粉末冶金とは

粉末冶金とは

粉末冶金は、金属粉末を製造するか、金属粉末（または金属粉末と非金属粉末の混合物）を原料として、成形および焼結することにより、金属材料、複合材、およびさまざまな種類の製品を製造するプロセス技術です。 粉末冶金法は、粉末焼結技術に属するセラミックスの製造に似ています。 したがって、一連の新しい粉末冶金技術は、セラミック材料の調製にも使用できます。 粉末冶金技術の利点により、新素材の問題を解決する鍵となり、新素材の開発において決定的な役割を果たしています。

粉末冶金には、粉末の製造と製品が含まれます。 その中で、粉砕は主に冶金プロセスであり、その言葉と一致しています。 粉末冶金製品は、多くの場合、材料と冶金の範囲をはるかに超えており、多くの場合、学際的 (材料と冶金、機械と機械など) の技術です。 特に、最新の金属粉末 3D プリンティングは、機械工学、CAD、リバース エンジニアリング技術、層状製造技術、数値制御技術、材料科学、レーザー技術を統合し、粉末冶金製品技術をより多くの分野にわたる最新の総合技術にしています。

Zhongwei Precision Production of Powder Metallurgy Injection Molding Parts

アナウンスの定義

粉末冶金とは、金属粉末を製造するか、金属粉末（または金属粉末と非金属粉末の混合物）を原料として成形・焼結することにより、金属材料、複合材料、各種製品を製造する工業技術です。 粉末冶金技術は、輸送、機械、エレクトロニクス、航空宇宙、兵器、生物学、新エネルギー、情報、原子力産業で広く使用されており、新しい材料科学の最もダイナミックな分野の 1 つになっています。 粉末冶金技術には、大幅な省エネ、材料の節約、優れた性能、高い製品精度、優れた安定性などの一連の利点があり、大量生産に非常に適しています。 また、従来の鋳造法や機械加工法では対応できない材料や複雑な部品も、業界で注目を集めている粉末冶金技術によって製造することができます。

ブロード粉末冶金製品産業には、鉄石工具、硬質合金、磁性材料、粉末冶金製品が含まれます。 狭義の粉末冶金製品業界は、粉末冶金部品（大部分を占める）、オイルベアリング、金属射出成形製品を含む粉末冶金製品のみを指します。

特集放送

粉末冶金は、従来の溶解鋳造法では得られない独特の化学組成と機械的および物理的特性を備えています。 粉末冶金技術を使用して、多孔質、半密度または完全密度の材料および製品 (オイルベアリング、ギア、カム、ガイドロッド、工具など) を直接製造できます。

(1) 粉末冶金技術により、合金組成の偏析を最小限に抑え、粗くて不均一な鋳造組織を排除できます。 高性能希土類永久磁石材料、希土類水素貯蔵材料、希土類発光材料、希土類触媒、高温超伝導材料、新金属材料（Al Li合金、耐熱Alなど）の製造に重要な役割を果たします。合金、超合金、粉末耐食ステンレス鋼、粉末ハイス鋼、金属間化合物高温構造材料など）。

(2) 非晶質、微結晶、準結晶、ナノ結晶、過飽和固溶体などの一連の高性能非平衡材料を調製できます。 これらの材料は、優れた電気的、磁気的、光学的および機械的特性を備えています。

(3) 多種類の複合体を容易に実現でき、各構成材料のそれぞれの特性を十分に発揮できます。 これは、高性能の金属マトリックスとセラミック複合材を製造するための低コストの技術です。

(4) 新しい多孔性生体材料、多孔性分離膜材料、高性能構造用セラミック研磨材、機能性セラミック材料など、通常の製錬法では作り出せない特殊な構造や性質を持った材料や製品を生み出すことができます。

（5）ニアネットフォーメーションと自動バッチ生産を実現できるため、生産のリソースとエネルギー消費を効果的に削減できます。

(6) 鉱石、尾鉱、製鋼スラッジ、鉄鋼圧延スケール、廃金属を原料として再利用できます。 素材を有効に再生し、総合的に活用できる新技術です。

私たちの一般的な機械加工ツールとハードウェア研磨剤の多くは、粉末冶金技術によって作られています。

準備方法放送

(1) 粉を作る。 粉体の製造工程には、粉体の調製、粉体の混合などの工程があります。通常、粉体の成形性や可塑性を向上させるために、エンジン オイル、ゴム、パラフィンなどの可塑剤が添加されます。

