Qu'est-ce que la métallurgie des poudres ?

Qu'est-ce que la métallurgie des poudres ?

La métallurgie des poudres est une technologie de procédé pour la fabrication de matériaux métalliques, de composites et de divers types de produits en fabriquant des poudres métalliques ou en utilisant des poudres métalliques (ou des mélanges de poudres métalliques et de poudres non métalliques) comme matières premières, par formage et frittage. La méthode de la métallurgie des poudres est similaire à la production de céramique, qui appartient à la technologie de frittage des poudres. Par conséquent, une série de nouvelles technologies de métallurgie des poudres peuvent également être utilisées pour la préparation de matériaux céramiques. En raison des avantages de la technologie de la métallurgie des poudres, elle est devenue la clé pour résoudre le problème des nouveaux matériaux et joue un rôle décisif dans le développement de nouveaux matériaux.

La métallurgie des poudres comprend la fabrication de poudres et de produits. Parmi eux, la pulvérisation est principalement un procédé métallurgique, ce qui est cohérent avec le mot. Les produits de la métallurgie des poudres dépassent souvent largement le cadre des matériaux et de la métallurgie, et sont souvent des technologies interdisciplinaires (matériaux et métallurgie, machines et mécanique, etc.). En particulier, l'impression 3D de poudre métallique moderne intègre l'ingénierie mécanique, la CAO, la technologie d'ingénierie inverse, la technologie de fabrication en couches, la technologie de contrôle numérique, la science des matériaux et la technologie laser, faisant de la technologie des produits de la métallurgie des poudres une technologie moderne et complète dans plusieurs disciplines.

Production de précision Zhongwei de pièces de moulage par injection en métallurgie des poudres

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La métallurgie des poudres est une technologie industrielle permettant de produire des matériaux métalliques, des matériaux composites et divers types de produits en fabriquant des poudres métalliques ou en utilisant des poudres métalliques (ou des mélanges de poudres métalliques et de poudres non métalliques) comme matières premières, par formage et frittage. La technologie de la métallurgie des poudres a été largement utilisée dans les transports, les machines, l'électronique, l'aérospatiale, les armes, la biologie, les nouvelles énergies, l'information et l'industrie nucléaire, et est devenue l'une des branches les plus dynamiques de la science des nouveaux matériaux. La technologie de la métallurgie des poudres présente une série d'avantages, tels qu'une économie d'énergie importante, une économie de matériau, d'excellentes performances, une précision élevée du produit et une bonne stabilité, et convient parfaitement à la production de masse. De plus, certains matériaux et pièces complexes qui ne peuvent pas être préparés par les méthodes de coulée et les méthodes d'usinage traditionnelles peuvent également être fabriqués par la technologie de la métallurgie des poudres, qui a suscité beaucoup d'attention dans l'industrie.

Le largemétallurgie des poudresL'industrie des produits comprend les outils en pierre de fer, les alliages durs, les matériaux magnétiques et les produits de la métallurgie des poudres. Le sens étroit de l'industrie des produits de la métallurgie des poudres se réfère uniquement aux produits de la métallurgie des poudres, y compris les pièces de la métallurgie des poudres (représentant la grande majorité), les produits de moulage par injection de métal et de pétrole.

Diffusion de fonctionnalités

La métallurgie des poudres a une composition chimique et des propriétés mécaniques et physiques uniques, qui ne peuvent être obtenues par les méthodes traditionnelles de fusion et de coulée. La technologie de la métallurgie des poudres peut être utilisée pour produire directement des matériaux et des produits poreux, semi-denses ou entièrement denses, tels que des roulements à huile, des engrenages, des cames, des tiges de guidage, des outils, etc. C'est une sorte de technologie de coupe moins ou pas.

(1) La technologie de la métallurgie des poudres peut minimiser la ségrégation de la composition de l'alliage et éliminer la structure de coulée grossière et inégale. Il joue un rôle important dans la préparation de matériaux magnétiques permanents de terres rares hautes performances, de matériaux de stockage d'hydrogène de terres rares, de matériaux luminescents de terres rares, de catalyseurs de terres rares, de matériaux supraconducteurs à haute température, de nouveaux matériaux métalliques (tels que les alliages Al Li, Al résistant à la chaleur alliages, superalliages, aciers inoxydables résistants à la corrosion en poudre, aciers rapides en poudre, matériaux de structure à haute température composés intermétalliques, etc.).

