중국 분말 야금 개발 현황

세계 분말 야금 기술 현황

세계 분말 야금 산업 개요

2003 년 전 세계 분말 화물량은 약 88 만 톤으로 미국이 5 1%, 유럽 18%, 일본 13%, 기타 국가 및 지역/KLOC-를 차지했다. 철분은 전체 분말의 90% 이상을 차지한다. 200 1 이후 세계 철분 가루 시장은 4 년 동안 20% 가까이 성장했다.

자동차 공업은 여전히 분말 야금 공업 발전의 가장 큰 추진력이자 최대 사용자이다. 한편으로는 자동차 생산량이 증가하고 있고, 다른 한편으로는 한 대의 자동차 중 분말 야금 부품의 소모량도 증가하고 있다. 북미는 차당 분말 야금 부품의 평균 소비량이 가장 높았으며 19.5 kg, 유럽은 9 kg, 일본은 8 kg 였다. 자동차 공업의 급속한 발전으로 중국 분말 야금 부품 시장의 전망이 어마하여 많은 국제 분말 야금 기업들의 관심의 초점이 되었다.

분말 야금 철계 부품은 주로 엔진, 전동 시스템, ABS 시스템, 점화 장치 등에 사용됩니다. 자동차 발전의 두 가지 주요 추세는 각각 에너지 소비를 줄이고 환경을 보호하는 것이다. 주요 기술 수단은 선진 엔진 시스템과 경량화를 채택하는 것이다.

유럽 자동차 배기가스의 여과는 분말 야금 다공성 재료에 거대한 시장을 제공한다. 현재 엔진 조건에서 분말 야금 금속 다공성 재료는 세라믹 재료보다 더 나은 성능 이점과 비용 이점을 가지고 있습니다.

공구 재료는 분말 야금 공업의 또 다른 중요한 제품, 특히 경질합금이다. 현재 제조업의 발전은 3A 방향, 즉 민첩성, 적응성, 예측성으로 발전하고 있다. 이를 위해서는 가공 공구 자체가 더 날카롭고, 더 단단하고, 강인해야 합니다. 가공 재료의 범위는 루하, 마그네슘 합금, 티타늄 합금, 세라믹으로 확대되었다. 치수 정확도 요구 사항이 높습니다. 처리 비용 요구 사항이 낮습니다. 환경에 미치는 영향은 최소화해야 하고, 건법 처리의 비율은 좀 더 커야 한다. 이러한 새로운 요구는 분말 야금 공구 재료의 발전을 가속화했다. 초경합금의 결정립 크기 (< < 200nm= = 및 초 거친 결정립 크기 (> 6um); 코팅 기술의 급속한 발전에 따라 CVD, PVD 및 PCVD 기술은 널리 사용되는 CVDTiCN/Al2O3 /TiN 에서 CVD PcBN (폴리결정질 입방체 BN) 및 CVDTiCN, AL2O3, cBN (입방체) 에 이르기까지 다양한 코팅 기술을 갖추게 되었습니다. , 가공 상황의 요구를 충족시킵니다.

정보산업의 발전도 분말 야금업계에 새로운 기회를 제공했다. 일본 전자업계에서 사용하는 분말 야금 제품은 이미 연간 4.3 달러에 이르렀는데, 이 중 열침재는 23%, 발광과 점전극 재료는 30% 를 차지한다. 전자는 주로 Si/SiC, Cu-Mo, Cu-W, Al-SiC, AlN, Cu/ 다이아몬드 등과 같은 방열재를 포함한다. 후자는 주로 텅스텐-몰리브덴 재료를 포함한다.

분말 사출 성형

분말 사출 성형은 여전히 현재 연구의 핫스팟 중 하나이다. 분말 사출 성형 재료는 불순물 함량에 민감하지 않고 성능 요구 사항이 높지 않은 철계 재료, 경질 합금 재료, 세라믹에서 니켈 기반 초합금, 티타늄 합금, 니오브 소재까지 발전했다. 재료의 응용 분야도 구조 재료에서 열침 재료, 자성 재료, 모양 기억 합금 등과 같은 기능성 재료로 발전했다. 재료 구조도 단일 균일 구조에서 복합 구조로 발전했습니다. 금속 사출 성형 기술은 서로 다른 성분의 분말을 동시에 성형하여 샌드위치 복합 구조를 얻을 수 있다. 예를 들어 복합 3 16L 스테인리스강과 17-4PH 합금을 통해 역학 성능을 지속적으로 조정할 수 있습니다. 분말 사출 성형의 중요한 발전 방향은 마이크로시스템 기술과 밀접한 관련이 있다. 마이크로 시스템 기술과 밀접한 관련이 있습니다. 전자정보, 마이크로화학, 의료기기 등 마이크로시스템과 관련된 분야에서. 장치는 끊임없이 소형화되고 기능은 더욱 복잡하다. 분말 사출 성형 기술은 실현 가능성을 제공합니다. 마이크로사출 성형 기술은 전통적인 사출 성형 기술의 개선이다. 크기와 구조가 1um 까지 작은 부품을 위해 개발된 성형 기술입니다. 기본 공예는 전통적인 사출 성형과 같지만 원료 분말의 입도가 더 작다. 마이크로사출 성형 기술을 이용하여 표면 마이크로구조 정밀도가 65438±00um 인 마이크로유체 부품을 개발했으며, 크기는 350um~900um 인 스테인리스강 부품입니다. 자성/비자성, 도체/비도체 마이크로복합 부품을 얻기 위해 서로 다른 재질 구성 요소 및 복합 구조의 동시 소결 또는 공동 연결을 구현합니다.

