Co je to prášková slitina?

Slitina prášku odkazuje na kovový materiál složený ze dvou nebo více prvků, které jsou smíchány dohromady v práškové formě. Na rozdíl od tradičních slitin, které jsou tvořeny tavením a odléváním, se vytvářejí práškové slitiny Prášková metalurgie (PM) , výrobní proces, který zahrnuje zhuštěné a slinování jemných kovových prášků. Tento zřetelný přístup nabízí jedinečné výhody z hlediska materiálových vlastností, flexibility designu a efektivity výroby.

Jak se vyrábějí slitiny prášku? Proces metalurgie prášku

Vytvoření práškových slitin zahrnuje několik klíčových kroků:

1. Produkce prášku: Primárním krokem je výroba kovových prášků. Jsou použity různé metody, včetně:

   • Atomizace: Roztavený kov je rozdělen na jemné kapičky plynem nebo kapalným paprskem, který se poté ztuhne na práškové částice. Jedná se o běžnou metodu pro výrobu sférických nebo nepravidelných prášků.

   • Chemická redukce: Oxidy kovů jsou chemicky redukovány na jejich kovový prášek.

   • Elektrolýza: Kovové prášky jsou uloženy z elektrolytického roztoku.

   • Mechanické zvržení: Vysokoenergetické frézování kuliček se používá k opakovaně zlomeninům a částečkám prášku s chladem, což vede k homogennímu rozdělení prvků, i když jsou v kapalném stavu nemísitelné.

2. Míchání prášku: Různé elementární prášky jsou pečlivě smíšeny v přesných proporcích, aby se dosáhlo požadovaného složení slitiny. V této fázi mohou být začleněna pojiva, maziva nebo jiné přísady, aby se zlepšila kompaktibilita a usnadnila následné zpracování.

3. Zhutnění: Smíšený prášek je poté tlačen do požadovaného tvaru, známého jako „zelená kompaktní“, s použitím vysokého tlaku v matrici. Tento krok poskytuje kompaktní dostatečnou sílu pro manipulaci. Techniky zahrnují:

   • Zemřít zhutnění: Nejběžnější metoda, kde je prášek lisován při pevném smrti.

   • Isostatické lisování (CIP/HIP): Prášek je vystaven tlaku ze všech směrů, buď při teplotě místnosti (studené izostatické lisování) nebo zvýšené teploty (horké izostatické lisování). HIP je zvláště účinný pro dosažení komponent s vysokou hustotou, téměř tvaru s vyššími vlastnostmi.

4. Slinování: Zelený kompakt je zahříván v kontrolované atmosféře (často inertní nebo redukující) na teplotu pod bodem tání primární složky. Během slinování se částice spojují společně atomovou difúzí, což vede ke zvýšené pevnosti, hustotě a snížení porozity. Pečlivě kontrolovaná atmosféra zabraňuje oxidaci a dekarburizaci.

5. Sekundární operace (volitelné): V závislosti na požadovaných vlastnostech a aplikaci mohou být použity další kroky zpracování:

   • Dimenzování/razení: Pro zlepšenou dimenzionální přesnost.

   • Infiltrace: Zavedení kovu s nižším bodem tání do pórů slizované části pro zvýšené vlastnosti.

   • Tepelné zpracování: Pro úpravu mechanických vlastností (např. Kalení, temperování).

   • Obrábění: Pro dosažení konečných rozměrů nebo funkcí, i když jednou z výhod PM je často výroba ve tvaru sítě a minimalizuje obrábění.

Klíčové výhody a charakteristiky práškových slitin

Práškové slitiny a proces PM nabízejí přesvědčivou sadu výhod:

• Vlastnosti na míru: PM umožňuje přesnou kontrolu nad složením slitiny a mikrostruktury, což umožňuje vytváření materiálů s jedinečnými kombinacemi vlastností, které je obtížné nebo nemožné dosáhnout konvenčním tání a lití. To zahrnuje specifické magnetické, elektrické, tepelné nebo opotřebovací charakteristiky.

• Výroba ve tvaru čistého nebo téměř sítě: Komplexní geometrie mohou být produkovány s vysokou dimenzionální přesností, což výrazně snižuje nebo eliminuje potřebu nákladných obráběcích operací. To vede k úsporám materiálu a zkrácení doby výroby.

• Využití materiálu: Proces PM je vysoce efektivní, s velmi malým materiálovým odpadem ve srovnání s subtraktivními výrobními metodami.

• Porézní materiály: PM může úmyslně vytvářet komponenty s kontrolovanou pórovitou, která je zásadní pro aplikace, jako jsou filtry, samozvaní ložiska a biomedicínské implantáty.

• Kombinace nemísitelných materiálů: Mechanická legování, technika PM, může kombinovat prvky, které nejsou v jejich kapalném stavu mísitelné, a otevírat možnosti pro nové složení materiálu.

• Vysoce výkonné materiály: Práškové slitiny se často používají pro vysoce výkonné aplikace, kde by tradiční slitiny mohly zaostávat, například v leteckém, automobilovém průmyslu a lékařském průmyslu.

Aplikace práškových slitin

Všestrannost slitin prášku vedla k jejich rozšířenému použití v mnoha průmyslových odvětvích:

• Automobilový průmysl: Ozubená kola, spojovací tyče, vodítka ventilů, vačkové laloky a různé strukturální komponenty těží z nákladové efektivity a výkonu částí PM.

• Aerospace: Velké a lehké komponenty pro letadlové motory a strukturální části jsou stále více vyráběny ze slitin s práškem, zejména superherikátory a titanových slitin.

• Lékařský: Implantáty, jako jsou nahrazení kyčle a kolen, chirurgické nástroje a porézní materiály pro kostní in -indowth, se vyrábějí pomocí PM kvůli jeho biokompatibilitě a schopnosti vytvářet specifické porézní struktury.

• Elektrická a elektronická: Měkké magnetické materiály pro motory a transformátory, elektrické kontakty a chladiče.

• Nástroje a umírá: Vysokorychlostní ocelové nástroje, cementované karbidy a komponenty odolné vůči opotřebení.

• Konzumní zboží: Komponenty v zařízeních, elektrickém nářadí a sportovním vybavení.