第一篇：粉末冶金材料的應(yīng)用與發(fā)展

粉末冶金材料的應(yīng)用與發(fā)展

粉末冶金材料(powder metallurgy material)是指用粉末冶金工藝制得的多孔、半致密或全致密材料（包括制品）。粉末冶金材料具有傳統(tǒng)熔鑄工藝所無法獲得的獨特的化學(xué)組成和物理、力學(xué)性能，如材料的孔隙度可控，材料組織均勻、無宏觀偏析（合金凝固后其截面上不同部位沒有因液態(tài)合金宏觀流動而造成的化學(xué)成分不均勻現(xiàn)象），可一次成型等。

通常，粉末冶金材料按用途可分為7類：

①粉末冶金減摩材料，又稱燒結(jié)減摩材料。通過在材料孔隙中浸潤滑油或在材料成分中加減摩劑或固體潤滑劑制得。材料表面間的摩擦系數(shù)小，在有限潤滑油條件下，使用壽命長、可靠性高；在干摩擦條件下，依靠自身或表層含有的潤滑劑，即具有自潤滑效果。廣泛用于制造軸承、支承襯套或作端面密封等。

②粉末冶金多孔材料。又稱多孔燒結(jié)材料。由球狀或不規(guī)則形狀的金屬或合金粉末經(jīng)成型、燒結(jié)制成。材料內(nèi)部孔道縱橫交錯、互相貫通，一般有30％～60％的體積孔隙度，孔徑1～100微米。透過性能和導(dǎo)熱、導(dǎo)電性能好，耐高溫、低溫，抗熱震，抗介質(zhì)腐蝕。用于制造過濾器、多孔電極、滅火裝置、防凍裝置等。

③粉末冶金結(jié)構(gòu)材料。又稱燒結(jié)結(jié)構(gòu)材料。能承受拉伸、壓縮、扭曲等載荷，并能在摩擦磨損條件下工作。由于材料內(nèi)部有殘余孔隙存在，其延展性和沖擊值比化學(xué)成分相同的鑄鍛件低，從而使其應(yīng)用范圍受限。

④粉末冶金摩擦材料。又稱燒結(jié)摩擦材料。由基體金屬（銅、鐵或其他合金）、潤滑組元（鉛、石墨、二硫化鉬等）、摩擦組元（二氧化硅、石棉等）3部分組成。其摩擦系數(shù)高，能很快吸收動能，制動、傳動速度快、磨損??；強度高，耐高溫，導(dǎo)熱性好；抗咬合性好，耐腐蝕，受油脂、潮濕影響小。主要用于制造離合器和制動器。

⑤粉末冶金工模具材料。包括 硬質(zhì)合金、粉末冶金高速鋼等。后者組織均勻，晶粒細(xì)小，沒有偏析，比熔鑄高速鋼韌性和耐磨性好，熱處理變形小，使用壽命長?？捎糜谥圃烨邢鞯毒摺⒛＞吆土慵呐骷?。

⑥粉末冶金電磁材料。包括電工材料和磁性材料。電工材料中，用作電能頭材料的有金、銀、鉑等貴金屬的粉末冶金材料和以銀、銅為基體添加鎢、鎳、鐵、碳化鎢、石墨等制成的粉末冶金材料；用作電極的有鎢銅、鎢鎳銅等粉末冶金材料；用作電刷的有金屬-石墨粉末冶金材料；用作電熱合金和熱電偶的有鉬、鉭、鎢等粉末冶金材料。磁性材料分為軟磁材料和硬磁材料。軟磁材料有磁性粉末、磁粉芯、軟磁鐵氧體、矩磁鐵氧體、壓磁鐵氧體、微波鐵氧體、正鐵氧體和粉末硅鋼等；硬磁材料有硬磁鐵氧體、稀土鈷硬磁、磁記錄材料、微粉硬磁、磁性塑料等。用于制造各種轉(zhuǎn)換、傳遞、儲存能量和信息的磁性器件。

⑦粉末冶金高溫材料。包括粉末冶金高溫合金、難熔金屬和合金、金屬陶瓷、彌散強化和纖維強化材料等。用于制造高溫下使用的渦輪盤、噴嘴、葉片及其他耐高溫零部件。其中，典型的彌散強化材料有:(1)燒結(jié)鋁粉(SAP)：用表面氧化法制造。SAP有很高的高溫強度和抗蠕變性能，使用溫度達500℃，遠(yuǎn)優(yōu)于一般鋁合金。它主要用于：反應(yīng)堆中的核燃料包套，飛機機翼和機身，壓氣機葉輪，高溫活塞等。(2)彌散強化銅：彌散質(zhì)點一般為Al2O3，常用內(nèi)氧化法制造。經(jīng)彌散強化后，銅的強度、硬度得到很大的提高，導(dǎo)電性降低不多。它常用作電阻焊的電極，白熾燈燈絲引線，電子管零件和電子工業(yè)中的其他材料。(3)彌散強化高溫合金：最早的彌散強化鎳基合金是ThO2(2％)強化鎳(TD-Ni)。一般用共沉淀法制得。機械合金化法出現(xiàn)之后，又發(fā)展了一系列鎳基、鐵基和鈷基合金。已經(jīng)使用的有10多種。MA754的性質(zhì)優(yōu)于ThO2-Ni-Cr，已成功地用作噴氣發(fā)動機葉片。MA956E是以Fe-Cr-Al為基的材料，有優(yōu)越的抗氧化性和抗腐蝕性。

MA6000E合金，1000h的斷裂應(yīng)力在800OC以上遠(yuǎn)優(yōu)于TD-Ni和IN792。1100℃時，TD-Ni和IN792的1000h斷裂應(yīng)力只有20～30MPa，而

MA6000E還有160MPa。因此MA6000E是一種好的葉片材料。(4)其他：彌散強化鉛(DS-Pb)，是惟一類似于SAP的例子，彌散相為PbO，主要用于聲音衰減、化工器具、放射屏蔽和電池；含鋁、鋯的鎂合金(鋁和鋯均溶于鎂，但溶解后析出A1Zr4彌散相)；金屬間化合物FeAl3、FeNiAl9強化的Al-Fe合金等。

總的來說，飛機和發(fā)動機上的剎車片、離合器摩擦片、松孔過濾器、多孔發(fā)汗材料、含油軸承、磁鐵芯、電觸點、高比重合金、硬質(zhì)合金和超硬耐磨零件等因含有大量非金屬成分或含有連通孔隙，都不能用普通鑄、鍛工藝制造，只能以粉末為原料經(jīng)冷壓、燒結(jié)等粉末冶金工藝來制造。航空航天工業(yè)中使用的粉末冶金材料比較重要的有剎車片材料、松孔材料和高強度粉末合金三類。剎車片材料，剎車片是飛機機輪剎車裝置的核心。絕大多數(shù)軍用飛機和民用機都采用粉末冶金剎車片。因為每次剎車都會發(fā)生磨損，100～500次后就需要更換剎車片，所以它是飛機上用量最大的粉末冶金材料制件。松孔材料，即多孔滲透性粉末冶金材料。渦輪發(fā)動機潤滑系統(tǒng)和飛行器液壓操縱系統(tǒng)中使用的青銅或不銹鋼過濾器，是防止微粒堵塞和卡滯的重要部件。金屬纖維松孔材料的強度和塑性較好，可用于高溫部位，如渦輪噴氣發(fā)動機葉尖密封環(huán)用的高溫合金氈帶和火箭發(fā)動機噴注器面板、燃燒室內(nèi)壁和喉部用的發(fā)汗冷卻松孔材料。高強度粉末合金，是經(jīng)粉末熱成形的完全致密的高溫合金、鋁合金和鈦合金。一些現(xiàn)代飛機的發(fā)動機已使用了鍛造的粉末高溫合金渦輪盤和壓氣機盤。粉末鋁合金主要用作飛行器和發(fā)動機結(jié)構(gòu)材料。

汽車行業(yè)仍然是粉末冶金工業(yè)發(fā)展的最大動力和最大用戶。一方面汽車的產(chǎn)量在不斷增加，另一方面粉末冶金零件在單輛汽車上的用量也在不段增加。粉末冶金鐵基零件在汽車上主要應(yīng)用于發(fā)動機、傳送系統(tǒng)、ABS系統(tǒng)、點火裝置等。汽車發(fā)展的兩大趨勢分別為降低能耗和環(huán)保；主要技術(shù)手段則是采用先進發(fā)動機系統(tǒng)和輕量化。歐洲對汽車尾氣過濾為粉末冶金多孔材料又提供了很大的市場。在目前的發(fā)動機工作條件下，粉末冶金金屬多孔材料比陶瓷材料具有更好的性能優(yōu)勢和成本優(yōu)勢。

工具材料是粉末冶金工業(yè)另一類重要產(chǎn)品，其中特別重要的是硬質(zhì)合金。加工作業(yè)要求加工工具本身更鋒利、剛性更好、韌性更高；加工材料的范圍擴大到呂合、鎂合金、鈦合金以及陶瓷等；尺寸精度要求更高；加工成本要求更低；環(huán)境影響要減到最小，干式加工比例更大。這些新要求加快了粉末冶金工具材料的發(fā)展。

另外，信息行業(yè)的發(fā)展也為粉末冶金工業(yè)提供了新的契機。日本電子行業(yè)用的粉末冶金產(chǎn)品已經(jīng)達到了每年4.3美元。

粉末冶金既是制造高新材料的重要工藝，有時還是惟一的方法，同時也是多、快、好、省地制造形狀復(fù)雜、高精度金屬零件的先進金屬成形技術(shù)。因此，粉末冶金產(chǎn)業(yè)相繼開發(fā)了三大領(lǐng)域，一為難熔金屬與硬質(zhì)合金工具材料，二為永磁材料，特別是稀土永磁材料。這兩大類材料基本上都只能用粉末冶金工藝生產(chǎn)。第三大領(lǐng)域是將材料制造與金屬成形相結(jié)合，逐漸形成的特種金屬成形技術(shù)。以滿足裝備制造業(yè)對高性能鋼鐵粉末冶金產(chǎn)品的需求為重點發(fā)展粉末冶金。

粉末冶金是一種先進的金屬成型技術(shù)，是金屬及其它粉末通過加工壓制成型、燒結(jié)和必要的后續(xù)處理制成機械零部件和金屬制品的高新技術(shù)。由于其具有節(jié)能、省材、高效、環(huán)保等諸多優(yōu)點，已受到廣泛采用，并具有很大的市場潛力和發(fā)展前景。近年來，粉末冶金行業(yè)發(fā)展很快，特別是汽車行業(yè)、機械制造、金屬行業(yè)、航空航天、儀器儀表、五金工具、工程機械、電子家電及高科技產(chǎn)業(yè)等迅猛發(fā)展，為粉末冶金行業(yè)帶來了不可多得的發(fā)展機遇和巨大的市場空間。同時對該行業(yè)的技術(shù)水平也提出了更高的要求。縱觀國際新材料研究發(fā)展的現(xiàn)狀，西方主要工業(yè)發(fā)達國家正集中人力、物力，尋求突破，美國、歐共體、日本和韓國等在他們的最新國家科技計劃中，都把新材料及其制備技術(shù)列為國家關(guān)鍵技術(shù)之一加以重點支持。而隨著中國的“入世”及經(jīng)濟全球一體化進程的不斷加快，粉末冶金行業(yè)面臨著新的挑戰(zhàn)。我國粉末冶金行業(yè)必須加速發(fā)展，才能在激烈的市場競爭中立于不敗之地。

粉末冶金材料和制品的今后發(fā)展方向主要有：有代表性的鐵基合金，將向大體積的精密制品，高質(zhì)量的結(jié)構(gòu)零部件發(fā)展；制造具有均勻顯微組織結(jié)構(gòu)的、加工困難而完全致密的高性能合金；用增強致密化過程來制造一般含有混合相組成的特殊合金；制造非均勻材料、非晶態(tài)、微晶或者亞穩(wěn)合金；加工獨特的和非一般形態(tài)或成分的復(fù)合零部件。

