粉末冶金材料特性的應(yīng)用案例

粉末冶金資料特性運(yùn)用實(shí)例

——粉末冶金多孔資料主要內(nèi)容一、粉末冶金的技術(shù)特點(diǎn)二、粉末冶金資料的運(yùn)用與分類(lèi)三、粉末冶金資料特性的運(yùn)用——粉末冶金多孔資料〔一〕粉末冶金多孔資料簡(jiǎn)介〔二〕粉末冶金多孔資料的特點(diǎn)〔三〕粉末冶金多孔資料的作用〔四〕幾種典型粉末冶金多孔資料制備技術(shù)和特性〔五〕新型金屬多孔資料制備技術(shù)和運(yùn)用〔六〕粉末冶金多孔發(fā)汗構(gòu)造的浸透性能和力學(xué)性能一、粉末冶金的技術(shù)特點(diǎn)粉末冶金具有獨(dú)特的化學(xué)組成和機(jī)械、物理性能，而這些性能是用傳統(tǒng)的熔鑄方法無(wú)法獲得的。運(yùn)用粉末冶金技術(shù)可以直接制成多孔、半致密或全致密資料和制品，如含油軸承、齒輪、凸輪、導(dǎo)桿、刀具等，是一種少無(wú)切削工藝。1、粉末冶金技術(shù)可以最大限制地減少合金成分偏聚，消除粗大、不均勻的鑄造組織。在制備高性能稀土永磁資料、稀土儲(chǔ)氫資料、稀土發(fā)光資料、稀土催化劑、高溫超導(dǎo)資料、新型金屬資料〔如Al-Li合金、耐熱Al合金、超合金、粉末耐蝕不銹鋼、粉末高速鋼、金屬間化合物高溫構(gòu)造資料等〕具有重要的作用。2、可以制備非晶、微晶、準(zhǔn)晶、納米晶和超飽和固溶體等一系列高性能非平衡資料，這些資料具有優(yōu)良的電學(xué)、磁學(xué)、光學(xué)和力學(xué)性能。3、可以容易地實(shí)現(xiàn)多種類(lèi)型的復(fù)合，充分發(fā)揚(yáng)各組元資料各自的特性，是一種低本錢(qián)消費(fèi)高性能金屬基和陶瓷復(fù)合資料的工藝技術(shù)。4、可以消費(fèi)普通熔煉法無(wú)法消費(fèi)的具有特殊構(gòu)造和性能的資料和制品，如新型多孔生物資料，多孔分別膜資料、高性能構(gòu)造陶瓷磨具和功能陶瓷資料等。5、可以實(shí)現(xiàn)近凈構(gòu)成形和自動(dòng)化批量消費(fèi)，從而，可以有效地降低消費(fèi)的資源和能源耗費(fèi)。6、可以充分利用礦石、尾礦、煉鋼污泥、軋鋼鐵鱗、回收廢舊金屬作原料，是一種可有效進(jìn)展資料再生和綜合利用的新技術(shù)。二、粉末冶金資料的運(yùn)用與分類(lèi)1、運(yùn)用：汽車(chē)、摩托車(chē)、紡織機(jī)械、工業(yè)縫紉機(jī)、電開(kāi)工具、五金工具、電器、工程機(jī)械、各種粉末冶金〔鐵銅基〕零件。2、分類(lèi)：粉末冶金多孔資料、粉末冶金減磨資料、粉末冶金摩擦資料、粉末冶金構(gòu)造零件、粉末冶金工模具資料、和粉末冶金電磁資料和粉末冶金高溫合金等。三、粉末冶金資料特性的運(yùn)用——粉末冶金多孔資料粉末冶金多孔資料:又稱(chēng)多孔燒結(jié)資料。用粉末冶金的方法制造的、由球狀或不規(guī)那么外形的金屬或合金粉末經(jīng)成型、燒結(jié)制成。資料內(nèi)部孔道縱橫交錯(cuò)、相互貫穿，普通有30%～60%的體積孔隙度，孔徑1～100微米。透過(guò)性能和導(dǎo)熱、導(dǎo)電性能好，耐高溫、低溫，抗熱震，抗介質(zhì)腐蝕。用于制造過(guò)濾器、多孔電極、滅火安裝、防凍安裝等。常用的金屬或合金有青銅、不銹鋼、鐵、鎳、鈦、鎢、鉬以及難熔金屬化合物等。做成的制品有坩堝狀、碟狀、管狀、板狀、薄膜等?！惨弧撤勰┮苯鸲嗫踪Y料簡(jiǎn)介〔二〕粉末冶金多孔資料的特點(diǎn)1、孔徑和孔隙度均可控制；2、優(yōu)良的透過(guò)性能，且在運(yùn)用后可以再生，因此運(yùn)用壽命長(zhǎng)；3、導(dǎo)熱、導(dǎo)電；4、耐高溫、耐低溫、抗熱震；5、抗介質(zhì)腐蝕；6、比外表積大；7、可焊接和加工等。因此它的綜合性能較傳統(tǒng)的紙質(zhì)、棉和化纖織品、陶瓷、玻璃、金屬絲網(wǎng)等過(guò)濾資料為好?！