분말 제조 기술

분말 원자화는 항상 고성능 분말의 제조 기술이었다. 열풍 안개 기술은 금속액이 액상에 떨어지는 시간을 연장하여 분말을 두 번째 분쇄 (안개) 하여 안개 효율을 크게 높이고 더 작은 분말 입도를 얻을 수 있다. ASL 의 연구결과에 따르면 기체 온도가 330 C 로 높아지면 동일한 입도 분말을 준비하는 데 필요한 가스 소비가 30% 감소했으며, 경제 분석 및 엔지니어링 연구에 따르면 이 기술은 완전히 실현 가능한 것으로 나타났습니다. 분말 분무 기술이 크게 개선되었다. 예를 들어, 새로운 자유 알몸 안개는 더 미세한 공구강 분말을 얻을 수 있으며, 탄화물 분포가 더 균일하고 결함이 적습니다. 미국 Heglas 는 고급 제강 기술을 분말 생산에 사용하며 전기로 기술, ADO 기술, 고효율 안개 기술 및 수소 어닐링 기술을 결합하여 분말 품질, 가공물 밀도 및 강도를 크게 높였습니다. 활성 분말 안개 방면에서 용융 과정에서 용융물과 텅스텐의 반응을 줄이기 위해 독일은 티타늄, 지르코늄, TiAl 금속 간 화합물의 고활성 분말을 준비할 수 있는 전극 감응 가스 안개 (EIGA) 기술을 개발했다. 기계합금화는 여전히 인기 있는 연구 과제이지만, 대부분 실험실 작업이다. 독일의 Zoz 는 자신의 고에너지 볼 밀링 설비를 이용하여 아크 용해로의 난로 찌꺼기를 연마한 다음 습법야금으로 금속을 회수한다는 점은 주목할 만하다. 이 기술은 환경을 개선할 뿐만 아니라 거대한 시장을 열었다.

분말 프레스 기술

전통적인 분말 억압 기술은 설비의 개선과 공정의 최적화에 크게 의존한다. 몇몇 유명 인쇄기 제조사들은 더 정확한 정밀도 제어와 더 높은 자동화 수준을 갖춘 새로운 모델을 출시했다.

분말 소결 이론 및 기술

마이크로웨이브 소결은 신형 고속 소결 기술로서 이미 분말강, 경질합금, 유색금속 등 금속 분말 재료에 충분히 적용되었다. 마이크로웨이브 소결의 산업화는 곧 다가올 수 있습니다. 장비와 기술의 성숙도, 양산 능력 등은 큰 문제가 아니기 때문입니다. 주요 장애물은 제조업체의 수용도와 위험이다.

방전 플라즈마 소결 (SPS) 에 대한 연구가 많았고, 재료 체계도 세라믹에서 금속 재료, 특히 알루미늄 합금, 마그네슘 합금, 자체 윤활 철계 재료 등으로 확장되었습니다. 그러나 단일 생산의 특징으로 인해 이 방법은 일부 기초 연구에만 사용할 수 있다.

스프레이 침착은 큰 알갱이와 미세 결정질 재질을 준비하는 데 큰 장점이 있다. 처음에 이 기술은 주로 알루미늄 합금과 알루미늄 실리콘 합금을 생산했다. 제련 기술이 향상됨에 따라 스프레이 침착은 공구강과 초합금을 준비하는 데 이미 사용되었다. 독일 브레멘 대학은 제트 퇴적법으로 단일 질량이 100kg 를 넘어 내경 40mm, 외경 500mm, 폭 100mm 를 초과하는 초합금 링을 만들었다고 보도했다.

