粉末冶金材料技术范文

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中图分类号：TF124.3 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2017）02（a）-0057-02

粉末冶金成型技术主要含有温压技术、流动性的温压技术以及模壁技术、高速压制技术等新技术。通过对粉末冶金新技术的利用以及该项工艺在现今得到的发展，可以帮助我国的高技术工业获得新的发展。就目前来看，我国的粉末冶金技术为了适应社会发展的需求，也在进行新的改革。现今，该项技术主要向着低成本、高致密化以及高收入、强性能的方向进行新一轮的发展。我国的粉末冶金零件成型技术已经发展了近10年，可以对现今的粉末冶金技术进行全面提高。随着现今我国工业化的发展迅速，工业上对粉末成型制品的需求量也得到提高，对其质量也产生了更高要求[1]。现今，对粉末成型工业的发展产生制约的因素主要有粉末材料以及粉末成型所使用的专用压制设备。由于在粉末成型的零件中高强度、精度以及形状较为复杂的零件占有的比重越来越大，且有占据主要地位的趋势，对粉末成型压机的性能以及精度也提出了更为严格的要求。随着粉末成型技术的日益发展以及市场上产生的新需求，多台面的复杂零件在其中占据的比例也将不断扩大。粉末压机在实际生产的过程中，压制设备对于粉末压制零件的成型精度也将会起到新的作用。

1 粉末成型技术的原理分析

粉末成型技术是对计算机的辅助设计进行利用或利用实体反求的方式对相关信息以及零件所需的几何形状、材料、结构信息进行采集，从而在计算机中建立数字化的模型。将所得到的信息输入到计算机进行控制的机电集成系统中后，再逐点逐面进行所需材料的三维成型工作。对其经过必要的处理之后，使其外观、性能以及强度都达到设计要求，从而对原型进行快速准确的制造，并对零部件进行制造的现代化方式[2]。现今，所使用到的快速原型制造技术所采用的原理都是对分层叠加法进行利用，也就是对计算机辅助设计文件以及进行的分层切片进行分层分步骤处理，对计算机控制的成型机进行利用，从而完成材料的形体制造工作。快速原型制造技术现今在模具、汽车以及航空航天、医疗器具等方面都得到了相应的应用，按照快速原型制造技术产品功能，可以将应用分为原型、零部件、模具等方面。

2 温压技术

温压技术主要指的是在粉末冶金领域得到全新技术。利用该项技术可以生产出密度、强度较高且质量优质的零件，因此，在实际应用的范围也是较大的。温压技术主要就是利用特殊的粉末，并将其进行高温、输送以及模具加热灯系统，在其中加入具有特色的剂制成的预合金粉末以及将其中所用到的模具加热到140 ℃左右。需要注意的是，应该将温度的波动控制在12.5 ℃之内，之后再和常规的粉末冶金技术进行统一，开展压制以及烧结工作，最终就可得到粉末冶金的零件。这项技术就被称为温压技术。该项技术的关键点在于温压粉末制备以及温压系统。由于使用到了粉末冶金零件以及温压技术，就可对生产的综合成本得到有效降低。

3 流动温压技术

流动温压技术是对粉末进行一定的温压以及压制，在这过程中，对金属粉末注射成型工艺中存在的特点进行相应的提炼，从而形成的一种全新性冶金零部件形成技术。该项技术主要是对混合粉末流动性以及填充的成形性进行一定的提高，使其可在80 ℃或130 ℃下，对传统压机上可精密成型的几何外形零件进行利用。流动温压技术可对传统粉末冶金技术在成型上的不稳定性进行克服，也可防止在金属注射成形的过程中产生的高成本技术。这样的技术既是一种新的技术，也具有十分广阔的发展前景。流动温压技术是一种新的粉末冶金部件成型技术，主要特点在于可利用相关设备形成十分复杂的几何形状零件。压坯具有密度高，且均匀性较高的特点，对于各种材料的适用性较高。另外，该项技术的工艺十分简单，所需要花费的成本较低。就目前来看，流动温压技术在现今的使用也还是属于开始阶段，主要是因为关键性的制造技术以及致密化机理研究没有得到全面的应用。

