Информационная помощь Администратора портала Информационная помощь Администратора портала
Информационная поддержка — сюда относится всё, что связано с содержанием сайта: контент, графика, наполнение.

Передовые технологии порошковой металлургии


Порошковая металлургия - относительно старая технология, так как некоторые испытания датируются как минимум 3000 г. до н. Э. Технологическое значение этой отрасли начинается в начале 20 века. На сегодняшний день он претерпел значительные изменения благодаря процессу горячего изостатического прессования, который позволяет достичь изотропной структуры, литью металла под давлением и другим методам получения чистой формы по сравнению с методами, используемыми для получения наноструктурированных материалов.

Среди этих методов, вероятно, наиболее важную роль играют механическое легирование для производства порошка и искровое плазменное спекание для его упрочнения. Эти методы применяются для производства высокоэнтропийного сплава Ni-Co-Cr-Fe-Ti Моравчик и др. [1]. Результаты этой статьи показывают, что Ti увеличивает прочность сплавов за счет упрочнения твердого раствора, достигая предела прочности на разрыв прибл. 1600 МПа вместе с пластичностью 9%, даже если в материале есть оксидные включения. Представленные результаты могут привести к созданию новых устойчивых к включению материалов в будущем. Три статьи в специальном выпуске посвящены обработке материалов на основе Fe-Al-Si одним и тем же набором методов [2–4]. Сплавы Fe-Al-Si демонстрируют очень хорошую стойкость к окислению против высокотемпературного окисления. Как и бинарные сплавы Fe-Al и некоторые другие алюминидные системы, эти материалы демонстрируют аномалию не только предела текучести, но и предела прочности на разрыв. Это означает, что эти механические свойства увеличиваются с повышением температуры в некоторых температурных интервалах (для этих сплавов при 400–500 ◦C). Это увеличение прочности также сопровождается значительной пластичностью, даже несмотря на то, что эти сплавы хрупкие при комнатной температуре. 

Вместе с стойкостью к окислению и термической стабильностью это означает, что эти сплавы, вероятно, могут быть использованы, например, в качестве выпускных клапанов двигателей внутреннего сгорания [2]. Свойства этого сплава могут быть дополнительно улучшены путем добавления комбинации молибдена с никелем или титаном. Это приводит к очень хорошим трибологическим свойствам, что приводит к значительно более низкой скорости износа, чем в случае высокоэффективных инструментальных сталей [3]. Чех и др. исследовали, как состав порошка исходного материала влияет на структуру и свойства сплавов Fe-Al-Si [4]. Авторы сравнивают использование элементных порошков (Fe, Al, Si) с предварительно легированными (сплавы Fe-Al, Fe-Si и Al-Si). Существенных различий в фазовом составе и микроструктуре продуктов в зависимости от порошкового состава исходного сырья нет. 

Однако использование более мягких элементарных порошков сокращает процесс механического легирования. Предварительно легированный порошок Fe-Al улучшил вязкость разрушения сплава. Сплавы Ti-Al и Ti-Al-Si, а также сплавы на основе Fe-Al известны как высокотемпературные материалы, которые проблематично получить с помощью обычных методов металлургии. В этом специальном выпуске описывается возможность синтеза интерметаллической фазы Ti3Al путем самораспространяющегося высокотемпературного синтеза из элементарного порошка титана и алюминия [5]. Установлено, что реакции между порошком титана и алюминия начинаются с образования метастабильной фазы Ti2Al5. Затем эта фаза вступает в реакцию с титаном, приводя к желаемой фазе Ti3Al. Серия сплавов Ti-Al-Si с различным соотношением титана, алюминия и кремния была приготовлена ​​путем сочетания механического легирования и искрового плазменного спекания [6]. Для сравнения, плавильная металлургия применялась к сплавам того же химического состава. С помощью порошковой металлургии можно получить значительно более мелкую микроструктуру и соответственно более высокий предел прочности на разрыв. С другой стороны, вязкость разрушения образцов, приготовленных в плавильно-металлургическом производстве, была выше.

Значительная часть специального выпуска посвящена функциональным материалам, которые используются из-за их свойств памяти формы, магнитных свойств, оптических свойств, самовосстановления или биоразлагаемости в организме. Salvetr et al. исследовал синтез сплава NiTi с памятью формы путем самораспространяющегося высокотемпературного синтеза, фрезерования и искрового плазменного спекания [7]. Сплав достиг почти теоретической плотности, очень высокого предела прочности на сжатие более 2000 МПа, но он потерял способность к трансформации. Дальнейшая термообработка при температуре 600–700 ◦C с медленным охлаждением была необходима для восстановления поведения при превращении, которое имеет решающее значение для эффекта памяти формы [7]. Магнитные материалы исследовали Скотникова и др. [8]. В этой статье основное внимание уделяется увеличению коэрцитивной силы магнитов Nd-Fe-B за счет оптимизации микроструктуры путем добавления сплава Dy3Co0,6Cu0,4Hx во время механической активации. Процесс цельнопорошковой металлургии включал разливку ленты, декрепитацию водородом, измельчение (механическую активацию) и спекание. Результаты показывают возможность использования единого исходного сплава для изготовления магнитов с заданными магнитными характеристиками.

Порошковая металлургия изначально была вдохновлена ​​обработкой керамики, тогда как искровое плазменное спекание было первоначально разработано для обработки металлов. В настоящее время этот метод получил сильное развитие в обработке специальных керамических материалов. В этом специальном выпуске шпинели из алюмината магния для оптических применений с добавлением LiF, MnF2 и CoF2 были объединены этим методом [9]. Возвращаясь к миру металлов, мы представляем композитный материал, состоящий из алюминиевого сплава и частиц никеля, полученный комбинацией газового распыления и искрового плазменного спекания [10]. В этом материале обнаруживается функция самовосстановления, которая является относительно новой и необычной для металлов. Кубасек и др. [11] представляет новый биоразлагаемый композитный материал, состоящий из цинка и магния, который, возможно, может быть применен в будущей хирургии для временной фиксации имплантатов. Проблематика композиционных материалов решается также с точки зрения развития процесса смешения тройных порошковых смесей [12].