최근 몇 년 동안, 빠른 성형 기술은 많은 학자들의 관심을 불러일으켰다. 직접 금속 레이저 소결은 분말 야금 분야에서 가장 널리 사용되는 방법이다. 현재, 이 기술은 이미 강철 분말과 티타늄 분말에 적용되었다. 또 다른 빠른 금속 성형 방법은 3D 인쇄입니다. 이 방법은 서로 다른 구조에 따라 서로 다른 성분의 합금을 3 차원으로 쌓는 데 매우 편리하며, 현재는 개념 단계에 있다. 그러나 이 기술은 금속+접착제 및 그라데이션 기능성 재질로 구성된 일부 구조를 준비하는 데 사용되었습니다.

금속 분말 다공성 재료

금속 분말 다공성 재료는 경량 구조 재료, 고온 필터 장치, 분리막 등과 같이 광범위하게 응용된다. 현재 가장 큰 시장은 디젤 엔진의 담배 필터일 수 있다. 독일 프라우엔호프 연구소는 금속 빈 공을 준비하는 기술을 개발했다. 금속 분말 슬러리를 중합체 기체에 도포한 다음 중합체 기체와 접착제를 제거하고 중공 구조를 가진 다양한 금속 구로 소결합니다. 구의 지름 범위는 1 mm 에서 8mm 까지입니다. 제조 된 강철 중공 볼 밀도는 0.3g/cm3 에 불과합니다.

경금속

나노 결정체와 그라데이션 구조는 경질 합금의 두 가지 중점 방향이다. 나노 결정 재료에는 결정립 성장 제어와 나노 분말 제조가 포함됩니다. 그라데이션 구조 합금 방면에는 공예와 구조의 관계가 포함되어 있다. 그라데이션 구조를 결합한 나노 결정은 더 미세한 수준에서 성능을 조절할 수 있는 좋은 방향일 수 있습니다. 경질합금은 경도가 높고 가공성이 떨어지며 사출 성형 방법으로 모양이 복잡한 중소형 부품을 준비하는 것은 발전 추세이지만 상업화는 여전히 기술 성숙도에 의해 통제된다. 초경합금 작업의 다른 측면으로는 천가희토와 합금 원소, 단열인성 및 신뢰성 표징이 있다.

분말 경금속 합금

자동차의 경량화는 알루미늄 마그네슘 티타늄 등 경금속 재료에 대한 광범위한 응용 전망을 제공한다. 분말 알루미늄 합금은 자동차의 많은 부품에 사용할 수 있지만, 알루미늄 실리콘 합금은 높은 비율 강도, 높은 비율 강성, 낮은 열팽창 계수 및 내마모성으로 인해 오일 펌프 기어에 가장 먼저 사용될 수 있습니다. 산업화의 관점에서 볼 때 분말 야금 알루미늄 합금의 제비 공예를 최적화하는 것이 더 중요하다. 알루미늄 합금의 또 다른 연구 핫스팟은 기존 Al/SiC, Al/C, Al/BN, Al/Ti(C, n) 및 새로운 탄소 나노 튜브 강화 알루미늄 합금을 포함한 복합 재료입니다. 고강도 분말 알루미늄 합금은 급속 응고 기술과 밀접한 관련이 있습니다. 성분 설계를 통해 순수 알루미늄 기체에 금속간 화합물을 첨가하면 고강도, 고 인성, 열 안정성이 높은 알루미늄 합금을 만들 수 있다. 이 재질은 실온 강도가 600Mpa 보다 크고 연신율이 65438 00% 보다 크며 400 C 열 안정성이 우수하며 피로 한계는 단조 알루미늄 합금의 두 배입니다.

마그네슘 합금의 밀도가 더 낮고 응용 전망이 더 좋을 수 있지만 아직 연구 상태에 있다. 빠른 응고법도 고성능 분말 마그네슘 합금을 준비하는 중요한 수단이다. 현재 이 기술의 안전성은 큰 문제가 없고, 준비한 재료의 성능도 주조 합금보다 훨씬 높다.

자동차에 티타늄 합금의 응용은 주로 비용 문제이며, 분말 티타늄 합금의 주요 장애물은 고성능 저비용 티타늄 분말에 있다. 영국 QinetiQ Ltd 는 점내 탈산 기술 (EDO) 을 개발하여 티타늄 가루를 대량 생산할 수 있다. 이 기술은 스폰지 티타늄을 원료로 한 기존의 수소 탈수소 공예와는 완전히 다르다. 그것은 TiO _ 2 를 음극으로, 흑연을 양극으로 하는 용융 염 전해와 비슷한 방법이다. 전기 분해 과정에서 TiO _ 2 양극이 이동하고 양극을 소비하는 탄소는 CO 를 생성하고 음극은 티타늄 분말을 얻는다. 티타늄 분말의 산소 함량은 0.035% 에서 0.4% 사이입니다. 이 기술은 또한 각종 티타늄 분말을 쉽게 준비할 수 있다. 분위기와 불순물에 대한 민감성으로 인해 분말 티타늄 합금의 소결도 기술적인 어려움으로, 일반적으로 열 등정압이나 후속 열가공과 관련이 있다. 공융 성분과 희토원소를 첨가하면 분말 티타늄 합금의 소결 밀도를 크게 높일 수 있으며, 그 기계적 성질도 단조 티타늄 합금 수준에 이를 수 있다. 이 일련의 작업은 자동차 기계의 핵심 부품에 티타늄 합금의 응용을 크게 추진할 것이다.