(2) Une série de matériaux hors équilibre hautes performances, tels qu'une solution solide amorphe, microcristalline, quasicristalline, nanocristalline et sursaturée, peut être préparée. Ces matériaux ont d'excellentes propriétés électriques, magnétiques, optiques et mécaniques.

(3) Il peut facilement réaliser plusieurs types de composites et faire jouer pleinement les caractéristiques respectives de chaque matériau composant. Il s'agit d'une technologie à faible coût pour produire des composites à matrice métallique et céramique de haute performance.

(4) Il peut produire des matériaux et des produits avec des structures et des propriétés spéciales qui ne peuvent pas être produites par des méthodes de fusion ordinaires, telles que de nouveaux matériaux biologiques poreux, des matériaux de membrane de séparation poreuse, des abrasifs céramiques structuraux à haute performance et des matériaux céramiques fonctionnels.

(5) Il peut réaliser une formation quasi nette et une production par lots automatique, réduisant ainsi efficacement la consommation de ressources et d'énergie de la production.

(6) Il peut tirer pleinement parti du minerai, des résidus, des boues de fabrication de l'acier, de la calamine et du recyclage des déchets métalliques en tant que matières premières. Il s'agit d'une nouvelle technologie capable de régénérer efficacement et d'utiliser de manière complète les matériaux.

Beaucoup de nos outils d'usinage et abrasifs matériels courants sont fabriqués par la technologie de la métallurgie des poudres.

Méthode de préparation diffusée

(1) Produire de la poudre. Le processus de production de poudre comprend les étapes de préparation de poudre, de mélange de poudre, etc. Afin d'améliorer la formabilité et la plasticité de la poudre, des plastifiants tels que l'huile moteur, le caoutchouc ou la paraffine sont généralement ajoutés.

(2) Formage à la presse. La poudre est pressée à la forme requise sous la pression de 15-600 MPa.

(3) Frittage. Elle doit être conduite dans un four à haute température ou un four sous vide avec atmosphère protectrice. Le frittage est différent de la fusion des métaux. Au moins un élément est encore à l'état solide lors du frittage. Lors du frittage, les particules de poudre deviennent des produits métallurgiques avec une certaine porosité à travers une série de processus physiques et chimiques tels que la diffusion, la recristallisation, le soudage par fusion, la combinaison, la dissolution, etc.

(4) Post-traitement. Généralement, les pièces frittées peuvent être utilisées directement. Mais pour certaines pièces avec une précision dimensionnelle élevée, une dureté et une résistance à l'usure élevées, un traitement post-frittage est également requis. Le post-traitement comprend le pressage fin, le laminage, l'extrusion, la trempe, la trempe de surface, l'immersion dans l'huile et l'infiltration.

Mode de préparation de la poudre

La préparation des poudres est la première étape de la métallurgie des poudres. Avec l'augmentation continue des matériaux et produits de la métallurgie des poudres et l'amélioration continue de leur qualité, de plus en plus de types de poudres doivent être fournis. Par exemple, dans la gamme de matériaux, non seulement de la poudre métallique, mais également de la poudre d'alliage et de la poudre de composé métallique sont utilisées ; Du point de vue de la forme des poudres, il est nécessaire d'utiliser des poudres de formes diverses. Par exemple, lorsqu'un filtre est généré, il est nécessaire de former une poudre ; Du point de vue de la granulométrie de la poudre, il est nécessaire que la poudre avec différentes granulométries ait une granulométrie grossière de 500~1000 microns et une granulométrie ultrafine inférieure à 0,5 microns.

Afin de répondre aux diverses exigences en matière de poudre, il existe également diverses méthodes de production de poudre. Ces procédés ne sont rien d'autre que la transformation d'un métal, d'un alliage ou d'un composé métallique à l'état de poudre à l'état solide, liquide ou gazeux. Divers procédés de préparation de poudres et poudres préparées par divers procédés.

