铜在粉末冶金领域中的重要性

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铜在粉末冶金领域 中的重要性
本 文主要阐述 了铜粉在粉末 冶金领域 的应用及其 工艺 的发展 , 回顾 了铜的发展历
史 ! 特性 和应用 "笔者认为铜在粉 末冶金的应用会持续增 加 , 在热管理材料领域 及传统 的粉末冶金 中, 其应用前景看好 "
文 !张敬国
万新梁
张景怀
汪礼敏 (编译)
2009年 第 6期世界 有 色金 属 33
部件对 原材料 ! 挤压压 力和烧结 温度的
要求 "
通过雾化生产黄铜粉和镍银合金粉 ,
黄铜粉 中锌含量在 1 0 % 一3 0 % 之间 , 有
时铅被加人来提高机械性能 "其在锁件 ! 仪 表指针和 驾驶装备上 得到 了应用 "由
于 黄铜漂 亮的颜色 , 其被 用于装饰性 的 金 属 奖 牌 "重 2.6 千 克 的黄 铜 粉 末 冶 金 部
和 铁粉增 长一样 , பைடு நூலகம்于与铁粉 预混
合的铜粉期望会增加 5% "铜粉增强 了铁
碳合 金 材料 的性 能 , 可 以提 高其 密度 !
强 度 ! 抗 疲 劳 性 和 机 械 性 能 "E n g s t o m r (N orth A m eri ea H og anas ) 的论 文讨 论 了 在 几 种 铁 基 粉 末冶 金 件 如 何 添 加 一 定 量
的是需要树枝状 的粉末和非常低的松装 密度 " 加 工 自润滑铜锡基 含 油轴 承 (内部
目前发展
粒径小于 1 0 微米的粉 末适合于注射 成形零件 的生产 "注射成 形工艺可用 于 锁 件和纺织 件的黄 铜件 , 青铜 合金粉 末 全世界继续消耗占5 0% 一 6 0 % " 生产管道 工业 的弯头和其它零部件
领域 "在 此领域 的材 料不是 通过熔炼 和
铸 造 得 到 的 , 例 如 : 弥 散 强 化 c u一 1 20 3 A 用 来 强化 和 制 造焊 接 电极 (用 于 汽车 和 其
它工业领域 ), 用于 电子部件的热管理 领
域w 一 C u 和 M o一 C u , 此 类 材 料需 要 控 制其 孔 隙率 " 自润 滑 轴 承 和 过 滤 器 是 粉 末 冶 金 领 域 典 型 的 应 用 "这 些 材 料 要 求 控 制 适 当 的 孔 隙 率 , 以此 含 油 量 达 到 优 良的 润 滑效 果 "
片状 的金粉 "通过调整锡镍成分 , 可以生
成特定的颜色 "
在粉 末冶金领 域 , 用纯铜粉 生产 电 子和导热零部件 "含有锡 ! 锌 ! 镍或铁的
铜 合金被广泛用于汽车 ! 草地 公园设 备 ! 工具和 电子工业 "铜粉最 多使用在 自润 滑轴承上 , 另外是F e一 C u 预混合 , 化学工
粉 末冶金 产品
铜 粉末 的首 要应 用是铜 锡粉 混合 , 来制造 青铜 件 "在 20 世 纪 20 年 代早 期 , 坐落于美国新泽 西州卡尔特莱特 自治区 的金属 精练 (U SM R ) , 开 始生 产 电解 铜 粉 "此工厂面积小 , 拥有大的 阴极槽 "在 生产高峰期 , 粉 末工厂每月铜粉大约 45 5 吨 "在 20 世纪 8 0 年 代中期 , 熔 炼和 电解
的 后处理 , 松 装 密度 可 以提 高 " 在美 国, 通过 水雾化 和气雾 化工 艺
业领域的渗析和摩擦材料部件 "
铜粉重要和特色 的应 用是粉 末冶金
利用其 亮红色和 其被侵蚀 后的铜 绿 , 来