踩撤勰┮苯鸲嗫踪Y料的作用在現(xiàn)代技術(shù)中，多孔資料愈益發(fā)揚(yáng)其重要作用，有兩方面的主要用途。1、作過(guò)濾器用：利用其多孔的過(guò)濾分別作用凈化液體和氣體。例如用來(lái)凈化飛機(jī)和汽車(chē)上的燃料油和空氣；化學(xué)工業(yè)上各種液體和氣體的過(guò)濾；原子能工業(yè)上排出氣體中放射性微粒的過(guò)濾等。2、利用其孔隙的作用，制造多孔電極、滅火安裝、防凍安裝、耐高溫噴嘴等。多孔電極主要在電化學(xué)方面運(yùn)用。滅火安裝是利用其抗流作用而防止爆炸，如氣焊用的火焰防爆器等。防凍安裝是利用其多孔可通入預(yù)熱空氣或特殊液體，用來(lái)防止機(jī)翼和尾翼結(jié)冰。耐高溫噴嘴那么是利用外表發(fā)汗而使熱外表冷卻的原理，被稱(chēng)為發(fā)汗資料。金屬多孔資料由于其構(gòu)造特性,可用于流體凈化、氣體除塵、氣體流態(tài)化、粉料流態(tài)化保送、發(fā)汗冷卻、強(qiáng)化傳熱、消音降噪、阻燃防爆等不同用途。其中,尺寸大型化、構(gòu)造異型化、多功能一體化、以及高精度、大通量金屬多孔資料的制備及產(chǎn)品運(yùn)用技術(shù)的研討正成為國(guó)內(nèi)外多孔資料學(xué)界前沿性熱點(diǎn)問(wèn)題?！菜摹硯追N典型粉末冶金多孔資料制備技術(shù)和特性燒結(jié)金屬粉末多孔資料是采用金屬或合金粉末為原料,經(jīng)過(guò)壓制成型和高溫?zé)Y(jié)而成、具有剛性構(gòu)造的多孔資料。其孔隙構(gòu)造由規(guī)那么和不規(guī)那么的粉末顆粒堆垛而成,孔隙的大小和分布以及孔隙率大小取決于粉末粒度組成和加工工藝。圖1給出燒結(jié)金屬粉末多孔資料典型的微觀構(gòu)造,它具有均質(zhì)構(gòu)造特征。1、燒結(jié)金屬粉末多孔資料燒結(jié)金屬粉末多孔資料微觀構(gòu)造(a)和元件(b)Microstructureofsinteredmetalpowderporousmaterials(a)andelements(b)燒結(jié)金屬粉末多孔材料性能指標(biāo)Performanceofsinteredmetalpowderporousmaterials型號(hào)平均孔徑/μm相對(duì)滲透性/(L·min-1·cm-2·Pa-1)孔隙率/%強(qiáng)度/MpaSFM00555×10-530≥80SFM010101.5×10-432≥90SFM020205×10-432≥100根據(jù)成型工藝不同,燒結(jié)粉末多孔資料有模壓成型、等靜壓成型、軋制成型和擠壓成型等產(chǎn)品模壓成型工藝適宜于各種復(fù)雜外形多孔資料產(chǎn)品的制造,等靜壓成型工藝用于大尺寸無(wú)縫管件的制造,軋制成型和擠壓成型工藝適宜于大批量產(chǎn)品的制造,可以制備出1～2mm厚的薄壁件。燒結(jié)金屬粉末多孔資料具有最廣泛的運(yùn)用市場(chǎng),包括用于氣體除塵、液體凈化,氣流穩(wěn)定、流態(tài)化、流態(tài)化保送、氣體限流以及消音降噪、阻燃防爆等,可廣泛運(yùn)用于航天航空、石油化工、醫(yī)藥、食品、電力、能源等領(lǐng)域。2燒結(jié)金屬絲網(wǎng)多孔資料燒結(jié)金屬絲網(wǎng)多孔資料是由多層金屬編織網(wǎng)疊合后,經(jīng)過(guò)軋制成型和高溫?zé)Y(jié)而構(gòu)成的具有剛性構(gòu)造的多孔資料。這種多孔資料具有非對(duì)稱(chēng)構(gòu)造,由支撐層、維護(hù)層和任務(wù)層組成。由于其獨(dú)特的構(gòu)造設(shè)計(jì),燒結(jié)金屬絲網(wǎng)多孔資料具有流通性好、孔隙分布均勻、整體性好,剛性好,強(qiáng)度高等特點(diǎn),作為過(guò)濾資料,表現(xiàn)出優(yōu)良的反吹(反沖洗)再生性能。