분말 부품의 후속 가공 기술

후속 처리는 분말 야금 부품의 성능에 매우 중요하다. 소결경화는 소결과 열처리를 결합하여 합금 성분과 냉각 조건이 재료의 성능에 큰 영향을 미친다. Miba 는 드릴 기술을 사용하여 부품의 가공성을 평가합니다. 고베 제강회사는 일반적으로 사용되는 MnS 대신 소결강에 복합산화 칼슘을 첨가하여 부품의 기계적 성능을 손상시키지 않고 부품의 가공성을 크게 향상시켰다. 또한 적용 범위가 확대됨에 따라 알루미늄 분말과 복합 재료의 절단 및 다공성 재료의 와이어 커팅도 눈길을 끌고 있다.

표면 경화는 분말 야금 기어를 개선하는 중요한 수단이다. 철계 부품의 밀도가 이미 7.4g/cm3 에 도달했지만 치근과 접촉면의 밀도와 경도는 여전히 더욱 높아져야 한다. 레이디얼 압연은 이미 중요한 수단이 되었다. 현재 각 대형 철계 부품 제조사들은 고성능 분말 야금 기어의 생산과 응용에 큰 관심을 보이고 있다.

분말 야금 공정의 시뮬레이션 및 표준화

유럽은 이미 두 가지 프로그램 (PM Modnet 과 PM Dienet) 을 시작했는데, 먼저 철계 부품 생산 과정을 시뮬레이션한 다음 다른 재료 시스템으로 보급하려고 시도하여 많은 성과를 거두었다. 영국도 7 개 연구팀과 23 개 기업을 포함한 대규모 연구계획을 가동해 각종 재료 억압 과정의 공정 통제를 주로 연구하고 있다. 따라서 분말 압축 과정의 시뮬레이션은 이미 연구 핫스팟이 되었다. 상대적으로 치밀화 방정식, 본 구조 방정식 등 기초 이론 저작은 적고, 유한 요소 등 수치 시뮬레이션 방법을 많이 사용한다. 물론 프레스 프로세스의 시뮬레이션에는 마찰, 스트리핑, 충전 및 프레스 가공물의 성능 시뮬레이션도 포함됩니다.

분말 야금 과정의 동적 관찰과 제품 품질 관리는 일상적인 생산과 밀접한 관련이 있다. X-레이 CT 방법을 사용하면 분말 소결 중 3 차원 밀도, 구멍 틈새, 입도 분포 및 소결 목의 성장을 쉽게 관찰할 수 있습니다. 고온 IET 는 재질의 강성과 내부 소모를 측정할 수 있으며, 다른 수단과 결합하여 미시 구조와 역학 성능의 동적 진화를 쉽게 설명할 수 있습니다. 동적 열 이미징 기술은 사출 가공물의 균열을 빠르게 발견할 수 있다. 현재, 음향 방법은 생산 라인에서 가장 널리 사용되고 있으며, 각 대형 분말 야금 회사들은 이 무손실 감지 기술을 이용하여 독일의 GKN, 일본의 닛산 자동차, 스페인의 Ames 를 포함한 결함 제품을 적시에 발견하거나 제품 성능을 예측합니다. 그러나 이 정량 분석은 다원통계, 이미지 분석, 물리 화학 이론, 수치 시뮬레이션 등을 포함한 체계적인 작업이다. 그리고 다학과 종사자들만이 함께 노력하여 정확한 표상을 실현할 수 있다.

분말 야금은 특정 특수 기능 재료를 준비하는 데 매우 유리하다. 예를 들어, 나노 구조의 MgB2 초전도 재료와 CuNb 자석은 기계적 합금화로 준비할 수 있습니다. 분말 기능성 물질의 가장 큰 시장은 자성 물질이다. NbFeB 재질의 경우 안개 분말을 사용하여 밀도와 성능을 높이는 것이 가장 중요한 방향입니다. 이 분말은 사출 성형에 적합하기 때문에 중소형 이형 자성 재료 부품의 제조에 중요한 의의가 있다. 연자성 복합 재료 (SMC) 는 철분가루의 복합 구조로 모터에 매우 큰 응용 시장이 있다. 따라서 시장 및 애플리케이션 분석, 구조 설계 및 최적화, 생산 및 프로세스 제어, 피로 성능 등 이 분야에 대한 연구가 많습니다.