(2) プレス成形。 粉末は15-600MPaの圧力で必要な形状にプレスされます。

(3) 焼結。 保護雰囲気のある高温炉または真空炉で実施するものとします。 焼結は金属の溶解とは異なります。 少なくとも 1 つの要素は、焼結中にまだ固体状態にあります。 焼結中、粉末粒子は、拡散、再結晶、融接、結合、溶解などの一連の物理的および化学的プロセスを通じて、特定の気孔率を備えた冶金製品になります。

(4) 後処理。 通常、焼結部品は直接使用できます。 ただし、寸法精度が高く、硬度が高く、耐摩耗性に優れた一部の部品では、焼結後の処理も必要です。 後処理には、精密プレス、圧延、押出、焼入れ、表面焼入れ、油浸、溶浸があります。

粉末の調製方法

粉末の準備は、粉末冶金の最初のステップです。 粉末冶金材料と製品の継続的な増加とその品質の継続的な改善に伴い、より多くの種類の粉末を提供する必要があります。 例えば、材料の範囲から、金属粉末だけでなく、合金粉末や金属化合物粉末も使用されます。 粉末形状の観点から、様々な形状の粉末を使用する必要があります。 たとえば、フィルターを生成する場合、粉末を形成する必要があります。 粉末の粒子サイズの観点から、さまざまな粒子サイズの粉末は、500 ～ 1000 ミクロンの粗い粒子サイズと 0.5 ミクロン未満の超微細な粒子サイズを有する必要があります。

粉体に対するさまざまな要求に応えるために、粉体の製造方法もさまざまです。 これらの方法は、金属、合金、または金属化合物を固体、液体、または気体の粉末状態に変換することに他なりません。 粉末の各種調製法および各種調製法による粉末。

金属および合金または金属化合物を固体状態の粉末に変換する方法には、次のものが含まれます。

(1) 機械的破砕法と電気化学的腐食法を使用して、固体金属および合金から金属および合金粉末を調製します。

(2) 固体金属酸化物及び塩から金属及び合金粉末を製造する還元法 金属及び合金粉末、金属酸化物及び非金属粉末から金属化合物粉末を製造する還元化学的方法

金属および合金または金属化合物を液体状態の粉末に変換する方法には、次のものが含まれます。

(1) アトマイズ法による液体金属と合金からの合金粉末の調製

(2) 金属塩の溶液置換と還元から金属合金と被覆粉末を調製する置換法と溶液水素還元法があります。 溶融金属塩から析出させて金属粉末を調製する方法としては、溶融塩熟成法、 補助金属浴から金属化合物粉末を分離する方法として、金属浴法が用いられます。

（３）金属塩溶液から電気分解により金属及び合金粉末を製造する水溶液電解法。 溶融塩電解法は、溶融金属塩電解により金属および金属化合物粉末を製造する方法です。

金属または金属化合物を気体状態の粉末にする方法：

(1) 蒸気凝縮法は、金属蒸気凝縮から金属粉末を製造するために使用されます。

(2) ガス状金属炭素系材料から炭素系材料を熱解離して、金属、合金、およびコーティングされた粉末を生成する

（３）ガス状金属ハロゲン化物から金属、合金粉末および金属、合金コーティングを調製するためのガス状水素還元方法。 化学蒸着法は、ガス状金属ハロゲン化物の堆積から金属化合物粉末およびコーティングを調製するために使用されます。

ただし、プロセスの本質から、既存の粉砕方法は、機械的方法と物理化学的方法の 2 つのカテゴリに大別できます。 機械的方法は、原材料を機械的に粉砕する技術的プロセスですが、化学組成は基本的に変わりません。 物理化学的方法とは、化学的または物理的な作用により、原料の化学組成や凝集状態を変化させて粉体を得る方法です。 粉末の製造方法の多くは工業規模であり、ハンス還元法、噴霧法、電気分解法などの最も広く使用されている方法のいくつかは、蒸着法や液体堆積法などの特別な用途でも重要です。 [1]

粉末冶金プロセスの基本的なプロセスは次のとおりです。

1.原料粉末の調製。 従来の粉砕方法は、機械的方法と物理化学的方法の2つに大別できます。 機械的方法は、機械的粉砕と微粒化に分けることができます。 物理化学的方法は、電気化学的腐食法、還元法、化学的方法、還元化学的方法、蒸着法、液体堆積法、および電解法に分けることができます。 その中でも、還元法、噴霧法、電解法が最も広く用いられています。

