Poedermetallurgie is een proces van het maken van metaalpoeder en het gebruik van metaal (of metaal en niet-metaalmengsel) poeder als grondstof om onderdelen en producten te verkrijgen door middel van vormen en sinteren. Als de belangrijkste grondstof van de industrie wordt metaalpoeder veel gebruikt op het gebied van machines, metallurgie, chemische industrie en lucht- en ruimtevaartmaterialen. Metaalpoeder is de basisgrondstof van de poedermetallurgie-industrie. De output en kwaliteit bepalen de ontwikkeling van de poedermetallurgie-industrie.
Metaalpoeder is meestal een aggregaat van metaaldeeltjes van minder dan 1 mm. Er is geen uniforme bepaling voor de verdeling van het granulariteitsinterval. De gebruikelijke classificatiemethode is als volgt: de deeltjes met een deeltjesgrootte van 1000 ~ 50 μ m zijn conventionele poeders; 50 ~ 10 μ m fijn poeder; 10 ~ 0,5 μ m wordt zeer fijn poeder genoemd< 0.5="" µ="" m="" is="" called="" ultrafine="" powder;="" 0.1="" ~="" 100nm="" is="" called="" nano="" powder.="" each="" powder="" particle="" may="" be="" one="" crystal="" or="" composed="" of="" many="" crystals,="" depending="" on="" the="" particle="" size="" and="" preparation="">
2. Bereidingswijze van metaalpoeder
Op dit moment zijn er tientallen methoden voor industriële productie van poeder, maar volgens de inhoudelijke analyse van het productieproces is het voornamelijk verdeeld in twee categorieën: mechanische methode en fysisch-chemische methode. Het kan niet alleen worden verkregen uit de directe verfijning van vaste, vloeibare en gasvormige metalen, maar ook uit de reductie, pyrolyse en elektrolytische transformatie van metaalverbindingen in verschillende toestanden. Carbiden, nitriden, boriden en siliciden van vuurvaste metalen kunnen over het algemeen rechtstreeks worden bereid door chemische combinatie of reductie chemische combinatie. Door verschillende bereidingswijzen zijn de vorm, structuur en deeltjesgrootte van hetzelfde poeder vaak heel verschillend.
De keuze van de metaalpoederproductiemethode hangt af van grondstoffen, poedertype, prestatie-eisen van poedermaterialen en poederproductie-efficiëntie. Met de steeds uitgebreidere toepassing van poedermetallurgieproducten worden de eisen voor de grootte, vorm en eigenschappen van poederdeeltjes steeds hoger. Daarom ontwikkelt en innoveert de poederbereidingstechnologie ook om te voldoen aan de vereisten van deeltjesgrootte en eigenschappen.
2.1 mechanische fysische methode
Mechanische methode is een verwerkingsmethode die metaal breekt in het vereiste deeltjesgroottepoeder met behulp van externe mechanische kracht. De chemische samenstelling van het materiaal is in principe ongewijzigd tijdens het bereidingsproces. Op dit moment zijn de meest gebruikte methoden kogelfrezen en slijpen, die de voordelen hebben van een eenvoudig proces en een grote output. Het kan enkele ultrafijne poeders van metalen en legeringen met een hoog smeltpunt bereiden die moeilijk te verkrijgen zijn met conventionele methoden.
2.1.1 methode voor het frezen van kogels
Mechanisme: kogelfresmethode is voornamelijk onderverdeeld in de rolbalmethode en de vibratiekogelfreesmethode. Deze methode maakt gebruik van het mechanisme dat metaaldeeltjes worden gebroken en verfijnd als gevolg van spanning bij verschillende reksnelheden.
Toepassing: deze methode is voornamelijk van toepassing op de bereiding van sb, Cr, Mn, Fe Cr-legering en andere poeders.
Voor- en nadelen: het heeft de voordelen van continue werking en hoge productie-efficiëntie. Het is geschikt voor droog malen en nat malen. Het kan het poeder van een verscheidenheid aan metalen en legeringen bereiden. Het nadeel is dat de selectiviteit van materialen niet sterk is en het moeilijk te sorteren is in het proces van poederbereiding.
Fig. 1 TEM-foto's van antimoonpoedermonsters verkregen door kogelfrezen gedurende 12 uur (a), 18 uur (b) en 24 uur (c) bij 150r / min
2.1.2 maalmethode
Mechanisme: de slijpmethode is om het gecomprimeerde gas in het slijpgebied te spuiten na het passeren van een speciaal mondstuk, om de materialen in het slijpgebied met elkaar te laten botsen en in poeder te wrijven; Nadat de luchtstroom uitzet, komt deze het classificatiegebied binnen met de opkomst van materialen en worden de materialen die de deeltjesgrootte bereiken gesorteerd door de vortexclassificatie. Het resterende grove poeder keert terug naar het maalgebied om te malen totdat de vereiste deeltjesgrootte is gescheiden.
