Введение в горячее изостатическое прессование (HIP)

Что такое горячее изостатическое прессование?

Горячее изостатическое прессование — один из широко используемых методов обработки химических материалов. В этом методе материал сжимается в печи при температуре от 1173 К до 2523 К и давлении от 100 до 200 МПа. Это очень похоже на другой процесс, известный как горячее прессование. При горячем изостатическом прессовании давление газа равномерно распределяется по всем направлениям материала. Это обеспечивает равенство свойств в разных направлениях материала. С годами HIP завоевал популярность благодаря своей эффективности. Применяется для уплотнения металлических порошков и устранения дефектов твердых материалов. Некоторые из дефектов, которые можно устранить с помощью этого процесса, включают поры, пустоты и трещины.

Сравнение методов: (а) горячего прессования (ГП) и (б) горячего изостатического прессования (ГИП). Добжанский, Лешек и Добжаньска-Даникевич, Анна и Ахтелик-Францак, Анна и Добжаньский, Л.Б. и Хайдучек, Евгениуш и Матула, Гжегож. (2017). Технологии изготовления спеченных материалов, в том числе материалов медицинского и стоматологического применения. 10.5772/65376.

Преимущества горячего изостатического прессования

Равномерная прочность

При горячем изостатическом прессовании достигается равномерная прочность материала во всех направлениях. Это связано с тем, что давление, используемое в процессе, применяется одинаково во всех направлениях материала.

Механические свойства

Материалы, прошедшие горячую изостатическую обработку, обладают улучшенными механическими свойствами. К таким свойствам относятся пластичность и прочность. Улучшение механических свойств можно объяснить тем, что при ГИП устраняется большая часть дефектов материала.

Устойчивость к коррозии

Горячее изостатическое прессование повышает коррозионную стойкость. Это гарантирует, что материалы, прошедшие HIP, имеют более длительный срок службы, чем большинство других материалов.

Экономическая эффективность

HIP – это очень экономически эффективный процесс. Благодаря этому процессу на тесты обеспечения качества тратится меньше денег. Это связано с тем, что материалы, прошедшие горячую изостатическую обработку, имеют высокое качество. Кроме того, увеличенный срок службы твердого материала, который дает этот процесс, означает, что материал можно использовать в течение длительного времени, прежде чем он будет заменен.

Микроструктура

Значительно улучшается микроструктура материалов, подвергающихся горячему изостатическому прессованию. Микроструктура этих материалов однородна. Кроме того, зерна мелкие и несепарированные.

Факторы, определяющие степень уплотнения ГИП

Степень уплотнения, происходящего при горячем изостатическом прессовании, варьируется от одного материала к другому. Три фактора определяют степень уплотнения в этом процессе.

Температура и давление в процессах горячего изостатического прессования (ГИП). Чеган, Томаш и Пагач, Марек и Юрица, Ян и Скотникова, Катерина и Хайнис, Иржи и Хорсак, Лукаш и Соучек, Камил и Крпец, Павел. (2020). Влияние горячего изостатического прессования на пористость и механические свойства нержавеющей стали 316 L, полученной методом селективной лазерной плавки. Материалы (Базель, Швейцария). 13. 10.3390/ma13194377.

Температура

Как говорилось ранее, HIP требует очень высоких температур. Это связано с тем, что чем выше температура, используемая для процесса, тем выше степень уплотнения. Идеальная температура горячего изостатического прессования колеблется от 1173 К до 2523 К. Важно отметить, что температура, используемая для HIP, должна быть ниже температуры плавления обрабатываемого материала.

Давление

Давление является еще одним фактором, определяющим степень уплотнения во время HIP. Идеальное давление для горячего изостатического прессования составляет от 100 до 200 МПа. В качестве среды давления обычно используется аргон.

Время удержания

Этот фактор так же важен, как и два фактора, упомянутые выше. Однако время выдержки, необходимое для надлежащего уплотнения материала, зависит от толщины материала. Как правило, толстые материалы требуют более длительного времени выдержки, чем тонкие.

Применение горячего изостатического прессования

Изготовление мишени для напыления

Горячее изостатическое прессование является отличным способом изготовления мишеней для распыления . Когда мишени проходят этот процесс, они имеют меньшую пористость и большую плотность. Конечный продукт обычно микроструктурно однороден и идеален для напыления. Горячее изостатическое прессование превосходит другие процессы, которые можно использовать для изготовления мишеней для осаждения покрытий, такие как обычное горячее прессование.

Аэрокосмическая промышленность

Горячее изостатическое прессование широко используется в аэрокосмической промышленности. Он используется для устранения пористости отливок, используемых в авиационных двигателях и компонентах. Таким образом, он уплотняет эти отливки.

Диффузионная сварка

Горячее изостатическое прессование применяется для соединения различных материалов. Этого можно добиться путем плакирования или даже сварки.

Лекарство

HIP используется при изготовлении отливок для хирургических инструментов и медицинских имплантатов, таких как брекеты. Эти инструменты, изготовленные методом горячего изостатического прессования, отличаются высочайшим качеством и, как правило, долговечны.

3D-печать

В наши дни 3D-печать металлов становится все более популярной. В сочетании с горячим изостатическим прессованием качество производимых металлов имеет шанс сравниться с качеством металлов, полученных более традиционными методами производства.

Спекание

Обычно в результате спекания получаются материалы с различной степенью пористости. Однако горячее изостатическое прессование позволяет решить эту проблему. Материалы, спеченные методом HIP, обычно прочнее и привлекательнее на вид.

Заключение

Горячее изостатическое прессование – очень выгодный процесс. В настоящее время он используется в различных отраслях промышленности по всему миру, и осведомленность о нем продолжает распространяться.