誰掌握了新材料，誰就掌握了21世紀(jì)高新技術(shù)競爭的主動權(quán)！作為新材料的粉末冶金材料也將會發(fā)揮越來越顯著的作用，影響社會發(fā)展的進程。

參考文獻：

中國材料工程大典第14卷粉末冶金 材料工程韓鳳麟、馬?？?、曹勇家 中國數(shù)控信息網(wǎng)采編部信息

我國熱噴涂粉末材料的應(yīng)用與發(fā)展現(xiàn)狀（新聞）

2006第七屆中國國際磁性材料及粉末冶金生產(chǎn)技術(shù)設(shè)備和應(yīng)用展覽會粉末合金材料技術(shù)粉末冶金世界粉末冶金的技術(shù)現(xiàn)狀

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《粉末冶金技術(shù)特點及材料的發(fā)展方向》

第二篇：粉末冶金現(xiàn)狀及發(fā)展

粉末冶金技術(shù)

摘要：粉末冶金是制取金屬或用金屬粉末（或金屬粉末與非金屬粉末的混合物）作為原料，經(jīng)過成形和燒結(jié)，制造金屬材料、復(fù)合以及各種類型制品的工藝技術(shù)。粉末冶金法與生產(chǎn)陶瓷有相似的地方，因此，一系列粉末冶金新技術(shù)也可用于陶瓷材料的制備。粉末冶金材料是指用幾種金屬粉末或金屬與非金屬粉末作原料，通過配料、壓制成形、燒結(jié)等工藝過程而制成的材料。這種工藝過程成為粉末冶金法，是一種不同于熔煉和鑄造的方法。其生產(chǎn)過程與陶瓷制品相類似，所以又稱金屬陶瓷法。粉末冶金法不僅是制取具有某些特殊性能材料的方法，也是一種無切削或少切削的加工方法。它具有生產(chǎn)率高、材料利用率高、節(jié)省機床和生產(chǎn)占地面積等優(yōu)點。但金屬粉末和模具費用高，制品大小和形狀受到一定限制，制品的韌性較差。粉末冶金法常用于制作硬質(zhì)合金、減摩材料、結(jié)構(gòu)材料、摩擦材料、難熔金屬材料、過濾材料、金屬陶瓷、無偏析高速工具鋼、磁性

材料、耐熱材料等。

關(guān)鍵詞：粉末冶金、基本工序、應(yīng)用、發(fā)展方向、問題及機遇

Powder metallurgy technology Abstract: Powder metallurgy is used for preparing metal or metal powder(or metal powder and metal powder mixture)as raw material, after forming and sintering, manufacture of metal materials, composite and various types of products technology.Powder metallurgy method and the production of ceramic have similar place, therefore, a series of new powder metallurgy technologies can also be used for preparing ceramic material.Powder metallurgy materials refers to the use of several kinds of metal powder or metal and non metal powder as raw material, through mixing, pressing, sintering process and made of materials.The process to become powder metallurgy method, is different from the melting and casting method.Its production process and ceramic products are similar, so called ceramic metal.Powder metallurgy method not only has some special properties of material preparation method, is also a kind of without cutting or less cutting processing method.It has high productivity, high material utilization rate, saving machine tools and production area etc..But the metal powder and high mold cost, product size and shape are subject to certain restrictions, flexibility is poor.Powder metallurgy method often used for the production of hard alloy, antifriction material, structural material, friction material, refractory metal materials, filter materials, metal ceramic, no segregation in high speed tool steel, magnetic materials, heat resistant materials.Key words: powder metallurgy, basic process, application, development trend, problems and opportunities

一、世界粉末冶金工業(yè)概況

2003年全球粉末貨運總量約為88萬噸，其中美國占51%，歐洲18%，日本13%，其它國家和地區(qū)18%。鐵粉占整個粉末總量的90%以上。從2001年起，世界鐵粉市場持續(xù)增長，4年時間增加了近20%。

汽車行業(yè)仍然是粉末冶金工業(yè)發(fā)展的最大動力和最大用戶。一方面汽車的產(chǎn)量在不斷增加，另一方面粉末冶金零件在單輛汽車上的用量也在不段增加。北美平均每輛汽車粉末冶金零件用量最高，為19.5公斤，歐洲平均為9公斤，日本平均為8公斤。中國由于汽車工業(yè)的高速發(fā)展，擁有巨大的粉末冶金零部件市場前景，已經(jīng)成為眾多國際粉末冶金企業(yè)關(guān)注的焦點。

粉末冶金鐵基零件在汽車上主要應(yīng)用于發(fā)動機、傳送系統(tǒng)、ABS系統(tǒng)、點火裝置等。汽車發(fā)展的兩大趨勢分別為降低能耗和環(huán)保；主要技術(shù)手段則是采用先進發(fā)動機系統(tǒng)和輕量化。

歐洲對汽車尾氣過濾為粉末冶金多孔材料又提供了很大的市場。在目前的發(fā)動機工作條件下，粉末冶金金屬多孔材料比陶瓷材料具有更好的性能優(yōu)勢和成本優(yōu)勢。

工具材料是粉末冶金工業(yè)另一類重要產(chǎn)品，其中特別重要的是硬質(zhì)合金。目前制造業(yè)的發(fā)展朝著3A方向，即敏捷性（Agility）、適應(yīng)性（Adaptivity）和可預(yù)測性（Anticipativity）。這要求加工工具本身更鋒利、剛性更好、韌性更高；加工材料的范圍擴大到呂合、鎂合金、鈦合金以及陶瓷等；尺寸精度要求更高；加工成本要求更低；環(huán)境影響要減到最小，干式加工比例更大。這些新要求加快了粉末冶金工具材料的發(fā)展。硬質(zhì)合金的晶粒（＜200nm＝和超粗晶粒（＞6um）；涂層技術(shù)發(fā)展很快，CVD、PVD、PCVD技術(shù)日益完善，涂層種類也很多，從常用的CVDTiCN/Al2O3/TiN到CVDPCBN（聚晶立方BN）以及PVDTiAIN，Al2O3，cBN（立方BN）和SiMAlON等，滿足加工場合的需要。

信息行業(yè)的發(fā)展也為粉末冶金工業(yè)提供了新的契機。日本電子行業(yè)用的粉末冶金產(chǎn)品已經(jīng)達到了每年4.3億美元，其中熱沉材料占23%，發(fā)光與點極材料占30%。前者主 要包括散熱材料，如Si/SiC，Cu-Mo，Cu-W，Al-SiC，AlN以及Cu/金剛石等材料；后者則主要包括鎢、鉬材料。

二、粉末冶金技術(shù)簡介

粉末冶金是制取金屬粉末并通過成形和燒結(jié)等工藝將金屬粉末或與非金屬粉末的混合物制成制品的加工方法，既可制取用普通熔煉方法難以制取的特殊材料，又可制造各種精密的機械零件，省工省料。但其模具和金屬粉末成本較高，批量小或制品尺寸過大時不宜采用。

粉末冶金工藝的基本工序是：

1、原料粉末的制備?，F(xiàn)有的制粉方法大體可分為兩類：機械法和物理化學(xué)法。而機械法可分為：機械粉碎及霧化法；物理化學(xué)法又分為：電化腐蝕法、還原法、化合法、還原-化合法、氣相沉積法、液相沉積法以及電解法。其中應(yīng)用最為廣泛的是還原法、霧化法和電解法。

2、粉末成型為所需形狀的坯塊。成型的目的是制得一定形狀和尺寸的壓坯，并使其具有一定的密度和強度。成型的方法基本上分為加壓成型和無壓成型。加壓成型中應(yīng)用最多的是模壓成型。

3、坯塊的燒結(jié)。燒結(jié)是粉末冶金工藝中的關(guān)鍵性工序。成型后的壓坯通過燒結(jié)使其得到所要求的最終物理機械性能。燒結(jié)又分為單元系燒結(jié)和多元系燒結(jié)。對于單元系和多元系的固相燒結(jié)，燒結(jié)溫度比所用的金屬及合金的熔點低；對于多元系的液相燒結(jié)，燒結(jié)溫度一般比其中難熔成分的熔點低，而高于易熔成分的熔點。除普通燒結(jié)外，還有松裝燒結(jié)、熔浸法、熱壓法等特殊的燒結(jié)工藝。

4、產(chǎn)品的后序處理。燒結(jié)后的處理，可以根據(jù)產(chǎn)品要求的不同，采取多種方式。如精整、浸油、機加工、熱處理及電鍍。此外，近年來一些新工藝如軋制、鍛造也應(yīng)用于粉末冶金材料燒結(jié)后的加工，取得較理想的效果。粉末冶金材料和工藝與傳統(tǒng)材料工藝相比較：

1．粉末冶金工藝是在低于基體金屬的熔點下進行的，因此可以獲得熔點、密度相差懸殊的多種金屬、金屬與陶瓷、金屬與塑料等多相不均質(zhì)的特殊功能復(fù)合材料和制品，比如金屬與非金屬組成的摩擦材料等，控制制品的孔隙率和孔隙大小，可生產(chǎn)各種多孔性才材料和多孔含油軸承。

2．提高材料性能。用特殊方法制取的細(xì)小金屬或合金粉末，凝固速度極快、晶粒細(xì) 4 小均勻，保證了材料的組織均勻，性能穩(wěn)定，以及良好的冷、熱加工性能，且粉末顆粒不受合金元素和含量的限制，可提高強化相含量，從而發(fā)展新的材料體系。3．利用各種成形工藝，可以將粉末原料直接成形為少余量、無余量的毛坯或凈形零件，大量減少機加工量。提高材料利用率，降低成本。粉末冶金工藝的優(yōu)點：

1、絕大多數(shù)難熔金屬及其化合物、假合金、多孔材料只能用粉末冶金方法來制造。

2、由于粉末冶金方法能壓制成最終尺寸的壓坯，而不需要或很少需要隨后的機械加工，故能大大節(jié)約金屬，降低產(chǎn)品成本。用粉末冶金方法制造產(chǎn)品時，金屬的損耗只有1-5%，而用一般熔鑄方法生產(chǎn)時，金屬的損耗可能會達到80%。

3、由于粉末冶金工藝在材料生產(chǎn)過程中并不熔化材料，也就不怕混入由坩堝和脫氧劑等帶來的雜質(zhì)，而燒結(jié)一般在真空和還原氣氛中進行，不怕氧化，也不會給材料任何污染，故有可能制取高純度的材料。

4、粉末冶金法能保證材料成分配比的正確性和均勻性。

5、粉末冶金適宜于生產(chǎn)同一形狀而數(shù)量多的產(chǎn)品，特別是齒輪等加工費用高的產(chǎn)品，用粉末冶金法制造能大大降低生產(chǎn)成本。粉末冶金工藝的缺點：

1、在沒有批量的情況下要考慮 零件的大小.2、模具費用相對來說要高出鑄造模具.三、粉末冶金技術(shù)的應(yīng)用與發(fā)展

1、用用于機械零件的制造

現(xiàn)代粉末冶金技術(shù)在機械制造中的應(yīng)用范圍正沿兩個方向擴展：一是制取承受高負(fù)荷的零件；二是制取幾何尺寸復(fù)雜、尺寸精度高的零件，并使最終機械加工量減至最小限度。

在承受高負(fù)荷零件的制造中，后致密化技術(shù)中的鍛造（以下簡稱粉末鍛造）和熱等靜壓起到了非常重要的作用。

粉末鍛造又稱預(yù)型坯熱端，是粉末冶金預(yù)熱段組成的復(fù)合工藝。用這種方法制成的零件，其密度可達理論密度的99.4%。它主要用于鐵基零件，用用的材料主要是碳鋼和低合金鋼，也用也高溫合金。用這種方法制造的錦基高溫合金零件的強度—溫度性能已經(jīng)超過了傳統(tǒng)方法制造的同一合金零件。

熱等靜壓是在高溫高壓下同時實現(xiàn)粉末的成型和燒結(jié)，一次制成成品零件。用熱等靜壓制得的零件晶粒細(xì)小均勻，密度接近理論密度，并且分布均勻，且具有優(yōu)異的機械性能和物理性能。