燒結(jié)金屬絲網(wǎng)多孔資料廣泛運(yùn)用于石油化工、冶金、電力、能源等領(lǐng)域的流體過(guò)濾、氣流分布控制、流態(tài)化保送、阻燃防爆等方面。燒結(jié)金屬絲網(wǎng)多孔資料微觀構(gòu)造(a)和元件(b)Microstructureofsinteredmetalmeshporousmaterials(a)andelements(b)燒結(jié)金屬絲網(wǎng)多孔材料性能指標(biāo)Performanceofsinteredmetalmeshporousmaterials型號(hào)平均孔徑/μm相對(duì)滲透性/(L·min-1·cm-2·Pa-1)孔隙率/%強(qiáng)度/MpaSSW00552×10-421≥100SSW010108×10-422≥100SSW020202×10-324≥1103、燒結(jié)金屬纖維多孔資料燒結(jié)金屬纖維多孔資料是由金屬纖維迭合后,經(jīng)過(guò)壓制成型和高溫?zé)Y(jié)而構(gòu)成的多孔資料。燒結(jié)金屬纖維多孔資料的突出特點(diǎn)是孔隙率高,可到達(dá)80%,具有很好的透氣性。燒結(jié)纖維多孔資料的精度可到達(dá)5～10μm。燒結(jié)金屬纖維氈多孔資料廣泛運(yùn)用于化工、電力、冶金、能源等領(lǐng)域的氣體除塵、流體凈化等方面。燒結(jié)金屬纖維多孔資料微觀構(gòu)造(a)和元件(b)Microstructureofsinteredmetalfiberporousmaterials(a)andelements(b)〔五〕新型金屬多孔資料制備技術(shù)和運(yùn)用安泰科技股份以納米粉體為根底,采用粉末冶金方法,開(kāi)發(fā)了金屬膜資料專(zhuān)利制備技術(shù)。金屬膜資料的精度到達(dá)0.03μm,過(guò)濾效率達(dá)99.999999%。以下圖給出了金屬膜資料的微觀構(gòu)造和元件。產(chǎn)品已用于氣體分別、高純氣體凈化、液體凈化、氣溶膠過(guò)濾與凈化等。1、金屬膜資料制備技術(shù)金屬膜資料微觀構(gòu)造(a)和元件(b)Microstructureofmembranematerials(a)andelements(b)2、非對(duì)稱(chēng)亞微米金屬多孔資料制備技術(shù)傳統(tǒng)的燒結(jié)金屬粉末濾材孔徑普通在3μm以上,無(wú)論在過(guò)濾精度、還是在大通量方面都很難滿(mǎn)足現(xiàn)代工業(yè)開(kāi)展要求。安泰開(kāi)發(fā)了新型高精度、大通量亞微米多孔資料。這種新型的濾材采用梯度構(gòu)造,即由骨架層、過(guò)渡層和任務(wù)層組成復(fù)合層構(gòu)造。其中,骨架層支撐過(guò)渡層起加強(qiáng)作用,任務(wù)層是厚度較薄的小孔層,起過(guò)濾作用。這種新型非對(duì)稱(chēng)亞微米多孔資料具有很高的過(guò)濾精度,同時(shí),由于高精度的任務(wù)層很薄(20μm),使得資料的流通性能大大提高3、大型、異型構(gòu)造粉末冶金多孔資料制備技術(shù)大型、異型構(gòu)造粉末冶金多孔資料是多孔資料新的開(kāi)展方向。與常規(guī)構(gòu)造粉末冶金多孔資料相比,其在壓制成型、燒結(jié)等工藝設(shè)備的實(shí)現(xiàn)方面提出了更高要求和挑戰(zhàn)。目前世界上大型、異型構(gòu)造粉末冶金多孔資料主要經(jīng)過(guò)等靜壓成型工藝進(jìn)展消費(fèi)制備。其根本特點(diǎn)是:由于其為各向同性壓制,壓坯密度比較均勻;易于實(shí)現(xiàn)大型、較長(zhǎng)壓坯的成型;可在較大范圍內(nèi)調(diào)整壁厚;消除了焊接對(duì)多孔資料本身所帶來(lái)的影響,如焊接熱影響區(qū)易出現(xiàn)的缺陷、熱影響區(qū)對(duì)資料腐蝕性的影響等。4、金屬多孔復(fù)合催化資料的研制多孔復(fù)合催化資料是利用多孔資料良好的孔隙分布、優(yōu)良的傳熱特性和興隆的比外表,與高效催化劑復(fù)合制備而成的一種特殊功能資料。