关于粉末冶金技术的发展趋势研究

618 编辑：中冶有色技术网来源：韩明刚

2024-03-06 13:17:49

摘要：粉末冶金作为一种独特的零件制造技术，向高致密化、高性能化、集成化和低成本等方向发展。本文分析了粉末冶金的内涵和该技术的主要功能，重点对粉末冶金技术的发展趋势进行了研究和归纳。

关键词：粉末冶金发展趋势温压技术

粉末冶金作为一种独特的零件制造技术,因其制品少、无切削,成本低,效率高,越来越受到设计和制造人员的重视。特别是近几十年来,汽车工业的飞速发展,带动了铁基粉末冶金行业的快速发展。同时，由于一些新技术的兴起, 如机械合金化、粉末注射成形、温压成形、喷射成形、微波烧结、放电等离子烧结、自蔓延高温合成、烧结硬化等, 使得粉末冶金材料和技术得到了各国的普遍重视, 其应用也越来越广泛。

一、粉末冶金技术的含义

粉末冶金的方法其实由已久。人类早期采用机械粉碎法制得金、银、铜和青铜的粉末，用作陶器等的装饰涂料。18世纪下半叶和19世纪上半叶，俄、英、西班牙等国曾以工场规模制取海绵铂粒，经过热压、锻和模压、烧结等工艺制造钱币和贵重器物。1890年，美国的库利吉发明用粉末冶金方法制造灯泡用钨丝，奠定了现代粉末冶金的基础。到1910年左右，人们已经用粉末冶金法制造了钨钼制品、硬质合金、青铜含油轴承、多孔过滤器、集电刷等，逐步形成了整套粉末冶金技术。20世纪30年代，旋涡研磨铁粉和碳还原铁粉问世后，用粉末冶金法制造铁基机械零件获得了很快的发展。第二次世界大战后，粉末冶金技术发展迅速，新的生产工艺和技术装备、新的材料和制品不断出现，开拓出一些能制造特殊材料的领域，成为现代工业中的重要组成部分。

粉末冶金是制取金属或用金属粉末（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，制造金属材料、复合以及各种类型制品的工艺技术。粉末冶金法与生产陶瓷有相似的地方，因此，一系列粉末冶金新技术也可用于陶瓷材料的制备。

二、粉末冶金技术的主要作用

由于粉末冶金技术的优点，它已成为解决新材料问题的钥匙，在新材料的发展中起着举足轻重的作用。

粉末冶金技术可以最大限度地减少合金成分偏聚，消除粗大、不均匀的铸造组织。在制备高性能稀土永磁材料、稀土储氢材料、稀土发光材料、稀土催化剂、高温超导材料、新型金属材料（如Al-Li合金、耐热Al合金、超合金、粉末耐蚀不锈钢、粉末高速钢、金属间化合物高温结构材料等）具有重要的作用。可以制备非晶、微晶、准晶、纳米晶和超饱和固溶体等一系列高性能非平衡材料，这些材料具有优异的电学、磁学、光学和力学性能。可以容易地实现多种类型的复合，充分发挥各组元材料各自的特性，是一种低成本生产高性能金属基和陶瓷复合材料的工艺技术。可以生产普通熔炼法无法生产的具有特殊结构和性能的材料和制品，如新型多孔生物材料，多孔分离膜材料、高性能结构陶瓷和功能陶瓷材料等。可以实现净近形成形和自动化批量生产，从而，可以有效地降低生产的资源和能源消耗。可以充分利用矿石、尾矿、炼钢污泥、轧钢铁鳞、回收废旧金属作原料，是一种可有效进行材料再生和综合利用的新技术。

三、粉末冶金技术的发展趋势

随着汽车和飞机零件以及切削和成形工具的发展，粉末冶金的强度和质量都得到了改善和提高。汽车制造业是粉末冶金件的最大用户，1996年它占有美国粉末治金件的最大市场份额达69%。发展粉末冶金需要制取新技术、新工艺及其过程理论。

1、向全致密化发展

粉末冶金的重点是超细粉末和纳米粉的制备技术，快速冷凝制备非晶、准晶和微晶粉末技术，机械合金化技术，自蔓延高温合成技术，粉末粒度、结构、形貌、成分控制技术。总的趋势是向超细、超纯、粉末特性可控方向发展。建立以“净近形成形技术为中心的各种新型固结技术及其过程模过程理论，如粉末注射成形、挤压成形、喷射成形、温压成形、粉末锻造等。建立以“全致密化为主要目标的新型固结技术及其过程模拟技术。