制造形狀復(fù)雜、尺寸精度高的零件所轄用的工藝方法主要有粉末鍛造、注射成型、熱等靜壓和粉末冶金的組合工藝。

用于這一用途的粉末鍛造有兩種:一種是采用松裝燒結(jié)制成接近最終制品的壓坯，再放入模內(nèi)進行鍛壓的方法。這種方法制成的鐵基零件密度雖較低(約為7.2g/ cm3), 但粉末分布均勻(密度差不超過0.05g/cm3), 適用于制造汽車發(fā)動機水泵葉輪, 四磁芯電磁儀表零件及多管接頭零件。另一種是前述的預(yù)型坯熱鍛法。它特別適用于制造環(huán)形零件, 如齒輪、離合器轂、凸輪和軸承座等。

用注射成型法可使所制零件密度達到理論密度的96%。以波音707 和波音727 飛機機翼傳動機構(gòu)的螺紋部分用鎳圈為例, 這種圈結(jié)構(gòu)復(fù)雜且有內(nèi)螺紋, 過去用鍛坯需經(jīng)14 道工序加工而成, 采用注射成型, 可以制造幾乎無余量的零件, 只需少量的磨削和校準(zhǔn), 并且該零件具有高的抗腐蝕性和好的機械性能。

熱等靜壓工藝擬用于用高溫合金制造的滾刀、渦輪發(fā)動機軸承和輪, 及用鈦合金制造的飛機渦輪發(fā)動機和機身零件, 可減少機加工作量, 提高材料利用率。

粉末冶金組合工藝可用于制造形狀復(fù)雜、用常規(guī)方法不能制造的零件或大型粉末冶金零件;可用于制造不同部位具有不同化學(xué)成分、密度及物理—力學(xué)性能的零件;還可與不同材料(如鋼或鋁等)組合燒結(jié)成適用于某種專門用途的零件。2、應(yīng)用于合金性能的改進

隨著對材料要求的不斷提高, 傳統(tǒng)的鑄錠冶金(IM)方法對合金的性能改進已趨于頂峰, 粉末冶金(PM)技術(shù)成為改進和研制合金的一種手段。2．1 鋁合金

到目前為止, 用PM 方法改進或研制的鋁合金按性能可分為4 類: 高強度, 高彈性模量, 低密度, 熱強和功能鋁合金。

7090, 7091, MR61, MR64, CW67, IN9021 和IN9052 屬PM 高強度鋁合金。前5 種是RSP(快冷合金粉末)合金, 是在7

系合金的基礎(chǔ)上添加少量的Co, Zr 或Cr 作為附加劑和穩(wěn)定劑而制得的;后兩種是用機械合金化方法制得的, 它們在抗拉強度、抗蝕性、斷裂韌性等方面具有良好的綜合性能。

PM 高彈性模量、低密度鋁合金大多數(shù)是在IN2024 合金的基礎(chǔ)上(也有降低Cu, Mg 含量及用Zr取代Cr 的)添加1% ~ 3% Li 的鋁鋰合金。Al-Cu-Li-Zr, Al-Li-Zr 及Al-Cu-Mg-Li-Zr 是發(fā)展高彈性模量、低密度鋁合金的主要方向。對于要求更高模密比的合金, 可考慮用Be 或Mn 來取代或部分取代Cu, Mg, 或研制Al-Li-Be 合金。另外, PM 方法解決了IM 方法生產(chǎn)鋁鋰合金的困難, 還可細(xì)化晶粒和第二相粒子, 消除偏析, 提高合金的塑性和韌性。

在熱強鋁合金方面, 研究較多的是Al-Fe 系合金。已商品化的CV78 比現(xiàn)有的IN2219 的使用溫度提高50~ 90 , 用它代替鈦合金制造噴氣式發(fā)動機渦輪, 成本可降低65%, 重量減輕15%。正在研究并已開始使用的有8009 和FVS1212。8009 高溫強度高,斷裂韌性好, 已用于鍛造各種航宇零件和汽車部件, 以及薄、厚板和擠壓型材;FVS1212 具有高的剛性和優(yōu)異的高溫性能。

功能鋁合金分為兩組: 一組為耐磨和尺寸穩(wěn)定鋁合金。它廣泛用于光學(xué)機械儀表和其他儀表。另一組是低膨脹系數(shù)鋁合金。這類合金一般為Al-Si 合金,含Si 量為10%~ 30% , 另外再加石墨強化, 還有增加N i, Mg, Fe, Zr 等, 以改善其抗熱性。它們具有低的膨脹系數(shù)和高的彈性模量, 可用于儀表、發(fā)動機等行業(yè)。2．2 高合金材料

高合金材料如高速鋼采用PM 方法生產(chǎn), 可得到碳化分布均勻的細(xì)晶粒組織, 具有較高的抗彎強度和沖擊強度, 韌性可提高50% , 熱處理變形約為IM 高速鋼的1/ 10。還大大提高了耐磨削性能, 用它制造的刀具壽命可提高3~ 5 倍。此外, 粉末冶金制品的工序較少, 材料利用率可由50%~ 60% 提高到95%。2．3 高溫合金

采用先進的粉末冶金技術(shù)可以制得純凈的合金粉末, 并且合金組織均勻, 無偏析。采用PM 技術(shù), 可使現(xiàn)有的高溫合金的工作溫度提高100 , 疲勞壽命提高100 倍, 蠕變強度大約提高20%。2．4 磁性材料

與熔鑄方法相比, PM 磁性材料有如下優(yōu)點: 可以生產(chǎn)出具有特殊性能的磁性材料, 如鐵氧體、磁介質(zhì)等;能用單疇粉末制造出優(yōu)質(zhì)永磁材料;材料晶粒細(xì)、強度大、無縮孔及偏析等弊病。用PM 方法制造體積小、形狀復(fù)雜的小型磁體具有極大的競爭力。采用PM 方法生產(chǎn)材料最顯著的一個特點是材料設(shè)計的自由度高, 通過改變材料的 成分或工藝方法以改變材料的晶體結(jié)構(gòu), 可獲得不同功能的材料。3、應(yīng)用于新型材料的研制 3．1 金屬基復(fù)合材料

用于制造金屬基復(fù)合材料的工藝方法有: PM 法、壓鑄法和攪拌鑄造法。與攪拌鑄造法相比, PM 法制取復(fù)合材料的溫度低, 減輕了基體與增強體之間的界面反應(yīng), 減少了界面上硬質(zhì)化合物的生成, 從而得到較好力學(xué)性能的材料;PM 法可以制造用攪拌鑄造法不能制取的材料, 如用攪拌鑄造法制造碳化硅鈦基復(fù)合材料時, 碳化硅晶須溶于鈦合金基體, 采用PM 法可避免這一現(xiàn)象發(fā)生。與壓鑄法相比, PM 法增強體的體積分?jǐn)?shù)可以任意調(diào)節(jié), 成分比較準(zhǔn)確, 制取的材料力學(xué)性能好, 用PM 法生產(chǎn)的材料無比重偏析。因此, PM法已成為開發(fā)金屬基復(fù)合材料的主要工藝方法之一。3．2 彌散強化高溫材料

彌散強化類高溫材料最早用于鐵基材料的研究,近年來擴展到鋁基材料。ODM751 是新近研究的氧化物彌散強化的鐵基材料, 這種材料有優(yōu)良的抗蠕變和抗腐蝕綜合性能, 耐溫可達1350 , 它主要用于溫度高于900 , 要求高強度、高腐蝕性的場合, 如熱交換器、蓄熱器、熱電偶外殼等。已生產(chǎn)的彌散強化鋁基材料有原蘇聯(lián)的 我國的LT71,LT72 和西方國家的SAP930, SAP895, SAP865 等。這類材料靠Al2O3 彌散強化。它的熱強性在200~ 500

范圍內(nèi)比任何鋁合金都高, 500 的高溫瞬時強度可達80~ 90 MPa, 熱穩(wěn)定性好, 長時間加熱后力學(xué)性能損失小, 在500

及其以下任何溫度長時間加熱, 對其室溫性能無明顯影響, 抗蝕性與純鋁相近。它可用于飛機的防火板、航空及化學(xué)工業(yè)用的熱交換器及制造原子堆汽輪導(dǎo)管支持元件。

另外,近年來彌散強化鋁合金研究的有: Al-C,Al-TiC,Al-ZrC, Al-NbC, Al-Cr2O3, Al-MoC, Al-WC 等, 其中Al-C 材料已用于內(nèi)燃機活塞, 它的強化相是Al4C。金屬間化合物的研究主要采用機械合金化方法, 已有初步成果的有NiAl, TiAl 和MoSi2。這類材料的單體和復(fù)合材料具有密度低, 模量、高溫強度及高溫蠕變強度高的特點。高壓渦輪葉片用NiAl 高的導(dǎo)熱系數(shù)使制成的部件溫度均勻, 且其熱點溫度至少可降低50 , 另外, 它的抗高溫氧化性也好。MoSi2 的熔點高, 抗氧化性好, 但要在實際中應(yīng)用, 其室溫塑性和韌性還有待進一步提高。3．4 梯度功能材料

目前, 梯度功能材料的開發(fā)僅有熱功能梯度材料。它是基于航宇結(jié)構(gòu)、核聚變反應(yīng)堆和未來高速飛行的需要而研制的。它的一面是高強度的金屬材料, 另一面為耐高溫粉末材料(如高溫結(jié)構(gòu)陶瓷、金屬間化合物), 中間層為高強度的纖維(如氧化鋯、碳化硅纖維等)和微粒(如陶瓷或金屬間化合物粉末, 碳?；虿Ａ⒘５?。這種結(jié)構(gòu)既保證了高強度和高耐熱性, 又保證了材料的組織與工作的溫度梯度相適應(yīng), 減小了在高溫下受熱表面和金屬材料層間的熱膨脹失配而引起的應(yīng)力。4、其他方法的應(yīng)用 4．1 超塑性材料

采用PM 法可獲得極細(xì)的晶粒, 合金界面上的氧化物質(zhì)點和析出相均能起釘扎晶界的作用, 使材料具有高的組織穩(wěn)定性。另外, PM 法制備的超塑性材料還可實現(xiàn)高應(yīng)變速率的超塑性, 高的應(yīng)變速率能提高超塑性成形效率。因此, 在材料的超塑性研究中, PM技術(shù)受到了極大的關(guān)注并取得了可喜的成果。4．2 高抗蝕性材料

高的抗腐蝕和抗應(yīng)力腐蝕能力是粉末冶金的主要特性, 洛克希德-喬治亞公司已用PM 鋁合金設(shè)計和制造了3 個試驗性飛機零件, 其中兩個是擠壓梁, 一個是鍛造襟翼滑軌加強緣條。這些零件安裝在3 架洛克希德C-141 運輸機上進行試驗。它的壽命比用IM法加工的零件長得多, 使更換費用大大減少。

四、粉末冶金技術(shù)國內(nèi)與國外差距

1、產(chǎn)品水平低

在產(chǎn)品精度方面，少數(shù)企業(yè)尺寸精度可達IS07—8級，形位公差可達8—9級，與國外水平相比低1—2級，但一般企業(yè)約相差2—3級。產(chǎn)品質(zhì)量不夠穩(wěn)定，產(chǎn)品內(nèi)在重量和外觀質(zhì)量均有較大的差距

2、工藝裝備落后

多數(shù)企業(yè)仍采用性能較差的設(shè)備、能耗大、效率低、爐溫均勻性差，質(zhì)量不穩(wěn)定；國內(nèi)還沒有形成一個專業(yè)生產(chǎn)粉末冶金模具、模架的企業(yè)

五、粉末冶金材料和制品的今后發(fā)展方向：

粉末冶金制品的應(yīng)用范圍十分廣泛，從普通機械制造到精密儀器；從五金工具到大型機械；從電子工業(yè)到電機制造；從民用工業(yè)到軍事工業(yè)；從一般技術(shù)到尖端高技術(shù)，均能見到粉末冶金工藝的身影。粉末冶金材料和制品的今后發(fā)展方向：

