热等静压技术的发展和应用

热等静压技术的发展与应用

摘要：热等静压法作为材料现代成型技术的一种，是等静压技术一个分支。目前热等静压技术已广泛应用于航空、航天、能源、运输、电工、电子、化工和冶金等行业，用于生产高质量产品和制备新型材料。本文主要介绍了热等静压技术的发展、工作原理及其应用范围。

关键词：热等静压，高压容器，加热炉，扩散连接，粉末冶金

The Development and Applications of Hot Isostatic Pressing Abstract：Hot isostatic pressing method as a kind of modern molding technology, is a branch of isostatic pressing technology. Hot isostatic pressing technique has been widely used both in aviation, aerospace, energy, transportation, electrical, electronics, chemical industry and metallurgy and other industries, and in the production of high quality products and the preparation of new materials. This article mainly introduced the development of hot isostatic pressing technology, working principle and its application range.

Keywords：Hot Isostatic Pressing，High Pressure Vessel, Heating Furnace, Diffusion Bonding, Powder Metallurgy

目录

1 引言 (1)

1.1 国外热等静压技术的发展 (1)

1.2 国内热等静压技术的发展 (1)

2 热等静压设备及工作原理 (3)

2.1 热等静压设备特点 (3)

2.1.1 高压容器 (3)

2.2.2 加热炉 (3)

2.2.3 压缩机和真空泵 (4)

2.2.4 冷却装置 (4)

2.2.5 计算机控制系统 (4)

2.2 热等静压工艺流程 (4)

2.3 热等静压工作原理 (5)

3 热等静压技术的主要应用领域 (7)

3.1 铸件的致密化处理 (7)

3.2 热等静压覆层和热等静压复合扩散连接 (7)

3.3 热等静压粉末固结 (8)

3.3.1 高温合金粉末固结 (8)

3.3.2 硬质合金热等静压 (8)

3.3.3 高速钢粉末固结 (8)

3.3.4 陶瓷材料粉末固结 (9)

3.3.5 钛合金粉末固结 (9)

3.4 热等静压工艺在新领域的应用 (9)

4 结论 (10)

参考文献 (11)

致谢 (12)

1 引言

热等静压（Hot Isostatic Pressing，简称HIP)工艺是一种以氮气、氩气等惰性气体为传压介质，将制品放置到密闭的容器中，在900～2000℃温度和100～200MPa压力的共同作用下，向制品施加各向同等的压力，对制品进行压制烧结处理的技术。在高温高压的共同作用下，被加工件的各向均衡受压。故加工产品的致密度高、均匀性好、性能优异。同时该技术具有生产周期短、工序少、能耗低、材料损耗小等特点。

1.1国外热等静压技术的发展

HIP技术研究始于1955年，由美国Battelle究所为研制核反应堆材料而开展的[1]。1965年美国Battelle研究所研制的第一台热等静压机的问世，标志着热静压技术设备的诞生[2]。1972年，在美国与瑞典实现了高速工具钢的大量热等静压。在1970～1980年，美国空军材料实验室将HIP工艺扩展到了制造镍基高温合金与钛合金粉的预成形坯和近终形锻件。在20世纪70年代，还发现可用HIP处理铸件，在铸件的主要形状特征不变形的条件下，使复杂形状铸件内部的孔隙永久愈合[3]。

目前，先进的热等静压机为预应力钢丝缠绕的框架式结构，高压容器的端盖与缸体间的连接为无螺纹连接。因筒体和框架均采用钢丝预应力缠绕，所获的负预应力可通过计算确定，即使装置处于工作的最大压力状态时，其强大的应力也是由预应力缠绕钢丝所承受，即应力被集中消除，承载区域独立安全，同时钢丝缠绕还起到防爆和屏障的作用[4]。因此，这种结构的热等静压设备在高温高压（2000℃和200 MPa）的工作条件下，无需外加任何特殊的防护装置，与老式的螺纹连接结构(端盖与缸体间)的热等静压机相比，不但设备的结构紧凑，而且有效地保证了生产的安全性。

1.2 国内热等静压技术的发展

钢铁研究总院从1972年开始研究中国第一台热等静压机，并于1986年获劳动部颁发的热等静压机设计资格证书。钢铁研究总院生产的热等静压机已经系列化，目前该院可为用户提供三个系列不同型号（从实验室用小型热等静压机到大型生产用热等静压机）的热等静压机。1999年6月在北京成功地举办了HIP’99

热等静压技术国际会议，与会代表来自瑞典、美国、德国、英国、法国、日本、俄罗斯等13个国家[5]。国际同行对钢铁研究总院生产的热等静压机的水平给予高度的评价。

2005年7月，川西机器公司采用国内领先的高温/高压快速冷却、真空与超高压隔离、超高压工作缸等13种关键技术，经过3年多的刻苦研制和技术攻关，成功地交付给贵州航空工业集团贵州安吉精铸公司1台国内最大的热等静压机。该热等静压机的投入使用，填补了国内大型热等静压技术的空白，为航空、航天、核工业、电子、冶金、船舶等领域的高温高强合金、功能陶瓷、复合材料、超硬材料等高新技术材料制品的研制和生产创造了条件[6]。

2008年7月份，由钢铁研究总院制造的亚洲最大的热等静压机(φ1250×2500 mm，1350℃，150 MPa)已安装调试成功，并正式投入运行。目前己使用该设备生产出合格的高品质粉末涡轮盘[7]。该设备的研制成功，标志着钢铁研究总院在热等静压设备的研发、制造及使用领域达到国际先进水平。