2. 粉末を所望の形状のビレットに成形します。 成形の目的は、成形体を一定の形や大きさにし、一定の密度と強度を持たせることです。 成形方法は、大きく分けて圧空成形と無圧成形に分けられます。 圧縮成形は、加圧成形で最も広く使用されています。 さらに、3D 印刷技術を使用して胚ブロックを作成することもできます。

3.ビレットの焼結。 焼結は、粉末冶金の重要なプロセスです。 形成された成形体は、焼結によって必要な最終的な物理的および機械的特性を得ることができます。 焼結は、単位系焼結と多元素系焼結に分けられます。 単一系および多成分系の固相焼結の場合、焼結温度は使用する金属および合金の融点よりも低くなります。 多成分系の液相焼結では、焼結温度は一般に耐火成分の融点よりも低く、可溶成分の融点よりも高い。 通常の焼結に加えて、粗焼結、メルトリーチング、ホットプレスなどの特殊な焼結プロセスもあります。

4. 製品の後処理。 焼結後の処理は、さまざまな製品要件に応じてさまざまな方法を採用できます。 仕上げ、油浸、機械加工、熱処理、電気めっきなど。 また、近年では、圧延や鍛造などの新しいプロセスも、焼結P/M材料の加工に適用され、満足のいく結果が得られています。

粉末の性質

粉末のすべての性質の総称。 粉末の幾何学的特性 (粒子サイズ、比表面積、細孔サイズと形状など)。 粉末の化学的性質（化学組成、純度、酸素含有量、酸不溶性物質など）; 粉体の機械的性質（疎密度、流動性、成形性、圧縮性、積層角、せん断角など） 粉体の物性、表面特性（真密度、光沢、波動吸収、表面活性、ゼパーセント26mdash; ta（パーセント26ccedil;）電位、磁性など）。 粉末特性は、粉末冶金製品の特性を大きく左右することがよくあります。

最も基本的な幾何学的特性は、粉末の粒子サイズと形状です。

(1) 粒度。 これは、粉末の処理と成形、焼結中の収縮、および製品の最終的な性能に影響を与えます。 一部の粉末冶金製品の性能は、粒子サイズにほぼ直接関係しています。 たとえば、フィルター材料のろ過精度は、元の粉末粒子の平均粒子サイズを 10 で割ることによって経験的に得ることができます。 超硬合金製品の特性は、wc 相の粒径と密接に関連しています。 生産現場で使用される粉末の粒子サイズは、数百ナノメートルから数百ミクロンの範囲です。 粒子径が小さいほど活性が高く、表面が酸化して水分を吸収しやすくなります。 数百ナノメートルと小さいと、粉末の保管と輸送は容易ではありません。 そして、ある程度小さくなると量子効果が働き始め、物性が大きく変化します。 例えば、強磁性粉末は超常磁性粉末になり、粒径が小さくなると融点も下がります。

(2) 粉末の粒子形状。 電解により得られた粉末など、粉砕方法にもよりますが、粒子は樹枝状です。 還元法で得られる鉄粉粒子はスポンジフレークです。 球状粉末は基本的にガスアトマイズ法で得られます。 さらに、いくつかの粉末は、卵形、円盤形、針状、タマネギ形などです。粉末粒子の形状は、粉末の流動性とゆるい密度に影響します。 粒子間の機械的結合により、不規則な粉末の成形体も強く、特に樹枝状粉末は成形体の強度が最も高くなります。 しかし、多孔質材料の場合は、球形の粉末が最適です。

機械的特性 粉末の機械的特性は、粉末冶金成形プロセスにおける重要な技術パラメータである粉末の技術的特性です。 粉末の緩い充填密度は、圧縮時の体積法による計量の基礎となります。 粉末の流動性は、金型への粉末の充填速度とプレスの生産能力を決定します。 粉末の圧縮率によって、プレス工程の難易度と加えられる圧力が決まります。 粉末の成形性がビレットの強度を決定します。

化学的性質は、主に原材料の化学的純度と粉砕方法に依存します。 酸素含有量が高くなると、焼結製品の圧縮性、圧縮強度、および機械的特性が低下します。 したがって、粉末冶金のほとんどの技術的条件には、これに関する特定の規定があります。 たとえば、粉末の許容酸素含有量は 0.2% ~1.5% であり、これは 1% ~10% の酸化物含有量に相当します。