1、有代表性的鐵基合金，將向大體積的精密制品，高質(zhì)量的結(jié)構(gòu)零部件發(fā)展。

2、制造具有均勻顯微組織結(jié)構(gòu)的、加工困難而完全致密的高性能合金。

3、用增強致密化過程來制造一般含有混合相組成的特殊合金。

4、制造非均勻材料、非晶態(tài)、微晶或者亞穩(wěn)合金。

5、加工獨特的和非一般形態(tài)或成分的復(fù)合零部件。

六、國內(nèi)粉末冶金技術(shù)面臨的問題及機遇

隨著我國汽車工業(yè)快速發(fā)展，高附加值的零部件需求將加速增長。與此同時，汽車產(chǎn)業(yè)鏈全球化的采購系已經(jīng)形成，帶給國內(nèi)零部件企業(yè)商機顯而易見。然而，我們是否能夠握當(dāng)前機遇，不僅是我國汽車零部行業(yè)突破當(dāng)前困局的機遇，更是產(chǎn)業(yè)升級的契機。因此，充分利用自身勢，揚長補短是產(chǎn)業(yè)突破困局的必手段。

雖然，當(dāng)前我國的粉末冶金技術(shù)水平相對國外發(fā)達國家依然有著不小的距離。但由于我國擁有原料供給的區(qū)域優(yōu)勢，作為產(chǎn)業(yè)競爭力提升的基礎(chǔ)，依然有較強的競爭力。

與此同時，自上世紀(jì)90年代開始，我國粉末冶金制品行業(yè)也呈加速發(fā)展（主要集中在東部及沿海地區(qū)），東部和沿海地區(qū)的年產(chǎn)量增長幅度均在10％以上。以山東為例，該省的生產(chǎn)企業(yè)由于引進了國外先進設(shè)備技術(shù)，生產(chǎn)高強度、高精度粉末冶金零件，把粉末冶金制品的質(zhì)量、技術(shù)提高到一個新的水平；粉末注射成型、粉末鍛造、納米技術(shù)、精細(xì)陶瓷等新技術(shù)的開發(fā)應(yīng)用提高了行業(yè)整體技術(shù)水平，構(gòu)成了一個完整的行業(yè)體系。據(jù)不完全統(tǒng)計，目前全省已有各類粉末冶金企業(yè)40多家，產(chǎn)品應(yīng)用各個領(lǐng)域。

最后在擁有區(qū)域優(yōu)勢的同時，建立產(chǎn)業(yè)基地，形成基地集群效應(yīng)，從而實現(xiàn)市場和效益最大化、成本最小化。同時，在行業(yè)內(nèi)部合理分工，逐步形成分工明確的縱向多層次有機整體，依托國內(nèi)市場發(fā)展制造能力，再通過國際合作迅速提升競爭力、獲取競爭優(yōu)勢，并且通過國際合作所獲得的企業(yè)在未來發(fā)展中的資本、技術(shù)、產(chǎn)品和管理的支撐，進入國際合作伙

伴的配套體系和融人全球采購體系，突破當(dāng)前產(chǎn)業(yè)困局。

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第三篇：現(xiàn)代粉末冶金材料與技術(shù)的發(fā)展

現(xiàn)代粉末冶金材料與技術(shù)的發(fā)展 概述

粉末冶金是研究金屬、合金、非金屬和化合物的粉末及其材料的性質(zhì)和制造理論與工藝的技術(shù)科學(xué)，是現(xiàn)代材料科學(xué)與工程發(fā)展最為迅猛的領(lǐng)域之一。

近代以來, 粉末冶金有了突破性進展，在西方發(fā)達國家更呈現(xiàn)出了加速發(fā)展的勢態(tài), 一系列新技術(shù)、新工藝大量涌現(xiàn)，例如, 超微粉或納米粉制備技術(shù)、快速冷 凝技術(shù)、機械合金化、粉末熱等靜壓、溫壓、粉末熱鍛、粉末擠壓、粉末注射形、粉末噴射成形、自蔓延高溫合成、涂層技術(shù)、電火花燒結(jié)、反應(yīng)燒結(jié)、超固相線燒結(jié)、瞬時液相燒結(jié)、激光燒結(jié)、微波燒結(jié), 等等。

現(xiàn)代粉末冶金不但保持和發(fā)展了傳統(tǒng)優(yōu)點—實現(xiàn)少切削、無切削加工, 實現(xiàn)少偏析或無偏析, 低耗、節(jié)能、節(jié)材；易控制產(chǎn)品孔隙度；易實現(xiàn)金屬一非金屬復(fù)合、金屬一高分子復(fù)合, 而且新技術(shù)賦予傳統(tǒng)工藝步驟以新的內(nèi)容和含義, 使粉末冶金成為制取各種高性能結(jié)構(gòu)材料、特種功能材料和極限條件下工作材料的有效途徑。因此, 整個粉末冶金領(lǐng)域大大拓寬, 并向著縱深方向發(fā)展, 粉末冶金已由二類傳統(tǒng)工藝技術(shù)發(fā)展成為一門新興的技術(shù)科學(xué), 它處于冶金科學(xué)與材料科學(xué)的交匯區(qū), 并且已深入地滲透到幾乎所有的冶金和材料科學(xué)的分支科學(xué)中去了。

由于技術(shù)上和經(jīng)濟上具有巨大的優(yōu)越性,粉末冶金技術(shù)產(chǎn)品在國民經(jīng)濟的各個部門和國防建設(shè)的各個領(lǐng)域都得到了廣泛應(yīng)用, 對機械、電子、化工、能源、航空、航天乃至農(nóng)業(yè)、醫(yī)藥、食品等產(chǎn)業(yè)的發(fā)展以及科技的進步, 都起到了重要的推動作用, 創(chuàng)造了巨大的社會財富, 帶來了巨大的經(jīng)濟效益和社會效益?，F(xiàn)代粉末冶金發(fā)展的主要特點

（一）新技術(shù)、新工藝大量涌現(xiàn)

新技術(shù)新工藝的應(yīng)用, 使得粉末的制備朝著超微、超細(xì)、速凝、高純、均質(zhì)、成分可調(diào)控、大規(guī)模、多品種方向發(fā)展, 粉末冶金材料的制造朝著復(fù)合、全致密、高性能、高精度、復(fù)雜形狀、大批量系列化方向發(fā)展。

（二）新材料層出不窮

粉末冶金已發(fā)展成為制取各種高性能結(jié)構(gòu)材料和特種功能材料以及極限條件使用材料的有效途徑。這些新材料包括粉末低合金鋼、粉末高溫合金、粉末高速鋼、粉末不銹鋼、快速冷凝鋁合金、快速冷凝欽合金、彌散強化合金、高溫超導(dǎo)材料、欽鐵硼永磁材料、特種陶瓷、金屬基和陶瓷基復(fù)合材料、納米材料、梯度功能材料、粉末摩擦材料、涂層硬質(zhì)合金,等等。

（三）近凈型成形技術(shù)的崛起加速了粉末冶金的迅速發(fā)展

粉末冶金作為一項典型的近凈型成形制造技術(shù), 以它獨有的少切削、無切削及節(jié)材、節(jié)能的技術(shù)特點, 在與傳統(tǒng)的熔鑄、機加工競爭中不斷發(fā)展。近幾十年來,許多新的近型成形技術(shù)不斷涌現(xiàn), 如金屬注射成形、粉末噴射成形、粉末熱鍛和粉末熱等靜壓等使得粉末冶金產(chǎn)品更加接近最終產(chǎn)品形狀, 并且拓寬了粉末冶金近型成形產(chǎn)品的范圍。

（四）復(fù)合材料及其制造技術(shù)的發(fā)展為粉末冶金開拓了新的領(lǐng)域

目前, 復(fù)合材料的發(fā)展形成由宏觀復(fù)合形式向微觀復(fù)合形式發(fā)展、由結(jié)構(gòu)復(fù)合材料為主向與功能復(fù)合材料并重的局面。粉末冶金以它獨有的粉末混合、化學(xué)復(fù)合、機械合金化、涂層、骨架熔滲與浸潰、纖維網(wǎng)粉漿澆注、快速冷凝和原位復(fù)合等特長在復(fù)合材料制造中充分發(fā)揮自己的優(yōu)勢, 在金屬基、陶瓷基復(fù)合材料和彌散強化、顆粒強化及纖維增強復(fù)合制造技術(shù)中顯示鮮明的特色。粉末冶金材料

3.1 傳統(tǒng)粉末冶金材料

（1）鐵基粉末冶金材料：鐵基粉末冶金材料是最重要的粉末冶金材料之一, 特別是汽車行業(yè)的快速發(fā)展對鐵基粉末冶金行業(yè)起了很大的推動作用。

（2）銅基粉末冶金材料：燒結(jié)銅基零件具有較好的耐蝕性、表面光潔及無磁性等優(yōu)點。銅基材料主要有燒結(jié)青銅(錫青銅和鋁青銅)、燒結(jié)黃銅、燒結(jié)鎳銀和燒結(jié)銅鎳合金, 此外還有彌散強化銅(如Cu2Al2O3)、燒結(jié)時效強化銅合金(Cu2Be、Cu2Be2Co和Cu2Cr合金)以及用于減震的燒結(jié)Cu2Mn合金。

（3）難熔金屬與硬質(zhì)合金：難熔金屬(鎢、鉬、鉭、鈮等)及其合金、復(fù)合材料以其高熔點、高硬度、高強度等獨特的物理與力學(xué)性能而廣泛應(yīng)用于國防軍工、航空航天、電子信息、能源、防化、冶金和核工業(yè)等領(lǐng)域。硬質(zhì)合金是指以一種或多種難熔金屬的碳化物(如碳化鎢、碳化鈦等)作為硬質(zhì)相, 用金屬粘結(jié)劑作為粘結(jié)相, 經(jīng)粉末冶金技術(shù)制造出來的材料。硬質(zhì)合金廣泛用作切削刀具、礦用刀片和異型件, 已成為現(xiàn)代工業(yè)部門和新技領(lǐng)域不可缺少的工具材料, 被譽為“現(xiàn)代工業(yè)的牙齒”。

（4）粉末冶金電工材料：在電器、儀表及電工技術(shù)中, 廣泛應(yīng)用于各種分?jǐn)嗪徒油娐返碾娊佑|元件、電阻焊用的電極以及電機上用于轉(zhuǎn)換電流的電刷。在無線電技術(shù)中, 普遍使用各種難熔化合物制成的各種固定電阻器。在真空技術(shù)中使用各種電子管陰極制品、各種電加熱元件和熱電偶材料。以上這些材料常常采用粉末冶金技術(shù)制造, 統(tǒng)稱為粉末冶金電工材料。

（5）燒結(jié)摩擦與減摩材料：摩擦材料以提高摩擦磨損性能為目的, 用于摩擦離合器與摩擦制動器的摩擦部分的材料稱為摩擦材料。燒結(jié)減摩材料是用粉末冶金方法制造的、具有低摩擦系數(shù)和高耐磨性能的金屬材料或金屬和非金屬的復(fù)合材料。

3.2 先進粉末冶金材料

（1）信息領(lǐng)域用粉末冶金材料：粉末冶金軟磁材料按材質(zhì)分類 可分為金屬軟磁材料和鐵氧體軟磁材料。鐵氧體軟磁材料出現(xiàn)較早, 是一種只能用粉末冶金燒結(jié)方法制造的軟磁材料。人們期望燒結(jié)軟磁材料具有高的磁導(dǎo)率和飽和磁化強度或剩磁以及低的矯頑力,壓粉磁芯或磁粉芯屬于這一類材料。金屬軟磁材料主要是鐵及其合金, 其中有純鐵、磷鐵、硅鋼、鐵鎳金、鐵鈷合金、鐵鋁合金和鐵鋁硅合金等。鐵氧體軟磁主要有錳鋅、鎂鋅、鎳鋅鐵氧體軟磁材料。

（2）能源領(lǐng)域用粉末冶金材料：能源材料是指那些正在發(fā)展的、可能支撐新能源體系的建立,滿足各種新能源以及節(jié)能新技術(shù)所要求的一類材料。按使用目的可分為新能源材料、節(jié)能材料和儲能材料。

