phương pháp cơ học là quá trình công nghệ nghiền cơ học nguyên liệu, còn thành phần hóa học về cơ bản không thay đổi; Phương pháp hóa lý là một quá trình để thu được bột bằng cách thay đổi thành phần hóa học hoặc trạng thái tập hợp của nguyên liệu với sự trợ giúp của các tác động hóa học hoặc vật lý. Nhiều phương pháp sản xuất bột ở quy mô công nghiệp, và một số phương pháp được sử dụng rộng rãi nhất, chẳng hạn như phương pháp khử Hans, phương pháp nguyên tử hóa và phương pháp điện phân, chẳng hạn như phương pháp lắng đọng hơi và phương pháp lắng đọng chất lỏng, cũng rất quan trọng trong các ứng dụng đặc biệt. [1]

Các quá trình cơ bản của quá trình luyện kim bột là:

1. Sơ chế bột nguyên liệu. Các phương pháp nghiền bột hiện có có thể được chia thành hai loại: phương pháp cơ học và phương pháp hóa lý. Phương pháp cơ học có thể được chia thành: nghiền thành bột cơ học và nguyên tử hóa; Phương pháp hóa lý có thể được chia thành phương pháp ăn mòn điện hóa, phương pháp khử, phương pháp hóa học, phương pháp hóa học khử, phương pháp lắng đọng hơi, phương pháp lắng đọng chất lỏng và phương pháp điện phân. Trong số đó, phương pháp khử, phương pháp nguyên tử hóa và phương pháp điện phân được sử dụng rộng rãi nhất.

2. Bột được tạo thành phôi có hình dạng mong muốn. Mục đích của việc tạo hình là tạo ra một hình dạng và kích thước nhất định của vật nén, và làm cho nó có mật độ và độ chắc chắn nhất định. Các phương pháp tạo hình về cơ bản được chia thành tạo áp lực và tạo hình không áp lực. Đúc nén được sử dụng rộng rãi nhất trong đúc áp lực. Ngoài ra, có thể sử dụng công nghệ in 3D để tạo khối phôi.

3. Thiêu kết phôi. Quá trình thiêu kết là một quá trình quan trọng trong luyện kim bột. Các đầm nén được tạo thành có thể đạt được các đặc tính cơ lý cuối cùng cần thiết thông qua quá trình thiêu kết. Thiêu kết có thể được chia thành thiêu kết hệ thống đơn vị và thiêu kết hệ thống nhiều phần tử. Đối với quá trình thiêu kết ở trạng thái rắn của hệ đơn và hệ đa thành phần, nhiệt độ thiêu kết thấp hơn nhiệt độ nóng chảy của kim loại và hợp kim được sử dụng; Đối với quá trình thiêu kết pha lỏng của các hệ thống đa thành phần, nhiệt độ thiêu kết thường thấp hơn nhiệt độ nóng chảy của các thành phần chịu lửa, nhưng cao hơn nhiệt độ nóng chảy của các thành phần dễ chảy. Ngoài quá trình thiêu kết thông thường, còn có các quá trình thiêu kết đặc biệt như thiêu kết lỏng, rửa trôi, ép nóng, v.v.

4. Đăng gia công sản phẩm. Việc xử lý sau khi thiêu kết có thể áp dụng nhiều phương pháp khác nhau tùy theo yêu cầu sản phẩm khác nhau. Chẳng hạn như hoàn thiện, ngâm dầu, gia công, xử lý nhiệt và mạ điện. Ngoài ra, trong những năm gần đây, một số quy trình mới như cán, rèn cũng đã được áp dụng vào quá trình gia công vật liệu P / M thiêu kết và đạt được kết quả khả quan.