它承繼了多孔資料的構(gòu)造和功能特性,具有良好的流體透過(guò)才干、豐富的比外表以及可控的流體分布特性,與催化劑的效果結(jié)合起來(lái)可以極大地提高工業(yè)過(guò)程的反響速度、提高消費(fèi)率、降低能耗和簡(jiǎn)化工藝過(guò)程。其工藝過(guò)程如下:多孔資料外表處置→負(fù)載陶瓷膜(γ-Al2O3)→負(fù)載催化劑活性組分(Pd等)研制的多孔金屬催化蒸餾構(gòu)件可以替代傳統(tǒng)的CDTECH,運(yùn)用于催化蒸餾工藝。另外,金屬多孔催化資料和過(guò)濾元件的研制,還可以用于高溫氣體的除塵和凈化,機(jī)動(dòng)車(chē)尾氣排放的后處置等。它在對(duì)顆粒物進(jìn)展捕集的同時(shí),還可以反響脫除氣體中NOx,VOC等有害組分。實(shí)現(xiàn)除塵、脫硝等功能一體化。5、定向凝固多孔資料制備技術(shù)金屬/氣體共晶定向凝固技術(shù)(GASAR)由烏克蘭科學(xué)家Shapovalov發(fā)明。Gasar技術(shù)被以為是消費(fèi)多孔金屬資料的革命性工藝,不僅具有比傳統(tǒng)多孔資料優(yōu)良的性能特點(diǎn),比如小的應(yīng)力集中、高的機(jī)械性能、良好的導(dǎo)熱才干等,而且具有比一樣材質(zhì)的致密資料高的綜合機(jī)械性能(密度低,比強(qiáng)度、比模量高)。另外,該項(xiàng)制備工藝還易于經(jīng)過(guò)改動(dòng)工藝參數(shù),實(shí)現(xiàn)對(duì)氣孔率、氣孔大小和分布的控制?！擦撤勰┮苯鸲嗫装l(fā)汗構(gòu)造的浸透性能和力學(xué)性能用PBR氣泡孔徑浸透性測(cè)定儀檢測(cè)多孔構(gòu)造的微孔尺寸。平均微孔直徑在3～7μm。由于研討的多孔發(fā)汗構(gòu)造為非等厚度的回轉(zhuǎn)體構(gòu)造，為分析其浸透均勻性，沿橫截面將發(fā)汗冷卻喉襯切割成上、中、下3個(gè)部分，分別丈量出每個(gè)部位的浸透性浸透性主要由孔徑和孔隙率決議，對(duì)比高溫合金和不銹鋼粉末資料，其平均孔徑〔6.8μm，5.64μm〕、孔隙率〔39%，35%〕較為接近，浸透性也相差較小。發(fā)汗冷卻喉襯的浸透性隨孔隙率的增大而增大，孔隙率對(duì)浸透性的影響較大。多孔浸透構(gòu)造的抗拉強(qiáng)度隨孔隙率的增大而下降。而不同資料的延伸率隨孔隙率的變化趨勢(shì)各不一樣。不銹鋼304和GH22的延伸率隨孔隙率的增大而降低，而ZrCu合金的延伸率那么隨孔隙率的增大而升高。高溫合金和不銹鋼的抗拉強(qiáng)度和延伸率均遠(yuǎn)高于銅合金。經(jīng)過(guò)對(duì)高溫合金、不銹鋼、銅合金3種資料力學(xué)性能的對(duì)比，高溫合金在孔隙率偏高的情況下仍顯示了較高的強(qiáng)度優(yōu)勢(shì)，且高溫合金具有良好的高溫抗氧化和抗腐蝕性能。從多孔資料與致密資料的對(duì)比情況來(lái)看，資料的孔隙率在15%以下，其抗拉強(qiáng)度能到達(dá)一樣致密資料的50%以上，但延伸率與致密資料相比相差較多，只能到達(dá)30%左右，主要由于多孔資料表現(xiàn)為脆性斷裂，對(duì)資料的延伸率影響很大。由于銅合金的導(dǎo)熱率遠(yuǎn)高于不銹鋼和高溫合金資料，當(dāng)作為熱防護(hù)資料時(shí)銅合金仍具有優(yōu)勢(shì)，雖然其強(qiáng)度低于高溫合金和不銹鋼資料，但對(duì)于構(gòu)造強(qiáng)度要求不是太高的熄滅安裝內(nèi)襯等高熱流強(qiáng)部位，適宜采用銅合金多孔資料；對(duì)于構(gòu)造強(qiáng)度要求較高的熱防護(hù)安裝，也可以采用高溫合金或不銹鋼多孔資料，由于此時(shí)多孔構(gòu)造主要用于發(fā)汗冷卻或膜冷卻，這種冷卻方式冷卻效率高，調(diào)整構(gòu)造參數(shù)和任