（3）生物領(lǐng)域用粉末冶金材料：生物醫(yī)用材料對于挽救生命、救治傷殘、提高人類的生活質(zhì)量具有重要的意義。生物材料中的一些醫(yī)用金屬和合金, 醫(yī)用生物陶瓷就屬于粉末冶金材料。

（4）軍事領(lǐng)域用粉末冶金材料：粉末冶金材料對軍事工業(yè)作出了巨大的貢獻, 在國防建設(shè)中有著巨大的潛力和競爭力。粉末冶金材料廣泛用于航空航天工業(yè)、核工業(yè)和兵器工業(yè)等軍事領(lǐng)域。粉末冶金技術(shù)

4.1 粉末制備技術(shù)的發(fā)展

粉末冶金材料和制品不斷增多, 質(zhì)量不斷提高, 要求提供的粉末的種類也越來越多。為了滿足對粉末的各種要求, 出現(xiàn)了各種各樣生產(chǎn)粉末的新方法。從過程的實質(zhì)來看, 現(xiàn)有制粉方法大體上可歸納為兩大類, 即機械法和物理化學(xué)法。從工業(yè)規(guī)模而言, 應(yīng)用最廣泛的是還原法、霧化法和電解法。但隨著科技的發(fā)展, 越來越多的新技術(shù)在粉末的制備過程中正起著越來越重要的作用。

(1）機械合金化：機械合金化是由Benjamin 等提出的一種制備合金粉末的高能球磨技術(shù)。它是在高能球磨條件下, 利用金屬粉末混合物的反復(fù)變形、斷裂、焊合、原子間相互擴散或發(fā)生固態(tài)反應(yīng)形成合金粉末。機械合金化是在固態(tài)下實現(xiàn)合金化, 不經(jīng)過氣相、液相,不受物質(zhì)的蒸氣壓、熔點等物理特性因素的制約, 使過去用傳統(tǒng)熔煉工藝難以實現(xiàn)的某些物質(zhì)的合金化和遠(yuǎn)離熱力學(xué)平衡的準(zhǔn)穩(wěn)態(tài)、非平衡態(tài)及新物質(zhì)的合成成為可能, 因此機械合金化的理論和應(yīng)用方面的研究均顯示出十分誘人的前景。

（2）噴霧干燥：噴霧干燥是指用霧化器將一定濃度的原料液噴射成霧狀液滴, 并用熱空氣(或其它氣體)與霧滴直接接觸的方式使之迅速干燥, 從而獲得粉粒狀產(chǎn)品的一種粉末制備過程。采用噴霧干燥可以制備出質(zhì)量均

一、重復(fù)性良好的粉料, 并且縮短粉料的制備過程, 有利于自動化、連續(xù)化生產(chǎn), 是大規(guī)模制備優(yōu)良超微粉的有效方法。

4.1 粉末冶金成型技術(shù)的發(fā)展

目前, 粉末冶金技術(shù)正向著高致密化、高性能化、集成化和低成本等方向發(fā)展。近年來, 一系列粉末冶金新的成形技術(shù)層出不窮, 并呈現(xiàn)出加速發(fā)展態(tài)勢, 粉末注射成形、溫壓成形、流動溫壓成形、噴射成形、高速壓制成形等新技術(shù)不斷涌現(xiàn), 使得粉末高致密化成形技術(shù)得到了很大的發(fā)展。

（1）粉末注射成型：粉末注射成形是傳統(tǒng)粉末冶金技術(shù)和先進塑料注射成形相結(jié)合而發(fā)展形成的一門新型粉末冶金近凈成形技術(shù)。它的基本工藝過程是: 首先將金屬或陶瓷粉末與有機粘結(jié)劑均勻混合, 用注射成形機成形, 然后將成形坯中的粘結(jié)劑脫離, 最后經(jīng)燒結(jié)致密化得到最終產(chǎn)品。粉末注射成形的材料已經(jīng)從早期的鐵基、硬質(zhì)合金、陶瓷等對雜質(zhì)含量不敏感、性能要求不是非?？量痰捏w系, 發(fā)展到了鎳基高溫合金、鈦合金和鈮材料。材料應(yīng)用領(lǐng)域也從結(jié)構(gòu)材料向功能材料發(fā)展, 如熱沉材料、磁性材料和形狀記憶合金。材料結(jié)構(gòu)也從單一均勻結(jié)構(gòu)向復(fù)合結(jié)構(gòu)發(fā)展。

（2）溫壓成型：溫壓成形是從20 世紀(jì)90 年代新發(fā)展起來的一項新技術(shù)。它是采用特制的粉末加熱、粉末輸送和模具系統(tǒng), 將加有特殊潤滑劑的混合粉末和模具加熱至130～150 ℃溫度進行剛性模壓, 最后采用傳統(tǒng)的燒結(jié)工藝進行致密化的技術(shù)。利用該工藝可成形形狀非常復(fù)雜的零件,如垂直于壓制方向上的凹槽、孔以及螺紋孔等,而不需要后續(xù)二次機械加工。（3）噴射成型：噴射成形(Spray Forming)技術(shù), 也稱為噴射沉積(Spray Deposition)或噴射鑄造(Spray Casting)技術(shù), 這是20 世紀(jì)80 年代以來工業(yè)發(fā)達國家在傳統(tǒng)快速凝固P粉末冶金(RSPPM)工藝基礎(chǔ)上發(fā)展起來的一種全新的先進材料制備與成形技術(shù)。

（4）高速壓制成型：高速壓制技術(shù)是瑞典H¨ogan¨as AB 公司在2001 年推介的一種新技術(shù)。高速壓制生產(chǎn)零件的過程和傳統(tǒng)的壓制過程工序相同;混合粉末加進送料斗中, 粉末通過送粉靴自動填充模腔壓制成形之后, 零件被頂出并轉(zhuǎn)入燒結(jié)工序。所不同的是高速壓制的壓制速度比傳統(tǒng)壓制高500～1000 倍, 壓機錘頭速度高達2～30mPs , 液壓驅(qū)動的錘頭質(zhì)量達5～1200kg , 粉末在0.02s 之內(nèi)通過高能量沖擊進行壓制, 壓制時產(chǎn)生強烈的沖擊波。通過附加間隔0.3s 的多重沖擊能達到更高的密度。與傳統(tǒng)壓制相比, 高速壓制的鐵基零件密度可提高0.3gPcm3 左右, 因而抗拉強度和屈服強度能相應(yīng)地提高20 %～25 %。高速壓制壓坯的徑向彈性后效很小, 故脫模壓力較小, 并且壓坯密度均勻, 其偏差小于0.01gPcm3。該技術(shù)可以制得質(zhì)量達5kg 以上的大型壓坯以及高徑比達到3 的壓坯。同時, HVC 技術(shù)還具有高生產(chǎn)率和低成本等特點。

4.1 粉末冶金燒結(jié)技術(shù)的發(fā)展

粉末冶金燒結(jié)是指粉末或粉末壓坯在適當(dāng)?shù)臏囟群蜌夥諚l件下加熱所發(fā)生的現(xiàn)象或過程。燒結(jié)工藝是決定粉末冶金制品性能的重要環(huán)節(jié), 一直是人們研究的重點;各種促進燒結(jié)的方法不斷涌現(xiàn), 如微波燒結(jié)、放電等離子燒結(jié)、自蔓延高溫合成、燒結(jié)硬化等。

（1）微波燒結(jié)：微波燒結(jié)是一種利用微波加熱來對材料進行燒結(jié)的方法, 它始于20 世紀(jì)70 年代。燒結(jié)中微波不僅僅只是作為一種加熱能源, 其本身也是一種活化燒結(jié)過程。微波燒結(jié)技術(shù)是利用材料吸收微波能轉(zhuǎn)化為內(nèi)部分子的動能和熱能, 使得材料整體均勻加熱至一定溫度而實現(xiàn)致密化燒結(jié)的一種方法, 是快速制備高質(zhì)量的新材料和制備具有新的性能的傳統(tǒng)材料的重要技術(shù)手段。

（2）放電等離子體燒結(jié)(SPS)也稱作等離子體活化燒結(jié)(Plasma Activated Sintering , PAS)或脈沖電流熱壓燒結(jié)(Pulse Current Pressure Sintering), 是20 世紀(jì)90 年代以來國外開始廣泛研究的一種快速燒結(jié)新工藝。它最早源于1930 年美國科學(xué)家提出的脈沖電流燒結(jié)原理,但直到日本于1988 年研制出第一臺工業(yè)型SPS裝置, 該技術(shù)才真正引起世人的關(guān)注。由于它融等離子體活化、熱壓、電阻加熱為一體, 具有燒結(jié)時間短、溫度控制準(zhǔn)確、易自動化、燒結(jié)樣品組織均勻、致密度高等優(yōu)點, 僅在幾分鐘之內(nèi)就使燒結(jié)產(chǎn)品的相對理論密度接近100 % , 而且能抑制樣品顆粒的長大, 提高材料的各種性能。

（3）自蔓延高溫合成：自蔓延高溫合成(SHS), 也稱燃燒合成(Combustion Synthesis , CS), 它是一種利用化學(xué)反應(yīng)自身放熱使反應(yīng)持續(xù)進行, 最終合成所需材料或制品的新技術(shù)。自1967 年蘇聯(lián)科學(xué)家發(fā)現(xiàn)并提出自蔓延高溫合成的概念以來, 自蔓延高溫合成在世界范圍內(nèi)得到了廣泛的研究和開發(fā), 并在工業(yè)生產(chǎn)中得到應(yīng)用。展望

粉末冶金是提高材料性能和發(fā)展新材料的重要手段, 已經(jīng)成為當(dāng)代材料科學(xué)發(fā)展的前沿領(lǐng)域。粉末冶金新材料、新技術(shù)、新工藝的不斷出現(xiàn), 必將促進高技術(shù)產(chǎn)業(yè)和國防工業(yè)的快速發(fā)展, 也必將帶給材料工程和制造技術(shù)光明的前景。近年來, 我國粉末冶金行業(yè)得到了快速發(fā)展, 技術(shù)水平和工藝裝備均比以前有了很大的提高, 但與國外先進技術(shù)水平相比仍存在較大差距。因此, 大力開展粉末冶金新材料、新技術(shù)新工藝的研究, 對提高我國粉末冶金產(chǎn)品的檔次和技術(shù)水平, 縮短與國外先進水平的差距具有非常重要的意義。

參考文獻

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第四篇：粉末冶金基礎(chǔ)知識

粉末冶金是制取金屬粉末并通過成形和燒結(jié)等工藝將金屬粉末或與非金屬粉末的混合物制成制品的加工方法，既可制取用普通熔煉方法難以制取的特殊材料，又可制造各種精密的機械零件，省工省料。但其模具和金屬粉末成本較高，批量小或制品尺寸過大時不宜采用。

粉末冶金材料和工藝與傳統(tǒng)材料工藝相比，具有以下特點：

1．粉末冶金工藝是在低于基體金屬的熔點下進行的，因此可以獲得熔點、密度相差懸殊的多種金屬、金屬與陶瓷、金屬與塑料等多相不均質(zhì)的特殊功能復(fù)合材料和制品。

2．提高材料性能。用特殊方法制取的細(xì)小金屬或合金粉末，凝固速度極快、晶粒細(xì)小均勻，保證了材料的組織均勻，性能穩(wěn)定，以及良好的冷、熱加工性能，且粉末顆粒不受合金元素和含量的限制，可提高強化相含量，從而發(fā)展新的材料體系。

