Metalurgi serbuk merupakan teknologi penyiapan bahan penting yang menggunakan serbuk logam (atau campuran serbuk logam dan serbuk nonlogam) sebagai bahan baku pembuatan bahan logam, bahan komposit dan berbagai jenis produk melalui proses seperti pembentukan dan sintering. Berikut ini adalah pengenalan rinci tentang metalurgi serbuk:
I. Pengertian dan Prinsip
Metalurgi serbuk adalah produksi serbuk logam atau serbuk logam sebagai bahan baku, melalui pembentukan dan sintering, pembuatan bahan logam, bahan komposit dan berbagai jenis teknologi proses produk. Proses dasarnya meliputi persiapan bubuk, pembentukan bubuk, sintering dan pengolahan selanjutnya. Teknologi ini berasal dari teknologi metalurgi kuno, namun perkembangan teknologi metalurgi serbuk modern dimulai pada awal abad ke-20, dan secara bertahap menjadi cabang penting dari ilmu material dan teknologi rekayasa.
II. Teknologi Persiapan Bubuk
Persiapan serbuk merupakan langkah awal dalam metalurgi serbuk, dan terdapat berbagai metode, antara lain:
Metode penggilingan bola: logam atau senyawa logam ke dalam ball mill, melalui tumbukan bola dan efek penggilingan hingga hancur menjadi bubuk halus.
Metode penghancuran: bahan padat dihancurkan menjadi bubuk melalui benturan mekanis, geser atau gesekan, berlaku untuk pembuatan bubuk bahan rapuh.
Metode atomisasi: Logam cair disemprotkan dengan aliran udara atau aliran cairan berkecepatan tinggi untuk mendinginkan dan memadat menjadi bubuk logam halus, yang memiliki karakteristik ukuran partikel halus dan kemurnian tinggi.
Metode reduksi: menggunakan hidrogen atau karbon monoksida untuk mereduksi oksida logam untuk memperoleh serbuk logam, seperti pembuatan besi, tembaga, tungsten dan serbuk logam lainnya.
Metode reduksi kimia: senyawa logam direduksi menjadi bubuk logam melalui reaksi kimia, biasanya digunakan dalam pembuatan bubuk logam ultra-halus dan bubuk dengan kemurnian tinggi.
Metode dekomposisi termal: penggunaan dekomposisi senyawa logam atau senyawa organik logam pada suhu tinggi untuk menghasilkan serbuk logam, berlaku untuk pembuatan serbuk logam aktif.
AKU AKU AKU. teknologi pembentukan bubuk
Pembentukan bubuk adalah proses pembentukan bubuk yang telah disiapkan menjadi blanko dengan bentuk yang diperlukan melalui sarana teknologi tertentu.
Pengepresan dingin: memberikan tekanan tinggi pada bubuk pada suhu kamar untuk membentuk blanko dengan kekuatan dan kepadatan tertentu. Proses pengepresan dingin sederhana, biaya rendah, cocok untuk produksi massal.
Pengepresan panas: Berikan tekanan pada bubuk dalam keadaan panas, sehingga berbentuk dan tersinter sebagian. Pengepresan panas dapat meningkatkan kepadatan dan kekuatan blanko, cocok untuk persiapan material berkinerja tinggi.
Cetakan injeksi: Bubuk dicampur dengan bahan pengikat untuk membuat bubur cair, yang kemudian disuntikkan ke dalam cetakan untuk dibentuk. Cetakan injeksi cocok untuk pembuatan komponen dengan bentuk kompleks dan struktur halus.
Pengepresan Isostatik: Serbuk ditempatkan ke dalam cetakan fleksibel, dan cairan atau gas digunakan untuk memberikan tekanan isostatik pada cetakan untuk membentuk bubuk secara seragam dan padat. Pengepresan isostatik cocok untuk pembuatan komponen berukuran besar dengan keseragaman tinggi.
Pencetakan 3D: penggunaan teknologi pencetakan 3D untuk membangun lapisan bubuk demi lapisan dan pembentukan ikatan, cocok untuk pembuatan struktur kompleks dan komponen desain yang dipersonalisasi.
IV. Teknologi Sintering
Sintering adalah salah satu langkah penting dalam metalurgi serbuk, melalui perlakuan suhu tinggi sehingga partikel serbuk digabungkan melalui difusi, rekristalisasi, dan reaksi kimia untuk membentuk bahan padat. Selama proses sintering, suhu sintering, waktu dan atmosfer mempunyai pengaruh penting terhadap sifat akhir material. Suhu dan waktu sintering yang tepat dapat meningkatkan kepadatan dan kekuatan material, namun suhu yang terlalu tinggi dan waktu yang terlalu lama dapat menyebabkan pertumbuhan butiran, penggetasan material, dan masalah lainnya.