作 为建 筑物 ! 顶棚 和 户 外 装置 的 装 饰 " 铜易与其它 元素 形成合金 , 大 量用 来制造 异型的锻 件 ! 铸造件 和粉末 冶金 产 品 "铜 与 镍 形 成 合 金 具 有 抗 海 水 腐 蚀 的 优 良性 能 "锡 可 以提 高 固溶 体 中铜 的 强度 和 抗 腐 蚀性 能 "锌 和 铜 合 金 , 即黄 铜
加上氧化还原法可以生产铜粉 , 其形状为
球 形或 不 规 则形 状 "雾 化 粉 末的 物 理性 质
(如松装密度 ! 流动性 ! 颗粒尺寸及生坯强
度 ) 与 工 艺 条件 有 关 , 比如 : 特 定 的 添 加 剂, 熔炼温度 , 雾化压力 , 还原 温度和对 粉 末的后 处 理 "通 过 氧化 还 原试 的 粉 末 中
件最近被 用于机器 人胳膊部位 "烧结 密 度为 7 . 9 / 7 c m , 的烧结 件其拉 伸强度达 到
19 3 M Pa , 伸 长 率 达 到 ] 4 % "大 量 的 粉 末
结论
铜 粉 前途 是 光 明的 "传 统 的应 用 ,
如 : 自润滑轴 承 ! 预混合粉 !熔 渗剂 ! 黄 铜 和青铜合 金 ! 以及摩擦 材料继 续扮演 着 重要 的角色 , 是铜粉消耗的主要 领域 " 铜粉在导热和导 电领 域的应用 将继续增 长 , 这会扩大铜粉的使用 "大部分粉末冶 金工艺在生 产高密度 ! 高 热导率 部件方 面是可行 的 , 新 的粉末 冶金技术 需要被
它应 用 , 如 : 摩 擦 材料 , 化 学 , W - Cu和
M o一 C u 重金 属 , 涂层 , 油 漆 , 糊 剂 和墨 水 "
铜 粉随着铁粉混合物及熔渗剂使用 的增加 而增加 , 每年 铜粉的消耗量 达到 约 25 % , 铜锡粉末用于 自润滑轴承 , 用于
以满足其特性 "圈
(译者 单位 : 北京有 色金属研 究总院 )
已经发展得 相 当成 熟 "由纯铜粉 制造这
样部件 的经济问题应该再次被 回顾 " 由于漂亮 的颜 色以及对大气抗腐蚀
达到 1 0 % 一3 " % "此类轴 承需要定期润 滑 , 以确保在设备 寿命周期 内安全运行 "
19 2 0 年 自润滑轴承首次用在别克汽车业 " 它在其 它工业 的使用也 是相当大的 , 改 变 了家用设备 产业 " 自润滑轴 承的制造
精 炼企业被 迫 关闭 , 由于卡尔 特莱特 工 厂关闭 , 尽管有 些企 业试 图生 产 电解 铜
粉 , 美国再 也没有 电解铜粉产 品生产 "如 今 , 电解铜粉产地有欧洲 ! 日本 ! 俄罗斯 ! 印度和韩国 " 电解铜粉颗粒具有树枝状的特性 , 通 过调整工艺松装密度小于 lg / c时 , 生坯强 度大于 3 5 M P "通过调整沉降工艺和粉末
20 2 年 全 世 界铜 粉 末 使用 量 约 为
电动部件 (例如 : 滑动环 ! 换向器和转子 条 ) "已经被用于 电动部件领域 的散热片 和热交 换器 , 将会延伸 到到 电子 冷却系
统 "用 于 导 电 和 导 热 部 件 的 铜 粉 将 达 到
产 品的 巧% 一 2 0% "
5. 9 一 6. 4 万吨 , 北 美 使用量 为2 . 2 万 吨, 欧洲为 1. 8 万吨 , 其它国家消耗量为 450 0
人们 认 知和 开 发 "
的铜粉来提高其性能和微观结构 "
冶金件表 明了粉末冶 金工 艺对铜 基材 料 的使用非常有潜力和创造性 "
将来的增长
铜 粉在导热设备和具有高的导 电和
导 热粉末 冶金部 件的应 用很少 被开 发 " 潜 在 的 应 用 包 括 电 气接 触 元 件 ! 短 路 器 !