4 模壁技术

传统的粉末零件在进行成型的r候，为了使得粉末颗粒之间以及与模壁之间的摩擦减少，在进行粉末混合的时候就应该添加不定量的剂。但是，由于混进的剂密度较低，因此，在制成规格较高的粉末冶金零件的时候将产生不利影响。另外，剂在烧结过程中也会对环境产生严重影响，导致烧结炉的使用时间以及生产产品的主要性能也得到降低。模壁的技术在实际的应用过程中可以将这样的情况进行有效规避，近年来，利用技术已经成为在研究粉末成型技术中的热点问题[3]。现今，要想实现模壁主要有两种方式：首先是对模冲复位时与芯杆以及阴膜进行有机配合，在间隙的过程中可以对毛细作用进行利用，从而将液相剂带入到阴膜的表面。其次，是对喷枪进行利用，将其中带有的一种固态剂粉末直接在压膜型腔中进行喷射。也就是将装有粉靴的前部装有剂装置。利用这两种方式，可以进行常规的压制成膜工作。

5 高速压制技术

高速压制技术主要是国外推行的一项新技术，可以将生产零件的过程与传统进行的压制工序保持一致。混合粉进入材料之后，粉末也可通过送粉靴自动将混合粉填充模腔进行压制成形，在此之后，再将零件顶出，并且可将其转入到烧结的工序之中。与该项技术存在差异的是压制的速度与传统压制工艺速度还存在一定的不同。相比较而言，传统的压制工艺要比该项技术压制速度低500～1 000倍。其中压机锤头的速度在运行的时候可高达2～30 m/s，液压驱动的锤头速度也可达到5～1 200 kg左右。粉末在运行的时候，在0.02 s就可对高能量的冲击进行利用从而产生压制。在压制过程中，也可产生一种较为强烈的冲击波。通过附加的时间间隔，形成多种冲击，就可到达一种更高密度上。该项技术在应用上的生产率、性能以及密度等都较高，且生产的成本较低，可在制造一些难度较低的阀门、主轴以及齿轮时应用。

6 结语

粉末冶金技术属于一项应用十分广泛的零件成型技术，在粉末的冶金技术以及工艺得到迅速发展的今天，可对高技术的发展产生全面推动，也可为材料技术以及材料工程带来新的发展。现今，从我国粉末冶金技术的整体行业发展来看，其发展的技术水平还较低，各项工业设备也较为落后，与国外的相关技术相比，发展的差距较大。因此，需要对粉末冶金技术进行研究开发，可将我国的技术发展水平与国外的差距进行有效缩短，促使粉末冶金技术满足社会发展所产生的新需求。

参考文献

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中图分类号：TF12 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2015）04（a）-0098-02

粉末冶金具有高效节能、节省材料、保护环境以及能够进行金属成形的批量生产等特点。而粉末冶金的工艺步骤主要是先制取粉末，然后将粉末原料的配量进行混合，最后将其成形并凝固。粉末冶金可以根据材料所具有的性能要求以及零件所需使用的性能要求，在一定的范围当中对材料的成分进行混合[1]。粉末冶金产业当中所制造生产出来的产品基本上都铁基方面的机械零件。根据粉末冶金工艺的工艺特点来看，粉末冶金还可以将其制成高熔点的金属，就比如钨和钼这两种高熔点金属，同时也可制成金属陶瓷的材料，像一些质地坚硬的合金以及一些高温材料。还有多孔材料、假合金、过滤材料、摩擦材料等一系列的材料，这些材料的生产和制造只能够使用粉末冶金的工艺来进行制备和生产，因此粉末冶金工艺完全具有跨越传统冶金工艺的可能性。在粉末冶金高速工具钢和粉末注射成型这两大冶金工艺发展最为突出。