Материалы для режущих инструментов обычно содержат такие элементы, как кобальт и вольфрам, которые перечислены Европейской комиссией как критическое сырье (CRM). Обзор [13] показывает способы, которыми эти элементы могут быть заменены в производственном секторе и переработаны для минимизации их экономического воздействия, а также как улучшить сам производственный процесс. Одним из материалов, используемых в качестве инструментальных материалов, является мартенситностареющая сталь. Этот заменитель обычных материалов очень популярен, поскольку его можно обрабатывать методами 3D-печати. Описан процесс селективной лазерной плавки с использованием распыленного порошка мартенситностареющей стали, а также последующая термообработка после обработки [14].

Как видно выше, специальный выпуск Advanced Powder Metallurgy Technologies дает представление о последних тенденциях в порошковой металлургии с точки зрения как развития технологии, так и разработки новых материалов с использованием этих методов. Приятно видеть, что современная порошковая металлургия может продвинуть вперед технологии, экономику, а также здравоохранение.

Использованные источники

  1. Moravcik, I.; Gamanov, S.; Moravcikova-Gouvea, L.; Kovacova, Z.; Kitzmantel, M.; Neubauer, E.; Dlouhy, I. Influence of Ti on the Tensile Properties of the High-Strength Powder Metallurgy High Entropy Alloys. Materials 2020, 13, 578.

  2. Novak, P.; Vanka, T.; Nova, K.; Stoulil, J.; Prusa, F.; Kopecek, J.; Hausild, P.; Laufek, F. Structure and Properties of Fe-Al-Si Alloy Prepared by Mechanical Alloying. Materials 2019, 12, 2463.

  3. Pru˚ ša, F.; Proshchenko, O.; Školáková, A.; Kucˇera, V.; Laufek, F. Properties of FeAlSi-X-Y Alloys (X,Y=Ni, Mo) Prepared by Mechanical Alloying and Spark Plasma Sintering. Materials 2020, 13, 292.

  4. Cech, J.; Hausild, P.; Karlik, M.; Boucek, V.; Nova, K.; Prusa, F.; Novak, P.; Kopecek, J. Effect of Initial Powders on Properties of FeAlSi Intermetallics. Materials 2019, 12, 2846.

  5. Skolakova, A.; Salvetr, P.; Novak, P.; Leitner, J.; Deduytsche, D. Mechanism of the Intermediary Phase Formation in Ti-20 wt.% Al Mixture during Pressureless Reactive Sintering. Materials 2019, 12, 2171.

  6. Knaislova, A.; Novak, P.; Kopecek, J.; Prusa, F. Properties Comparison of Ti-Al-Si Alloys Produced by Various Metallurgy Methods. Materials 2019, 12, 3084.

  7. Salvetr, P.; Dlouhy, J.; Skolakova, A.; Prusa, F.; Novak, P.; Karlik, M.; Hausild, P. Influence of Heat Treatment on Microstructure and Properties of NiTi46 Alloy Consolidated by Spark Plasma Sintering. Materials 2019, 12, 4075.

  8. Skotnicova, K.; Prokofev, P.A.; Kolchugina, N.B.; Burkhanov, G.S.; Lukin, A.A.; Koshkid’ko, Y.S.; Cegan, T.; Drulis, H.; Romanova, T.; Dormidontov, N.A. Application of a Dy3Co0.6Cu0.4Hx Addition for Controlling the Microstructure and Magnetic Properties of Sintered Nd-Fe-B Magnets. Materials 2019, 12, 4235.

  9. Talimian, A.; Pouchly, V.; Maca, K.; Galusek, D. Densification of Magnesium Aluminate Spinel Using Manganese and Cobalt Fluoride as Sintering Aids. Materials 2019, 13, 102.

  10. Michalcova, A.; Knaislova, A.; Kubasek, J.; Kacenka, Z.; Novak, P. Rapidly Solidified Aluminium Alloy Composite with Nickel Prepared by Powder Metallurgy: Microstructure and Self-Healing Behaviour. Materials 2019, 12, 4193.

  11. Kubasek, J.; Dvorsky, D.; Capek, J.; Pinc, J.; Vojtech, D. Zn-Mg Biodegradable Composite: Novel Material with Tailored Mechanical and Corrosion Properties. Materials 2019, 12, 3930.

  12. Olszowka-Myalska, A.; Wrzesniowski, P.; Myalska, H.; Godzierz, M.; Kuc, D. Impact of the Morphology  of Micro- and Nanosized Powder Mixtures on the Microstructure of Mg-Mg2Si-CNT Composite Sinters. Materials 2019, 12, 3242.

  13. Rizzo, A.; Goel, S.; Grilli, M.L.; Iglesias, R.; Jaworska, L.; Lapkovskis, V.; Novak, P.; Postolnyi, B.O.; Valerini, D. The Critical Raw Materials in Cutting Tools for Machining Applications: A Review. Materials 2020, 13, 1377.

  14. Strakosova, A.; Kubasek, J.; Michalcova, A.; Prusa, F.; Vojtech, D.; Dvorsky, D. High Strength X3NiCoMoTi 18-9-5 Maraging Steel Prepared by Selective Laser Melting from Atomized Powder. Materials 2019, 12, 4174.  


Авторизация
Забыли свой пароль?