Les procédés de conversion de métaux et d'alliages ou de composés métalliques en poudres à l'état solide comprennent :

(1) La méthode de broyage mécanique et la méthode de corrosion électrochimique sont utilisées pour préparer la poudre de métal et d'alliage à partir de métal solide et d'alliage :

(2) Procédé de réduction pour la préparation de poudres de métaux et d'alliages à partir d'oxydes métalliques solides et de sels Procédé chimique de réduction pour la préparation de poudres de composés métalliques à partir de poudres de métaux et d'alliages, d'oxydes métalliques et de poudres non métalliques

Le procédé de conversion de métal et d'alliage ou de composé métallique en poudre à l'état liquide comprend :

(1) Préparation de poudre d'alliage à partir de métal liquide et d'alliage par atomisation

(2) Il existe des méthodes de déplacement et des méthodes de réduction de l'hydrogène en solution pour préparer l'alliage métallique et la poudre revêtue à partir du remplacement et de la réduction de la solution de sel métallique ; Le procédé de préparation d'une poudre métallique par précipitation à partir d'un sel métallique fondu comprend un procédé de vieillissement au sel fondu ; La méthode du bain de métal est utilisée pour séparer la poudre de composé métallique du bain de métal auxiliaire.

(3) Un procédé d'électrolyse en solution aqueuse pour préparer une poudre de métal et d'alliage par électrolyse à partir d'une solution de sel métallique ; La méthode d'électrolyse de sels fondus est utilisée pour préparer une poudre de métal et de composé métallique à partir d'une électrolyse de sels métalliques fondus.

Procédé de transformation d'un métal ou d'un composé métallique en poudre à l'état gazeux :

(1) La méthode de condensation à la vapeur est utilisée pour produire de la poudre métallique à partir de la condensation à la vapeur métallique ;

(2) Dissociation thermique de matériaux à base de carbone à partir de matériaux à base de carbone métallique gazeux pour produire des métaux, des alliages et des poudres enrobées.

(3) Le procédé de réduction d'hydrogène gazeux pour la préparation de métal, de poudre d'alliage et de métal, revêtement d'alliage à partir d'halogénure de métal gazeux; La méthode de dépôt chimique en phase vapeur est utilisée pour préparer une poudre et un revêtement de composé métallique à partir d'un dépôt d'halogénure métallique gazeux.

Cependant, à partir de l'essence du procédé, les méthodes de pulvérisation existantes peuvent être généralement résumées en deux catégories, à savoir la méthode mécanique et la méthode physico-chimique. La méthode mécanique est un processus technologique de concassage mécanique des matières premières, tandis que la composition chimique est fondamentalement inchangée; La méthode physicochimique est un processus permettant d'obtenir de la poudre en modifiant la composition chimique ou l'état d'agrégation des matières premières à l'aide d'effets chimiques ou physiques. De nombreuses méthodes de production de poudre sont à l'échelle industrielle, et certaines des méthodes les plus largement utilisées, telles que la méthode de réduction Hans, la méthode d'atomisation et la méthode d'électrolyse, telles que la méthode de dépôt en phase vapeur et la méthode de dépôt liquide, sont également importantes dans des applications spéciales. [1]

Les procédés de base du procédé de métallurgie des poudres sont :

1. Préparation de la poudre de matière première. Les méthodes de pulvérisation existantes peuvent être globalement divisées en deux catégories : la méthode mécanique et la méthode physico-chimique. La méthode mécanique peut être divisée en : pulvérisation mécanique et atomisation ; La méthode physicochimique peut être divisée en méthode de corrosion électrochimique, méthode de réduction, méthode chimique, méthode chimique de réduction, méthode de dépôt en phase vapeur, méthode de dépôt liquide et méthode d'électrolyse. Parmi eux, la méthode de réduction, la méthode d'atomisation et la méthode d'électrolyse sont les plus largement utilisées.

2. La poudre est façonnée en une billette de la forme souhaitée. Le but du formage est de donner une certaine forme et taille au compact, et de lui donner une certaine densité et résistance. Les méthodes de formage sont essentiellement divisées en formage sous pression et formage sans pression. Le moulage par compression est le plus largement utilisé dans le moulage sous pression. De plus, la technologie d'impression 3D peut être utilisée pour fabriquer le bloc embryonnaire.

3. Frittage des billettes. Le frittage est un procédé clé de la métallurgie des poudres. Les compacts formés peuvent obtenir les propriétés physiques et mécaniques finales requises par frittage. Le frittage peut être divisé en frittage de système unitaire et frittage de système multi-éléments. Pour le frittage à l'état solide du système simple et du système multicomposant, la température de frittage est inférieure au point de fusion des métaux et alliages utilisés ; Pour le frittage en phase liquide de systèmes multicomposants, la température de frittage est généralement inférieure au point de fusion des composants réfractaires, mais supérieure au point de fusion des composants fusibles. En plus du frittage ordinaire, il existe également des procédés de frittage spéciaux tels que le frittage en vrac, la lixiviation à l'état fondu, le pressage à chaud, etc.