1 粉末冶金高速钢

粉末冶金新工艺，气雾化的高速钢粉末颗粒进行冷却的速度通常都比较高，而且这些高速钢的粉末颗粒当中也已经不存在偏析的粉末用热情况，和铸锻形成的高速钢相比，具有无偏析、颗粒小、分布均匀；热加工方面的性能较好；可磨性较高；在热处理方面变形比较小；力学性能优异；提升了刀具切削的寿命，真正扩大了其使用的领域和范围等一系列优质的性能。对粉末冶金高速钢的研究最早起始于20世纪70年代的美国和瑞典的两家著名工业工厂，当时的主要工艺路线使用的是气雾化制粉以及热等静压等相关的技术。如今粉末高速钢的产量已经占据铸锻高速钢全部产量的10%～15%，国外目前所拥有的，具有代表性的粉末冶金高速钢的生产企业至少有5家，主要有美国、乌克兰、瑞典、法国、奥地利以及日本等国，其中美国在高速钢方面的用量以及远远的超出了普通容量的高速钢[2]。如今，国外工业企业内的粉末冶金高速钢的产量发展以及达到了第三代的技术水平，此前第一代为20世纪70年代美国和瑞典内的两家企业所投入生产的高速工具钢，而第二代则为1994年，法国高速钢公司以及瑞典的工业企业改进了制备气雾化前钢液的熔炼工艺，这种改进工艺所生产出的产品即为第二代。第三代就是2000年，由Bohler-Uddeholm集团，进行全线投产，且质量比起第二代还有所加强的高速钢。在对生产线的钢熔炼工艺方面，对喷粉设备加以改进，同时对由氮气雾化后的粉末颗粒的尺寸进行细化。正是粉末颗粒尺寸的细化，促使第三代的高速钢在抗弯强度方面比起第二代还要提高到20%以上。所以，第三代的高速钢在生产工艺方面主要是以微小纯净为主。

2 粉末冶金工具钢

2.1 高钒冷作模具钢

这种钢的类型主要是利用粉末冶金的工艺特点来对冷作工具钢进行开发，其中最主要的区别就是增加合金当的钒含量来提升合金的耐磨性，而第一个被作为高性能耐磨钢材的是CPM 10V，这一类型的钢材在CPM系列的粉末冶金高钒冷作模具钢当中是一种最具代表性的钢材。在Crucible 集团当中也逐渐形成了含钒高达1%～18%的耐磨工具钢[3]。这类性能较高的工具钢开始广泛的应用于冷作冲头以及在模具方面，主要适用于耐磨损的方面。由北京安泰科技公司研发的AHP9VNb2在成本方面对比Microclean K390要低很多，不过在硬度上却和AHP10V相差不多，而抗弯性却提高了10%左右。

2.2 耐蚀耐磨工具钢

在众多制造操作当中，通常工具和其耐磨的部件在承受运动部件或者是其他的一些工作介质的研磨颗粒的接触而出现的磨损情况，一般很容易受到潮湿、酸或者是其他的一些腐蚀性的作用等。所以，针对这些工作就需要研发出一些高性能的耐磨耐蚀的粉末冶金工具钢。

如表1所示，粉末冶金耐磨耐蚀材料含有约14%～24%Cr，约3%～15%V，约1%～3%Mo，这些材料总和大约117%～3175%C。

2.3 粉末冶金易切削工具钢

粉末冶金的发展主要是为了能够有效的提高工具模材料的可磨削性能，以及降低工具模在加工方面的成本。通常需要采用添加硫含量的形式来对可磨削性能进行提升，不过如果采用的是传统的铸锻生产法的话，则较高的硫就可能会增加材料的热脆，促使其韧性开始下降的风险出现，针对这些问题，只需使用粉末冶金工艺就能获得很好的解决。

3 粉末注射成型的发展

3.1 粉末注射成型的发展现状

技术注射所生产出的元器件通常应用的领域范围比较广，像在IT、医疗、机械汽车以及通信方面等，都对这类元器件有所应用。这个不同于MIM在市场产品当中的份额是因地域而异，其中汽车行业在欧洲方面的市场份额大约占据着50%以上，形成了一种主导性的地位，而在北美洲地域应用占据主导的行业则是医疗以及牙科方面的应用。通过对这些资料的分析，可以看出在汽车方面的应用在往后必将有着相当可观的增长值，主要是在PIM高温汽油和柴油引擎的涡轮减压器等方面。

