粉末冶金

粉末冶金工業的發展與應用*

■朱秋龍

* 本會九十七年年會大會發表專題演講著述

台灣保來得股份有限公司總經理、本會理事

粉末冶金製程的原理最早被應用於1920年代，例如硬質合金、切削工具等，至1970年才陸續發展成獨具特色的量產技術，其高經濟效益的製程，為工業發展帶來相乘的效果。僅就「市場的發展與應用」包括各國原料使用量、粉末冶金產品的應用，及「技術的發展」包括金屬射出成形、微小軸承、溫壓成形、CNC油壓成形、快速冷卻、微波燒結，兩大方向，來論述國內外粉末冶金的近況與未來。

關鍵字：金屬射出成形（Metal Injection Molding, M.I.M.）、微小軸承（Micro-Bearing）、溫壓成形（Warm Compacting）、CNC油壓成形（CNC Hydraulic Press）、快速冷卻(Rapid Cooling)、微波燒結（Microwave

Sintering）

市場的發展與應用

經過數十年的努力，粉末冶金製品已是高強度、高密度、高品質產品的代言。從傳統的粉末冶製程所產出的燒結製品到以金屬射出成形（Metal Injection Molding, M.I.M.）生產的複雜形狀的製品，再再都驗證了粉末冶金產業正以嚴謹的態度與驚人的速度深入各種產業。2006

年一項調查顯示，全球整體以粉末冶

金生產為方向，涵括了鑽石刀具

（Diamond Tools）、硬質合金

（Cemented Carbide）、磁性材料

（Powder-Based Magnets）、粉末冶金

製品（Powder Metallurgy Products）等

其年度總產值超過430億美金。（如圖

-1）

今天，全球有近4,700家廠商投入粉末

冶金的生產與設備的製造，這些廠商

大部分以供應其當地市場所需，規模

大小不一，僅有少數的具規模廠商能將其銷售據點延伸至世界各地。（圖-2至圖-5）為歷年來全粉末冶金產業的原料出貨量及各主要地區的出貨統計。

各國原料使用量

表-1 全球粉末冶金鐵粉、不鏽鋼粉出貨量一覽表單位：噸

北美地區為全球粉末冶金產業的龍頭，其鐵系與非鐵系原料出貨統計如表-2所示。

表-2北美地區鐵系/ 非鐵系原料出貨統計

其2006年的鐵粉與不鏽鋼粉出貨量較2005年衰退5%，主要原因在美國三大汽車產業「福特」、「通用」及「克萊斯勒」相繼從市場佔有率消退造成減產；加上以往受青睞的擁有粉末冶金製品達27公斤的重型耗油車款也因消費者使用焦點轉移至輕型省油的車款，因而造成粉末冶金製品零件生產量減少。而在汽車市場以外，也因北美地區房地產長期不振，影響到五金、DIY工具出貨的減少。時至今天，在景氣低迷的美國地區，要再看到昔日的金屬原料出貨的榮景，除了政府的強效政策外，還得靠粉末冶金等產業的不斷推陳出新的研發才能達到刺激市場、再創新局。

表-3東歐地區粉末冶金產量

歐洲地區的鐵與不鏽鋼原料粉出貨量（表-1），由歐洲粉末冶金協會所發表的數據顯示，2006年較2005年成長9%達到198,000公噸，2007年再次攀升至204,000公噸，當地的新興國家以及東歐與中歐的歐盟新會員是助長此趨勢的功臣（表-3）。德國仍維持其在歐洲地區的粉末冶金結構零件與硬質金屬的主

要出貨國家，主要原因在其擁有

歐洲地區汽車市場的26%佔有

率。2006年，德國的粉末冶金製

品的生產超過47,000公噸，達到

4.4億歐元的營業額，2007年更

超過50,000公噸，讓德國坐穩歐

洲的粉末冶金市場23%的佔有

率。西班牙是僅次於德國的第二

大粉末冶金生產國家，擁有19%

的市場佔有率（圖-6）。

亞洲地區與泛太平洋地區，過去三年的連續成長，主因為日本地區的汽車出口成長。緊接著是大陸地區過去三年的表現，大陸地區是世界最大的硬質金屬材料與磁性材料生產國。南韓為亞洲地區第三大粉末冶金製品生產國家，曾於2006年韓國釜山主辦粉末冶金世界年會，該國的粉末冶金製品用的金屬原料多仰賴美國、瑞典、日本、加拿大等國家進口，近年來的粉末冶金生產量成長顯著。（表-4與圖-7）

表-4亞洲暨泛太平洋地區各國粉末冶金產業市場佔有率

原料的價格方面，在過去幾年市場

的投機炒作，使得價格三級跳，這

些代價或直接或間接轉嫁至消費

者身上，漲幅趨勢至2007年達到

最高峰。然而進入2008年後半期，

因美國次級房貸風暴首先發難，造

成全球性的經濟恐慌與蕭條，金屬

原料價格也呈一面倒，其跌幅幾乎

回到2004年的水平。（表-5、表-6）

表-5年度主要金屬粉末價格

表-6各國粉末冶金單位售價比較

粉末冶金產品的應用

汽車零件：

表-7全球依地區冸汽車產量統計

真正推動粉末冶金產業蓬勃發展的誘因，來自於市場應用的好評，諸如汽車工業、電動工具、家電產品、3C 消費性電子產業、軍事武器以及航空產業，這些產業近年來也帶動了經濟的成長，嚴格來說創造了雙贏的局面。其中，汽車工業扮演著具指標性的舵手角色，她的應用在汽車的引擎、傳動系統、底盤，懸吊系統、轉向系統的組裝等，其產值占北美地區粉末冶金產業的70%強，歐洲為80%，日本地區則有90%強的佔有率。來自德國的統計資料指出，

全球生產汽車傳動引擎用的齒輪達8.5億美金，其中超過50%來自粉末冶金製品。

綜合表-7與圖-8，北美地區的汽車工業仍佔粉末冶金產業舉足輕重的地位，2006年平均每一輛汽車擁有約19.5公斤的粉末冶金製品，雖然北美地區的汽車產量於2006年較2005年下滑5.7%，但當地仍積極投入零件的開發，消息顯示，2009年以前，當地業者將推出嶄新的引擎零件其粉末冶金製品達15公斤，預計將可淘汰現行的車系約8至10公斤的粉末冶金製品。另外，傳動系統的開發上，也將推出擁有約10公斤的粉末冶金製品，藉以更換該系統現有的4到6公斤的粉末冶金製品。反觀歐洲地區，歐盟15國的汽車產量略為下滑，對新加入的歐盟會員國以及中、東歐地區反倒是一具有潛力的市場。

除了日本地區的汽車工業穩健發展（圖-9），異軍突起的亞洲各國，個個深具企圖心。因籌備2008奧運，中國大陸經濟也因此沸騰起來，相較於2005年，2006年足足成長了25.90%。

然而，世界景氣在2006年後有了戲劇性的演變，2007年原物料高漲的時代裡，石油每桶超過100美金，首先衝擊到的是汽車工業，生產量因消費市場的觀望而好景不再，再加上地球暖化效應影響，各主要工業國家乃至歐盟國家紛紛簽署環保協議，規定2050年以前，減少50%-85%的年度二氧化碳排放。雖然，這股低迷蔓延至2008年，但因有了共同克服與研發的方向，節能省碳的產品正火熱，粉末冶金產業也早已朝此進行開發更有效率的、更環保的汽車零件。（圖-10、圖-11）