Метод приготовления металлического порошка

Порошковая металлургия — это процесс приготовления металлического порошка и использования металлического (или смеси металла и неметалла) порошка в качестве сырья для получения деталей и изделий путем формования и спекания. Металлический порошок как основное сырье для промышленности широко используется в области машиностроения, металлургии, химической промышленности и аэрокосмических материалов. Металлический порошок является основным сырьем для порошковой металлургии, а его выход и качество определяют развитие порошковой металлургии.

Металлический порошок обычно представляет собой совокупность металлических частиц размером менее 1 мм. Не существует единого правила для разделения диапазона размеров частиц. Обычно используемый метод разделения следующий: частицы размером 1000~50 мкм являются обычными порошками; 50~10 мкм называются тонкими порошками; 10~0,5 мкм называются сверхтонкими порошками; <0,5 мкм называются сверхтонкими порошками; 0,1~100 нм называются наноразмерными порошками. Каждая частица порошка может быть кристаллом или состоять из множества кристаллов, в зависимости от размера частиц и способа приготовления.

Методы приготовления металлических порошков В настоящее время существуют десятки методов промышленного производства порошков, но с точки зрения фактического анализа процесса производства они в основном делятся на две категории: механические и физические методы и физико-химические методы. Они могут быть получены путем прямого рафинирования твердых, жидких и газообразных металлов, а также могут быть получены из металлических соединений в различных состояниях путем восстановления, пиролиза и электролиза. Карбиды, нитриды, бориды и силициды тугоплавких металлов, как правило, могут быть получены непосредственно методами химического комбинирования или восстановительно-комбинированными методами. Из-за различных методов приготовления форма, структура и размер частиц одного и того же порошка часто сильно различаются.

Механический и физический метод

Метод шаровой мельницы

Механизм: Метод шаровой мельницы в основном делится на метод прокатки шаров и метод вибрационной шаровой мельницы. Этот метод использует механизм, при котором металлические частицы деформируются, разрушаются и измельчаются при различных скоростях деформации.

Применение: Этот метод в основном подходит для приготовления порошков, таких как Sb, Cr, Mn, сплавы Fe-Cr и т. д.

Преимущества и недостатки: Преимуществами являются непрерывная работа, высокая производительность, пригодность для сухого и мокрого измельчения, а также возможность использования для приготовления порошков различных металлов и сплавов. Недостатком является то, что селективность материала невелика, и его трудно классифицировать в процессе приготовления порошка.

Метод шлифования

Механизм: Метод измельчения заключается в распылении сжатого газа в зону измельчения после прохождения через специальную форсунку, тем самым заставляя материалы в зоне измельчения сталкиваться друг с другом и перетираться в порошок; воздушный поток расширяется и поднимается вместе с материалом в зону классификации, а турбинный классификатор отбирает материал, достигший размера частиц, а оставшийся грубый порошок возвращается в зону измельчения для дальнейшего измельчения до тех пор, пока не будут отделены частицы требуемого размера.

Применение: Широко используется для сверхтонкого измельчения в неметаллической, химической, сырьевой, пигментной, абразивной, медицинской и других отраслях промышленности.

Преимущества и недостатки: Поскольку метод измельчения использует сухое производство, дегидратация и сушка материалов исключаются; его продукты имеют высокую чистоту, высокую активность, хорошую дисперсность, мелкий размер частиц и узкое распределение, а также гладкую поверхность частиц. Однако метод измельчения также имеет недостатки, такие как высокая стоимость производства оборудования. В процессе производства металлического порошка в качестве источника сжатого газа необходимо использовать непрерывный инертный газ или азот, расход газа большой, и он подходит только для дробления и измельчения хрупких металлов и сплавов.

Метод распыления

Механизм: Метод распыления обычно использует газ высокого давления, жидкость высокого давления или вращающиеся с высокой скоростью лезвия для разбиения металла или сплава, расплавленного под воздействием высокой температуры и высокого давления, на мелкие капли, а затем конденсации в коллекторе для получения сверхтонкого металлического порошка. Этот процесс не вызывает химических изменений. Метод распыления является одним из основных методов получения порошков металлов и сплавов. Существует много методов распыления, таких как двухпоточная атомизация, центробежная атомизация, многоступенчатая атомизация, технология ультразвукового распыления, технология плотно связанного распыления, газовое распыление высокого давления, ламинарное распыление, ультразвуковое плотно связанное распыление и распыление горячим газом.

