粉末冶金材料特性的應用案例

粉末冶金資料特性運用實例

——粉末冶金多孔資料主要內容一、粉末冶金的技術特點二、粉末冶金資料的運用與分類三、粉末冶金資料特性的運用——粉末冶金多孔資料〔一〕粉末冶金多孔資料簡介〔二〕粉末冶金多孔資料的特點〔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和特性〔五〕新型金屬多孔資料制備技術和運用〔六〕粉末冶金多孔發(fā)汗構造的浸透性能和力學性能一、粉末冶金的技術特點粉末冶金具有獨特的化學組成和機械、物理性能，而這些性能是用傳統(tǒng)的熔鑄方法無法獲得的。運用粉末冶金技術可以直接制成多孔、半致密或全致密資料和制品，如含油軸承、齒輪、凸輪、導桿、刀具等，是一種少無切削工藝。1、粉末冶金技術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、稀土儲氫資料、稀土發(fā)光資料、稀土催化劑、高溫超導資料、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造資料等〕具有重要的作用。2、可以制備非晶、微晶、準晶、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、磁學、光學和力學性能。3、可以容易地實現(xiàn)多種類型的復合，充分發(fā)揚各組元資料各自的特性，是一種低本錢消費高性能金屬基和陶瓷復合資料的工藝技術。4、可以消費普通熔煉法無法消費的具有特殊構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、高性能構造陶瓷磨具和功能陶瓷資料等。5、可以實現(xiàn)近凈構成形和自動化批量消費，從而，可以有效地降低消費的資源和能源耗費。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，是一種可有效進展資料再生和綜合利用的新技術。二、粉末冶金資料的運用與分類1、運用：汽車、摩托車、紡織機械、工業(yè)縫紉機、電開工具、五金工具、電器、工程機械、各種粉末冶金〔鐵銅基〕零件。2、分類：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用——粉末冶金多孔資料粉末冶金多孔資料:又稱多孔燒結資料。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成型、燒結制成。資料內部孔道縱橫交錯、相互貫穿，普通有30%～60%的體積孔隙度，孔徑1～100微米。透過性能和導熱、導電性能好，耐高溫、低溫，抗熱震，抗介質腐蝕。用于制造過濾器、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料簡介〔二〕粉末冶金多孔資料的特點1、孔徑和孔隙度均可控制；2、優(yōu)良的透過性能，且在運用后可以再生，因此運用壽命長；3、導熱、導電；4、耐高溫、耐低溫、抗熱震；5、抗介質腐蝕；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、棉和化纖織品、陶瓷、玻璃、金屬絲網等過濾資料為好。〔三〕粉末冶金多孔資料的作用在現(xiàn)代技術中，多孔資料愈益發(fā)揚其重要作用，有兩方面的主要用途。1、作過濾器用：利用其多孔的過濾分別作用凈化液體和氣體。例如用來凈化飛機和汽車上的燃料油和空氣；化學工業(yè)上各種液體和氣體的過濾；原子能工業(yè)上排出氣體中放射性微粒的過濾等。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方面運用。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熱空氣或特殊液體，用來防止機翼和尾翼結冰。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，被稱為發(fā)汗資料。金屬多孔資料由于其構造特性,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、強化傳熱、消音降噪、阻燃防爆等不同用途。其中,尺寸大型化、構造異型化、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品運用技術的研討正成為國內外多孔資料學界前沿性熱點問題。〔四〕幾種典型粉末冶金多孔資料制備技術和特性燒結金屬粉末多孔資料是采用金屬或合金粉末為原料,經過壓制成型和高溫燒結而成、具有剛性構造的多孔資料。其孔隙構造由規(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給出燒結金屬粉末多孔資料典型的微觀構造,它具有均質構造特征。1、燒結金屬粉末多孔資料燒結金屬粉末多孔資料微觀構造(a)和元件(b)Microstructureofsinteredmetalpowderporousmaterials(a)andelements(b)燒結金屬粉末多孔材料性能指標Performanceofsinteredmetalpowderporousmaterials型號平均孔徑/μm相對滲透性/(L·min-1·cm-2·Pa-1)孔隙率/%強度/MpaSFM00555×10-530≥80SFM010101.5×10-432≥90SFM020205×10-432≥100根據成型工藝不同,燒結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品模壓成型工藝適宜于各種復雜外形多孔資料產品的制造,等靜壓成型工藝用于大尺寸無縫管件的制造,軋制成型和擠壓成型工藝適宜于大批量產品的制造,可以制備出1～2mm厚的薄壁件。燒結金屬粉末多孔資料具有最廣泛的運用市場,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,可廣泛運用于航天航空、石油化工、醫(yī)藥、食品、電力、能源等領域。2燒結金屬絲網多孔資料燒結金屬絲網多孔資料是由多層金屬編織網疊合后,經過軋制成型和高溫燒結而構成的具有剛性構造的多孔資料。這種多孔資料具有非對稱構造,由支撐層、維護層和任務層組成。