粉末冶金材料特性的应用案例

粉末冶金资料特性运用实例

——粉末冶金多孔资料主要内容一、粉末冶金的技术特点二、粉末冶金资料的运用与分类三、粉末冶金资料特性的运用——粉末冶金多孔资料〔一〕粉末冶金多孔资料简介〔二〕粉末冶金多孔资料的特点〔三〕粉末冶金多孔资料的作用〔四〕几种典型粉末冶金多孔资料制备技术和特性〔五〕新型金属多孔资料制备技术和运用〔六〕粉末冶金多孔发汗构造的浸透性能和力学性能一、粉末冶金的技术特点粉末冶金具有独特的化学组成和机械、物理性能，而这些性能是用传统的熔铸方法无法获得的。运用粉末冶金技术可以直接制成多孔、半致密或全致密资料和制品，如含油轴承、齿轮、凸轮、导杆、刀具等，是一种少无切削工艺。1、粉末冶金技术可以最大限制地减少合金成分偏聚，消除粗大、不均匀的铸造组织。在制备高性能稀土永磁资料、稀土储氢资料、稀土发光资料、稀土催化剂、高温超导资料、新型金属资料〔如Al-Li合金、耐热Al合金、超合金、粉末耐蚀不锈钢、粉末高速钢、金属间化合物高温构造资料等〕具有重要的作用。2、可以制备非晶、微晶、准晶、纳米晶和超饱和固溶体等一系列高性能非平衡资料，这些资料具有优良的电学、磁学、光学和力学性能。3、可以容易地实现多种类型的复合，充分发扬各组元资料各自的特性，是一种低本钱消费高性能金属基和陶瓷复合资料的工艺技术。4、可以消费普通熔炼法无法消费的具有特殊构造和性能的资料和制品，如新型多孔生物资料，多孔分别膜资料、高性能构造陶瓷磨具和功能陶瓷资料等。5、可以实现近净构成形和自动化批量消费，从而，可以有效地降低消费的资源和能源耗费。6、可以充分利用矿石、尾矿、炼钢污泥、轧钢铁鳞、回收废旧金属作原料，是一种可有效进展资料再生和综合利用的新技术。二、粉末冶金资料的运用与分类1、运用：汽车、摩托车、纺织机械、工业缝纫机、电开工具、五金工具、电器、工程机械、各种粉末冶金〔铁铜基〕零件。2、分类：粉末冶金多孔资料、粉末冶金减磨资料、粉末冶金摩擦资料、粉末冶金构造零件、粉末冶金工模具资料、和粉末冶金电磁资料和粉末冶金高温合金等。三、粉末冶金资料特性的运用——粉末冶金多孔资料粉末冶金多孔资料:又称多孔烧结资料。用粉末冶金的方法制造的、由球状或不规那么外形的金属或合金粉末经成型、烧结制成。资料内部孔道纵横交错、相互贯穿，普通有30%～60%的体积孔隙度，孔径1～100微米。透过性能和导热、导电性能好，耐高温、低温，抗热震，抗介质腐蚀。用于制造过滤器、多孔电极、灭火安装、防冻安装等。常用的金属或合金有青铜、不锈钢、铁、镍、钛、钨、钼以及难熔金属化合物等。做成的制品有坩埚状、碟状、管状、板状、薄膜等。〔一〕粉末冶金多孔资料简介〔二〕粉末冶金多孔资料的特点1、孔径和孔隙度均可控制；2、优良的透过性能，且在运用后可以再生，因此运用寿命长；3、导热、导电；4、耐高温、耐低温、抗热震；5、抗介质腐蚀；6、比外表积大；7、可焊接和加工等。因此它的综合性能较传统的纸质、棉和化纤织品、陶瓷、玻璃、金属丝网等过滤资料为好。〔三〕粉末冶金多孔资料的作用在现代技术中，多孔资料愈益发扬其重要作用，有两方面的主要用途。1、作过滤器用：利用其多孔的过滤分别作用净化液体和气体。例如用来净化飞机和汽车上的燃料油和空气；化学工业上各种液体和气体的过滤；原子能工业上排出气体中放射性微粒的过滤等。2、利用其孔隙的作用，制造多孔电极、灭火安装、防冻安装、耐高温喷嘴等。多孔电极主要在电化学方面运用。灭火安装是利用其抗流作用而防止爆炸，如气焊用的火焰防爆器等。防冻安装是利用其多孔可通入预热空气或特殊液体，用来防止机翼和尾翼结冰。耐高温喷嘴那么是利用外表发汗而使热外表冷却的原理，被称为发汗资料。金属多孔资料由于其构造特性,可用于流体净化、气体除尘、气体流态化、粉料流态化保送、发汗冷却、强化传热、消音降噪、阻燃防爆等不同用途。其中,尺寸大型化、构造异型化、多功能一体化、以及高精度、大通量金属多孔资料的制备及产品运用技术的研讨正成为国内外多孔资料学界前沿性热点问题。