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深圳市御嘉鑫科技股份有限公司
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鈦合金粉末冶金的加工方法
發(fā)布日期:[2024/8/2]
鈦及其合金因具有密度低,比強(qiáng)度高,生物相容性和中高溫穩(wěn)定性好,以及良好的力學(xué)性能和優(yōu)異的耐腐蝕性,在航空航天、軍工及船舶等領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。傳統(tǒng)熔鍛的加工技術(shù)在制備大尺寸、簡(jiǎn)單形狀鈦型材或制品等方面具備優(yōu)勢(shì),但在制備復(fù)雜結(jié)構(gòu)、中小型的鈦制品上存在成品率低、資源浪費(fèi)大、生產(chǎn)成本高等問(wèn)題。粉末近終成形技術(shù)恰恰可以彌補(bǔ)這一技術(shù)缺陷,通過(guò)粉末制備、近終成形的技術(shù)路線能夠批量化或定制化的制造多種尺度、多種結(jié)構(gòu)特點(diǎn)的鈦合金制品。這類中小型制品在航空航天、軍工、醫(yī)療和民用消費(fèi)領(lǐng)域具有更大應(yīng)用潛力和產(chǎn)品附加值,是未來(lái)推進(jìn)鈦產(chǎn)業(yè)低碳、綠色制造業(yè)轉(zhuǎn)型的重要方向。
1、壓制燒結(jié)
美國(guó)在鈦粉壓制燒結(jié)制備鈦合金產(chǎn)品方面研究很早。Dynamet Technology公司一直致力于鈦粉壓制成形產(chǎn)品的生產(chǎn),部分產(chǎn)品已得到小規(guī)模應(yīng)用。該公司生產(chǎn)的第一種粉末冶金鈦制品是雷神公司的響尾蛇導(dǎo)彈上的圓頂外殼Ti-6Al-4V合金預(yù)成型件,后來(lái)還生產(chǎn)了粉末冶金Ti-6Al-6V-2Sn合金制品應(yīng)用于Stinger導(dǎo)彈彈頭外殼。由于其在鈦制品上顯著的貢獻(xiàn),Dynamet Technology公司成為了波音公司的粉末鈦合金制品的唯一供應(yīng)商。此外,美國(guó)ADMA Products公司自1985年開(kāi)始生產(chǎn)粉末冶金鈦零件,部分產(chǎn)品應(yīng)用于航空航天領(lǐng)域。我國(guó)西北有色金屬研究院在鈦粉末近凈成形領(lǐng)域的研發(fā)也已有30多年的經(jīng)驗(yàn),開(kāi)發(fā)的多孔鈦制品已經(jīng)應(yīng)用在化工、食品等領(lǐng)域。
2、熱等靜壓
熱等靜壓(HIP)工藝是由美國(guó)巴蒂爾(Battelle)研究所在20世紀(jì)50年代發(fā)明的,該技術(shù)是一種以惰性氣體為傳壓介質(zhì),在850-2000 ℃溫度和100-200 MPa氣壓的協(xié)同作用下,對(duì)制品進(jìn)行高溫壓制和燒結(jié)處理的技術(shù),是目前粉末近凈成形鈦及鈦合金結(jié)構(gòu)件全致密化的最主要手段,制品具有組織均勻、無(wú)織構(gòu)、無(wú)偏析等特點(diǎn)。
國(guó)外發(fā)展鈦合金粉末熱等靜壓技術(shù)始于19世紀(jì)50年代,俄羅斯輕金屬研究所早在20世紀(jì)70年代在世界上最先研制出了整體復(fù)雜形狀的粉末鈦合金氫泵渦輪,并在RD-0120型氫氧發(fā)動(dòng)機(jī)上得到應(yīng)用;美國(guó)在20世紀(jì)90年代首先在航天領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)商業(yè)化應(yīng)用,并逐步拓展到在航空、兵器領(lǐng)域,如PW公司的F110發(fā)動(dòng)機(jī)的連接桿,戰(zhàn)斧式巡航導(dǎo)彈F107發(fā)動(dòng)機(jī)壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子,Sidewind導(dǎo)彈頭罩,F(xiàn)107巡航導(dǎo)彈發(fā)動(dòng)機(jī)葉輪,以及Stinger防空導(dǎo)彈戰(zhàn)斗部殼體等。