1. sintering fase padat: suhu sintering lebih rendah dari titik leleh komponen dalam badan serbuk, biasanya pada 0,7 hingga 0,8 kali titik leleh absolut (Tm, in K). Metode sintering ini melalui aliran timbal balik antara partikel bubuk, difusi dan proses fisikokimia lainnya, sehingga badan bubuk semakin padat, menghilangkan sebagian atau seluruh pori-pori.
2. sintering fase cair: Jika terdapat lebih dari dua komponen dalam briket bubuk, proses sintering dapat dilakukan di atas titik leleh suatu komponen, sehingga menghasilkan sejumlah kecil fase cair dalam briket bubuk selama proses sintering. Munculnya fase cair membantu mempercepat proses perpindahan massa antara partikel bubuk dan mendorong pemadatan badan sinter.
3. sintering tekanan (penekanan panas): dalam proses sintering, badan bubuk memberikan tekanan untuk mendorong proses pemadatannya. Pengepresan panas merupakan kombinasi pencetakan bubuk dan sintering, yaitu proses memperoleh produk secara langsung. Metode ini secara signifikan dapat meningkatkan kepadatan dan kekuatan badan sinter.
4. aktivasi sintering: dalam proses sintering, dilakukan tindakan fisik atau kimia tertentu, seperti penambahan aktivator, perubahan suasana sintering, dll, untuk menurunkan suhu sintering, mempersingkat waktu sintering, dan meningkatkan kinerja sintering. tubuh yang disinter.
5. sintering percikan listrik: bubuk dalam proses pencetakan dan pengepresan dengan sintering listrik DC dan pulsa, sehingga partikel bubuk dihasilkan di antara busur untuk sintering. Selama proses sintering, tekanan diberikan secara bertahap pada benda kerja, menggabungkan dua proses pembentukan dan sintering. Metode ini cocok untuk pembuatan produk metalurgi serbuk dengan kepadatan tinggi dan kinerja tinggi.
6. penetrasi fusi (infiltrasi): untuk meningkatkan kekuatan dan sifat lain dari blanko berpori, pada suhu tinggi akan bersentuhan dengan blanko berpori dan logam cair atau paduan yang dapat membasahi permukaan padatnya. Karena gaya kapiler, logam cair mengisi pori-pori bagian yang kosong. Proses ini cocok untuk pembuatan tungsten-perak, tungsten-tembaga, besi-tembaga dan bahan atau produk paduan lainnya.
V. Keuntungan dan Aplikasi
Teknologi metalurgi serbuk memiliki banyak keunggulan, seperti fleksibilitas desain yang tinggi, pemanfaatan bahan baku yang tinggi, keseragaman mikrostruktur yang baik, dan kemampuan menyiapkan bahan paduan. Ini memiliki berbagai macam aplikasi, termasuk industri otomotif, dirgantara, peralatan medis, komponen elektronik dan sebagainya. Teknologi metalurgi serbuk memiliki keunggulan signifikan dalam pembuatan bentuk kompleks dan material berperforma tinggi. Misalnya, suku cadang otomotif metalurgi serbuk telah menjadi salah satu pasar terbesar bagi industri metalurgi serbuk di Tiongkok, dengan sekitar 50 persen suku cadang otomotif merupakan suku cadang metalurgi serbuk. Selain itu, teknologi metalurgi serbuk juga digunakan untuk memproduksi suku cadang persenjataan berat seperti peluru penusuk lapis baja dan torpedo, serta suku cadang struktural berkualitas tinggi.
Kekurangan
Meskipun teknologi metalurgi serbuk memiliki banyak kelebihan, namun ada juga beberapa kelemahannya. Misalnya, kekuatan dan ketangguhan produk metalurgi serbuk relatif buruk, karena adanya pori-pori di dalam billet yang terbuat dari serbuk padat; metalurgi serbuk tidak dapat dibuat menjadi produk skala besar, karena bentuk dan ukurannya dibatasi oleh fluiditas serbuk logam; cetakan kompresi lebih mahal, dan hanya cocok untuk aplikasi dalam produksi massal.
Singkatnya, metalurgi serbuk merupakan teknologi preparasi material yang penting dengan prospek penerapan yang luas dan keuntungan yang signifikan. Dengan terus maju dan berkembangnya ilmu pengetahuan dan teknologi, teknologi metalurgi serbuk juga akan terus berkembang dan berinovasi, serta memberikan kontribusi yang lebih besar terhadap perkembangan bidang ilmu material dan teknologi rekayasa.