Toepassing: het wordt veel gebruikt in ultrafijn slijpen van niet-metalen, chemische grondstoffen, pigmenten, schuurmiddelen, gezondheidsgeneesmiddelen en andere industrieën.
Voor- en nadelen: omdat de slijpmethode droge productie aanneemt, worden het uitdrogen en drogen van materialen weggelaten; Het product heeft een hoge zuiverheid, hoge activiteit, goede dispersie, fijne deeltjesgrootte en smalle verdeling, en het deeltjesoppervlak is glad. De slijpmethode heeft echter ook enkele nadelen, zoals hoge productiekosten van apparatuur, continu inert gas of stikstof moet worden gebruikt als gecomprimeerde gasbron in het productieproces van metaalpoeder, groot gasverbruik, dat alleen geschikt is voor het breken en verpulveren van broze metalen en legeringen.
2.1.3 verstuivingsmethode
Mechanisme: verstuivingsmethode maakt over het algemeen gebruik van hogedrukgas, hogedrukvloeistof of snel roterende bladen om het gesmolten metaal of de legering bij hoge temperatuur en hoge druk in fijne druppels te breken en vervolgens in de collector te condenseren om ultrafijn metaalpoeder te verkrijgen. Er is geen chemische verandering in dit proces. Verstuiving is een van de belangrijkste methoden om metaal- en legeringspoeder te produceren. Er zijn veel verstuivingsmethoden, zoals dubbelstroomverstuiving, centrifugale verstuiving, meertrapsverneveling, ultrasone verstuivingstechnologie, strakke koppelingsvernevelingstechnologie, hogedrukgasverneveling, laminaire stroomverneveling, ultrasone strakke koppelingsverstuiving en hete gasverneveling.
Toepassing: verstuivingsmethode wordt meestal gebruikt bij de productie van metaalpoeders zoals Fe, Sn, Zn, Pb en Cu, evenals de productie van legeringspoeders zoals brons, messing, koolstofstaal en gelegeerd staal. De verstuivingsmethode voldoet aan de speciale eisen van metaalpoeder voor 3D-printtoevoegmaterialen. Figuur 3 toont de microstructuur van rvspoeder van een Duitse fabrikant.
Voor- en nadelen: verstoven poeder heeft de voordelen van hoge sfericiteit, controleerbare poederdeeltjesgrootte, laag zuurstofgehalte, lage productiekosten en aanpasbaarheid aan de productie van verschillende metaalpoeders. Het is uitgegroeid tot de belangrijkste ontwikkelingsrichting van hoogwaardige en speciale legering poederbereidingstechnologie. De verstuivingsmethode heeft echter de nadelen van een lage productie-efficiëntie, een lage opbrengst van ultrafijn poeder en een relatief groot energieverbruik.
Fig. 2 microstructuur van 3D geprint rvs poeder van een Duitse fabrikant
2.2 fysisch-chemische methode
Fysicochemische methode verwijst naar de productiemethode van ultrafijn poeder door de chemische samenstelling of agglomeratietoestand van grondstoffen in het proces van poederbereiding te veranderen. Volgens verschillende chemische principes kan het worden onderverdeeld in reductiemethode, elektrolysemethode en chemische vervangingsmethode.
2.2.1 reductiemethode
Mechanisme: reductiemethode is een methode om metaal- of legeringspoeder te bereiden door metaaloxiden of metaalzouten onder bepaalde omstandigheden met reductiemiddel te verminderen. Het is een van de meest gebruikte poederproductiemethoden in de productie. Veel voorkomende reductiemiddelen zijn gasreducerende middelen (zoals waterstof, afgebroken ammoniak, geconverteerd aardgas, enz.), Vaste koolstofreducerende middelen (zoals houtskool, cokes, antraciet, enz.) en metaalreducterende middelen (zoals calcium, magnesium, natrium, enz.). De hydrogeneringsdehydrogenatiemethode met waterstof als reactiemedium is de meest representatieve bereidingsmethode. Het gebruikt de kenmerken van eenvoudige hydrogenering van ruw metaal om het metaal met waterstof bij een bepaalde temperatuur te hydrogeneren om metaalhydride te genereren, en breekt vervolgens het verkregen metaalhydride in poeder met de gewenste deeltjesgrootte door mechanische methode, Vervolgens wordt de waterstof in het gemalen metaalhydridepoeder onder vacuüm verwijderd om het metaalpoeder te verkrijgen.