2、向高性能化、集成化和低成本等方向发展

粉末冶金新的成形技术层出不穷，如：粉末注射成形、温压成形、流动温压成形、喷射成形、高速压制成形等新技术不断涌现。近目前, 粉末冶金技术正向着高致密化、高性能化、集成化和低成本等方向发展。有代表性的铁基合金，将向大体积的精密制品，高质量的结构零部件发展,制造具有均匀显微组织结构的、加工困难而完全致密的高性能合金,用增强致密化过程来制造一般含有混合相组成的特殊合金,制造非均匀材料、非晶态、微晶或者亚稳合金,加工独特的和非一般形态或成分的复合零部件。

3、粉末冶金产业化发展

由于相邻学科和相关技术的相互渗透和结合．更赋予了粉末冶金新的发展活力。粉末冶金新工艺层出不穷。粉末冶金产业化是是指这些技术已比较成熟。甚至在一些国家已有生产规模，但主流还处于研究成果向产业化转化的过程之中。其工艺、设备、市场等已为产业化准备了条件，可以产业化，取得社会效益和经济效益。主要是指该技术实现产业化、集群化、模块化发展。其主要应用领域有汽车用粉末冶金零部件，汽车制造业仍是粉末冶金(PM)发展的牵引力,粉末注射成(PowderInjection Molding(PIM))温压成形技术(Warm Compaction)在众多为提高PM件密度的生产方法中。温压成形技术被认为是最为经济的一种新工艺。本文将重点介绍以下产业化技术：

①温压技术

温压工艺被誉为1990年代粉末冶金技术的一大突破，于1990年取得了第一项采用一次压制烧结工艺制备高密度铁基（P/M）零件的美国专利。该技术可使烧结钢中的孔隙度降低到6%左右（传统为10%以上），制品密度达到7.3g/cm3以上，从而大大拓宽了高密度、高强度烧结钢零件在工业上应用的可能性。

②模壁润滑

模壁润滑和温压是平行的两个提高铁基结构零件密度的手段。近来发展的是干模壁润滑，采用静电的方法，将干润滑剂粉末吸附到模壁上的模壁润滑，克服了湿模壁润滑制备的压坯表面易于粘粉，影响烧结件的表面质量的缺点。国外用非聚四氟乙烯干粉润滑剂以静电吸附的方式粘着在阴模内壁，铁零件的压坯密度已达7.55

③注射成形

金属注射成形（Metal Injection Molding，简称MIM）是一种塑料注射成形与粉末冶金技术结合而成的近净成形技术，是国内外公认的21世纪粉末冶金的主流技术，称为“第五代加工技术。而且最适于大批量生产三维复杂形状的零件，可以完全实现自动化连续作业，生产效率高。目前，在美国、日本和德国，MIM已经成为最具竞争力的金属成形技术，而且开始大量用于不锈钢粉末冶金生产，这是由于工业规模生产的MIM不锈钢零件尺寸精度达±0.3%～0.5%，一般不需后续机加工。力学、耐蚀、表现等性能均与熔断不锈钢相当。

当前，汽车用粉末冶金材料和技术的研究开发以及产业化方面，美国仍处于世界领先地位，但最近5年来，欧洲粉末冶金业在材料的改进、先进工艺技术开发、粉末冶金新领域的开拓等方面，均处于领先地位。从工艺技术发展方面讲，成形工艺主要以传统压模为主，未来向模壁润滑、温压、注射成形方向发展。而且近5年来，压缩烧结粉末冶金的发展较快，其增长速度达10%。产品方面，采用压-烧工艺生产的高密度粉末冶金制品最具市场潜力，其应用以进入汽车、摩托车和家电行业等领域。粉末冶金总体发展趋势是，以汽车配套为主，向提高粉末冶金零件密度、强度、尺寸精度、复杂形状方向发展，同时扩大粉末冶金制品应用领域。总之，粉末冶金零部件已越来越多地用于汽车等工业，国外已达到70%～80%，市场需求巨大。

参考文献:

[1]周智勇.粉末冶金技术的作用和发展研究[J].消费导刊，2007，（10）

[2]肖珍静.实现冶金工业全面、协调、可持续发展[J].现代企业，2005，（05）

[3]谢乾丰.国内冶金史研究的现状及其发展方向[J].经济与社会发展，2007，（07）□

声明：

“关于粉末冶金技术的发展趋势研究” 该技术专利(论文)所有权利归属于技术(论文)所有人。仅供学习研究，如用于商业用途，请联系该技术所有人。

我是此专利(论文)的发明人(作者)