粉末冶金とは - 定義とプロセス

粉末冶金とは

粉末冶金とは、金属粉末から材料や部品を作る幅広い方法を指す用語です。このプロセスにより、金属除去プロセスを使用する必要性を回避または大幅に削減できるため、製造における歩留まりの損失が大幅に減少し、多くの場合、コストが削減されます。

粉末冶金は、圧縮された金属粉末を融点のすぐ下まで加熱する金属成形プロセスです。このプロセスは 100 年以上前から存在していましたが、過去四半世紀にわたって、さまざまな重要な用途向けの高品質の部品を製造するための優れた方法として広く認識されてきました.

この成功は、とりわけ、鍛造や金属鋳造などの他の成形技術よりもこのプロセスが提供する利点、材料の使用における利点、形状の複雑さ、およびネットワークの近くでの形状の制御によるものです。形。これらは持続可能性に貢献し、粉末冶金を環境に配慮した技術として認められています。

粉末冶金プロセス

これらの生産技術には、通常、次のプロセス ステップのすべてまたはほとんどが含まれます。

• 金属粉の製造
• ミキシングとブレンド
• 粉末の圧縮と成形
• 完全性と強度を高めるための成形体の焼結

場合によっては、このプロセスは、サイジング、コイニング、溶浸、熱間鍛造などの二次操作で達成されます.

1. 粉の生産

PM コンポーネントの製造に使用されるほとんどすべての鉄粉は、海綿鉄法または水アトマイズ法を使用して製造されます。他の PM アプリケーションに使用される非鉄金属粉末は、多くのプロセスで作成できます。

2. 粉末の混合

これには、多くの場合、元素粉末の形での合金添加剤の組み込み、またはプレス潤滑剤の組み込みが含まれます。

3. 混合粉末の成形

主な圧密プロセスには、ダイ、パンチ、場合によってはマンドレルまたはコア ロッドを含む剛性工具セットの圧入が含まれます。ただし、ニッチなアプリケーションで使用される統合プロセスは他にもいくつかあります。

4. 完全性と強度を高めるための成形体の焼結

このプロセスステップでは、通常は保護雰囲気で、主成分の融点より低い温度まで材料を加熱します。

場合によっては、微量成分が焼結温度で液相を形成することがあります。このような場合は、液相焼結と呼ばれます。固相および液相の焼結に関与するメカニズムについては、後のセクションで簡単に説明します。

5. 二次操作

焼結部品への仕上げプロセスの適用。粉末冶金では、このようなプロセスは「二次操作」と呼ばれることがよくあります。

粉末冶金プロセスの利点

• 最終寸法またはそれに近い寸法で部品を製造することにより、機械加工を最小限に抑えます
• 通常、完成品の原材料の 97% 以上を使用することで、スクラップの損失を最小限に抑えます
• さまざまな合金系に対応
• 優れた表面品質を生み出します
• 強度や耐摩耗性を高めるために熱処理できる素材を提供します
• 自己潤滑またはろ過のために制御された多孔性を提供します
• 他の金属加工プロセスでは非現実的または不可能な複雑またはユニークな形状の作成を促進します
• 中量から大量のコンポーネントの生産に適しています
• 重要なアプリケーションで長期的なパフォーマンスの信頼性を提供

よくある質問

粉末冶金とは何ですか?

粉末冶金は、圧縮された金属粉末を融点のすぐ下まで加熱することによって実行される金属成形プロセスです。

粉末冶金の原理は何ですか?

粉末冶金は、元素粉末またはプレアロイ粉末を一緒にブレンドし、このブレンドを金型で圧縮し、制御された炉雰囲気でプレス部品を焼結または加熱して粒子を結合することにより、信頼性の高いネットシェイプ コンポーネントを製造する高度に進化した方法です。

粉末冶金はどこで使用されますか?

ベアリングやさまざまなギア部品は、DIY 電動工具や家庭用の「白物家電」における粉末冶金アプリケーションの例です。金属グラファイト カーボン ブラシは、家庭用電化製品、自動車、および電動工具用の電気モーターおよび発電機にも広く使用されています。

粉末冶金の利点は何ですか?

粉末冶金プロセスの利点

• 最終寸法またはそれに近い寸法で部品を製造することにより、機械加工を最小限に抑えます。
• 通常、最終部品の出発原料の 97% 以上を使用することで、スクラップの損失を最小限に抑えます。
• 多種多様な合金システムを許可します。
• 優れた表面仕上げを実現します。

粉末冶金で使用される粉末は何ですか?