3.2 粉末微注射成形新工艺

随着工业技术的不断发展，全球对于精细及结构复杂的零部件需求越来越大，因此粉末微注射技术开始推出，其所制备出来的微型零件的质量几乎以毫克来进行统计，同时还保留了传统方面的PIM，所以粉末微注射技术有着批量生产精细复杂形状的微型零部件的重要潜力。而微注射技术的主要应用领域具体有：（1）化学工具，粉末微注射技术在微化学当中主要制备出作用于微反应器、混合器以及交换器等微流体的装置等[4]。（2）在医学方面的应用，在医学上主要是用于制备微型的人骨结构、微型的外科仪器组件以及牙科微型元件等等医疗方面的器具。（3）共注射成型方面，可用于共注射成形领域。可以将磁性材料和非磁性材料以及硬性、软性材料、导电和绝缘材料等有效的结合起来。（4）微型零部件，主要是一些微型的机械零件，像一些小齿轮、叶轮或者是拉伸部件等。

4 结语

综上所述，粉末冶金生产工艺的发展主要分为粉末冶金高速工具钢和粉末注射成型这两大冶金工艺发展类别，这两种冶金工艺发展类型经过多年的探索和研究，如今已经趋于完善，并广泛的运用在各个行业领域当中。

参考文献

[1] 任朋立.浅析粉末冶金材料及冶金技术的发展[J].新材料产业，2014（9）：17-20.

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0.引言

所谓的粉末冶金材料指的是用几种金属粉末或者金属与非金属粉末为原料，通过配比、压制成型以及烧结等特殊工艺制成的各类材料的总称，而这种与熔炼和铸造明显不同的工艺也被统称为粉末冶金法。因其生产流程与陶瓷制品比较类似，所以又被称为金属陶瓷法。就目前而言，粉末冶金法不单是用来制取某些特殊材料的方法，也是一种优质的少切屑或者无切屑方法，且其具有材料利用率高、生产效率高，节省占地面积及机床等优点。然而粉末冶金法也并非万能之法，其无论是金属粉末还是模具都有着较高的成本，且制品的形状和大小都受到一定的限制。

1.粉末冶金材料的主要分类

1.1传统的粉末冶金材料

第一，铁基粉末冶金材料。作为最传统也是最基本的粉末冶金材料，其在汽车制造行业的应用最为普遍，并随着经济的迅猛发展，汽车工业的不断扩大，铁基粉末冶金材料的应用范围也就变得越来越广阔，因此其需求量也越来越大。与此同时，铁基粉末冶金材料对其他行业来说也非常重要。

第二，铜基粉末冶金材料。众所周知，经过烧结铜基制作的零件抗腐蚀性相对来说比较好，且其表面光滑没有磁性干扰。用来做铜基粉末冶金材料的主要材料有：烧结的青铜材质、黄铜材质以及铜镍合金材料等，此外还有少量的具有弥散性的强化铜等材质。在现代，铜基粉末冶金材料主要备用到电工器件、机械设备零件等各个制造类领域中，同时也对过滤器、催化剂以及电刷等有一定的作用。

第三，难熔金属材料。因这类材料的熔点、硬度、强度都比较高，因此其主要成分为难熔性的金属及金属合金复合材料，主要被应用国防、航空航天以及和研究领域等。

第四，硬质合金材料。所谓合金材料指的是由一种或者几种难熔性的金属经过碳化之后形成的硬质材料的总称。其主要是由金属粘结剂进行粘合之后，再用粉末冶金技术制作而成。因这类硬质合金材料具有高熔点、高硬度、高强度，所以常被用到切削领域。

第五，粉末冶金电工材料。在现代工业中，这种材料主要应用于仪表和电气领域，尤其是各类分断和接通电路重点额电接触元件和电阻焊用的电极上。近几年，随着国内无线电技术的迅速发展，电阻器件的应用范围也越来越广泛，其主要材质就是这类材料。此外，粉末冶金电动材料对真空技术领域中的电力管阴极和电加热元件也有着重要的作用。

第六，摩擦材料。顾名思义，这类材料具有很强的摩擦磨损性能，可以用于制造摩擦离合器以及制动器的摩擦部分。利用其摩擦磨损性较强的特点，有效实现各个元件之间动力的阻断性和传递性，以此实现运动物体的及时减速和停止运动等。

