Problemas comunes en el procesamiento de pulvimetalurgia

La pulvimetalurgia (PM) es una tecnología avanzada de preparación de materiales que utiliza polvo metálico o una mezcla de polvo metálico y no metálico como materia prima y fabrica materiales metálicos, materiales compuestos y diversos tipos de productos a través de procesos como la conformación y la sinterización.

1、Ventajas y desventajas importantes de la tecnología de pulvimetalurgia Ventajas importantes:

① Puede preparar algunos materiales que son difíciles de preparar por otros métodos, como metales refractarios, pseudoaleaciones, materiales porosos y materiales funcionales especiales (aleaciones duras);

② Debido a que la pulvimetalurgia utiliza un molde que es muy parecido a la forma del producto final durante el proceso de formación, el volumen de procesamiento del producto es pequeño y se ahorra material;

③ Para algunos productos, especialmente aquellos con formas especiales, es fácil producirlos mediante moldes, el volumen de procesamiento de la pieza de trabajo es pequeño y el costo de producción es bajo, como los productos de engranajes.

Desventajas importantes:

① Dado que los poros en los productos de pulvimetalurgia son difíciles de eliminar, las propiedades mecánicas de los productos de pulvimetalurgia son inferiores a las de los mismos productos de fundición;

② Dado que el proceso de conformado requiere moldes y prensas correspondientes, es difícil fabricar piezas o productos de gran tamaño;

③ El efecto de escala es relativamente pequeño (Ventajas: alta utilización de material, bajo costo de procesamiento, ahorro de mano de obra y se pueden obtener materiales o productos con propiedades especiales. Desventajas: Debido a la presencia de poros en el producto, el rendimiento del material es peor que el de los métodos de procesamiento tradicionales. Ejemplo: fabricación de pseudoaleaciones de cobre y tungsteno, que es un material que no se puede obtener mediante métodos tradicionales)

2、 Analice qué etapa del proceso de pulvimetalurgia mejora la tasa de utilización del material y por qué.

En el proceso de pulvimetalurgia, la tasa de utilización del material se mejora mediante el proceso de prensado en matriz. Debido a que el diseño del molde se acerca al tamaño del producto final, la pieza en bruto prensada suele ser muy similar al tamaño del producto utilizado, el volumen de procesamiento del material es pequeño y la tasa de utilización es alta; por ejemplo, al producir engranajes de automóviles, si se utilizan métodos mecánicos, el proceso es largo y el volumen de procesamiento del material es grande, mientras que el proceso de formación de pulvimetalurgia puede utilizar el polvo de formación del molde para obtener una forma y un tamaño cercanos al producto final. En comparación con el método de procesamiento mecánico, el volumen de procesamiento es muy pequeño, lo que ahorra una gran cantidad de material.

3. El proceso de fabricación de polvos por atomización de gas se puede dividir en varias áreas. ¿Cuáles son las características de cada área?

El proceso de fabricación de polvo de atomización de gas se puede descomponer en cuatro áreas: área de turbulencia de presión negativa de flujo de líquido metálico, área de formación de gotitas originales, área de atomización efectiva y área de solidificación por enfriamiento. Sus características son las siguientes: área de turbulencia de flujo de líquido metálico: bajo el reflujo del gas atomizador, se obstaculiza el flujo de la columna de flujo de metal, se destruye el estado laminar y se genera turbulencia; área de formación de gotitas originales: debido al lavado del gas atomizador del extremo inferior, el flujo de líquido metálico turbulento se estira, la columna de flujo de metal se rompe y se forman las gotitas originales tubulares en tiras; área de atomización efectiva: debido a que el gas atomizador de alta velocidad transporta una gran cantidad de energía cinética, el impacto en la formación de gotitas originales tubulares en tiras las rompe en gotitas metálicas diminutas; área de solidificación del área de enfriamiento: en este momento, las gotitas diminutas abandonan el área de atomización efectiva, se enfrían y se esferoidizan gradualmente debido a la tensión superficial.

4、 Analice por qué se utiliza tungsteno azul como materia prima para la preparación de reducción de polvo de tungsteno.

Las principales ventajas de utilizar tungsteno azul como materia prima para preparar polvo de tungsteno son:

① Es posible obtener partículas primarias con un tamaño de partícula fino, aunque las partículas secundarias son más grandes que las partículas secundarias de polvo de tungsteno preparado utilizando WO3 como materia prima.

② Usando tungsteno azul como materia prima, las partículas secundarias de tungsteno azul son grandes (las partículas primarias son pequeñas), menos volátiles en H2, se reduce la posibilidad de crecimiento a través de la migración en fase gaseosa y las partículas de WO2 obtenidas son pequeñas; después de obtener WO2 por reducción en una etapa, se reduce aún más a alta temperatura en hidrógeno seco, el crecimiento de partículas no es obvio y el rendimiento es alto.

5、 Analice la relación entre el tamaño de partícula del polvo, la distribución del tamaño de partícula, la morfología del polvo y la densidad aparente.

La densidad aparente es la masa de polvo por unidad de volumen cuando el polvo llena naturalmente el recipiente en condiciones específicas. Es una propiedad física importante del polvo y un parámetro de proceso importante en el proceso de pulvimetalurgia. El tamaño de las partículas de polvo, la forma y la morfología del polvo tienen un impacto significativo en la densidad aparente:

① Cuanto menor sea el tamaño medio de partícula del polvo, más compleja será la morfología del polvo, mayores serán los espacios entre las partículas de polvo y en la superficie del polvo, y menor será la densidad aparente;

② Cuanto menor sea el tamaño medio de partícula del polvo, más compleja será la morfología del polvo, mayor será la resistencia a la fricción entre las partículas de polvo, peor será la fluidez y menor será la densidad aparente;

③ Cuanto menor sea la masa de polvo (factor de poro en las partículas de polvo), menor será la densidad aparente;

④ Agregar una pequeña cantidad de polvo con un tamaño de partícula más pequeño a algunos polvos de gran diámetro para formar una determinada distribución de tamaño de partícula favorece la mejora de la densidad aparente.

