Pulvermetallurgie ist ein Verfahren zur Herstellung von Metallpulver und der Verwendung von Metallpulver (oder einer Mischung aus Metall und Nichtmetall) als Rohmaterial, um Teile und Produkte durch Formen und Sintern zu erhalten. Als Hauptrohstoff der Industrie wird Metallpulver in den Bereichen Maschinenbau, Metallurgie, chemische Industrie und Materialien für die Luft- und Raumfahrt eingesetzt. Metallpulver ist der grundlegende Rohstoff der Pulvermetallurgie. Seine Leistung und Qualit?t bestimmen die Entwicklung der Pulvermetallurgieindustrie.

Metallpulver ist normalerweise eine Ansammlung von Metallpartikeln mit einer Gr??e von weniger als 1 mm. Es gibt keine einheitliche Bestimmung für die Aufteilung des Granularit?tsintervalls. Das übliche Klassifikationsverfahren ist wie folgt: Die Partikel mit einer Partikelgr??e von 1000 ~ 50 &mgr;m sind herk?mmliche Pulver; 50 ~ 10 μm feines Pulver; 10 ~ 0,5 μm wird als sehr feines Pulver bezeichnet < 0,5 μm wird als ultrafeines Pulver bezeichnet; 0,1 ~ 100 nm wird als Nanopulver bezeichnet. Jedes Pulverteilchen kann ein Kristall sein oder aus vielen Kristallen zusammengesetzt sein, abh?ngig von der Teilchengr??e und dem Herstellungsverfahren.

2. Herstellungsverfahren für Metallpulver

Derzeit gibt es Dutzende von Verfahren zur industriellen Herstellung von Pulver, aber nach der inhaltlichen Analyse des Produktionsprozesses wird es haupts?chlich in zwei Kategorien unterteilt: mechanische Verfahren und physikalisch-chemische Verfahren. Es kann nicht nur aus der direkten Raffination fester, flüssiger und gasf?rmiger Metalle gewonnen werden, sondern auch aus der Reduktion, Pyrolyse und elektrolytischen Umwandlung von Metallverbindungen in verschiedene Zust?nde. Carbide, Nitride, Boride und Silicide von Refrakt?rmetallen k?nnen im Allgemeinen direkt durch chemische Kombination oder reduzierende chemische Kombination hergestellt werden. Aufgrund unterschiedlicher Aufbereitungsmethoden sind Form, Struktur und Partikelgr??e ein und desselben Pulvers oft sehr unterschiedlich.

Die Wahl des Herstellungsverfahrens für Metallpulver h?ngt von den Rohstoffen, der Pulverart, den Leistungsanforderungen der Pulvermaterialien und der Effizienz der Pulverproduktion ab. Mit der immer umfangreicheren Anwendung von pulvermetallurgischen Produkten werden die Anforderungen an Gr??e, Form und Eigenschaften von Pulverpartikeln immer h?her. Daher wird auch die Pulveraufbereitungstechnologie weiterentwickelt und innoviert, um die Anforderungen an Partikelgr??e und -eigenschaften zu erfüllen.

2.1 mechanisch-physikalische Methode

Das mechanische Verfahren ist ein Verarbeitungsverfahren, bei dem Metall mit Hilfe ?u?erer mechanischer Kraft in Pulver mit der erforderlichen Partikelgr??e zerkleinert wird. Die chemische Zusammensetzung des Materials bleibt w?hrend des Aufbereitungsprozesses im Wesentlichen unver?ndert. Gegenw?rtig sind Kugelmahlen und Schleifen die allgemein verwendeten Verfahren, die die Vorteile eines einfachen Prozesses und einer gro?en Leistung haben. Es kann einige ultrafeine Pulver aus Metallen und Legierungen mit hohem Schmelzpunkt herstellen, die mit herk?mmlichen Methoden schwer zu erhalten sind.

2.1.1 Kugelmahlverfahren

Mechanismus: Das Kugelmahlverfahren wird haupts?chlich in Rollkugelverfahren und Vibrationskugelmahlverfahren unterteilt. Dieses Verfahren macht sich den Mechanismus zunutze, dass Metallpartikel aufgrund von Dehnung bei unterschiedlichen Dehnungsraten gebrochen und verfeinert werden.