第七，减摩材料。与摩擦材料相反，这类材料则具有较低的摩擦系数以及较高的耐磨性，其可以是金属材质也可以是由非金属材质构成。通常情况下，建模材料主要是由教导强度的金属基体和具有减摩成分的剂构成。因粉末冶金法在一定程度上能够对金属材料的基体和减摩成分进行有效调整和控制，此外，这类减摩材料还具有较强的自性能，这就使得其在金属铸造领域和塑料减摩材料领域中发挥着重要作用。

1.2现代先进粉末冶金材料

第一，信息领域中的粉末冶金材料。在这里主要指的是软磁材料，通常情况下，其又可以分为铁氧体软磁材料和金属软磁材料两种，最大区别是前者出现较早，且只能通过粉末冶金烧结法获取。因其在烧结过程中，软磁材料有着较强的饱和磁化性能和较高的导磁率，所以被各个磁行业广泛应用。

第二，能源领域中的粉末冶金材料。顾名思义，这种能源材料指的是在不断的发展过程中，能够对促进新能源建立和发展具有重要作用的材料，其能够满足各种新能源的不同需求。能源领域中的粉末冶金材料不仅仅是当今社会新能源发展的关键组成部分，还是新能源材料发展的重要前提和基础。就目前而言，电池、氢能、太阳能等方面成为新能源材料发展的主要方向，并随着技术的不断进步，这类材料的应用范围也变得越来越广阔。

第三，生物领域中的粉末冶金材料。最近几年以来，国内的生物研究领域取得了较大的进步，生物研究逐渐对我国的经济发展及产业结构调整有着越来越重要的影响，为此国家对于生物研究领域所取得的重大突破也给予了高度关注，特别是生物材料研究方面。在医学领域中，生物材料能够有效改善人们的健康状况，大大提高了人们的生活质量。

2.粉末冶金材料的应用研究

2.1在机械合金方面的应用

机械合金主要应用的是粉末冶金技术中的高性能球磨技术。其应用原理为：在高能球磨的基础之上，有效利用了金属粉末混合物的变形和易断裂特性，逐步调整金属粉末原子之间的距离，并最终形成合金粉末。所谓机械合金指的就是在固态形式下进行的固态反应，从而科学实现了合金化，而在这种状态下形成的合金不会收到物质熔点及蒸汽压力等因素的影响，进而表现出较强的稳定性。

2.2在干燥喷雾方面的应用

所谓的烦躁喷雾指的是运用雾化器将呈现出一定浓度的原料液转变成一种具有喷射性能的雾状液滴的形式，之后再经过一系列的接触热空气程序将雾状液滴迅速转化成干燥剂，这就是粉粒状干燥喷雾的制作过程。通常情况下，制作干燥喷雾需要经过四个基本阶段，依次是料液雾化、热干燥、蒸发干燥、分离四个流程。更为重要的是，在粉末的制作过程中，还可以依据不同的需求对粉粒形状、大小进行相应的规定。

3.结语

上文系统的总结了粉末冶金材料的种类，并对其应用领域进行了分析研究。从中不难看出，相对普通材料来说粉末冶金材料无论是从性能上还是获取上，都有着无法比拟的强大优势，这也是目前这类材料应用广泛的原因之一。未来，随着经济的发展及科技的进步，粉末冶金材料将会发挥出越来越重要的作用。

【参考文献】

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doi ： 10 . 3969 / j . issn . 1673 - 0194 . 2016. 13. 060

[中图分类号] F407.471 [文献标识码] A [文章编号] 1673 - 0194（2016）13- 0114- 02

0 引 言

随着汽车产量的攀升，汽车产业的节约材料、节能、减排以及降低生产成本，毫无疑问成为汽车产业目前面临的重要挑战。粉末冶金是节能环保、节材的金属加工制造工艺，在现代汽车制造中无疑扮演着不可或缺的角色。

1 粉末冶金技术介绍

粉末冶金技术是先进的金属成形加工技术。1910年美国的Coolidge W D“The Production of Ductile Tungsten”，是近代粉末冶金的诞生的标志。目前粉末冶金已经发展逾百年，应用领域也在不断拓展。粉末冶金包括三个重要技术步骤，分别是原料粉末的制备、粉末成型为所需形状的坯块、坯块的烧结、产品的后序处理。粉末冶金可以直接制造出尺寸准确、表面光洁的零件，减少了金属切削过程，节约材料和加工工时，可以加工形状复杂普通铸造难以加工的金属零件。