4. Post-traitement des produits. Le traitement après frittage peut adopter diverses méthodes selon les différentes exigences du produit. Tels que la finition, l'immersion dans l'huile, l'usinage, le traitement thermique et la galvanoplastie. En outre, ces dernières années, certains nouveaux procédés, tels que le laminage et le forgeage, ont également été appliqués au traitement des matériaux P/M frittés et ont obtenu des résultats satisfaisants.

Propriété de la poudre

Terme général désignant toutes les propriétés d'une poudre. Elle comprend : les propriétés géométriques de la poudre (taille des particules, surface spécifique, taille et forme des pores, etc.) ; Propriétés chimiques de la poudre (composition chimique, pureté, teneur en oxygène, substances insolubles dans l'acide, etc.) ; Propriétés mécaniques de la poudre (densité lâche, fluidité, formabilité, compressibilité, angle d'empilement, angle de cisaillement, etc.) ; Propriétés physiques et caractéristiques de surface de la poudre (densité réelle, lustre, absorption des ondes, activité de surface, ze pour cent 26mdash ; ta (pourcentage 26ccedil ;) Potentiel, magnétisme, etc.). Les propriétés des poudres déterminent souvent dans une large mesure les propriétés des produits de la métallurgie des poudres.

Les propriétés géométriques les plus élémentaires sont la taille et la forme des particules de la poudre.

(1) Granulométrie. Cela affecte le traitement et la mise en forme de la poudre, le retrait pendant le frittage et les performances finales du produit. La performance de certains produits de la métallurgie des poudres est presque directement liée à la taille des particules. Par exemple, la précision de filtrage des matériaux filtrants peut être obtenue empiriquement en divisant la taille moyenne des particules des particules de poudre d'origine par 10 ; Les propriétés des produits en carbure cémenté sont étroitement liées à la granulométrie de la phase wc. La taille des particules de la poudre utilisée dans la pratique de la production varie de centaines de nanomètres à des centaines de microns. Plus la taille des particules est petite, plus l'activité est grande et plus la surface est facile à oxyder et à absorber l'eau. Lorsqu'elle est aussi petite que des centaines de nanomètres, le stockage et le transport de la poudre ne sont pas faciles. Et lorsqu'il est petit dans une certaine mesure, l'effet quantique commence à fonctionner et ses propriétés physiques changent considérablement. Par exemple, une poudre ferromagnétique deviendra une poudre superparamagnétique et le point de fusion diminuera également avec la diminution de la taille des particules.

(2) La forme des particules de la poudre. Cela dépend du mode de pulvérisation, comme la poudre obtenue par électrolyse, et les particules sont dendritiques ; Les particules de poudre de fer obtenues par le procédé de réduction sont des flocons d'éponge ; La poudre sphérique est essentiellement obtenue par atomisation au gaz. De plus, certaines poudres sont en forme d'œuf, en forme de disque, en forme d'aiguille, en forme d'oignon, etc. La forme des particules de poudre affectera la fluidité et la densité lâche de la poudre. En raison de l'engagement mécanique entre les particules, les compacts de poudre irrégulière sont également solides, en particulier la poudre dendritique, qui a la résistance la plus élevée des compacts. Mais pour les matériaux poreux, la poudre sphérique est la meilleure.

Propriétés mécaniques Les propriétés mécaniques des poudres sont les propriétés technologiques des poudres, qui sont des paramètres technologiques importants dans le processus de mise en forme par métallurgie des poudres. La densité de tassement en vrac de la poudre est la base de la méthode de pesée volumique lors du compactage; La fluidité de la poudre détermine la vitesse de remplissage de la poudre jusqu'à la filière et la capacité de production de la presse ; La compressibilité de la poudre détermine la difficulté du processus de pressage et la pression appliquée ; La formabilité de la poudre détermine la résistance de la billette.

Les propriétés chimiques dépendent principalement de la pureté chimique des matières premières et de la méthode de pulvérisation. Une teneur en oxygène plus élevée réduira la compactabilité, la résistance compacte et les propriétés mécaniques des produits frittés. Par conséquent, la plupart des conditions techniques de la métallurgie des poudres comportent certaines dispositions à ce sujet. Par exemple, la teneur en oxygène autorisée de la poudre est de 0,2 % ~1,5 % , ce qui équivaut à une teneur en oxyde de 1 % ~10 % .