3．利用各種成形工藝，可以將粉末原料直接成形為少余量、無余量的毛坯或凈形零件，大量減少機加工量。提高材料利用率，降低成本。

粉末冶金的品種繁多，主要有：鎢等難熔金屬及合金制品；用Co、Ni等作粘結(jié)劑的碳化鎢（WC）、碳化鈦（TiC）、碳化鉭（TaC）等硬質(zhì)合金，用于制造切削刀具和耐磨刀具中的鉆頭、車刀、銑刀，還可制造模具等；Cu合金、不銹鋼及Ni等多孔材料，用于制造燒結(jié)含油軸承、燒結(jié)金屬過濾器及紡織環(huán)等。隨著粉末冶金生產(chǎn)技術(shù)的發(fā)展，粉末冶金及其制品將在更加廣泛的應(yīng)用。粉末冶金是將金屬粉末（或摻入部分非金屬粉末）經(jīng)過成形和燒結(jié)，制成金屬材料或機械零件的一種加工工藝方法．它既可以直接制成符合裝配要求的零件，也可以生產(chǎn)一般冶煉方法難以生產(chǎn)的金屬材料和制品．粉末冶金廣泛的應(yīng)用于機械、冶金、化工、交通、運輸、以及航空航天工業(yè)。

粉末冶金的生產(chǎn)工藝過程客分為以下五個階段：

一）制粉

制粉是將原料制成粉末的過程。常用的制粉方法有機械法和氧化物還原法。１。機械法 是利用球磨或利用動力（如氣流或液流）使金屬物料碎塊間產(chǎn)生碰撞、摩擦獲得金屬粉末的方法。

２。氧化物還原法 是用固體或液體還原劑還原金屬氧化物制成粉末的方法。

二）混料

混料是將各種所需的粉末按一定的比例混合，并使其均勻化制成坯粉的過程。分干式、半干式和濕式三種，分別用于不同要求。

１。干式 用于各組元密度相近且混合均勻程度要求不高的情況。

２。半干式 用于各組元密度相差較大和要求均勻程度較高的情況?；炝蠒r加入少量的液體（如機油）。

３。濕式 混料時加入大量的易揮發(fā)液體（如酒精），并同時伴以球磨，提高混料均勻程度，增加各組元間的接觸面積和改善燒結(jié)性能。為改善混料的成形性，在混料重要添加增塑劑。

三）成形

成形是將混合均勻的混料，裝入壓模重壓制成具有一定形狀、尺寸和密度的型坯的過程。壓形常用的方法喲以下兩種：

１。常溫加壓成形 在機械壓力下使粉末顆粒間產(chǎn)生機械噬合力和原子間吸附力，從而形成冷焊結(jié)合，制成形坯。優(yōu)點是對設(shè)備、模具材料無特殊要求，操作簡便；缺點是粉末顆粒間結(jié)合力較弱，形坯容易損壞，形坯由于是在常溫下成形，因此需要施加較大的壓力克服由于粉末顆粒產(chǎn)生塑性變形而造成的加工硬化現(xiàn)象。另外，常溫加壓成形的形坯的密度較低，因此其孔隙度較大。

２。加熱加壓成形 高溫下粉末顆粒變軟，變形抗力減小，用較小的壓力就可以獲得致密的形坯。

四）燒結(jié)

燒結(jié)是通過焙燒，使形坯顆粒間發(fā)生擴散、熔焊、再結(jié)晶等過程，使粉末顆粒牢固地焊合在一起，使孔隙減小密度增大，最終得到“晶體結(jié)合體”。從而獲得所需要的具有一定物理及力學(xué)性能的過程

五）后處理

粉末冶金制品經(jīng)燒結(jié)后可以直接使用；但當(dāng)制品的性能要求較高時，還常常需要進行后處理。

常用的后處理方法有以下幾種：

１。整形 將燒結(jié)后的零件裝入與壓模結(jié)構(gòu)相似的整形模內(nèi)，在壓力機上再進行一次壓形，以提高零件的尺寸精度和減少零件的表面粗糙度，用于消除在燒結(jié)過程中造成的微量變形。

２。侵油 將零件放入１００－２００℃熱油重或在真空下使油滲入粉末零件孔隙中的過程，經(jīng)浸油后的零件可提高耐磨性，并能防止零件生銹。

３。蒸汽處理 鐵基零件在５００－６００℃水蒸氣中處理，使零件內(nèi)外表面形成一層硬而致密的氧化膜，從而提高零件的耐磨性和防止零件生銹。

４。硫化處理 將零件放置在１２０℃的熔融硫槽內(nèi)，經(jīng)十幾分鐘后取出，并在氫氣的保護下再加熱到７２０℃，使零件表面孔隙形成硫化物。硫化處理能大大提高零件的減磨性和改善加工性能。

另外，粉末冶金制品還可以進行切削加工，壓力加工，焊接，以及各種熱處理和表面鍍覆。

第五篇：粉末冶金復(fù)習(xí)資料

粉末冶金復(fù)習(xí)題

填空：

1.粉末冶金是用(金屬粉末貨金屬粉末與非金屬粉末的混合物)作為原料，經(jīng)過（成形）和（燒結(jié)）制造金屬材料、復(fù)合材料以及各種類型制品的工藝過程。

2.從制粉過程的實質(zhì)來分，現(xiàn)有制粉方法可歸納為（物理化學(xué)法）和（機械法）。機械法是將原材料機械地粉碎，而（化學(xué)成分）基本上不發(fā)生變化的工藝過程；物理化學(xué)法是借助（化學(xué)的）或（物理）的作用，改變原材料的（化學(xué)成分）或（聚集狀態(tài)）而獲得粉末的工藝過程。

3.通常把固態(tài)物質(zhì)按分散程度不同分成（致密體）、（粉末體）和（膠體）三類；〔1〕，即大小在1mm以上的稱為（致密體），0.1μm以下的稱為（膠體），而介于二者的稱為（粉末體）。

4.粉末冶金工藝過程包括（制粉）工序，（成形）工序和（燒結(jié)）工序。

5.粉末冶金成形前的預(yù)處理包括（粉末退火）、（篩分）、（混合）、（制粒）、和（加潤滑劑）等。6.粉末特殊成形方法有（等靜壓成形）、（連續(xù)成形）、（無壓成形）、（注射成形）、（高能成形）等。

7.粉末的等溫?zé)Y(jié)過程，按時間大致可以劃分為三個界限(1)(粘結(jié)階段)(2)（燒結(jié)頸長大階段）(3)（閉孔隙球化和縮小階段）。8.通常按燒結(jié)過程有無明顯的液相出現(xiàn)和燒結(jié)系統(tǒng)的組成進行分類分為（單元系燒結(jié)）、（多元系固相燒結(jié)）、（多元系液相燒結(jié)）。9.常用的粉末冶金鍛造方法有（粉末熱鍛）和（粉末冷鍛）；而粉末熱鍛又分為（粉末鍛造）、（燒結(jié)鍛造）和（鍛造燒結(jié)）三種。10.粉末冶金復(fù)合材料的強化手段包括（彌散強化）、（顆粒強化）和（纖維強化）。

11.粉末是顆粒與顆粒間的空隙所組成的分散體系，因此研究粉末體時，應(yīng)分別研究屬于（單顆粒）、（粉末體）及（粉末體的孔隙）等的性質(zhì)。

12.粉末在壓制過程中，粉末的變形包括（彈性變形）、（塑性變形）和（脆性變形）。13.通常等靜壓按其特性分成（冷等靜壓）和（熱等靜壓）。

14.燒結(jié)過程有自動發(fā)生的趨勢。從熱力學(xué)的觀點看，粉末燒結(jié)是（系統(tǒng)自由能減小）的過程，即燒結(jié)體相對于粉末體在一定條件下處于（能量較低）狀態(tài)。

15.典型的燒結(jié)機構(gòu)包括（粘性流動）、（蒸發(fā)與凝聚）、（體積擴散）、（表面擴散）、（晶界擴散）、（塑性流動）和（綜合作用燒結(jié)理論）等。

16.多孔預(yù)成形壞的變形特性是研究粉末冶金鍛造過程塑性理論的基礎(chǔ)。鍛造時，與致密金屬坯的塑性變形相比，多孔預(yù)成形坯具有以下（質(zhì)量不變條件）、（低屈服強度和低拉伸塑性）、（小的橫向流動）、（變形和致密的不均勻性）變形特性。

17.一般粉末治金材料是金屬和孔隙的復(fù)合體，其孔隙度范圍很廣，有低于l～2％殘留孔隙度的（致密材料），有10%左右孔限度的（半致密材料），有＞15%孔隙度的（多空材料），也有高達98%孔隙度的（泡沫材料）。

簡答題：

一、還原法制取鐵粉的過程機理是什么？影響鐵粉還原過程的因素有哪些？發(fā)展復(fù)合型鐵粉的意義有哪些？ 答：鐵氧化物的還原過程是分段進行的，即從高價氧化鐵到低價氧化鐵，最后轉(zhuǎn)變成金屬：Fe2O3→Fe3O4→Fe。固體碳還原金屬氧化物的過程通常稱為直接還原。當(dāng)溫度高于570°時，分三階段還原：Fe2O3→Fe3O4→浮斯體（FeO·Fe3O4固溶體）→Fe 3Fe2O3+CO=2Fe3O4+CO2 Fe3O4+CO=3FeO+CO2 FeO+CO=Fe+CO2 當(dāng)溫度低于570°時，由于氧化亞鐵不能穩(wěn)定存在，因此，F(xiàn)e3O4直接還原成金屬鐵 Fe3O4+4CO=3Fe+4CO2 影響因素：

（1）原料①原料中雜質(zhì)的影響②原料粒度的影響

（2）固體碳還原劑①固體碳還原劑類型的影響②固體還原劑用量的影響

（3）還原工藝條件①還原溫度和還原事件的影響②料層厚度的影響③還原罐密封程度的影響

（4）添加劑①加入一定的固體碳的影響②返回料的影響③引入氣體還原劑的影響④堿金屬鹽的影響⑤海綿鐵的處理 高密度、高強度、高精度粉末冶金鐵基零件需要復(fù)合型鐵粉。

二、電解法可生產(chǎn)哪些金屬粉末？為什么？影響電解銅粉粒度的因素有哪些？ 1、1)水溶液電解法：可生產(chǎn)銅、鎳、鐵、銀、錫、鉛，鉻、錳等金屬粉末，在一定條件下可使幾種元素同時沉積而制得Fe-Ni、Fe-Cu等合金粉末。

2)熔鹽電解法：可以制取Ti、Zr、Ta、Nb、Th、U、Be等純金屬粉末，也可以制取如Ta-Nb等合金粉末以及各種難熔化合物（如碳化物、硼化物和硅化物等）

2、（1）電解液的組成 1)金屬離子濃度的影響。2）酸度（或H+濃度）的影響； 3）添加劑的影響（2）電解條件 1)電流密度的影響； 2）電解液溫度的影響； 3）電解時攪拌的影響； 4）刷粉周期的影響；

5）關(guān)于放置不溶性陽極和采用水內(nèi)冷陰極問題

三、粉末顆粒有哪幾種聚集形式？它們之間的區(qū)別在哪里？

1、一次顆粒，二次顆粒（聚合體或聚集顆粒），團粒，絮凝體

2,通過聚集方式得到的二次顆粒被稱為聚合體或聚集顆粒；團粒是由單顆粒或二次顆?？糠兜氯A引力粘結(jié)而成的，其結(jié)合強度不大，用磨研、擦碎等方法或在液體介質(zhì)中就容易被分散成更小的團粒或單顆粒；絮凝體是在粉末懸浮液中，由單顆?；蚨晤w粒結(jié)合成的更松軟的聚集顆粒

四、壓制前粉末需要進行哪些預(yù)處理？其作用如何？ 預(yù)處理包括：粉末退火、篩分、混合、制粒、加潤滑劑 預(yù)先退火：使氧化物還原，降低碳和其他雜質(zhì)的含量，提高粉末的純度；消除粉末的加工硬化，穩(wěn)定粉末的晶體結(jié)構(gòu) 混合：將兩種或兩種以上不同成分的粉末混合均勻 篩分：把顆粒大小不同的原始粉末進行分級

制粒：將小顆粒的粉末制成大顆?；驁F粒，改善粉末的流動性。在硬質(zhì)合金生產(chǎn)中，為了便于自動成形，制粒使粉末能順利充填模腔 加潤滑劑：降低成形時粉末顆粒和模沖間摩擦，改善壓坯的密度分布，有利于脫模

