Toz metalurjisi, metal tozu yapma ve kalıplama ve sinterleme yoluyla parça ve ürün elde etmek için metal (veya metal ve metal olmayan karışım) tozunu hammadde olarak kullanma işlemidir. Endüstrinin ana hammaddesi olan metal tozu, makine, metalurji, kimya sanayi ve havacılık malzemeleri alanlarında yaygın olarak kullanılmaktadır. Metal tozu, toz metalurjisi endüstrisinin temel hammaddesidir. Üretimi ve kalitesi, toz metalurjisi endüstrisinin gelişimini belirler.
Metal tozu genellikle 1 mm'den küçük metal parçacıklarının bir toplamıdır. Parçacıklılık aralığının bölünmesi için tek tip bir hüküm yoktur. Yaygın sınıflandırma yöntemi şu şekildedir: 1000 ~ 50 µm partikül boyutuna sahip partiküller geleneksel tozlardır; 50 ~ 10 um ince toz; 10 ~ 0,5 µm çok ince toz< olarak adlandırılır; 0,5 µm ultra ince toz olarak adlandırılır; 0.1 ~ 100nm nano toz olarak adlandırılır. Her toz partikülü, partikül boyutuna ve hazırlama yöntemine bağlı olarak bir kristal olabilir veya birçok kristalden oluşabilir.
2. Metal tozu hazırlama yöntemi
Şu anda, endüstriyel toz üretimi için düzinelerce yöntem vardır, ancak üretim sürecinin temel analizine göre, esas olarak iki kategoriye ayrılır: mekanik yöntem ve fizikokimyasal yöntem. Sadece katı, sıvı ve gaz halindeki metallerin doğrudan rafine edilmesinden değil, aynı zamanda metal bileşiklerinin farklı durumlarda indirgenmesi, piroliz ve elektrolitik dönüştürülmesinden de elde edilebilir. Refrakter metallerin karbürleri, nitrürleri, borürleri ve silisitleri genellikle doğrudan kimyasal kombinasyon veya indirgeme kimyasal kombinasyonu ile hazırlanabilir. Farklı hazırlama yöntemleri nedeniyle, aynı tozun şekli, yapısı ve parçacık boyutu genellikle çok farklıdır.
Metal tozu üretim yönteminin seçimi, hammaddelere, toz tipine, toz malzemelerin performans gereksinimlerine ve toz üretim verimliliğine bağlıdır. Toz metalurjisi ürünlerinin giderek daha kapsamlı bir şekilde uygulanmasıyla, toz parçacıklarının boyutu, şekli ve özellikleri için gereksinimler giderek artmaktadır. Bu nedenle, toz hazırlama teknolojisi de parçacık boyutu ve özelliklerinin gereksinimlerini karşılamak için gelişiyor ve yenileniyor.
2.1 mekanik fiziksel yöntem
Mekanik yöntem, dış mekanik kuvvet yardımıyla metali gerekli parçacık boyutunda toza parçalayan bir işleme yöntemidir. Malzemenin kimyasal bileşimi, hazırlama işlemi sırasında temelde değişmez. Şu anda yaygın olarak kullanılan yöntemler, basit işlem ve büyük çıktı avantajlarına sahip olan bilyalı öğütme ve öğütme yöntemleridir. Geleneksel yöntemlerle elde edilmesi zor olan yüksek erime noktalı metallerin ve alaşımların bazı ultra ince tozlarını hazırlayabilir.
2.1.1 bilyalı freze yöntemi
Mekanizma: bilyalı öğütme yöntemi esas olarak bilyeli öğütme yöntemine ve titreşimli bilyalı öğütme yöntemine ayrılmıştır. Bu yöntem, farklı gerinim oranlarındaki gerinim nedeniyle metal parçacıkların kırılması ve rafine edilmesi mekanizmasını kullanır.
Uygulama: Bu yöntem esas olarak sb, Cr, Mn, Fe Cr alaşımı ve diğer tozların hazırlanmasına uygulanabilir.
Avantajlar ve dezavantajlar: Sürekli çalışma ve yüksek üretim verimliliği avantajlarına sahiptir. Kuru öğütme ve ıslak öğütme için uygundur. Çeşitli metal ve alaşımların tozunu hazırlayabilir. Dezavantajı, malzemelerin seçiciliğinin güçlü olmaması ve toz hazırlama sürecinde derecelendirilmesinin zor olmasıdır.
Şekil 1 150r / dak'da 12h (a), 18h (b) ve 24h (c) için bilyalı öğütme ile elde edilen antimon tozu örneklerinin TEM fotoğrafları
2.1.2 öğütme yöntemi
Mekanizma: öğütme yöntemi, öğütme alanındaki malzemeleri birbirine çarpmak ve toz haline getirmek için özel bir memeden geçtikten sonra öğütme alanına sıkıştırılmış gaz püskürtmektir; Hava akımı genişledikten sonra malzemelerin yükselmesi ile sınıflandırma alanına girer ve tanecik boyutuna ulaşan malzemeler girdap sınıflandırıcı tarafından ayıklanır. Kalan kaba toz, gerekli parçacık boyutu ayrılana kadar öğütmek için öğütme alanına geri döner.
