焼結は、金属粉末、熱、圧力を用いて、異なる材料間の原子拡散と結合を促進する金属加工プロセスである。このプロセスは最終的に、金属の液化点に達することなく固体の塊を形成する。
5つの主要ステップの説明
1.最初の加熱
このプロセスは、金属粉末を、原子拡散を促進するが金属の融点以下の温度に加熱することから始まる。
この温度は通常、マルテンサイト結晶構造を作るのに十分な高さである。
2.成形
加熱後、金属粉末は圧縮される。多くの場合、圧縮された粉末の強度を高めるために冷間溶接が用いられる。
この工程は、最終製品の望ましい形状と密度を達成するために非常に重要である。
3.元素の添加
用途によっては、銅粉や超硬合金などの元素を添加することもある。
この段階では、使用する金属によって、一過性または永久的な液相焼結が行われる。
4.最終段階
最終段階では、液体とバインダー添加剤が導入され、金属に残った気孔を充填し、緻密で強固な構造を確保する。
5.冷却
焼結部品はその後冷却され、構造が固化して焼結プロセスが完了します。
詳細説明
初期加熱
加熱段階は、原子の拡散プロセスを開始するため非常に重要である。
固体金属粉末内の原子が加熱され、より激しく振動し始めます。
この動きの増加により、原子が材料内を移動し、最終的に粒子間の結合につながります。
温度は金属の融点以下になるように注意深く制御され、液化を防ぎます。
コンパクション
コンパクションは、金属粒子を密着させ、原子の拡散と結合を促進するために行われる。
この段階で冷間溶接を使用することで、圧縮された粉末にさらなる強度を与え、強固な初期構造を確保することができる。
元素の添加
焼結中に他の元素や化合物を添加することで、最終製品の特性を向上させることができる。
例えば、銅を添加すれば導電性が向上し、超硬合金を添加すれば硬度と耐摩耗性が向上する。
一過性液相焼結と永久液相焼結のどちらを選択するかは、アプリケーションの具体的な要件と関係する材料によって決まります。
最終段階
液体およびバインダー添加剤の導入は、初期焼結段階の後に残る可能性のある気孔を充填するのに役立ちます。
この段階は、焼結金属の機械的強度と耐久性に不可欠な高密度構造を達成するために非常に重要です。
冷却
焼結工程の後、部品は冷却されます。
この冷却段階は、焼結金属の最終的な微細構造と特性を決定するため非常に重要です。
冷却を制御することで、亀裂や残留応力などの欠陥を防ぐことができます。
用途と利点
焼結金属は、高強度、優れた耐摩耗性、ニアネットシェイプなどのユニークな特性により、様々な用途で使用されています。
自動車、航空宇宙、電子機器などの産業では、精度と耐久性が要求される部品に焼結金属が利用されています。
金属焼結の利点には、費用対効果、エネルギー効率、必要最小限の機械加工で複雑な形状を製造できることなどがあります。
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