五、影響壓制過程的因素有那些？

1、粉末性能對壓制過程的影響 1)粉末物理性能的影響

（1）金屬粉末本身的硬度和可塑性；（2）金屬粉末的摩擦性能 2）粉末純度（化學(xué)成分）的影響 3）粉末粒度及粒度組成的影響 4）粉末形狀的影響 5）粉末松裝密度的影響

2、潤滑劑和成形劑對壓制過程的影響

1）潤滑劑和成形劑的種類 2）潤滑劑和成形劑的用量 3）振動壓制的影響 4）磁場壓制的影響

六、粉末冶金技術(shù)中的特殊成型包括哪些？與一般壓制法相比有什么特點？

1、等靜壓成型，粉末連續(xù)成型，粉漿澆注成型，粉末注射成形，爆炸成形

2、（1）等靜壓成型：

1）能夠壓制具有凹形、空心等復(fù)雜形狀的桿件；

2）壓制時，粉末體與彈性模具的相對移動很小，所以摩擦損耗也很小。單位壓制壓力較鋼模制法低； 3）能夠壓制各種金屬粉末及非金屬粉末。壓制坯件密度均勻，對難熔金屬粉末及其化合物尤其有效； 4）壓坯強度較高，便于加工和運輸； 5）模具材料是橡膠和塑料，成本較低廉； 6）能在較低的溫度下制得接近完全致密的材料（2）粉末連續(xù)成型：

1）能夠生產(chǎn)一般軋制法難于或無法生產(chǎn)的板帶材； 2）能夠軋制出成分比較精確的帶材； 3）粉末軋制的板帶材料具有各向同性； 4）工藝過程短、解約能源；

5）粉末軋制法成材率比熔鑄軋制法高； 6）不需大型設(shè)備，減少大量投資

（3）、粉漿澆注成型：制取某些新型特殊材料；生產(chǎn)羰基鐵粉制品，適當(dāng)燒結(jié)處理后，材料機械性能接近鍛造材料；生產(chǎn)設(shè)備簡單，生產(chǎn)費用低

（4）、粉末注射成形：制造形狀復(fù)雜的坯塊（5）、爆炸成形：能夠壓出相對密度極高的壓坯

八、熱等靜壓技術(shù)適宜加工什么樣的材料？同熱壓法比較，它的特點是什么？

熱等靜壓法制取的制品密度比熱壓法要高些，尤其在壓制難熔金屬時，差別更為明顯。同一材料的熱等靜壓制溫度比熱壓法低?？紤]到低的壓制溫度有利于獲得細(xì)晶粒的合金材料，有利于制取一般方法難于制取的熔點相差懸殊的層疊復(fù)合材料，所以，熱等靜壓材料性能普遍高于熱壓法制取的材料性能。

十、粉末等溫?zé)Y(jié)的三階段是怎樣劃分的？實際燒結(jié)過程包括哪些現(xiàn)象？ 答：粉末的等溫?zé)Y(jié)過程，按時間大致可劃分為三個界限不十分明顯的階段：

（1）粘結(jié)階段-燒結(jié)初期，顆粒間的原始接觸點或面轉(zhuǎn)變成晶體結(jié)合，即通過成核、結(jié)晶長大等原子過程形成燒結(jié)頸。（2）燒結(jié)頸長大階段-原子向顆粒結(jié)合面的大量遷移使燒結(jié)頸擴大，顆粒間距離縮小，形成連續(xù)的孔隙網(wǎng)絡(luò)。

（3）閉孔隙球化和縮小階段-當(dāng)燒結(jié)體密度達到90%以后，多數(shù)孔隙被完全分隔，閉孔隙數(shù)量大為增加，孔隙形狀趨近球形并不斷縮小。

實際燒結(jié)過程可能出現(xiàn)的現(xiàn)象例如粉末表面氣體或水分的揮發(fā)、氧化物的還原和離解、顆粒內(nèi)應(yīng)力的消除、金屬的回復(fù)和再結(jié)晶以及聚晶長大等。

十一、分析影響互溶多元系固相燒結(jié)的因素。答：影響因素：（1）燒結(jié)溫度。

（2）燒結(jié)時間 在相同溫度下，燒結(jié)時間越長，擴散越充分。（3）粉末粒度 合金化的速度隨著粒度減小而增加。

（4）壓坯密度 增大制壓力，將使粉末顆粒間接觸面積增大，擴散界面增大，加快合金化過程。

（5）粉末原料 采用一定數(shù)量的預(yù)合金粉或復(fù)合粉同完全使用混合粉比較，達到相同的均勻化程度所需的時間將縮短，因為這時擴散路程縮短，并可減少要遷移的原子數(shù)量。(6)雜質(zhì) 有些雜質(zhì)會存在于粉末表面或在燒結(jié)過程的雜質(zhì)阻礙顆粒間的擴散進行。

十七、說明燒結(jié)的概念及燒結(jié)過程。

答：燒結(jié)是粉末或粉末壓坯，在適當(dāng)?shù)臏囟群蜌夥諚l件下加熱所發(fā)生的現(xiàn)象或過程。燒結(jié)的結(jié)果是顆粒之間發(fā)生粘結(jié)，燒結(jié)體的強度增加，而且多數(shù)情況下，密度也提高。

燒結(jié)過程：粉末燒結(jié)后，燒結(jié)體的強度增加，首先是顆粒間的聯(lián)結(jié)強度增大，即聯(lián)結(jié)面上原子間的引力增大。在粉末或粉末壓坯內(nèi)，顆粒間接觸面上能達到的原子引力作用范圍的原子數(shù)目有限。但是在高溫下，由于原子振動的振幅加大，發(fā)生擴散，接觸面上才有更多的原子進入原子作用力的范圍，形成粘結(jié)面，并且隨著粘結(jié)面的擴大，燒結(jié)體的強度也增加。燒結(jié)面擴大進而形成燒結(jié)頸，使原來的顆粒界面形成晶粒界面，而且隨著燒結(jié)的繼續(xù)進行，晶界可以向顆粒內(nèi)部移動，導(dǎo)致晶粒長大。名詞解釋

松裝密度：粉末試樣自然的充滿規(guī)定容器時，單位容積的粉末質(zhì)量。松裝密度可以用漏斗法、斯科特容量計法來測量。

氫損：把金屬粉末的試樣在純氫氣氣流中煅燒足夠長的時間，粉末中的氧被還原生成水蒸氣，某些元素與氫氣生成揮發(fā)性化合物，與揮發(fā)性元素一同排出，測得試樣粉末的質(zhì)量損失稱為氫損。

熔浸：將粉末壓壞與液體金屬接觸或埋在液體金屬內(nèi)，讓壓壞的空隙被金屬液體填充，冷卻下來就得到致密材料或零件，這種工藝稱為熔浸。

熔浸必須具備的基本條件：

(1)骨架材料與熔浸材料的熔點相差較大，不致造成零件變形。(2)

熔浸金屬應(yīng)能很好溶濕骨架材料，即潤濕角小于90度。

(3)骨架與熔浸金屬之間不發(fā)生互溶或溶解度不大，以避免在熔浸過程中產(chǎn)生新相而致使液相消失。(4)

熔浸金屬的量應(yīng)以填滿壓壞中的空隙為限度，過多或過少均為不利。

活化燒結(jié)：采用化學(xué)或物理的措施，使燒結(jié)溫度降低，燒結(jié)過程加快，或使燒結(jié)體密度和其他性能得到提高的方法稱為活化燒結(jié)?；罨療Y(jié)從方法上可以分為兩種類型：（1）依靠外界因素活化燒結(jié)過程。如加活性劑等。（2）提高粉末活性?；罨療Y(jié)與預(yù)氧化燒結(jié)，添加少量合金元素，在氣氛或填料中添加活化劑。

電火花燒結(jié)：利用粉末間火花放電所產(chǎn)生的高溫，并且同時受外應(yīng)力作用的一種特殊燒結(jié)法。壓縮性：是金屬粉末在規(guī)定的壓制條件下被壓緊的能力。成形性：指粉末壓制后，壓壞保持既定形狀的能力。

強化機理：使金屬基體中含有高度分散的第二相質(zhì)點而達到提高

致密化過程：

1快速致密化階段——即在熱壓初期發(fā)生相對滑動，破碎和塑形變形，類似成形時的顆粒重排

2致密化減速階段——以塑形流動為主要機構(gòu)，類似于燒結(jié)后期的閉孔收縮階段 3趨近終極密度階段——受擴散控制的蠕變?yōu)橹饕獧C構(gòu)，此時的晶粒長大使致密化速度大大降低，達到終極密度后，致密化過程完全停止

制取鐵粉的主要還原方法有那些？比較其優(yōu)缺點 碳還原：可以還原很多金屬氧化物，但容易被碳污染

氣體還原：可以制取合金粉，制取的鐵粉比碳還原制取的純，生產(chǎn)成本低 金屬熱還原：可以制取生產(chǎn)無碳金屬，用于稀有金屬 模壓成型工藝的特點是什么？

（1）模壓成型工藝的優(yōu)點。模壓成型工藝有以下幾方面優(yōu)點 ①與擠出和注射等成型工藝相比，模壓成型工藝所需設(shè)備結(jié)構(gòu)簡單、制造精度不髙、制造費用低，所以投資少、見效快，為發(fā)展多品種、小批量的生產(chǎn)提供了有利條件，這也是模壓成型工藝目前還在大量運用的原因之一。

②在模壓成型過程中，由于塑料的流動距離很短，受填料的定向影響小，所以塑件的尺寸變動小，不易變形，尺寸穩(wěn)定性好，機械性 能穩(wěn)定。

③相同噸位的壓機可以成型較大平面的制品。④模壓成型工藝成熟，生產(chǎn)過程易于控制。

⑤模壓成型中沒有澆注系統(tǒng)，原材料浪費相對較少。對于不能重復(fù)利用的熱固性材料來講，節(jié)約原料尤為重要。

⑥模壓成型基本上適合于加工各種塑料。尤其像氨基樹脂、環(huán)氧樹脂和聚酰亞胺等材料，用注射成型既困難又會影響制品外觀質(zhì)量；對于用石棉或玻璃纖維等增強的塑料，在注射和擠出成型中，纖維易在澆口部分?jǐn)嗔?，使制品的機械強度特別是沖擊強度降低，失去增強的意義；聚酯團狀和片狀模塑料若采用注射成型，則需特殊的強迫加料裝置，導(dǎo)致設(shè)備費用昂貴。模壓成型是制造高強度塑件最有效的方法。

（2）模壓成型工藝的缺點。模壓成型的缺點表現(xiàn)在以下三方面。①生產(chǎn)周期長，生產(chǎn)效率低。

②較難實現(xiàn)生產(chǎn)自動化，因而勞動強度大。

③因為飛邊厚，塑件厚度方向的尺寸難以控制，所以模壓成型不能模壓尺寸精度要求較的制品。

1.什么是彈性后效其主要影響因素有哪些

答 當(dāng)壓力去除之后和將壓坯脫拱之后由于內(nèi)應(yīng)力作用壓坯產(chǎn)生的膨脹現(xiàn)象稱為彈性后效。彈性后效的大小取決于殘留應(yīng)力的高低 主要影響因素 a.壓制壓力壓制壓力高彈性內(nèi)應(yīng)力高

b.粉末顆粒的彈性模量彈性模量越高彈性后效越大

c.粉末粒度組成越合理產(chǎn)生的彈性應(yīng)力越小粒度小彈性后效大 d.顆粒形狀形狀復(fù)雜彈性應(yīng)力大彈性后效大 f.粉末混合物的成份

燒結(jié)氣氛的兩個作用是什么

答 1保護功能控制燒結(jié)體與環(huán)境之間的化學(xué)反應(yīng)如氧化和脫碳 2凈化功能及時帶走燒結(jié)坯體中潤滑劑和成形劑的分解產(chǎn)物

