热等静压技术在粉末冶金和扩散连接领域中的应用
【摘 要】 热等静压是一种对制品同时进行高温高压作用的现代成型技术。本文介绍了热等静压设备的结构和性能,重点阐述了热等静压技术在粉末冶金和扩散连接领域中的应用。
【关键词】 热等静压 粉末冶金 扩散连接
热等静压(hot isostatic pressing,简称HIP)是粉末冶金领域等静压技术的一个分支,现已成为一种重要的现代材料成型技术。该技术将制品放置到密闭的容器中,以密闭容器中的惰性气体或氮气为传压介质,向制品施加各向同等压力的同时施以高温(加热温度通常为1000~2000℃,工作压力可达200MPa。),使得制品在高温、高压的作用下得以烧结和致密化。
随着热等静压设备性能的不断改进完善,HIP技术现已在硬质合金烧结、钨铝钛等难熔金属及合金的致密化、产品的缺陷修复,大型及异形构件的近净成形,复合材料及异种材料扩散连接等方面得到了广泛应用,已经发展成为一种极其重要的材料现代成型技术。
1 热等静压设备的结构
热等静压设备主要由高压容器、加热炉、压缩机、真空泵、冷却系统和计算机控制系统组成。图1为典型热等静压系统的示意图。
高压容器是由无螺纹、底部封闭钢丝缠绕的预应力筒体和钢丝缠绕及预应力框架组成。加热炉提供热等静压所必需的热量,通常为电阻式加热炉,可视不同温度档的要求,采用不同的电阻材料,如最高工作温度为1450℃条件时可用钼丝加热炉,为2000℃条件时可用石墨加热炉。HIP设备通常采用非注入式电动液压压缩机可给热等静压提供高达200MPa的高压气体。真空泵采用旋转叶轮,在产品烧结中用于真空抽吸,同时抽除容器内的氧、水汽和其它杂质。冷却系统采用内外循环回路设计;内循环通过管道内冷却水的流动与压力容器外壳间进行热交换,为了保护冷却系统,冷却水的质量很重要,需采用去离子水,管路也需进行防锈处理;外循环则通过换热器将内循环的热量带出。计算机控制系统实现温度、压力、真空的程序控制,并显示所有工作状态,可编制控制器提供安全可靠的联锁。
2 热等静压技术的应用领域
2.1 粉末冶金领域
粉末冶金是用粉末作为原材料,经过成形、烧结和后处理将粉末固结成产品的工艺,能生产特殊性能的多孔制件、复合材料、复杂结构件,其产品具有组织成分均匀、力学性能优越的特点。采用热等静压(HIP)进行粉末固结是将粉末采用金属、陶瓷包套(低碳钢、Ni、Mo、玻璃等)或不采用包套置于热等静压设备中,以高压氮气、氩气作...
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