Anwendung: Dieses Verfahren ist haupts?chlich auf die Herstellung von Sb-, Cr-, Mn-, Fe-Cr-Legierungen und anderen Pulvern anwendbar.

Vor- und Nachteile: Es hat die Vorteile eines Dauerbetriebs und einer hohen Produktionseffizienz. Es ist für Trockenschliff und Nassschliff geeignet. Es kann das Pulver einer Vielzahl von Metallen und Legierungen vorbereiten. Der Nachteil besteht darin, dass die Selektivit?t der Materialien nicht stark ist und es schwierig ist, im Prozess der Pulverherstellung zu klassifizieren.

Abb. 1 TEM-Fotos von Antimonpulverproben, die durch Kugelmahlen für 12 h (a), 18 h (b) und 24 h (c) bei 150 U/min erhalten wurden

2.1.2 Schleifverfahren

Mechanismus: Das Schleifverfahren besteht darin, das komprimierte Gas in den Schleifbereich zu sprühen, nachdem es durch eine spezielle Düse geleitet wurde, um die Materialien im Schleifbereich dazu zu bringen, miteinander zu kollidieren und zu Pulver zu reiben; Nachdem sich der Luftstrom ausgedehnt hat, tritt er mit dem Aufsteigen von Materialien in den Klassifizierungsbereich ein, und die Materialien, die die Partikelgr??e erreichen, werden vom Wirbelklassierer aussortiert. Das verbleibende grobe Pulver kehrt zum Mahlen in den Mahlbereich zurück, bis die erforderliche Partikelgr??e abgeschieden ist.

Anwendung: Es wird h?ufig zum Feinstmahlen von nichtmetallischen, chemischen Rohstoffen, Pigmenten, Schleifmitteln, Arzneimitteln und anderen Industrien eingesetzt.

Vor- und Nachteile: Da das Mahlverfahren eine Trockenproduktion annimmt, entfallen die Dehydratisierung und Trocknung von Materialien; Das Produkt hat eine hohe Reinheit, eine hohe Aktivit?t, eine gute Dispersion, eine feine Teilchengr??e und eine enge Verteilung, und die Teilchenoberfl?che ist glatt. Das Mahlverfahren hat jedoch auch einige Nachteile, wie z. B. hohe Herstellungskosten für die Ausrüstung, st?ndiges Inertgas oder Stickstoff, das als Druckgasquelle im Herstellungsprozess von Metallpulver verwendet werden muss, gro?er Gasverbrauch, der nur zum Zerkleinern und Pulverisieren von Spr?den geeignet ist Metalle und Legierungen.

2.1.3 Zerst?ubungsverfahren

Mechanismus: Das Zerst?ubungsverfahren verwendet im Allgemeinen Hochdruckgas, Hochdruckflüssigkeit oder rotierende Hochgeschwindigkeitsschaufeln, um das geschmolzene Metall oder die geschmolzene Legierung bei hoher Temperatur und hohem Druck in feine Tr?pfchen zu brechen und dann im Kollektor zu kondensieren, um ultrafeines Metall zu erhalten Pulver. Bei diesem Vorgang findet keine chemische Ver?nderung statt. Die Zerst?ubung ist eine der wichtigsten Methoden zur Herstellung von Metall- und Legierungspulver. Es gibt viele Zerst?ubungsmethoden, wie Doppelstromzerst?ubung, Zentrifugalzerst?ubung, Mehrstufenzerst?ubung, Ultraschallzerst?ubungstechnologie, Dichtkopplungszerst?ubungstechnologie, Hochdruckgaszerst?ubung, Laminarstr?mungszerst?ubung, Ultraschallzerst?ubung mit enger Kopplung und Hei?gaszerst?ubung.

Anwendung: Das Zerst?ubungsverfahren wird normalerweise bei der Herstellung von Metallpulvern wie Fe, Sn, Zn, Pb und Cu sowie bei der Herstellung von Legierungspulvern wie Bronze, Messing, Kohlenstoffstahl und legiertem Stahl verwendet. Das Zerst?ubungsverfahren erfüllt die besonderen Anforderungen von Metallpulver für 3D-Druck-Verbrauchsmaterialien. Abbildung 3 zeigt die Mikrostruktur von Edelstahlpulver eines deutschen Herstellers.

