粉末冶金的现状以及发展趋势

粉末冶金的现状以及发展趋势

　　粉末冶金的现状以及发展趋势

　　【摘 要】粉末冶金是用金属粉末(或金属粉末与非金属粉末的混合物)作为原料，经过成形和烧结制成金属材料、复合材料以及各种类型制品的工艺过程。

　　粉末冶金它具有低耗节能、材料利用率高、高效省时等优点，但其也存在一定不足，如金属粉末和模具费成本高，产品尺寸的大小和形状受限制，产品韧性较差等。

　　目前粉末冶金广泛应用在硬质合金制作、多孔材料、难熔金属材料、磁性材料、金属陶瓷等。

　　【关键词】粉末冶金历史 基本工序 粉末冶金优势与不足 趋势

　　1 粉末冶金的历史

　　粉末冶金发展经历三个阶段：

　　20世纪初，通过粉末冶金工艺制得电灯钨丝，被誉为现代粉末冶金技术发展的标志。

　　随后许多难熔金属材料如钨、钽、铌等都可通过粉末冶金工艺方法制备。

　　1923年粉末冶金硬质合金的诞生更被誉为机械加工业的一次革命;20世纪30年代，粉末冶金工艺成功制得铜基多孔含油轴承。

　　继而发展到铁基机械零件，并且迅速在汽车、纺织、办公设备等现代制造领域广泛应用;20世纪中叶以后，粉末冶金技术与化工、材料、机械等学科互相渗透，更高性能的新材料、新工艺发展进一步促进粉末冶金发展。

　　并使得粉末冶金技术广泛应用到汽车、航空航天、军工、节能环保等领域。

　　2 粉末冶金的基本工序

　　(1)粉末的制取。

　　目前制粉方法大体可分为两类：机械法和物理化学法。

　　机械法是将原材料机械地粉碎，化学成分基本不发生变化。

　　物理化学法是借助化学或物理作用，改变原材料的化学成分或聚集状态而获得粉末。

　　目前工业制粉应用最为广泛的有雾化法、还原法和电解法;而沉积法(气相或液相)在特殊应用时也很重要。

　　(2)粉末成型。

　　成型是使金属粉末密实成具有一定形状、尺寸、孔隙度和强度坯块的工艺过程。

　　成型分普通模压成型和特殊成型两类。

　　模压成型是将金属粉末或混合料装在钢制压模内，通过模冲对粉末加压，卸压后，压坯从阴模内压出。

　　特殊成型是随着各工业部门和科学技术的发展，对粉末冶金材料性能及制品尺寸和形状提出更高要求而产生。

　　目前特殊成型分等静压成型、连续成型、注射成型、高能成型等。

　　(3)坯块烧结。

　　烧结是粉末或粉末压坯，在适当的温度和气氛条件下加热所发生的现象或过程。

　　烧结可分单元系烧结和多元系固相烧结。

　　单元系烧结，烧结温度比所用的金属及合金的熔点低;多元系固相烧结，烧结温度一般介于易熔成分和难熔成分的熔点之间。

　　除普通烧结外，还有活化烧结、热压烧结等特殊的烧结方法。

　　(4)产品的后处理。

　　根据产品的性能要求不同，一般会对烧结品再进行加工处理。

　　如浸油、精整、切削攻牙、热处理、电镀等。

　　3 粉末冶金的优势与不足

　　粉末冶金的优势：粉末冶金烧结是在低于基体金属的熔点下进行，因此目前绝大多数难熔金属及其化合物都只能用粉末冶金方法制造;粉末冶金压制的不致密性，有利于通过控制产品密度和孔隙率制备多孔材料、含有轴承、减摩材料等;粉末冶金压制产品的尺寸无限接近最终成品尺寸(不需要机械加工或少量加工)。

　　材料利用率高，故能大大节约金属，降低产品成本;粉末冶金产品是同一模具压制生产，工件之间一致性好，适用于大批量零件的生产。

　　特别是齿轮等加工费用高的产品;粉末冶金可以通过成分的配比保证材料的正确性和均匀性，此外烧结一般在真空或还原气氛中进行，不会污染或氧化材料，可以制备高纯度材料。

　　粉末冶金的不足：粉末冶金零件部分性能不如锻造和一些铸造零件，如延展性和抗冲击能力等;产品的尺寸精度虽然不错，但是还不如有些精加工产品所得的尺寸精度;零件的不致密特性会对后加工处理产生影响，特别在热处理、电镀等工艺必须考虑这一特性的影响;粉末冶金模具费用高，一般不适用于小批产品生产。

　　4 国内粉末冶金行业的趋势

　　随着我国工业化快速发展，高附加值的零部件需求将加速增长。

　　此外，随着全球化采购的产业链形成，带给国内零部件企业商机显而易见。

　　因此，如何把握当前机遇，目前粉末冶金行业应该从以下四方面发展。

　　(1)进一步提高铁基粉末冶金产品的密度，扩大粉末冶金件对传统锻件的替代范围。

　　当前，铁基粉末冶金零件的密度为7.0-7.2g/cm3，而国内某企业通过技术改进，用传统的粉末烧结和锻造工艺相结合的办法，用较低的成本把铁基粉末冶金零件密度提高至7.6g/cm3，在这种密度前提下，铁基粉末冶金已经可替代机械、汽车等行业的大多数连接件和部分功能件。

　　考虑粉末冶金工艺本身对材料的节省和高效特征，此类铁基粉末冶金件的潜在价值空间可达至千亿元。

　　(2)提高粉末冶金产品的精度、开发形状更复杂的产品。

　　为机械制造、航天汽车、生活家电等行业的产业结构升级服务。

　　此方向主要以降低机械重量、节能减耗及将设备小型化、普及化为导向。

　　如使用注射成型零件几乎不需要再进行机加工，减少材料的消耗，材料的利用率几乎可以达到100%。

　　(3)进一步合金化，目标为轻量化和功能化。

　　在铁基粉末中，混入铝、镁及稀土元素等合金粉末，可实现其超薄、轻量化等性能，可广泛地应用电子设备及可穿戴设备等与生活密切相关的领域中。

　　(4)改善粉末冶金零件的电磁性，目标是对硅钢和铁氧体、磁介质等材料的取代。

　　以取向硅钢材料为例，硅钢的导电原理是加入硅元素后，材料通过减少晶界的方式降低铁损，特别是取向硅钢，导向方向是一个单一粗大的晶粒。

　　相比取向硅钢的一维导电方向，粉末冶金零件可以实现多维导电(各个方向)。

　　目前此技术已被少数企业实现突破，只要不断完善，最终达到工业要求。

　　这种技术将会广泛在电机设备、汽车及机器人智能控制系统等领域应用。

　　参考文献：

　　[1]黄培云.粉末冶金原理.[M].北京：冶金工业出版社，1997(2006.1重印).1.

　　[2]黄培云.粉末冶金原理.[M].北京：冶金工业出版社，1997(2006.1重印).7.

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