Uygulama: Metalik olmayan, kimyasal hammaddeler, pigmentler, aşındırıcılar, sağlık ilaçları ve diğer endüstrilerin ultra ince öğütülmesinde yaygın olarak kullanılmaktadır.
Avantajlar ve dezavantajlar: Öğütme yöntemi kuru üretimi benimsediğinden, malzemelerin dehidrasyonu ve kurutulması ihmal edilir; Ürün yüksek saflığa, yüksek aktiviteye, iyi dağılıma, ince parçacık boyutuna ve dar dağılıma sahiptir ve parçacık yüzeyi pürüzsüzdür. Bununla birlikte, öğütme yönteminin, yüksek ekipman üretim maliyeti, metal tozu üretim sürecinde sıkıştırılmış gaz kaynağı olarak sürekli inert gaz veya azot kullanılması gibi bazı dezavantajlar da vardır, büyük gaz tüketimi, sadece kırılgan kırma ve toz haline getirme için uygundur. metaller ve alaşımlar.
2.1.3 atomizasyon yöntemi
Mekanizma: atomizasyon yöntemi, erimiş metali veya alaşımı yüksek sıcaklıkta ve yüksek basınçta ince damlacıklara ayırmak için genellikle yüksek basınçlı gaz, yüksek basınçlı sıvı veya yüksek hızlı dönen bıçaklar kullanır ve daha sonra ultra ince metal elde etmek için toplayıcıda yoğunlaşır. pudra. Bu süreçte kimyasal bir değişiklik yoktur. Atomizasyon, metal ve alaşım tozu üretmek için ana yöntemlerden biridir. Çift akışlı atomizasyon, santrifüjlü atomizasyon, çok aşamalı atomizasyon, ultrasonik atomizasyon teknolojisi, sıkı bağlantı atomizasyon teknolojisi, yüksek basınçlı gaz atomizasyonu, laminer akış atomizasyonu, ultrasonik sıkı bağlantı atomizasyonu ve sıcak gaz atomizasyonu gibi birçok atomizasyon yöntemi vardır.
Uygulama: Atomizasyon yöntemi genellikle Fe, Sn, Zn, Pb ve Cu gibi metal tozlarının üretiminde ve ayrıca bronz, pirinç, karbon çeliği ve alaşımlı çelik gibi alaşımlı tozların üretiminde kullanılır. Atomizasyon yöntemi, 3D baskı sarf malzemeleri için metal tozunun özel gereksinimlerini karşılar. Şekil 3, bir Alman üreticinin paslanmaz çelik tozunun mikro yapısını göstermektedir.
Avantajlar ve dezavantajlar: atomize toz, yüksek küresellik, kontrol edilebilir toz parçacık boyutu, düşük oksijen içeriği, düşük üretim maliyeti ve çeşitli metal tozlarının üretimine uyarlanabilirlik avantajlarına sahiptir. Yüksek performanslı ve özel alaşımlı toz hazırlama teknolojisinin ana gelişme yönü haline gelmiştir. Bununla birlikte, atomizasyon yöntemi, düşük üretim verimliliği, düşük ultra ince toz verimi ve nispeten büyük enerji tüketimi dezavantajlarına sahiptir.
Şekil 2 Alman bir üreticiden 3D baskılı paslanmaz çelik tozunun mikro yapısı
2.2 fiziksel kimyasal yöntem
Fizikokimyasal yöntem, toz hazırlama sürecinde hammaddelerin kimyasal bileşimini veya aglomerasyon durumunu değiştirerek ultra ince tozun üretim yöntemini ifade eder. Farklı kimyasal prensiplere göre indirgeme yöntemi, elektroliz yöntemi ve kimyasal değiştirme yöntemine ayrılabilir.
2.2.1 azaltma yöntemi
Mekanizma: indirgeme yöntemi, metal oksitleri veya metal tuzlarını indirgeyici ajanla belirli koşullar altında indirgeyerek metal veya alaşım tozu hazırlama yöntemidir. Üretimde en yaygın olarak kullanılan toz yapım yöntemlerinden biridir. Yaygın indirgeyici maddeler arasında gaz indirgeme maddeleri (hidrojen, ayrışmış amonyak, dönüştürülmüş doğal gaz vb.), katı karbon indirgeme maddeleri (kömür, kok, antrasit vb. gibi) ve metal indirgeme maddeleri (kalsiyum, magnezyum, sodyum vb.). Reaksiyon ortamı olarak hidrojen ile hidrojenasyon dehidrojenasyon yöntemi, en temsili hazırlama yöntemidir. Metal hidrit üretmek için metali belirli bir sıcaklıkta hidrojenle hidrojenlemek için ham metalin kolay hidrojenlenmesi özelliklerini kullanır ve daha sonra elde edilen metal hidriti mekanik yöntemle istenen parçacık boyutunda toza ayırır, Daha sonra, ezilmiş metaldeki hidrojen metal tozunu elde etmek için hidrit tozu vakum altında uzaklaştırılır.