Vor- und Nachteile: Zerst?ubtes Pulver hat die Vorteile hoher Rundheit, kontrollierbarer Pulverpartikelgr??e, niedrigem Sauerstoffgehalt, niedrigen Produktionskosten und Anpassungsf?higkeit an die Produktion verschiedener Metallpulver. Es ist zur Hauptentwicklungsrichtung der Technologie zur Herstellung von Hochleistungs- und Speziallegierungspulvern geworden. Das Zerst?ubungsverfahren hat jedoch die Nachteile einer geringen Produktionseffizienz, einer geringen Ausbeute an ultrafeinem Pulver und eines relativ hohen Energieverbrauchs.

Abb. 2 Mikrostruktur von 3D-gedrucktem Edelstahlpulver eines deutschen Herstellers

2.2 Physikalisch-chemische Methode

Das physikalisch-chemische Verfahren bezieht sich auf das Herstellungsverfahren von ultrafeinem Pulver durch ?nderung der chemischen Zusammensetzung oder des Agglomerationszustands von Rohstoffen im Prozess der Pulverherstellung. Nach verschiedenen chemischen Prinzipien kann es in Reduktionsverfahren, Elektrolyseverfahren und chemische Ersatzverfahren unterteilt werden.

2.2.1 Reduktionsverfahren

Mechanismus: Reduktionsverfahren ist ein Verfahren zur Herstellung von Metall- oder Legierungspulver durch Reduktion von Metalloxiden oder Metallsalzen mit einem Reduktionsmittel unter bestimmten Bedingungen. Es ist eines der am h?ufigsten verwendeten Pulverherstellungsverfahren in der Produktion. übliche Reduktionsmittel schlie?en Gasreduktionsmittel (wie Wasserstoff, zersetztes Ammoniak, umgewandeltes Erdgas usw.), feste Kohlenstoffreduktionsmittel (wie Holzkohle, Koks, Anthrazit usw.) und Metallreduktionsmittel (wie Calcium, Magnesium, Natrium usw.). Das Hydrierungs-Dehydrierungsverfahren mit Wasserstoff als Reaktionsmedium ist das repr?sentativste Herstellungsverfahren. Es nutzt die Eigenschaften der einfachen Hydrierung von Rohmetall, um das Metall mit Wasserstoff bei einer bestimmten Temperatur zu hydrieren, um Metallhydrid zu erzeugen, und bricht dann das erhaltene Metallhydrid durch ein mechanisches Verfahren in Pulver mit der gewünschten Partikelgr??e. Dann wird der Wasserstoff im zerkleinerten Metall Hydridpulver wird unter Vakuum entfernt, um das Metallpulver zu erhalten.

Anwendung: Wird haupts?chlich zur Herstellung von Metallpulvern (Legierungen) wie Ti, Fe, W, Mo, Nb und W-Re verwendet. Beispielsweise beginnt Titan (Pulver) bei einer bestimmten Temperatur heftig mit Wasserstoff zu reagieren. Wenn der Wasserstoffgehalt gr??er als 2,31 TP2T ist, ist das Hydrid locker und l?sst sich leicht zu feinen Partikeln aus Titanhydridpulver zerkleinern. Titanpulver kann erhalten werden, indem es bei einer Temperatur von etwa 700 ° C zersetzt und der gr??te Teil des im Titanpulver gel?sten Wasserstoffs entfernt wird.

Vor- und Nachteile: Die Vorteile sind einfache Bedienung, einfache Steuerung der Prozessparameter, hohe Produktionseffizienz und niedrige Kosten, die für die industrielle Produktion geeignet sind; Der Nachteil ist, dass es nur auf Metallmaterialien anwendbar ist, die leicht mit Wasserstoff reagieren und nach Wasserstoffaufnahme spr?de und brüchig werden.

2.2.2 Elektrolyseverfahren

Mechanismus: Die Elektrolyse ist ein Verfahren zur Abscheidung und Ausf?llung von Metallpulver an der Kathode durch Elektrolyse von geschmolzenem Salz oder einer w?ssrigen Salzl?sung.