6、 En el proceso de fabricación de polvo por atomización de gas, ¿qué factores controlan el tamaño de las partículas del polvo?

Cuanto mayor sea el ángulo entre las dos corrientes, más fuerte será el impacto del medio atomizador en la columna de flujo de metal y más fino será el polvo obtenido; cuando se utiliza un medio atomizador líquido, debido a que la masa es mayor que la del medio atomizador de gas, la energía transportada es grande y el polvo obtenido es más fino; el diámetro de la columna de flujo de metal es pequeño y el tamaño de partícula de polvo obtenido es pequeño; cuanto mayor sea la temperatura del metal, menor será la viscosidad del metal fundido, más fácil será de romper y más fino será el polvo obtenido; cuanto mayor sea la presión del medio, más fuerte será el impacto y más fino será el polvo.

7、 ¿Cuál es el principio básico para probar el tamaño de partículas de polvo utilizando el método de adsorción de superficie específica?

El polvo tiene un efecto de adsorción sobre el gas debido a su gran área de superficie total y al campo de fuerza atómica de superficie desequilibrado. En la zona de temperatura del nitrógeno líquido, la adsorción de gas por sustancias es principalmente una adsorción física (sin reacción química). Después del procesamiento matemático, si se conoce el volumen total de gas adsorbido, se convierte en el número de moléculas de gas y se divide por el volumen de una molécula de gas para obtener el área de superficie del polvo. Por lo general, se utiliza un gramo de polvo para la medición, por lo que definimos el área de superficie de un gramo de polvo como el área de superficie específica. Cuando conocemos el valor del área de superficie total, podemos asumir que el polvo es esférico y luego obtener el tamaño de partícula promedio del polvo en función de la relación entre el diámetro equivalente de la esfera y el área de superficie (factor de forma). Para obtener datos de medición lo más precisos posible, el gas adsorbido suele ser un gas inerte. Este método de medir el área de superficie total de una determinada masa de polvo y luego calcular el tamaño de partícula promedio del polvo es el principio básico para calcular el tamaño de partícula del polvo probando el área de superficie específica del polvo.

8、 Analice las diferencias y las características de tensión del prensado uniaxial y el prensado isostático respectivamente, y compare las diferencias entre el prensado en caliente y el prensado isostático en caliente.

La diferencia entre el prensado uniaxial y el prensado isostático radica en los diferentes estados de tensión del polvo. Generalmente, el prensado uniaxial se completa en un molde rígido, mientras que el prensado isostático se realiza en un molde blando. Durante el prensado uniaxial, dado que la fuerza externa solo se aplica en la dirección uniaxial, la presión en el lado de la pared del molde es menor que la fuerza en la dirección de prensado, por lo que el estado de tensión es anisotrópico, σ 1 》σ 2 = σ 3, lo que da como resultado una distribución de densidad desigual en varias partes de la hoja verde prensada. Durante el prensado isostático, dado que la tensión proviene uniformemente de todas las direcciones y se lleva a cabo a través de la presión hidrostática, la presión en cada dirección es igual y la distribución de la tensión en varias partes del polvo es uniforme, σ 1 = σ 2 = σ 3, por lo que la densidad en varias partes de la hoja verde prensada es básicamente la misma.

9、 Analizar el principio de preparación de polvo de tungsteno por reducción y los factores que afectan el crecimiento de las partículas de polvo de tungsteno.

El polvo de tungsteno se obtiene mediante el proceso de reducción de polvo de óxido de tungsteno con hidrógeno. Durante el proceso de reducción, el óxido cambia de valencia alta a valencia baja y finalmente se reduce a polvo de tungsteno, WO3—WO2—W; también hay formas de óxido como WO2. 90—WO2. 72. Cuando la temperatura es superior a 550 grados, el hidrógeno puede reducir WO3, y cuando la temperatura es superior a 700 grados, el hidrógeno puede reducir WO2. En estas condiciones, la presión de disociación de oxígeno de las moléculas de agua es menor que la de WO3 y WO2, y las moléculas de agua son relativamente estables. WO3 y WO2 se reducen. Al mismo tiempo, debido al efecto de la temperatura, los productos de reducción en el polvo suelto se descargan fácilmente por difusión y se cumplen las condiciones cinéticas de reducción, lo que da como resultado la reducción del óxido de tungsteno por hidrógeno.

Dado que WO3 y WO2 tienen una gran presión volátil en las moléculas de agua que contienen hidrógeno, y cuanto mayor es la temperatura de reducción, mayor es la presión volátil, después de que el óxido de tungsteno que ingresa a la fase gaseosa se reduce, se deposita en las partículas de polvo de tungsteno reducidas, lo que hace que las partículas de polvo de tungsteno crezcan. El largo tiempo que el polvo permanece en la zona de alta temperatura también hará que las partículas de polvo de tungsteno crezcan debido a la migración atómica. La alta humedad del hidrógeno hace que las partículas finas de WO3 y WO2 ingresen a la fase gaseosa, lo que también es un factor importante que conduce al crecimiento de las partículas de polvo de tungsteno.