Uygulama: esas olarak Ti, Fe, W, Mo, Nb ve W-Re gibi metal (alaşım) tozlarının hazırlanmasında kullanılır. Örneğin titanyum (toz), belirli bir sıcaklıkta hidrojen ile şiddetli reaksiyona girmeye başlar. Hidrojen içeriği %2.3'ten fazla olduğunda, hidrit gevşektir ve titanyum hidrit tozunun ince parçacıklarına ezilmesi kolaydır. Titanyum tozu, yaklaşık 700 ℃ sıcaklıkta ayrıştırılarak ve titanyum tozunda çözünen hidrojenin çoğu çıkarılarak elde edilebilir.
Avantajlar ve dezavantajlar: Avantajları, basit operasyon, proses parametrelerinin kolay kontrolü, yüksek üretim verimliliği ve endüstriyel üretim için uygun olan düşük maliyettir; Dezavantajı, yalnızca hidrojenle reaksiyona girmesi kolay olan ve hidrojen absorpsiyonundan sonra kırılgan ve kırılgan hale gelen metal malzemelere uygulanabilir olmasıdır.
2.2.2 elektrolitik yöntem
Mekanizma: elektroliz, erimiş tuz veya tuzlu sulu çözeltinin elektrolizi ile katotta metal tozu biriktirmek ve çökeltmek için bir yöntemdir.
Uygulama: elektrolitik sulu çözelti, Cu, Ni, Fe, Ag, Sn ve Fe Ni gibi metal (alaşım) tozları üretebilir ve elektrolitik erimiş tuz, Zr, Ta, Ti ve Nb gibi metal tozları üretebilir.
Avantajlar ve dezavantajlar: Avantaj, hazırlanan metal tozunun saflığının yüksek olması ve genel element tozunun saflığının %99.7'den fazlasına ulaşabilmesidir; Ek olarak, elektroliz yöntemi tozun partikül boyutunu iyi kontrol edebilir ve ultra ince toz üretebilir. Bununla birlikte, elektrolitik pulverizasyonun güç tüketimi büyüktür ve pulverizasyon maliyeti yüksektir.
Şekil 4 ultrasonik elektroliz ile demir tozu hazırlamak için cihaz
2.2.3 hidroksil yöntemi
Mekanizma: bazı metaller (demir, nikel vb.) ve karbon monoksit, yeniden ısıtılan ve metal tozu ve karbon monoksite ayrışan metal karbonil bileşiklerine sentezlenir.
başvuruunetion: endüstride, esas olarak ince ve ultra ince nikel ve demir tozlarının yanı sıra Fe Ni, Fe Co ve Ni Co gibi alaşım tozları üretmek için kullanılır.
Avantajlar ve dezavantajlar: Bu şekilde hazırlanan toz çok ince ve yüksek saflığa sahiptir, ancak maliyeti yüksektir.
2.2.4 kimyasal değiştirme yöntemi
Mekanizma: Kimyasal ikame yöntemi, metal tuzu çözeltisinden daha az aktif olan metalin, metalin aktivitesine göre yüksek aktif metal ile değiştirilmesi ve başka yöntemlerle ikame edilerek elde edilen metalin (metal tozu) daha fazla işlenmesi ve rafine edilmesidir.
Uygulama: Bu yöntem esas olarak Cu, Ag ve Au gibi aktif olmayan metal tozlarının hazırlanmasına uygulanır.
Metal tozu hazırlama yöntemlerinin özeti Tablo 1'de gösterilmektedir.
3. Özet
Teknolojinin ilerlemesiyle, metalurji, kimya endüstrisi, elektronik, manyetik malzemeler, ince seramikler, sensörler vb. -iyi (nano). Ultra ince metal tozu hazırlama yöntemleri çeşitli olmasına ve uygulamaya ve ekonomik ve teknik gereksinimlere göre farklı yöntemler seçilebilmesine rağmen, her yöntemin belirli sınırlamaları vardır ve birçok sorunun çözülmesi ve iyileştirilmesi gerekmektedir. Günümüzde metal tozu hazırlamak için en yaygın olarak kullanılan yöntemler indirgeme yöntemi, elektroliz yöntemi ve atomizasyon yöntemidir; Ayrıca geleneksel üretim sürecinin iyileştirilmesine dayalı olarak, vakumlu buharlaştırma yoğunlaştırma yöntemi, ultrasonik atomizasyon yöntemi, döner disk atomizasyon yöntemi, çift silindirli ve üç silindirli atomizasyon yöntemi, çok kademeli atomizasyon yöntemi gibi birçok yeni üretim süreci ve yöntemi elde edilmiştir. , plazma dönen elektrot yöntemi, ark yöntemi vb. Metal tozu hazırlama yöntemlerinde pratikte birçok yöntem uygulanmış olmasına rağmen hala küçük ölçekli ve yüksek üretim maliyeti olmak üzere iki ana sorun bulunmaktadır. Metal tozu malzemelerin geliştirilmesini ve uygulanmasını teşvik etmek için farklı yöntemleri kapsamlı bir şekilde kullanmak, birbirinden öğrenmek ve daha fazla üretim ve daha düşük maliyetli süreç yöntemleri geliştirmek gerekir.