Anwendung: Elektrolytische w?ssrige L?sung kann Metallpulver (Legierungen) wie Cu, Ni, Fe, Ag, Sn und Fe Ni produzieren, und elektrolytisches geschmolzenes Salz kann Metallpulver wie Zr, Ta, Ti und Nb produzieren.

Vor- und Nachteile: Der Vorteil besteht darin, dass die Reinheit des hergestellten Metallpulvers hoch ist und die Reinheit des allgemeinen Elementarpulvers mehr als 99,71 TP2T erreichen kann. Darüber hinaus kann das Elektrolyseverfahren die Partikelgr??e des Pulvers gut steuern und ultrafeines Pulver erzeugen. Der Energieverbrauch der elektrolytischen Pulverisierung ist jedoch gro? und die Pulverisierungskosten sind hoch.
Abb. 4 Vorrichtung zur Herstellung von Eisenpulver durch Ultraschallelektrolyse

2.2.3 Hydroxylmethode

Mechanismus: Einige Metalle (Eisen, Nickel usw.) und Kohlenmonoxid werden zu Metallcarbonylverbindungen synthetisiert, die erneut erhitzt und zu Metallpulver und Kohlenmonoxid zersetzt werden.

AnwendungaAnwendung: In der Industrie werden daraus haupts?chlich feine und ultrafeine Nickel- und Eisenpulver sowie Legierungspulver wie Fe Ni, Fe Co und Ni Co hergestellt

Vor- und Nachteile: Das so hergestellte Pulver ist sehr fein und hochrein, aber die Kosten sind hoch.

2.2.4 chemische Ersatzmethode

Mechanismus: Das chemische Ersatzverfahren besteht darin, das weniger aktive Metall aus der Metallsalzl?sung durch das hochaktive Metall entsprechend der Aktivit?t des Metalls zu ersetzen und das durch Ersatz mit anderen Verfahren erhaltene Metall (Metallpulver) weiter zu behandeln und zu veredeln.

Anwendung: Dieses Verfahren wird haupts?chlich zur Herstellung von inaktiven Metallpulvern wie Cu, Ag und Au angewendet.

Die Zusammenfassung der Herstellungsverfahren für Metallpulver ist in Tabelle 1 dargestellt.

3. Zusammenfassung

Mit dem technologischen Fortschritt wurde Metallpulver entwickelt und in der Metallurgie, chemischen Industrie, Elektronik, magnetischen Materialien, Feinkeramik, Sensoren usw. eingesetzt, was gute Anwendungsaussichten zeigt, und Metallpulver zeigt einen Entwicklungstrend in Richtung hoher Reinheit und Ultra -fein (nano). Obwohl die Herstellungsverfahren für ultrafeines Metallpulver vielf?ltig sind und unterschiedliche Verfahren gem?? der Anwendung und den wirtschaftlichen und technischen Anforderungen ausgew?hlt werden k?nnen, weist jedes Verfahren bestimmte Einschr?nkungen auf und viele Probleme müssen gel?st und verbessert werden. Gegenw?rtig sind die am weitesten verbreiteten Verfahren zur Herstellung von Metallpulver das Reduktionsverfahren, das Elektrolyseverfahren und das Zerst?ubungsverfahren; Darüber hinaus wurden basierend auf der Verbesserung des traditionellen Produktionsprozesses viele neue Produktionsprozesse und -verfahren entwickelt, wie z. B. Vakuumverdampfungskondensationsverfahren, Ultraschallzerst?ubungsverfahren, Rotationsscheibenzerst?ubungsverfahren, Doppelwalzen- und Dreiwalzenzerst?ubungsverfahren, Mehrstufenzerst?ubungsverfahren B. Plasmarotationselektrodenverfahren, Lichtbogenverfahren usw. Bei den Herstellungsverfahren für Metallpulver gibt es, obwohl viele Verfahren in der Praxis angewendet wurden, immer noch zwei Hauptprobleme, n?mlich einen kleinen Ma?stab und hohe Produktionskosten. Um die Entwicklung und Anwendung von Metallpulvermaterialien zu f?rdern, ist es notwendig, unterschiedliche Verfahren umfassend zu nutzen, voneinander zu lernen und Prozessverfahren mit gr??erer Produktion und niedrigeren Kosten zu entwickeln.