由于其獨特的構造設計,燒結金屬絲網多孔資料具有流通性好、孔隙分布均勻、整體性好,剛性好,強度高等特點,作為過濾資料,表現(xiàn)出優(yōu)良的反吹(反沖洗)再生性能。燒結金屬絲網多孔資料廣泛運用于石油化工、冶金、電力、能源等領域的流體過濾、氣流分布控制、流態(tài)化保送、阻燃防爆等方面。燒結金屬絲網多孔資料微觀構造(a)和元件(b)Microstructureofsinteredmetalmeshporousmaterials(a)andelements(b)燒結金屬絲網多孔材料性能指標Performanceofsinteredmetalmeshporousmaterials型號平均孔徑/μm相對滲透性/(L·min-1·cm-2·Pa-1)孔隙率/%強度/MpaSSW00552×10-421≥100SSW010108×10-422≥100SSW020202×10-324≥1103、燒結金屬纖維多孔資料燒結金屬纖維多孔資料是由金屬纖維迭合后,經過壓制成型和高溫燒結而構成的多孔資料。燒結金屬纖維多孔資料的突出特點是孔隙率高,可到達80%,具有很好的透氣性。燒結纖維多孔資料的精度可到達5～10μm。燒結金屬纖維氈多孔資料廣泛運用于化工、電力、冶金、能源等領域的氣體除塵、流體凈化等方面。燒結金屬纖維多孔資料微觀構造(a)和元件(b)Microstructureofsinteredmetalfiberporousmaterials(a)andelements(b)〔五〕新型金屬多孔資料制備技術和運用安泰科技股份以納米粉體為根底,采用粉末冶金方法,開發(fā)了金屬膜資料專利制備技術。金屬膜資料的精度到達0.03μm,過濾效率達99.999999%。以下圖給出了金屬膜資料的微觀構造和元件。產品已用于氣體分別、高純氣體凈化、液體凈化、氣溶膠過濾與凈化等。1、金屬膜資料制備技術金屬膜資料微觀構造(a)和元件(b)Microstructureofmembranematerials(a)andelements(b)2、非對稱亞微米金屬多孔資料制備技術傳統(tǒng)的燒結金屬粉末濾材孔徑普通在3μm以上,無論在過濾精度、還是在大通量方面都很難滿足現(xiàn)代工業(yè)開展要求。安泰開發(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造,即由骨架層、過渡層和任務層組成復合層構造。其中,骨架層支撐過渡層起加強作用,任務層是厚度較薄的小孔層,起過濾作用。這種新型非對稱亞微米多孔資料具有很高的過濾精度,同時,由于高精度的任務層很薄(20μm),使得資料的流通性能大大提高3、大型、異型構造粉末冶金多孔資料制備技術大型、異型構造粉末冶金多孔資料是多孔資料新的開展方向。與常規(guī)構造粉末冶金多孔資料相比,其在壓制成型、燒結等工藝設備的實現(xiàn)方面提出了更高要求和挑戰(zhàn)。目前世界上大型、異型構造粉末冶金多孔資料主要經過等靜壓成型工藝進展消費制備。其根本特點是:由于其為各向同性壓制,壓坯密度比較均勻;易于實現(xiàn)大型、較長壓坯的成型;可在較大范圍內調整壁厚;消除了焊接對多孔資料本身所帶來的影響,如焊接熱影響區(qū)易出現(xiàn)的缺陷、熱影響區(qū)對資料腐蝕性的影響等。4、金屬多孔復合催化資料的研制多孔復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,與高效催化劑復合制備而成的一種特殊功能資料。它承繼了多孔資料的構造和功能特性,具有良好的流體透過才干、豐富的比外表以及可控的流體分布特性,與催化劑的效果結合起來可以極大地提高工業(yè)過程的反響速度、提高消費率、降低能耗和簡化工藝過程。其工藝過程如下:多孔資料外表處置→負載陶瓷膜(γ-Al2O3)→負載催化劑活性組分(Pd等)研制的多孔金屬催化蒸餾構件可以替代傳統(tǒng)的CDTECH,運用于催化蒸餾工藝。另外,金屬多孔催化資料和過濾元件的研制,還可以用于高溫氣體的除塵和凈化,機動車尾氣排放的后處置等。它在對顆粒物進展捕集的同時,還可以反響脫除氣體中NOx,VOC等有害組分。實現(xiàn)除塵、脫硝等功能一體化。5、定向凝固多孔資料制備技術金屬/氣體共晶定向凝固技術(GASAR)由烏克蘭科學家Shapovalov發(fā)明。Gasar技術被以為是消費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,比如小的應力集中、高的機械性能、良好的導熱才干等,而且具有比一樣材質的致密資料高的綜合機械性能(密度低,比強度、比模量高)。另外,該項制備工藝還易于經過改動工藝參數(shù),實現(xiàn)對氣孔率、氣孔大小和分布的控制?！擦撤勰┮苯鸲嗫装l(fā)汗構造的浸透性能和力學性能用PBR氣泡孔徑浸透性測定儀檢測多孔構造的微孔尺寸。平均微孔直徑在3～7μm。由于研討的多孔發(fā)汗構造為非等厚度的回轉體構造，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個部分，分別丈量出每個部位的浸透性浸透性主要由孔徑和孔隙率決議，對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，孔隙率對浸透性的影響較大。多孔浸透構造的抗拉強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度和延伸率均遠高于銅合金。經過對高溫合金、不銹鋼、銅合金3種資料力學性能的對比，高溫合金在孔隙率偏高的情況下仍顯示了較高的強度優(yōu)勢，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比情況來看，資料的孔隙率在15%以下，其抗拉強度能到達一樣致密資料的50%以上，但延伸率與致密資料相比相差較多，只能到達30%左右，主要由于多孔資料表現(xiàn)為脆性斷裂，對資料的延伸率影響很大。由于銅合金的導熱率遠高于不銹鋼和高溫合金資料，當作為熱防護資料時銅合金仍具有優(yōu)勢，雖然其強度低于高溫合金和不銹鋼資料，但對于構造強度要求不是太高的熄滅安裝內襯等高熱流強部位，適宜采用銅合金多孔資料；對于構造強度要求較高的熱防護安裝，也可以采用高溫合金或不銹鋼多孔資料，由于此時多孔構造主要用于發(fā)汗冷卻或膜冷卻，這種冷卻方式冷卻效率高，調整構造參數(shù)和任