〔四〕几种典型粉末冶金多孔资料制备技术和特性烧结金属粉末多孔资料是采用金属或合金粉末为原料,经过压制成型和高温烧结而成、具有刚性构造的多孔资料。其孔隙构造由规那么和不规那么的粉末颗粒堆垛而成,孔隙的大小和分布以及孔隙率大小取决于粉末粒度组成和加工工艺。图1给出烧结金属粉末多孔资料典型的微观构造,它具有均质构造特征。1、烧结金属粉末多孔资料烧结金属粉末多孔资料微观构造(a)和元件(b)Microstructureofsinteredmetalpowderporousmaterials(a)andelements(b)烧结金属粉末多孔材料性能指标Performanceofsinteredmetalpowderporousmaterials型号平均孔径/μm相对渗透性/(L·min-1·cm-2·Pa-1)孔隙率/%强度/MpaSFM00555×10-530≥80SFM010101.5×10-432≥90SFM020205×10-432≥100根据成型工艺不同,烧结粉末多孔资料有模压成型、等静压成型、轧制成型和挤压成型等产品模压成型工艺适宜于各种复杂外形多孔资料产品的制造,等静压成型工艺用于大尺寸无缝管件的制造,轧制成型和挤压成型工艺适宜于大批量产品的制造,可以制备出1～2mm厚的薄壁件。烧结金属粉末多孔资料具有最广泛的运用市场,包括用于气体除尘、液体净化,气流稳定、流态化、流态化保送、气体限流以及消音降噪、阻燃防爆等,可广泛运用于航天航空、石油化工、医药、食品、电力、能源等领域。2烧结金属丝网多孔资料烧结金属丝网多孔资料是由多层金属编织网叠合后,经过轧制成型和高温烧结而构成的具有刚性构造的多孔资料。这种多孔资料具有非对称构造,由支撑层、维护层和任务层组成。由于其独特的构造设计,烧结金属丝网多孔资料具有流通性好、孔隙分布均匀、整体性好,刚性好,强度高等特点,作为过滤资料,表现出优良的反吹(反冲洗)再生性能。烧结金属丝网多孔资料广泛运用于石油化工、冶金、电力、能源等领域的流体过滤、气流分布控制、流态化保送、阻燃防爆等方面。烧结金属丝网多孔资料微观构造(a)和元件(b)Microstructureofsinteredmetalmeshporousmaterials(a)andelements(b)烧结金属丝网多孔材料性能指标Performanceofsinteredmetalmeshporousmaterials型号平均孔径/μm相对渗透性/(L·min-1·cm-2·Pa-1)孔隙率/%强度/MpaSSW00552×10-421≥100SSW010108×10-422≥100SSW020202×10-324≥1103、烧结金属纤维多孔资料烧结金属纤维多孔资料是由金属纤维迭合后,经过压制成型和高温烧结而构成的多孔资料。烧结金属纤维多孔资料的突出特点是孔隙率高,可到达80%,具有很好的透气性。烧结纤维多孔资料的精度可到达5～10μm。烧结金属纤维毡多孔资料广泛运用于化工、电力、冶金、能源等领域的气体除尘、流体净化等方面。烧结金属纤维多孔资料微观构造(a)和元件(b)Microstructureofsinteredmetalfiberporousmaterials(a)andelements(b)〔五〕新型金属多孔资料制备技术和运用安泰科技股份以纳米粉体为根底,采用粉末冶金方法,开发了金属膜资料专利制备技术。金属膜资料的精度到达0.03μm,过滤效率达99.999999%。以下图给出了金属膜资料的微观构造和元件。产品已用于气体分别、高纯气体净化、液体净化、气溶胶过滤与净化等。1、金属膜资料制备技术金属膜资料微观构造(a)和元件(b)Microstructureofmembranematerials(a)andelements(b)2、非对称亚微米金属多孔资料制备技术传统的烧结金属粉末滤材孔径普通在3μm以上,无论在过滤精度、还是在大通量方面都很难满足现代工业开展要求。