Hợp kim bột là gì?

Hợp kim bột Đề cập đến một vật liệu kim loại bao gồm hai hoặc nhiều yếu tố được pha trộn với nhau ở dạng bột. Không giống như các hợp kim truyền thống được hình thành bằng cách tan chảy và đúc, hợp kim bột được tạo ra thông qua Lớp luyện kim bột (PM) , một quy trình sản xuất liên quan đến việc nén và thiêu kết bột kim loại mịn. Cách tiếp cận khác biệt này cung cấp các lợi thế độc đáo về tính chất vật liệu, tính linh hoạt thiết kế và hiệu quả sản xuất.

Hợp kim bột được làm như thế nào? Quá trình luyện kim bột

Việc tạo ra các hợp kim bột liên quan đến một số bước chính:

1. Sản xuất bột: Bước chính là sản xuất bột kim loại cấu thành. Các phương pháp khác nhau được sử dụng, bao gồm:

   • Nguyên tử hóa: Kim loại nóng chảy được chia thành các giọt mịn bởi một máy bay phản lực khí hoặc chất lỏng, sau đó hóa rắn thành các hạt bột. Đây là một phương pháp phổ biến để sản xuất bột hình cầu hoặc không đều.

   • Giảm hóa chất: Các oxit kim loại bị giảm hóa học thành dạng bột kim loại của chúng.

   • Điện phân: Bột kim loại được lắng đọng từ một dung dịch điện phân.

   • Hợp kim cơ học: Phay bóng năng lượng cao được sử dụng để liên tục gãy và các hạt bột lạnh, dẫn đến sự phân bố đồng nhất của các yếu tố ngay cả khi chúng không thể hiểu được ở trạng thái lỏng.

2. Pha trộn bột: Các loại bột nguyên tố khác nhau được trộn cẩn thận theo tỷ lệ chính xác để đạt được thành phần hợp kim mong muốn. Các chất kết dính, chất bôi trơn hoặc các chất phụ gia khác có thể được kết hợp ở giai đoạn này để cải thiện khả năng nhỏ gọn và tạo điều kiện xử lý tiếp theo.

3. Nén: Bột hỗn hợp sau đó được ép thành một hình dạng mong muốn, được gọi là "nhỏ gọn màu xanh lá cây", sử dụng áp suất cao trong một khuôn. Bước này cung cấp nhỏ gọn với đủ sức mạnh để xử lý. Kỹ thuật bao gồm:

   • Bước nén chết: Phương pháp phổ biến nhất, trong đó bột được ép trong một cái chết cứng nhắc.

   • Nhấn Isostatic (CIP/HIP): Bột chịu áp lực từ mọi hướng, ở nhiệt độ phòng (ép đẳng nhiệt) hoặc nhiệt độ cao (ép đẳng nhiệt nóng). HIP đặc biệt hiệu quả để đạt được các thành phần mật độ cao, gần lưới với các đặc tính vượt trội.

4. Thiêu kết: Các compact màu xanh lá cây được làm nóng trong một bầu khí quyển được kiểm soát (thường trơ hoặc giảm) xuống nhiệt độ dưới điểm nóng chảy của thành phần chính. Trong quá trình thiêu kết, các hạt liên kết với nhau thông qua khuếch tán nguyên tử, dẫn đến tăng cường độ, mật độ và giảm độ xốp. Bầu không khí được kiểm soát cẩn thận ngăn chặn quá trình oxy hóa và khử trùng.

5. Hoạt động thứ cấp (tùy chọn): Tùy thuộc vào các thuộc tính và ứng dụng mong muốn, các bước xử lý tiếp theo có thể được sử dụng:

   • Định cỡ/COINING: Để cải thiện độ chính xác chiều.

   • Xâm nhập: Giới thiệu một kim loại điểm nóng chảy thấp hơn vào lỗ chân lông của phần thiêu kết cho các đặc tính nâng cao.

   • Điều trị nhiệt: Để sửa đổi các tính chất cơ học (ví dụ: làm cứng, ủ).

   • Gia công: Để đạt được kích thước hoặc tính năng cuối cùng, mặc dù một trong những lợi ích của PM thường là sản xuất gần lưới, giảm thiểu gia công.

Ưu điểm và đặc điểm chính của hợp kim bột

Hợp kim bột và quy trình PM, cung cấp một bộ lợi ích hấp dẫn:

• Tính chất phù hợp: PM cho phép kiểm soát chính xác thành phần hợp kim và cấu trúc vi mô, cho phép tạo ra các vật liệu với sự kết hợp độc đáo của các thuộc tính khó hoặc không thể đạt được thông qua sự tan chảy và đúc thông thường. Điều này bao gồm các đặc điểm từ tính, điện, nhiệt hoặc chịu hao mòn cụ thể.

• Sản xuất hình ảnh hoặc sản xuất gần n-n-net: Hình học phức tạp có thể được sản xuất với độ chính xác kích thước cao, giảm đáng kể hoặc loại bỏ nhu cầu hoạt động gia công tốn kém. Điều này dẫn đến tiết kiệm vật liệu và giảm thời gian sản xuất.

• Sử dụng vật liệu: Quá trình PM có hiệu quả cao, với rất ít chất thải vật liệu so với các phương pháp sản xuất trừ.

• Vật liệu xốp: PM có thể cố tình tạo ra các thành phần có độ xốp được kiểm soát, điều này rất quan trọng đối với các ứng dụng như bộ lọc, vòng bi tự bôi trơn và cấy ghép y sinh.

• Sự kết hợp của các vật liệu bất biến: Hợp kim cơ, một kỹ thuật PM, có thể kết hợp các yếu tố không thể trộn được ở trạng thái lỏng của chúng, mở ra các khả năng cho các chế phẩm vật liệu mới.

• Vật liệu hiệu suất cao: Hợp kim bột thường được sử dụng cho các ứng dụng hiệu suất cao trong đó các hợp kim truyền thống có thể bị hụt, chẳng hạn như trong các ngành công nghiệp hàng không vũ trụ, ô tô và y tế.

Ứng dụng hợp kim bột

Tính linh hoạt của hợp kim bột đã dẫn đến việc sử dụng rộng rãi của họ trên nhiều ngành công nghiệp:

• Ô tô: Bánh răng, thanh kết nối, hướng dẫn van, thùy cam và các thành phần cấu trúc khác nhau được hưởng lợi từ hiệu quả chi phí và hiệu suất của các bộ phận PM.

• Không gian vũ trụ: Các thành phần có độ bền cao, nhẹ cho động cơ máy bay và các bộ phận cấu trúc ngày càng được làm từ hợp kim bột, đặc biệt là các siêu hợp kim và hợp kim titan.

• Thuộc về y học: Cấy ghép như thay thế hông và đầu gối, dụng cụ phẫu thuật và vật liệu xốp cho sự xâm nhập xương được sản xuất bằng PM do tính tương thích sinh học và khả năng tạo ra các cấu trúc xốp cụ thể.

• Điện và Điện tử: Vật liệu từ tính mềm cho động cơ và máy biến áp, tiếp điểm điện và tản nhiệt.

• Công cụ và chết: Các dụng cụ thép tốc độ cao, cacbua xi măng và các thành phần chống mài mòn.

• Hàng tiêu dùng: Các thành phần trong thiết bị, dụng cụ điện và thiết bị thể thao.