Thuộc tính của bột

Một thuật ngữ chung cho tất cả các thuộc tính của một loại bột. Nó bao gồm: các đặc tính hình học của bột (kích thước hạt, diện tích bề mặt riêng, kích thước và hình dạng lỗ rỗng, v.v.); Tính chất hóa học của bột (thành phần hóa học, độ tinh khiết, hàm lượng oxy, các chất không tan trong axit, v.v.); Tính chất cơ học của bột (tỷ trọng rời, tính lưu động, khả năng định hình, khả năng nén, góc xếp, góc cắt, v.v.); Tính chất vật lý và đặc điểm bề mặt của bột (mật độ thực, độ bóng, độ hấp thụ sóng, hoạt động bề mặt, phần trăm ze 26mdash; ta (phần trăm 26ccedil;) Tiềm năng, từ tính, v.v.). Tính chất bột thường xác định các đặc tính của các sản phẩm luyện kim bột ở một mức độ lớn.

Các tính chất hình học cơ bản nhất là kích thước hạt và hình dạng của bột.

(1) Kích thước hạt. Nó ảnh hưởng đến quá trình xử lý và hình thành của bột, sự co ngót trong quá trình thiêu kết và hiệu suất cuối cùng của sản phẩm. Hiệu suất của một số sản phẩm luyện kim bột gần như liên quan trực tiếp đến kích thước hạt. Ví dụ, độ chính xác lọc của vật liệu lọc có thể nhận được theo kinh nghiệm bằng cách chia kích thước hạt trung bình của các hạt bột ban đầu cho 10; Các tính chất của sản phẩm cacbua xi măng liên quan chặt chẽ đến kích thước hạt của pha wc. Kích thước hạt của bột được sử dụng trong thực tế sản xuất nằm trong khoảng từ hàng trăm nanomet đến hàng trăm micrômét. Kích thước hạt càng nhỏ thì hoạt tính càng lớn, bề mặt dễ bị oxy hóa và hút nước. Khi có kích thước nhỏ đến hàng trăm nanomet, việc bảo quản và vận chuyển bột không hề đơn giản. Và khi nó nhỏ đến một mức độ nhất định, hiệu ứng lượng tử bắt đầu hoạt động, và các tính chất vật lý của nó sẽ thay đổi rất nhiều. Ví dụ, bột sắt từ sẽ trở thành bột siêu thuận từ, và nhiệt độ nóng chảy cũng giảm khi kích thước hạt giảm.

(2) Hình dạng hạt của bột. Nó phụ thuộc vào phương pháp nghiền thành bột, chẳng hạn như bột thu được bằng cách điện phân, và các hạt có đuôi gai; Các hạt bột sắt thu được bằng phương pháp khử là các hạt xốp; Bột hình cầu về cơ bản thu được bằng phương pháp nguyên tử hóa khí. Ngoài ra, một số loại bột có hình trứng, hình đĩa, hình kim, hình củ hành,… Hình dạng của các hạt bột sẽ ảnh hưởng đến độ lỏng và độ đặc lỏng của bột. Do sự liên kết cơ học giữa các hạt, các hạt bột nén không đều cũng rất mạnh, đặc biệt là bột đuôi gai, có cường độ nén chặt cao nhất. Nhưng đối với vật liệu xốp thì bột hình cầu là tốt nhất.

Cơ tính Cơ tính của bột là tính chất công nghệ của bột, là thông số công nghệ quan trọng trong quá trình luyện kim bột tạo hình. Tỷ trọng đóng gói rời của bột là cơ sở để cân theo phương pháp thể tích trong quá trình đầm nén; Độ lưu động của bột quyết định tốc độ điền đầy của bột vào khuôn và năng suất sản xuất của máy ép; Khả năng nén của bột quyết định độ khó của quá trình ép và áp suất được áp dụng; Dạng bột quyết định độ bền của phôi.

Các tính chất hóa học chủ yếu phụ thuộc vào độ tinh khiết hóa học của nguyên liệu thô và phương pháp nghiền thành bột. Hàm lượng oxy cao hơn sẽ làm giảm khả năng nén chặt, độ bền chặt và các đặc tính cơ học của các sản phẩm thiêu kết. Vì vậy, hầu hết các điều kiện kỹ thuật của luyện kim bột đều có những quy định nhất định về điều này. Ví dụ: hàm lượng ôxy cho phép của bột là 0. 2 phần trăm ~ 1,5 phần trăm, tương đương với hàm lượng ôxít 1 phần trăm ~ 10 phần trăm.