安泰开发了新型高精度、大通量亚微米多孔资料。这种新型的滤材采用梯度构造,即由骨架层、过渡层和任务层组成复合层构造。其中,骨架层支撑过渡层起加强作用,任务层是厚度较薄的小孔层,起过滤作用。这种新型非对称亚微米多孔资料具有很高的过滤精度,同时,由于高精度的任务层很薄(20μm),使得资料的流通性能大大提高3、大型、异型构造粉末冶金多孔资料制备技术大型、异型构造粉末冶金多孔资料是多孔资料新的开展方向。与常规构造粉末冶金多孔资料相比,其在压制成型、烧结等工艺设备的实现方面提出了更高要求和挑战。目前世界上大型、异型构造粉末冶金多孔资料主要经过等静压成型工艺进展消费制备。其根本特点是:由于其为各向同性压制,压坯密度比较均匀;易于实现大型、较长压坯的成型;可在较大范围内调整壁厚;消除了焊接对多孔资料本身所带来的影响,如焊接热影响区易出现的缺陷、热影响区对资料腐蚀性的影响等。4、金属多孔复合催化资料的研制多孔复合催化资料是利用多孔资料良好的孔隙分布、优良的传热特性和兴隆的比外表,与高效催化剂复合制备而成的一种特殊功能资料。它承继了多孔资料的构造和功能特性,具有良好的流体透过才干、丰富的比外表以及可控的流体分布特性,与催化剂的效果结合起来可以极大地提高工业过程的反响速度、提高消费率、降低能耗和简化工艺过程。其工艺过程如下:多孔资料外表处置→负载陶瓷膜(γ-Al2O3)→负载催化剂活性组分(Pd等)研制的多孔金属催化蒸馏构件可以替代传统的CDTECH,运用于催化蒸馏工艺。另外,金属多孔催化资料和过滤元件的研制,还可以用于高温气体的除尘和净化,机动车尾气排放的后处置等。它在对颗粒物进展捕集的同时,还可以反响脱除气体中NOx,VOC等有害组分。实现除尘、脱硝等功能一体化。5、定向凝固多孔资料制备技术金属/气体共晶定向凝固技术(GASAR)由乌克兰科学家Shapovalov发明。Gasar技术被以为是消费多孔金属资料的革命性工艺,不仅具有比传统多孔资料优良的性能特点,比如小的应力集中、高的机械性能、良好的导热才干等,而且具有比一样材质的致密资料高的综合机械性能(密度低,比强度、比模量高)。另外,该项制备工艺还易于经过改动工艺参数,实现对气孔率、气孔大小和分布的控制。〔六〕粉末冶金多孔发汗构造的浸透性能和力学性能用PBR气泡孔径浸透性测定仪检测多孔构造的微孔尺寸。平均微孔直径在3～7μm。由于研讨的多孔发汗构造为非等厚度的回转体构造，为分析其浸透均匀性，沿横截面将发汗冷却喉衬切割成上、中、下3个部分，分别丈量出每个部位的浸透性浸透性主要由孔径和孔隙率决议，对比高温合金和不锈钢粉末资料，其平均孔径〔6.8μm，5.64μm〕、孔隙率〔39%，35%〕较为接近，浸透性也相差较小。发汗冷却喉衬的浸透性随孔隙率的增大而增大，孔隙率对浸透性的影响较大。多孔浸透构造的抗拉强度随孔隙率的增大而下降。而不同资料的延伸率随孔隙率的变化趋势各不一样。不锈钢304和GH22的延伸率随孔隙率的增大而降低，而ZrCu合金的延伸率那么随孔隙率的增大而升高。高温合金和不锈钢的抗拉强度和延伸率均远高于铜合金。经过对高温合金、不锈钢、铜合金3种资料力学性能的对比，高温合金在孔隙率偏高的情况下仍显示了较高的强度优势，且高温合金具有良好的高温抗氧化和抗腐蚀性能。从多孔资料与致密资料的对比情况来看，资料的孔隙率在15%以下，其抗拉强度能到达一样致密资料的50%以上，但延伸率与致密资料相比相差较多，只能到达30%左右，主要由于多孔资料表现为脆性断裂，对资料的延伸率影响很大。由于铜合金的导热率远高于不锈钢和高温合金资料，当作为热防护资料时铜合金仍具有优势，虽然其强度低于高温合金和不锈钢资料，但对于构造强度要求不是太高的熄灭安装内衬等高热流强部位，适宜采用铜合金多孔资料；对于构造强度要求较高的热防护安装，也可以采用高温合金或不锈钢多孔资料，由于此时多孔构造主要用于发汗冷却或膜冷却，这种冷却方式冷却效率高，调整构造参数和任