动磁压制技术.ppt

动磁压制技术DMC,动力磁性压制技术(dynamicmagneticcornpaction，简称DMC)是起始于1995年10月，由美国的3个研究单位耗资850万美元所开发的重大科研项目。动磁压制技术采用脉冲调制电磁场施加的压力来固结粉末。它虽然也是二维压制工艺，但与传统的粉末冶金压制工艺不一样的是，动磁压制技术是径向由外向内的压制，而不是轴向压制。采用动磁压制技术压制出来的材料密度高，力学性能优越，而价格则与传统的一次压制、一次烧结相差不多，因此动磁压制技术在粉末冶金业中有巨大的发展潜力。,当粉末装入一个导电的容器(护套)内,置于高场强的中心腔中,线圈通入高电流脉冲,线圈中形成磁场,护套内因而产生感应电流。感应电流与施加的磁场相互作用,产生由外向内压缩护套的磁力,使粉末得到压制,整个压制过程时间不足1ms。,原理,DMC的工艺步骤与常规的PM相似，包括压制模具、粉末填充、零件脱模和烧结的过程，此外还可进行精整和精加工。在大多数的实际应用中粉末填充和压制都是室温下进行的，粉末的填充也可以在特殊的环境(如为惰性气体或其他气体保护)下进行。采取适当的设备调整，粉末还可以在高温下压制成形。目前，已开发出了DMC专用的MAGNEPRESS成形系统，该系统主要由四部分组成：脉冲电源、电磁场线圈绕组、材料输送系统和可编程逻辑控制器系统。这套系统可以达到每分钟10件工件的高出产率，粉末填壳及输送装置，可以在需要时很容易地附加到系统上。,工艺,1)利用电磁场的脉冲压力来成形，压力大，时间短；2)粉末材料密度高，性能优越，一般生坯密度均在95理论密度以上而且其亚毫秒压制过程有利于保持材料的显微结构不变，因此其性能远高于常规压制零件；3)能成形较高长径比的零件，长径比高达20：1且密度均匀的圆柱形零件已研制出来；4)动磁压制是两维径向压制，而不是轴向压制。,特点,（1）由于不需要使用模具，因而可达到更高的压制压力，维修费用和生产成本更低；（2）粉末中不用添加任何润滑剂与粘结剂，有利于烧结和环保；（3）可以在任何温度和气氛中压制，工作条件更加灵活；（4）任何材料均可以采用动磁压制成形，可应用于金属间化合物、难熔合金、陶瓷、非晶材料、超导体材料、纳米材料和其它复合材料的制备；（5）压坏密度高，从而降低了烧结收缩率，有利于拄制产品的尺寸精度。,优点,动磁压制技术因为具有压力大、速度快、近全致密的优点，可广泛用于金属间化合物、难融合金、陶瓷、纳米材料和其它复合材料的制备。碳化钨粉末如果进行DMC压制，其收缩量为17，但如果进行常规方法压制，其收缩量为24。对陶瓷材料进行DMC压制也可以得到同样的结果。,动磁压制材料的性能与应用,采用DMC的不同粉末颗粒尺寸和结构形态的粉末生坯密度,Chelluri等对不锈钢、镍钛合金、陶瓷的不同压制工艺进行了对比研究，发现动磁压制技术可应用于近净形零件的制备，不用任何润滑剂和粘结剂得到的生坯密度已达到100，而粉末经普通一次压制、一次烧结获得的材料只能达到65的生坯密度。图4列出了多种铁基合金经DMC压制后达到密度，绝大部分合金的密度都达到90以上，1001HP更达到了全致密。用不同压力对4405合金试样进行DMC压制，得到试样的密度在7.2-7.6g/cm3。,动磁压制材料的性能与应用,各种铁基合金采用DMC工艺能达到的密度,然后在1180摄氏度和氨气保护下烧结，得到试样的抗拉强度和屈服强度分别为550675MPa和425525MPa，如图5所示。经DMC压制的试样抗拉强度和屈服强度都比常规粉末冶金成形的试样要高，且接近于84M可锻铸铁。图5经DMC压制的试样与84M可锻铸铁的强度比较。,动磁压制材料的性能与应用,DMC压制的试样与84M-可锻铸铁的强度比较,对于W、WC,陶瓷粉末等难压制材料,DMC也可达到较高密度,从而降低烧结收缩率。对于高性能粘结钕铁硼磁体与烧结钐钴磁体,由于DMC的粘结磁体密度高,其磁能积提高15%20%,此外DMC的亚毫秒压制过程有助于保持材料的亚显微结构不变,因而也提高了材料性能。对于各种合金钢粉末材料,DMC材料的生坯密度和力学性能都比传统方法的高,生坯密度通常在95%以上,适于制造柱形对称的终形件,薄壁管,高纵横比部件和内部形状复杂的部件。现可以生产直径*长度=12.7mm*76.2mm到127.0mm*25.4mm的部件。,目前动态磁力压制技术的研究仅集中在美国和日本，其他国家鲜有报导。且此技术的应用仍只是强调磁力压制作用，没有考虑感应磁场产生的感应电流。实际上，电流流经粉体材料产生的电阻热对粉末具有明显的烧结作用。此外，日本关于铁磁性金属粉末在磁场作用下烧结的研究指出，磁场烧结能有效地提高铁粉的致密化程度，促进晶粒长大；磁场越强，致密化程度越高，特别是在烧结的中间阶段效果最为明显。这是由于磁场有增强晶界迁移驱动力的能力，所以在烧结时对致密化起着重要的促进作用。可以看出，综合利用磁场固结作用和电场的焦耳热烧结作用来改善材料的机械、物理性能，将是制备高密度、高性能、低成本粉末冶金件新的研究方向。,研究方向和存在的问题,该成型方法主要适合制造柱形对称和大长径比零件，同温度与力耦合的温压成型方法一样，在粉末成型后，尚需通过烧结进一步提高材料和零件的性能，因而采用该方法制备材料和零件时，工序仍相对较长，仍存在节能、提高生产效率和性能的空间。,研究方向和存在的问题,由于动磁压制对任何材料均能压制成形，且获得的材料性能优越，DMC将成为粉末冶金的一个重要研究方向。虽然动磁压制技术离大规模工业化生产还有一定距离，许多关键技术问题尚有待进一步解决，但其压制时阀