Toepassing: voornamelijk gebruikt bij de bereiding van metaal (legerings)poeders zoals Ti, Fe, W, Mo, Nb en W-Re. Titanium (poeder) begint bijvoorbeeld heftig te reageren met waterstof bij een bepaalde temperatuur. Wanneer het waterstofgehalte groter is dan 2,3%, is het hydride los en gemakkelijk te vermalen tot fijne deeltjes titaniumhydridepoeder. Titaniumpoeder kan worden verkregen door het af te breken bij een temperatuur van ongeveer 700 °C en het grootste deel van de waterstof opgelost in het titaniumpoeder te verwijderen.
Voor- en nadelen: de voordelen zijn eenvoudige bediening, eenvoudige controle van procesparameters, hoge productie-efficiëntie en lage kosten, die geschikt is voor industriële productie; Het nadeel is dat het alleen van toepassing is op metalen materialen die gemakkelijk te reageren zijn met waterstof en broos en fragiel worden na waterstofabsorptie.
2.2.2 elektrolytische methode
Mechanisme: elektrolyse is een methode om metaalpoeder bij de kathode af te zetten en neer te slaan door elektrolyse van gesmolten zout of zoutwaterige oplossing.
Toepassing: elektrolytische waterige oplossing kan metaal (legering) poeders produceren zoals Cu, Ni, Fe, Ag, Sn en Fe Ni, en elektrolytisch gesmolten zout kan metaalpoeders produceren zoals Zr, Ta, Ti en Nb.
Voor- en nadelen: het voordeel is dat de zuiverheid van het bereide metaalpoeder hoog is en de zuiverheid van het algemene elementaire poeder meer dan 99,7% kan bereiken; Bovendien kan de elektrolysemethode de deeltjesgrootte van het poeder goed regelen en ultrafijn poeder produceren. Het stroomverbruik van elektrolytische verpulvering is echter groot en de verpulveringskosten zijn hoog.
Fig. 4 apparaat voor het bereiden van ijzerpoeder door ultrasone elektrolyse
2.2.3 hydroxylmethode
Mechanisme: sommige metalen (ijzer, nikkel, enz.) en koolmonoxide worden gesynthetiseerd tot metaalcarbonylverbindingen, die worden opgewarmd en afgebroken tot metaalpoeder en koolmonoxide.
ApplicUnetion: in de industrie wordt het voornamelijk gebruikt voor de productie van fijne en ultrafijne poeders van nikkel en ijzer, evenals legeringspoeders zoals Fe Ni, Fe Co en Ni Co
Voor- en nadelen: het poeder dat op deze manier wordt bereid, is zeer fijn en zeer zuiver, maar de kosten zijn hoog.
2.2.4 chemische vervangingsmethode
Mechanisme: chemische vervangingsmethode is om het minder actieve metaal uit de metaalzoutoplossing te vervangen door het zeer actieve metaal volgens de activiteit van het metaal, en het metaal (metaalpoeder) dat is verkregen door vervanging met andere methoden verder te behandelen en te verfijnen.
Toepassing: deze methode wordt voornamelijk toegepast op de bereiding van inactieve metaalpoeders zoals Cu, Ag en Au.
De samenvatting van de bereidingsmethoden voor metaalpoeder is weergegeven in tabel 1.
3. Samenvatting
Met de vooruitgang van de technologie is metaalpoeder ontwikkeld en toegepast in de metallurgie, chemische industrie, elektronica, magnetische materialen, fijne keramiek, sensoren enzovoort, wat een goed toepassingsperspectief laat zien, en metaalpoeder toont een ontwikkelingstrend naar hoge zuiverheid en ultrafijn (nano). Hoewel de bereidingsmethoden van ultrafijn metaalpoeder divers zijn en verschillende methoden kunnen worden geselecteerd op basis van de toepassing en economische en technische vereisten, heeft elke methode bepaalde beperkingen en moeten veel problemen worden opgelost en verbeterd. Op dit moment zijn de meest gebruikte methoden voor het bereiden van metaalpoeder reductiemethode, elektrolysemethode en verstuivingsmethode; Bovendien zijn op basis van de verbetering van het traditionele productieproces veel nieuwe productieprocessen en -methoden verkregen, zoals vacuümverdampingscondensatiemethode, ultrasone verstuivingsmethode, roterende schijfvernevelingsmethode, dubbelrol- en drierolsvernevelingsmethode, meertraps verstuivingsmethode, plasma roterende elektrodemethode, boogmethode, enz. Bij de bereidingsmethoden van metaalpoeder, hoewel veel methoden in de praktijk zijn toegepast, zijn er nog steeds twee belangrijke problemen, namelijk kleinschaligheid en hoge productiekosten. Om de ontwikkeling en toepassing van metaalpoedermaterialen te bevorderen, is het noodzakelijk om verschillende methoden uitgebreid te gebruiken, van elkaar te leren en procesmethoden te ontwikkelen met een grotere productie en lagere kosten.