粉末金属学の詳細な紹介

I. 基本概念

II. 基本プロセスステップ

1. 粉末の調製
   • 方法: 機械的粉砕 (例えば,ボールフライリング,マハフライリング),物理蒸気堆積 (PVD),化学的削減 (例えば,鉄粉末の水素削減),原子化 (合金粉末の水/空気原子化).
   • 主要なパラメータ: 粉末の粒子の大きさ (マイクロレベル,形成密度に影響),純度,形状 (球状/不規則,流動性に影響)
     [写真: 球状 の合金 粉末 を 生み出す 粉末 原子化 装置]
2. 混合と変更
   • 金属粉末を非金属添加物 (例えば,硬さのために炭素,銅) と潤滑剤 (例えば,形容性のために亜鉛ステア酸) と混合する.
3. 形成する
   • 圧縮模造: 高圧 (50~300 MPa) で,シンプルな対称形状に適した"グリーンコンパクト"を形成する模具.
   • 金属注射鋳造 (MIM): 粉末と結合剤の混合物は,複雑な精密部品 (例えば,時計の歯車,医療機器) の模具に注入され,脱水され,シンターされます.
   • イソスタティックプレッシング: 高密度の材料 (例えば,航空宇宙超合金部品) に対して液体による均一圧 (冷たい/熱いイソスタティックプレス)
     [写真:冷静圧縮装置の図]
4. シンテリング
   • 保護大気 (アルゴン,水素) や真空で金属の溶融点の60~80%まで加熱し,密度と強さを向上させるために原子拡散によって粒子をつなげます.
   • 重要なパラメータ: 温度,保持時間,大気制御
5. 処理後
   • 密度化: 圧縮/再シンタリング; 機械的特性のための熱鍛造
   • 表面処理電気塗装 塗装 炭化化物
   • 機械加工: 細工切削 (掘削,磨削) は高精度で作られる.

III. 技術的特徴

1. 利点
   • 材料 の 高 効率性: ネットワークに近い形状は廃棄物を減少させ (<5%),コストを削減します.
   • 複雑な構造の製造: マイクロホール,多材料複合材料,またはグラデント特性を持つ部品を直接形作る (例えば,油浸したベアリング,ギアボックス).
   • 高性能 の 材料:
     • 耐火性金属 (ツンフレン,モリブデン) と複合材料 (金属マトリックスセラミック強化材)
     • 透孔材料 (フィルター,消熱器) と抗摩擦材料 (自己潤滑ベアリング)
   • エネルギー 効率: 鋳造/鍛造よりもエネルギー消費が少ない.大量生産に最適です.
2. 制限
   • 孔隙性 影響: シンテレされた材料は5~20%の孔隙を保持し,密度のために後処理が必要です.
   • 菌類 に 依存 する: 高精度型模具は高価で複雑で,中大規模生産に適しています.
   • サイズ制限: 伝統的な鋳造は部品のサイズ (数十cm) を制限し,大型部品は同静圧縮または3D印刷が必要です.

IV 主な材料と用途

1. 共通材料
   • 鉄/銅基: 70%以上のアプリケーションで,歯車,ベアリング,構造部品 (例えば自動車エンジン部品) に使用されます.
   • 耐火性金属: ワルフスタン,モリブデン合金 航空宇宙の高温部品 (ロケットノズル,衛星散熱器)
   • 特殊合金: タイタン合金,航空機エンジンブレードおよび医療インプラントのための超合金 (インコネル) (タイタン骨螺栓)
   • 複合材料:金属セラミック (ダイヤモンドのサーブブレード),多孔金属 (エネルギー吸収,触媒サポート)
2. 典型的な用途
   • 自動車: エンジンバルブ座席,トランスミッションギア (30%減重),ターボチャージャーの部品.
   • 電子機器: MIMベースのスマートフォンカメラ支架,5Gヒートシンク (高熱伝導性の銅),磁性粉末 (インダクター)
   • 航空宇宙: 熱冷静圧式超合金タービンディスク,チタン構造部品 (減重)
   • 医療: 透孔型チタンインプラント (骨細胞統合),MIM歯科フレーム.
   • 新しいエネルギー: リチウム電池電極粉末 (NCM),燃料電池双極板 (不?? 鋼)
     [写真:電動自動車のモーターの粉末金属工学部品]

V. 最先端技術と動向 (2025年見通し)

1. 添加製造と統合
   • メタル3D印刷 (SLM/LMD): 粉末から複雑なパーツ (例えば航空宇宙エンジン) を直接印刷し,従来の鋳造の限界を克服します.
   • 3Dプリント: 小型の部品を大量生産するのに費用対効果があり,従来のMIMよりも安価です.
     [画像:SLMによる3Dプリントタイタン航空宇宙部品]
2. ナノパウダー と 高性能
   • ナノ結晶粉末高級な道具や装甲に 50%以上強度を上げます
   • 斜面材料: 表面耐磨性と内部の硬さのある部品のための層状粉末形成.
3. 緑の製造業
   • 水性結合剤は,汚染を減らすために有機溶媒をMIMに置き換えます.粉末の90%以上のリサイクルが炭素中性目標に準拠しています.
4. スマート生産
   • リアルタイム温度制御のためのAI最適化されたシンタリングオーブン;品質管理のためのオンライン粉末テスト (レーザー粒子サイズ分析,XRD)

結論