製品の製造に一般的に使用される金属粉末:

• アルミパウダー
• ビスマスパウダー
• 酸化カドミウムの粉末
• 粒状の銅。
• 鉄粉
• マンガンパウダー。
• ニッケル粉。
• 赤と黒の酸化第二銅。

セラミックの粉末冶金とは?

セラミックおよび金属部品を製造するための基本的な粉末冶金 (PM) 技術には、金属またはセラミックからの粉末の製造、混合またはブレンド、圧縮または圧密、および焼結または焼成の 4 つのステップが含まれます。セラミック材料から粉末を作る機械的方法は、粉末サイズを細かくするミリングです。

パウダープレスの基本的な目的は何ですか?

パウダープレスは、粉末を幾何学的形状に圧縮することです。プレスは通常、室温で行われます。これにより、グリーン コンパクトと呼ばれる固体部品が作成されます。この圧縮された未焼結部品の強度 (グリーン強度) は、適合性に依存します。結合剤を使用して適合性を高めることができます。

粉末金属はどのように作られますか?

金属鉱石は粉砕され、通常は炭素などの別の材料と混合されます。混合が完了すると、粉末内の酸素と炭素のレベルを下げる反応を起こすために炉に入れられます。望ましい最終製品を得るには、比較的高純度の鉱石が必要です。

粉末金属の強度は?

粉末鍛造鋼は、高い強度レベル (鍛造および熱処理で約 950 N/mm² までの UTS、鍛造および熱処理で約 650 N/mm² までの引張降伏応力) を提供できます。レベルの延性 (5-18% の伸び).

粉末冶金は鋳造とどう違うのですか?

粉末冶金プロセスでは、すべての金属が粉末状になります。鋳造では、金属を融点以上に加熱し、金型に流し込み、冷却します。その後、部品は正確な部品のために機械加工されます。

粉末冶金は積層造形ですか?

粉末冶金/アディティブ マニュファクチャリング AM によって製造された金属粉末および金属部品の元素分析。製品が単純なねじであろうと飛行機の複雑な部品であろうと、工業製品開発の不可欠な部分は、試作品と初期サンプルの製造です。

粉末冶金*の短所は何ですか?

工具や機器のコストが高い。これは、生産量が少ない場合に特に制限となります。大型または複雑な形状の部品は、PM プロセスでは製造が困難です。部品は、鍛造によって製造された部品よりも延性と強度が低くなります。

粉末冶金の欠点は何ですか?

粉末冶金の限界:

• 金型のコストは一般的であり、大量生産の場合にのみ正当化されます。
• 原材料費が非常に高い。
• 部品の機械的特性は、鋳造または機械加工された部品と比較して低品質です。
• 場合によっては、不均一な圧縮により、最終製品のさまざまな部分の密度が非常に高くなることがあります。

粉末冶金における粉末の等級付けとは?

軟磁性粉末冶金グレードには、普通の鉄、シリコン-鉄、コバルト-鉄、および最近開発された軟磁性複合材料が含まれます。これらは、硬化後に鉄粉粒子を分離するために適切なバインダー/絶縁体を追加した普通の鉄粉をベースにしています。

なぜ焼結が行われるのですか?

シンタリングはなぜ行われ、なぜ重要なのですか?焼結は、材料に強度と完全性を付与するだけでなく、気孔率を減らし、電気伝導性、半透明性、および熱伝導性を高めるために行われます.

粉末冶金の 4 つの主なステップは何ですか?

粉末冶金 (PM) プロセス全体の最初のステップは、金属粉末の製造です。粉末の製造には、固体還元、噴霧化、電気分解、化学の 4 つの主要なプロセスが使用されます。

粉末冶金におけるグリーン コンパクトとは?

粉末冶金 (PM) は、適切な金型を使用して必要な形状とサイズに圧縮される粉末の形の原材料を使用する製品とプロセスを扱います。これらの圧縮された粉末は、「グリーン コンパクト」と呼ばれます。

粉末金属は溶接できますか?

抵抗プロジェクション溶接。プロジェクション溶接は、プロセスによって生成される歪みが限られているため、粉末金属部品の溶接によく使用されます。高炭素粉末金属部品と肌焼き部品の両方を溶接できます。

金属粉とは何ですか?

粉末状の金属には、アルミニウム粉末、ニッケル粉末、鉄粉末などがあります。

粉末冶金の特徴は何ですか?

粉末冶金の基本的な属性は、他の方法では混和しない粉末状の材料を組み合わせる能力です。この独自の利点により、銅やその他の金属粉末を固体潤滑剤、酸化物、その他の化合物と組み合わせた摩擦材の製造が可能になります。