3、粉末注射成形
金屬粉末注射成形
(Metal Injection Molding,MIM)技術(shù)可直接制備出具有或接近最終形狀的零部件,避免或減少機(jī)加工,大幅度降低制備成本。因此,粉末注射成形技術(shù)是批量化制備鈦及鈦合金應(yīng)用零部件最為有效的技術(shù)手段之一。
電子通訊中的3C產(chǎn)品(包括手機(jī)、智能可穿戴,眼鏡框、5G信號(hào)件)是粉末注射成形技術(shù)的最主要應(yīng)用領(lǐng)域,占比達(dá)到84.2%?,F(xiàn)階段主要以鐵基材料為主,而材料的輕量化設(shè)計(jì)和高品質(zhì)追求是3C產(chǎn)品未來(lái)發(fā)展的主要方向。鈦合金具有低密度(密度僅為鐵基材料的一半)、高強(qiáng)度、耐腐蝕等特點(diǎn),滿足未來(lái)材料的輕量化高品質(zhì)設(shè)計(jì)。據(jù)統(tǒng)計(jì),2020年中國(guó)鈦?zhàn)⑸涑尚涡袠I(yè)市場(chǎng)規(guī)模達(dá)到6.8億元,據(jù)需求方投入情況和供應(yīng)方營(yíng)收增長(zhǎng)情況推算,預(yù)計(jì)2026年市場(chǎng)規(guī)模將達(dá)到20億元,年增長(zhǎng)率可達(dá)20.13%。
粉末注射成形鈦合金在消費(fèi)電子領(lǐng)域應(yīng)用:華為手表鈦合金表殼、蘋(píng)果手機(jī)鈦合金邊框
4、增材制造
增材制造(Additive Manufacturing, AM)是一種通過(guò)點(diǎn)、線、面逐層累加的成形技術(shù),它不受零件復(fù)雜程度的影響,能自動(dòng)、快速、準(zhǔn)確地完成復(fù)雜零件的設(shè)計(jì)與制造。與傳統(tǒng)制造技術(shù)相比,增材制造在設(shè)計(jì)自由度、復(fù)雜零件成型以及材料利用率等方面具有獨(dú)特的優(yōu)勢(shì),成為極具前景的鈦合金制造技術(shù)。根據(jù)SmarTech分析報(bào)道,2019年全球金屬3D打印市場(chǎng)達(dá)到33億美元,包括3D打印設(shè)備、材料和服務(wù),預(yù)計(jì)在2024年將達(dá)到110億美元,鈦合金是其中最重要的打印金屬。
航空航天和軍工國(guó)防是鈦增材制造的第一大用戶,目前已成功用于航天發(fā)動(dòng)機(jī)小型精密構(gòu)件和航空大型復(fù)雜構(gòu)件的直接成形,如太空發(fā)射系統(tǒng)、飛機(jī)機(jī)翼、整體控制面和艙門(mén)、發(fā)動(dòng)機(jī)葉片等關(guān)鍵飛天裝備部件。
增材制造鈦合金在航空領(lǐng)域應(yīng)用:發(fā)動(dòng)機(jī)噴油嘴、軍機(jī)鈦合金框架
粉末作為上述粉末冶金近終成形工藝的基礎(chǔ)原料,其成本和品質(zhì)是影響粉末冶金制品價(jià)格和性能的最重要因素。
深圳市御嘉鑫科技股份有限公司
,以創(chuàng)新科技引領(lǐng)未來(lái),自主研發(fā)鈦合金金屬注射成形加工工藝。該工藝精湛高效,能夠精準(zhǔn)制造復(fù)雜結(jié)構(gòu)的醫(yī)療器械零件、醫(yī)療植入物及航空航天關(guān)鍵部件。通過(guò)精密混合鈦合金粉末與粘結(jié)劑,注入模具成型,再經(jīng)脫脂、燒結(jié)等精細(xì)步驟,確保產(chǎn)品具備卓越的生物相容性、力學(xué)性能和精度。御嘉鑫以卓越品質(zhì),為醫(yī)療、航空等領(lǐng)域提供高精度、高可靠性的零部件解決方案。
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