粉末冶金的制造工艺主要包括以下步骤:
制粉
还原法:利用还原剂将金属氧化物还原成金属粉末。如在氢气气氛中加热氧化铁,使其还原为铁粉,常用于生产铁粉、钨粉等。具有成本低、产量大等优点,但粉末纯度和粒度控制相对较难。
雾化法:将熔融金属通过高压气体或液体雾化成细小的液滴,随后快速冷却凝固成金属粉末。可分为气体雾化和水雾化,生产的粉末呈球形或近球形,流动性好,适用于制造高性能合金粉末和金属注射成型用粉,但设备投资较大。
电解法:在电解质溶液中,通过电解金属盐溶液或熔盐,使金属离子在阴极上还原沉积形成金属粉末。能生产出高纯度、细粒度的金属粉末,如电解铜粉、电解铁粉等,但生产效率较低,成本较高。
混料
干式混合:将不同成分的粉末在干燥状态下放入混合设备中进行搅拌混合。适用于简单的粉末混合,设备简单、成本低,但混合均匀性相对较差,常用于对混合均匀度要求不高的产品。
湿式混合:将粉末与适量的液体介质(如酒精、水等)混合成膏状或浆状,然后在搅拌设备中进行充分混合。混合效果好,能使粉末更加均匀地混合,但后续需要干燥处理,增加了工艺复杂性和成本,常用于对混合均匀度要求较高的产品。
半干式混合:介于干式和湿式之间,在粉末中加入少量的液体润滑剂或粘结剂进行混合,以改善粉末的成型性和流动性,同时减少粉尘飞扬。
成型
模压成型:将混合好的粉末装入模具中,在一定压力下使其成型为具有一定形状、尺寸和密度的坯块。压力通常在 15-600MPa 之间,可根据产品要求调整。该方法生产效率高、成本低,适用于大批量生产形状简单、尺寸较大的粉末冶金零件,但模具成本较高,对复杂形状零件的成型有一定限制。
等静压成型:对于一些形状复杂、难以用模压成型的零件,可将粉末装入弹性模具中,放入高压容器中,通过液体介质均匀施加压力,使粉末在各个方向上受到相同的压力而压实成型。能生产出密度高、形状复杂的零件,但设备投资大,生产效率相对较低。
金属注射成型(MIM):将金属粉末与粘结剂混合制成具有良好流动性的注射料,通过注射机注入模具型腔中成型。可以生产出形状复杂、精度高的零件,但工艺复杂,成本较高,常用于制造小型、精密的粉末冶金零件。
3D 打印:利用激光或电子束等热源选择性地熔化或烧结粉末材料,逐层堆积形成三维零件。可实现复杂结构的快速制造,但设备和材料成本高,生产效率相对较低,目前主要用于高端、定制化的粉末冶金产品制造。
烧结
单元系烧结:对于单一成分的粉末压坯进行烧结,在保护气氛的高温炉或真空炉中进行,烧结温度比所用金属及合金的熔点低。使粉末颗粒间通过扩散、再结晶、熔焊、化合、溶解等一系列物理化学过程,成为具有一定孔隙度的冶金产品。
多元系烧结:针对由多种金属或合金粉末组成的压坯进行烧结,分为固相烧结和液相烧结。对于多元系的固相烧结,烧结温度比所用的金属及合金的熔点低;对于多元系的液相烧结,烧结温度一般比其中难熔成分的熔点低,而高于易熔成分的熔点。
松装烧结:将粉末松散地装入烧结炉中进行烧结,不施加压力。适用于制造多孔材料或过滤器等产品,可获得较高的孔隙率和透气性。
熔浸法:将低熔点金属或合金在高温下熔化并渗入到多孔的粉末冶金坯体中,填充孔隙并与坯体中的金属形成冶金结合。可提高制品的密度、强度和耐磨性等性能,常用于制造硬质合金刀具、含油轴承等产品。
热压法:在粉末压制和烧结过程中同时施加压力和热量,使粉末在高温高压下快速致密化。能显著提高制品的密度和性能,减少孔隙率,但设备复杂,成本较高,常用于制造高性能的粉末冶金材料和零件,如陶瓷刀具、金属陶瓷等。
后处理
精整:对烧结后的零件进行尺寸精度调整和表面修整,如采用精压、滚压等工艺,提高零件的尺寸精度和表面质量。
浸油:对于一些含油轴承等需要自润滑性能的零件,将其浸泡在润滑油中,使润滑油渗入孔隙中,提高零件的润滑性能和耐磨性。
机加工:对烧结后精度要求较高、形状复杂的零件进行少量的机械加工,如钻孔、攻丝、铣削等,以满足最终产品的尺寸和精度要求。
热处理:通过淬火、回火、表面淬火等热处理工艺,改善粉末冶金零件的组织结构和性能,提高其硬度、强度、韧性等力学性能。
电镀:对零件进行电镀处理,可提高零件的耐腐蚀性、耐磨性和装饰性等,如镀镍、镀铬、镀锌等。
粉末冶金、金属注射成型、粉末冶金齿轮
光铭集团专注于金属成形技术及耐磨材料的研发制造,主营产品包括金属压制成形及注射成形粉末冶金制品。
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