2 粉末冶金在汽车上的应用

最早利用粉末冶金批量生产的零件即为粉末冶金自轴承，该轴承是由通用公司研发制造，1922年开始用于汽车发动机当中，这是粉末冶金自轴承的起源。在很长一段时间内，粉末冶金自轴承都是粉末冶金主要的零部件。1940年，因其低廉的价格、优异的机械性能，美国汽车公司率先采用粉末冶金油泵齿轮，这一事件标志着粉末冶金在汽车工业已经扎根。粉末冶金的起源与发展均与汽车产业密不可分，由于粉末冶金巨大的潜力，美国汽车三巨头早在1941年就建立了粉末冶金部门用于研发自身需要的粉末冶金零部件。目前据统计，粉末冶金的主要市场一直是汽车产业，在北美为70%～75%，西欧为80%，而在日本接近90%，这充分表明了粉末冶金与汽车产业的紧密性。

汽车产业使用的粉末冶金制品主要有两类，一种是自轴承，另一种是粉末冶金结构零件，前者主要是由90Cu-10Sn青铜生产的，后者基本上是由铁粉为基本原料制造的。从粉末冶金的发展史上看，粉末冶金结构零件在一定程度上是有粉末冶金自轴承发展起来的。粉末冶金自轴承，又称为烧结金属含油轴承，构造简单但因其多孔性自行供油特性所以必须才有粉末冶金制造。铁基自轴承经济实用，已经被汽车行业广泛采用。而粉末冶金结构零件的产生之初就是为了替代已有的齿轮、链轮、凸轮及各种形状的铸件，锻造件以及需要切削加工的零件和开发新种类的零件。

2.1 同步器锥环

同步器作为汽车机械式变速器的重要部件起到使换挡迅速方便，减轻换挡冲击的作用。而同步器锥环作为同步器的核心部件，经常受到换挡拨环力矩、摩擦力矩的冲击以及磨损，一旦其失效，变速器将不能换挡。过去同步器锥环多采用耐磨的铝锰黄铜精锻而成，而现在国内外汽车企业为降低成本、提高寿命，往往采用粉末冶金制造该零件。同步器锥环需要搞得尺寸精度及良好的耐磨损性能，目前国内外已经有成品面世。日本Aichi Machine Industry Co.制造的粉末冶金钢同步器锥环获得了美国MPIF（金属粉末工业联合会）组织的粉末冶金零件设计大赛优秀奖，该零件比拉削的钢零件可节约成本25%。

2.2 曲轴正时齿轮和凸轮轴正时齿轮

曲轴正时齿轮和凸轮轴正时齿轮是用于发动机控制点火、喷油、气门开闭等动作的关键部件，对于发动机最大功率、最大扭矩、燃油消耗率起重要作用。过去汽车采用45钢或40Gr经调质处理作为曲轴正时齿轮和凸轮轴正时齿轮使用，现在从降低成本和减少切削加工两方面考虑，许多新型发动机已经采用粉末冶金材料制造以上两类零件。正时齿轮的主要制造要求是尺寸精度，这就需要模具在设计和制造过程中严格，国外有采用电火花加工的工艺，能够比较精确地将模具加工出来，然后研磨降低粗糙度。

2.3 曲轴连杆

发动机连杆是连接曲轴和活塞的连接件，将活塞产生的动力传递给曲轴，将活塞的往复运动转变为曲轴的旋转运动，工作中承受活塞销的作用力和活塞的往复惯性力，这些力大小、方向随时间快速变化，所以连杆承受压缩、拉伸等交变载荷的作用，故连杆必须有足够的刚度和疲劳强度。疲劳强度不足，往往会造成连杆体或连杆螺栓断裂，进而产生整机破坏的重大事故。若刚度不足，则会造成杆体弯曲变形及连杆大头的失圆变形，导致活塞、汽缸、轴承和曲柄销等的偏磨。汽车发动机连杆多采用锻造或铸造工艺，锻造生产的连杆分为调质钢和非调质钢。美国通用公司、德国宝马公司等企业已经在其生产的发动机中采用粉末冶金连杆，该项应用前景广阔。

2.4 凸轮轴