Применение: Метод распыления обычно используется при производстве металлических порошков, таких как Fe, Sn, Zn, Pb, Cu, а также может использоваться для производства порошков сплавов, таких как бронза, латунь, углеродистая сталь и легированная сталь. Метод распыления отвечает особым требованиям металлических порошков для расходных материалов для 3D-печати.

Преимущества и недостатки: Распыленный порошок имеет преимущества высокой сферичности, контролируемого размера частиц порошка, низкого содержания кислорода, низкой себестоимости производства и адаптируемости к производству различных металлических порошков. Он стал основным направлением развития высокопроизводительной и специальной технологии приготовления порошка из сплавов, но метод распыления имеет недостатки низкой эффективности производства, низкого выхода сверхтонкого порошка и относительно большого потребления энергии.

Физико-химический метод

Метод редукции

Механизм: Метод восстановления - это метод восстановления оксидов металлов или солей металлов при определенных условиях для получения порошков металлов или сплавов. Это один из наиболее широко используемых методов изготовления порошков в производстве. Обычно используемые восстановители включают газовые восстановители (такие как водород, разложенный аммиак, преобразованный природный газ и т. д.), твердые углеродные восстановители (такие как древесный уголь, кокс, антрацит и т. д.) и металлические восстановители (такие как кальций, магний, натрий и т. д.). Наиболее представительным методом подготовки является метод гидрирования-дегидрирования с водородом в качестве реакционной среды. Он использует легкое свойство гидрирования сырого металла, чтобы заставить металл реагировать с водородом при определенной температуре для получения гидрида металла, а затем механически измельчить полученный гидрид металла в порошок желаемого размера частиц, а затем удалить водород из измельченного порошка гидрида металла в условиях вакуума для получения металлического порошка.

Применение: В основном используется при приготовлении металлических (сплавных) порошков, таких как Ti, Fe, W, Mo, Nb, W-Re и т. д. Например, металлический титан (порошок) начинает бурно реагировать с водородом при определенной температуре. Когда содержание водорода превышает 2,3%, гидрид становится рыхлым и легко измельчается в мелкие частицы порошка гидрида титана. Порошок гидрида титана разлагается при температуре около 700°C, и большая часть водорода, растворенного в порошке титана, удаляется для получения порошка титана.

Преимущества и недостатки: Преимуществами являются простота эксплуатации, легкость контроля параметров процесса, высокая эффективность производства, низкая стоимость и пригодность для промышленного производства; недостатком является то, что он подходит только для металлических материалов, которые легко реагируют с водородом и становятся хрупкими и легко ломаются после поглощения водорода.

Метод электролиза

Механизм: Метод электролиза — это метод осаждения металлических порошков на катоде путем электролиза расплавленной соли или водного раствора соли.

Применение: Электролиз водного раствора может производить порошки металлов (сплавов), таких как Cu, Ni, Fe, Ag, Sn, Fe-Ni и т. д., а электролиз расплавленной соли может производить порошки металлов, таких как Zr, Ta, Ti, Nb и т. д.

Преимущества и недостатки: Его преимущество в том, что чистота полученного металлического порошка высока, а чистота общего порошка одного вещества может достигать более 99,7%; кроме того, метод электролиза может хорошо контролировать размер частиц порошка и может производить сверхтонкий порошок. Однако метод электролиза потребляет много электроэнергии и имеет высокую стоимость производства порошка.

Гидроксильный метод

Механизм: Некоторые металлы (железо, никель и т. д.) синтезируются с оксидом углерода с образованием соединений карбонилов металлов, которые затем термически разлагаются на металлические порошки и оксид углерода.

Применение: в основном используется в промышленности для производства тонких и ультратонких порошков никеля и железа, а также порошков сплавов, таких как Fe-Ni, Fe-Co и Ni-Co.

Преимущества и недостатки: Полученный таким образом порошок очень мелкий и высокой чистоты, но его стоимость высока.

Метод химического замещения

Механизм: Метод химического замещения заключается в замене менее активного металла из раствора соли металла на более активный металл в соответствии с активностью металла и дальнейшей очистке металла (металлического порошка), полученного путем замещения, другими методами.

Применение: Этот метод в основном используется для приготовления неактивных металлических порошков, таких как Cu, Ag и Au.