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粉末冶金齿轮生产时所需的金属粉末生产工艺

作者:翔宇粉末冶金制品

发布时间:2022-08-04

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导读:铁粉生产,在吨位方面,用于PM结构件生产的铁粉生产使所有有色金属粉末的总产量相形见绌。几乎所有的铁粉都是通过两种工艺之一生产的。海绵铁工艺这些工艺中建立时间最长的是海绵铁工艺,这是涉及氧化物固态还原的一系列工艺的主要例子。在此过程中,将选定的磁铁矿(Fe3O4)矿石与焦炭和石灰混合并置于碳化硅蒸馏罐中。然后

铁粉生产,在吨位方面,用于PM结构件生产的铁粉生产使所有有色金属粉末的总产量相形见绌。几乎所有的铁粉都是通过两种工艺之一生产的。

海绵铁工艺

这些工艺中建立时间最长的是海绵铁工艺,这是涉及氧化物固态还原的一系列工艺的主要例子。在此过程中,将选定的磁铁矿(Fe3O4)矿石与焦炭和石灰混合并置于碳化硅蒸馏罐中。

然后,填充的蒸馏器通过一个长窑,在那里还原过程留下铁“蛋糕”和炉渣。在后续步骤中,将蒸馏器清空,将还原的铁海绵从炉渣中分离出来,然后被粉碎和退火。

所得粉末在颗粒形状上高度不规则,因此确保了良好的“生坯强度”,因此在烧结之前可以很容易地处理模压压坯,并且每个颗粒都含有内部孔隙(因此称为“海绵”),因此在低压实密度水平下可以获得良好的生坯强度。

海绵铁为所有铁基自润滑轴承提供基础原料,并且仍占粉末冶金结构件中铁粉使用量的30%左右。

固态还原也用于生产难熔金属粉末,使用氢气作为还原剂,以及通过还原轧机规模(再次使用氢气)来生产专业铁粉。

水雾化产生的铁粉颗粒(ASC100.29)的典型形态(由瑞典Höganäs AB提供)

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水雾化

在PM结构件密度水平提高的趋势的推动下,海绵铁粉越来越多地被水雾化产生的粉末所取代。

雾化涉及通过撞击流体(液体或气体)的高能射流来分解薄薄的熔融金属流。水是雾化中最常用的液体。

水雾化铁粉也具有不规则的颗粒形状,因此具有良好的生坯强度。与海绵铁不同,单个粉末颗粒不含内部孔隙率,并且由于退火工艺的广泛发展,具有优异的可压缩性(参见成型工艺部分)。因此,水雾化粉末是粉末冶金结构件中寻求高生坯密度的首选材料。

有色金属粉末生产

惰性气体雾化

有色金属粉末是通过多种方式生产的。其中最重要的是另一个雾化过程,这次使用惰性气体作为雾化流体。在惰性气体雾化中,产生的颗粒形状取决于表面张力在凝固前对熔融液滴产生影响的可用时间,如果使用低热容量气体(氮气和氩气是最常见的),则延长该时间并产生球形粉末形状。

球形粉末在热等静压中特别有用(参见成型工艺部分),其中生坯强度不是问题,但容器中粉末的初始堆积密度显着。

紧耦合雾化

雾化喷嘴设计可以提供自由落体或紧密耦合雾化。在紧密耦合(或密闭)雾化中,对浇注喷嘴和雾化头的设计进行调整,以便气体射流和熔化流的冲击发生在喷嘴出口正下方,几乎没有自由落体高度。雾化技术的这种变体已被证明对于生产各种应用的细粉特别有用,包括金属注射成型。

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等离子体雾化

由PyroGenesis开发的等离子体雾化工艺使用>10,000°C的氩等离子体炬将钛和其他金属熔化并雾化成细小液滴。该工艺的特点是使用金属丝作为其原料生产高流动性和非常纯净的球形金属粉末。这种方法确保了高水平的可追溯性,允许在生物医学和航空航天领域的应用。

离心雾化

“雾化家族”的另一个分支包括许多离心雾化过程。基本上有两种类型的此类过程;在第一种类型中,一杯熔融金属高速旋转或允许熔融金属流落到旋转的圆盘或锥体上;在第二种类型中,旋转电极工艺(REP),旋转金属棒,自由端逐渐被钨电极的电弧熔化。如果涉及等离子弧,该过程称为PREP(等离子体旋转电极工艺),这是钛粉生产的主要候选者。

还有其他一些粉末生产技术具有应用领域。

电解

电解是生产金属粉末的一种手段,最常用于制造专业应用的铜粉。电解粉末是通过遵循电镀中使用的原理生产的,条件改变以产生松散的粉末状沉积物,而不是光滑的粘附固体层。松散地粘附在阴极上的粉末沉积物的形成有利于电解质中的低金属离子浓度,高酸浓度和高阴极电流密度。起始材料为纯金属阳极。

机械粉碎

脆性材料可以在球磨机、锤式粉碎机或研磨机中粉碎以形成粉末。金属间化合物和铁合金通常以这种方式加工。作为这种方法的变体,氢化物 - 脱水(HDH)钛合金粉末可以通过使合金以固体形式与氢反应形成脆性氢化物来生产,然后可以粉碎和脱水,以及Nd-Fe-B磁性合金的氢衰减,这可能导致固体合金的自发衰减。

羰基和化学转化

最后,还有一系列化学转化过程,其中主要例子是用于生产细镍或铁粉的羰基工艺。在此过程中,粗金属在压力下与CO反应形成羰基,羰基在反应温度下呈气态,但在升温和降低压力时分解沉积金属。

其他化学转化工艺包括:

由热分解铂氯化铵产生的海绵制成的铂粉末的制造。Sherritt-Gordon工艺,用于通过在压力下氢还原镍盐溶液来制造镍粉。通过向硝酸银溶液中加入还原剂,可以从可溶性盐(例如银)溶液中沉淀金属的化学沉淀。

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