致密化：壓力作用下松散狀態(tài)→拱橋效應(yīng)的破壞（位移→顆粒重排）+顆粒塑性變形→孔隙體積收縮→致密化 等靜壓成型

定義：粉末裝于彈性（柔性）模具（包套）中，以流體為傳壓介質(zhì)，各向均勻受壓。分類：

冷等靜壓（CIP）：常溫下進行的等靜壓 常溫下，粉末裝于彈性模具中，以液體為傳壓介質(zhì)，粉末體各向均勻受壓而密實成壓坯 熱等靜壓（HIP）：高溫下進行的等靜壓 高溫下，粉末或壓坯裝于包套中，在高壓容器內(nèi)，以氣體為傳壓介質(zhì)，使粉末同時承受高溫和等靜壓力作用而獲得致密材料或制品.等靜壓的一般特點：壓坯形狀、尺寸范圍大，尤大尺寸、形狀復(fù)雜壓坯或制品；

壓坯密度高且均勻 形粉末廣，尤難熔金屬化合物、陶瓷、高合金鋼等 工藝簡單，可不加潤滑劑 設(shè)備：冷等靜壓機分類：螺 紋式、拉桿式、框架式

熱等靜壓機分類：螺紋式、框架式 HIP特點：

① 壓制、燒結(jié)同時進行，能消除粉末坯體中的所有孔隙，相對密度可達0.9999 ② 壓力作用，使HIP的燒結(jié)溫度低于通常的燒結(jié)溫度 ③ HIP所需壓制壓力比CIP低

④ 晶粒細(xì)小、組織均勻，無成分偏析 ⑤ 材料綜合性能好，是PM高新技術(shù)之一 ⑥ 設(shè)備投資大，成本 粉末冶金定義

制取金屬及化合物粉末，采用成形和燒結(jié)工藝制 成金屬材料、復(fù)合材料、陶瓷材料及其它們的制品 的技術(shù)科學(xué)。

粉末壓制成形-致密化現(xiàn)象

? 致密化：壓力作用下松散狀態(tài)→拱橋效應(yīng)的 破壞（位移→顆粒重排）+顆粒塑性變形→ 孔隙體積收縮→致密化；

? 拱橋效應(yīng)：顆粒間由于摩擦力的作用而相互 搭架形成拱橋孔洞的現(xiàn)象；

? 影響因素：與粉末松裝密度、流動性存在一 定聯(lián)系。脫模壓力

脫模壓力指把坯塊從模具內(nèi)取出所需的壓力。什么是彈性后效?它對壓坯有何影響? 加載（或卸載）后經(jīng)過一段時間應(yīng)變才增加（或減?。┑揭欢〝?shù)值的現(xiàn)象。壓制過程中，當(dāng)卸掉壓制力并把坯塊從模具內(nèi)取出后，由于彈性內(nèi)應(yīng)力的作用，坯塊發(fā)生彈性膨脹，這種現(xiàn)象稱為彈性后效 彈性后效：在去除P壓后，壓坯所產(chǎn)生的脹大現(xiàn)象。

彈性后效危害：壓坯及壓模的彈性應(yīng)變是產(chǎn)生壓坯裂紋的主要原因之一，由于壓坯內(nèi)部彈性后效不均勻，脫模時在薄弱部位或應(yīng)力集中部位就會出現(xiàn)裂紋。影響壓坯密度分布的因素(P182)實驗證明，增加壓坯的高度會使壓坯各部分的密度差增大，而 加大直徑則會使密度的分布更加均勻。壓坯中密度分布的不均勻 性，在很大程度上可以用雙向壓制來改善。在雙向壓制時，與上、下模沖接觸的兩端密度較高

粒度: 顆粒在空間范圍所占大小的線性尺度.粒度組成(粒度分布): 不同粒徑的顆粒占全部粉末的百分含量.平均粒度: 粉末顆粒粒徑的統(tǒng)計平均值.什么是松裝密度和振實密度?松裝密度的控制有何重要意義? 松裝密度：自然充填容器時,單位體積的質(zhì)量

振實密度：粉末在振動容器中, 在規(guī)定條件下經(jīng)過振動后測得的粉末密度

意義：壓制過程中, 采用容量裝粉法, 即用充滿形腔的粉末體積來控制壓坯的密度和單重.用松裝密度和振實密度來描述粉體的這種容積性質(zhì).如何提高粉末的ρ松和流動性？

松裝密度高的粉末流動性也好，方法：粒度粗、形狀規(guī)則、粒度組成用粗+細(xì)適當(dāng)比例、表面狀態(tài)光滑、無孔或少孔隙 壓坯中密度分布不均勻的狀況及其產(chǎn)生的原因是什么？如何改善密度分布? 密度分布不均勻的狀況：一般，高度方向和橫斷面上都不均勻.①平均密度從高而低降低.② 靠近上模沖的邊緣部分壓坯密度最大;靠近模底的邊緣部分壓坯密度最小.③ 當(dāng)H/D(高徑比)較大時,則上端中心的密度反而可能小于下端中心的密度.產(chǎn)生的原因：壓力損失 改善壓坯密度不均勻的措施： ① 在不影響壓坯性能前提下, 充分潤滑;② 采用雙向壓制;③ 采用帶摩擦芯桿的壓模;④ 采用浮動模;⑤ 對于復(fù)雜形狀采用組合模沖, 并且使各個模沖的壓縮比相等;⑥ 改善粉末壓制性(壓縮性、成形性)— 還原退火;⑦ 改進模具構(gòu)造或適當(dāng)變更壓坯形狀.⑧ 提高模具型腔表面硬度和光潔度.HRC58～63,粗糙度9級以上.什么是等靜壓成形？它有什么優(yōu)缺點？其基本原理是什么？

等靜壓成形是指，借助于高壓流體的靜壓力作用，使彈性模套內(nèi)的粉末在同一時間內(nèi)各個方向上均衡地受壓而獲得密度分布均勻和強度較高的壓坯的成形方法。優(yōu)點：① 能成形凹形、空心等復(fù)雜形狀.② 粉末與彈性模具間相對移動很小、摩擦損耗小,壓制壓強較鋼模低.③ 能壓制各種金屬粉末及非金屬粉末;壓坯密度分布均勻.④ 壓坯強度較高.⑤ CIP模具材料是橡膠、塑料, 成本低廉.⑥ 能在較低溫度下制得接近完全致密的材料.—HIP 缺點：

① 壓坯尺寸精度和表面光潔度都比鋼模壓制低;② 生產(chǎn)效率低于自動鋼模壓制;③ CIP中使用的橡膠或塑料包套壽命比金屬壓模要短得多;④ HIP中使用的包套都為一次性、消耗大,且包套材料種類受到限制.基本原理（帕斯卡原理）流體在密閉容器內(nèi)任何一點所受的壓應(yīng)力,將無保留地傳遞到流體(或容器)的各處.① 流體內(nèi)任意處的靜壓應(yīng)力相等,稱為準(zhǔn)靜力等靜壓,否則為非準(zhǔn)靜力等靜壓.②流體通過液-固(氣-固)界面對固體施加壓力.② ③HIP在加壓同時還要加熱,使成形和燒結(jié)過程同時完成

簡述熱等靜壓的過程和特點。

過程：將裝于包套內(nèi)的粉體置于充滿氣體介質(zhì)的高溫壓力容器內(nèi),使粉體在壓縮的同時經(jīng)歷高溫?zé)Y(jié), 成為致密制品.特點：粉末體（粉末壓坯或包套內(nèi)的粉末）在等靜壓高壓容器內(nèi)同一時間經(jīng)受高溫和高壓的聯(lián)合作用，強化了壓制與燒結(jié)過程，降低了制品的燒結(jié)溫度，改善了制品的晶粒結(jié)構(gòu)，消除了材料內(nèi)部顆粒間的缺陷和孔隙，提高了材料的致密度和強度。

燒結(jié)

1．什么是燒結(jié)?如何分類? 一定氣氛下, 粉末或壓坯, 在低于主要組分熔點溫度下的加熱處理過程.分類：1）按有無液相分和燒結(jié)系統(tǒng)的組成分：單元系燒結(jié)、多元系固相燒結(jié)和多元系液相燒結(jié)。

燒結(jié)推動力

粉體顆粒尺寸很小，比表面積大，具有較高的表面能，即使在加壓成型體中，顆粒間接觸面積也很小，總表面很大而處于較高能量狀態(tài)。根據(jù)能量最低原理，它將自發(fā)地向最低能量狀態(tài)變化，并伴隨使系統(tǒng)的表面能減少?？梢姡瑹Y(jié)是一個自發(fā)的不可逆過程，系統(tǒng)表面能降低是推動燒結(jié)進行的基本動力。

粉狀物料的表面能大于多晶燒結(jié)體的晶界能，這是燒結(jié)過程的推動力，粉體經(jīng)燒結(jié)后，晶界能取代了表面能，這是燒結(jié)后多晶材料穩(wěn)定存在的原因。

什么是液相燒結(jié)?有哪些液相燒結(jié)技術(shù)?各有什么應(yīng)用? 燒結(jié)溫度下,低熔點組元熔化或形成低熔共晶、產(chǎn)生可流動液相的燒結(jié).在近現(xiàn)代, 液相燒結(jié)的應(yīng)用領(lǐng)域迅速擴大, 涉及電觸頭、工具鋼、超合金、硬質(zhì)合金、高密度合金、金剛石-金屬復(fù)合材料、絕緣材料、難熔材料、磁性材料、汽車結(jié)構(gòu)零件和高強度陶瓷等.液相燒結(jié)的優(yōu)點和缺點各有哪些? 優(yōu)點:① 由液相引起的物質(zhì)遷移要比固相擴散快;② 液相產(chǎn)生的毛細(xì)力促使液相流動和顆粒發(fā)生適位的位移(重排),提高燒結(jié)速度;③ 最終,液相將填滿燒結(jié)體內(nèi)的孔隙,可以獲得密度高、性能好的產(chǎn)品.局限性：① 尺寸控制較固相燒結(jié)難.因為液相燒結(jié)的材料尺寸變化大,有的線收縮可>20%;有些材料燒結(jié)過程會發(fā)生膨脹.② 可能出現(xiàn)變形、開裂和坍塌.液相燒結(jié)過程中壓坯強度較低,同時,壓坯的密度不均勻,在液相燒結(jié)過程中會造成收縮不均勻,可能引起較大的變形、甚至造成開裂.當(dāng)液相量過多時,則可能出現(xiàn)坍塌.通常,大的壓坯容易發(fā)生開裂, 壓坯的懸臂部分容易發(fā)生坍塌.一般要求嚴(yán)格控制加熱速度(保證剛度和均勻收縮).液相燒結(jié)的三個基本條件是什么? 良好的潤濕性;固相在液相中有一定溶解度;適當(dāng)?shù)囊合鄶?shù)量.液相燒結(jié)可以分為哪三個階段?各階段基本特點是什么?（1）液相流動與顆粒重排階段:顆粒在液相內(nèi)近似呈懸浮狀態(tài),受液相表面張力推動,顆?？砂l(fā)生位移、相對滑動.燒結(jié)體密度迅速增大.(2)固相溶解-再析出階段:該過程一般特征是顯微組織粗化,固相在液相中的溶解度隨溫度和顆粒形狀、大小而變化.小顆粒、顆粒表面凸起、棱角因具有較高飽和溶解度,將優(yōu)先溶解,使小顆粒趨向減小、顆粒表面趨向平整光滑;同時,液相中一部分過飽和原子在大顆粒表面沉析,使大顆粒趨于長大.結(jié)果: 顆粒外形逐漸趨于球形、小顆粒逐漸縮小或消失,大顆粒更加長大, 從而使顆粒更加靠攏,燒結(jié)體發(fā)生收縮.這階段致密化速度已顯著減慢、氣孔已基本消除.顆粒間距更加縮小,液相流進孔隙更加困難.3）固相燒結(jié)階段 經(jīng)前兩階段,顆粒間互相靠攏、接觸、粘結(jié)并形成連續(xù)骨架,剩余液相充填于骨架間隙.剛性骨架阻礙顆粒更進一步重新排列,使該階段致密化速率明顯減慢.液相不完全潤濕固相或液相數(shù)量較少時,該階段將表現(xiàn)得更為突出.固相骨架形成后的燒結(jié)過程與固相燒結(jié)相似.擴散作用會導(dǎo)致固體顆粒間接觸長大,故,大多數(shù)液相燒結(jié)材料性能將隨該階段時間延長而降低