市场大小
近年 来 , 北 美及全世界粉 末生产公
坯 密 度 大 于 2 0M P "雾 化 后 的 粉 末 粒
径 和还原 温度 是决定 粉末产 品的 关 键因素 "
司不断合 并重组 "20 年前 , 北美主要有 8 家铜粉生产厂 家 , 现已减到4 个 , 可能会
进一步萎缩 "
雾化并氧化还原粉末 的性质与 电解 铜粉在 应用上 基本一样 , 应用方 面例 外
吨 "大约 5 % 铜粉用于青铜件 , 1 3 % 同铁
粉 混合 来生 产粉 末冶金 部件 , 1 2 % 用于
利用粉末冶金工艺 , 生产卫生洁具 ! 高速 切削粉末冶金 合金件及装饰性部 件 需 要被开 发 , 只有 由铜 粉做成 的部件 可
渗透烧 结粉 , 1 0 % 用于黄铜 , 10% 用于其
粉末制造 的 比较高的压 力和 比较 大的部
件 已经能被用于此领域 "
料 已经代替 了铸造和锻 造青铜轴 承 , 粉 末 覆盖在钢基 体上 , 通过烧结 和轧制达
到 一定的致 密度 , 最 终产 品的孔隙率小
于 0. 2 5% "
许 多锻造 和铸造的铜及铜 合金件需 要 机械加 工 "铅 经常被 加人此 类产 品中
铜在粉末冶金 中的应 用
早在 1万年前 , 铜作为独特金属就被 发现和认识 "起初它被用于珠宝和其它装
饰 品 "天然的铜块 或含铜矿石作为原料 , 加工非常简单 , 即原始冷加工 "回溯到公 元前 8700 年 , 就有用铜来做项链坠子 " 铜具有优 良的导 热和导 电性能 , 以 及 良好的抗腐蚀 和机 械性 能 "铜容 易被 加工成 复杂的 形状和细 丝 "建筑师 经常
以增强铜 的切 削性 能 "铅合 金轴 承部 件 的处理逐渐变得是个 问题 , 许多国家正施 加压力 减少铅 的含 量 "粉末冶 金件几 乎 不需要切 削加 工 , 因此利用 其固有 制造 工艺 , 用来代替许 多含铅的锻铸造件 "这 些部件会涉及熔 丝架 ! 焊 接 电极 ! 阀门 !
扣 件 和 传输 件 "
铜粉末通过金 属注射成型工艺可 以
制 造成 复杂 形状的 电气和 电子部件 , 这

年来 , 粉末冶金学 者更多关注
种产 品具有 良好的导 电性和导 热性 "我 们 可以使用 高纯铜 粉 , 通 过提 高零件 的
具有 / 纳 米 0 和 / 复合 0 特性的 材料 , 而忽略 了基 础材 料及其
最 终密 度来提 高导 电性 和热 导率 "注射 成型工 艺可 以提高铜 粉的致 密度 , 产 品
电气和 电子工业生产复杂形状的部件 , 此
种材料具 有高的导 电率和导热性 "由于
有孔隙) 是粉 末冶金独有的特性 "此类轴
承被烧结到一定的密度 , 孔隙含油率可以
高纯材料 的导 电性 与烧结密度 相关 , 注 射 成形工艺可 以使得部件 的密度接 近原 始材料的密度 , 并且具有复杂的形状 "
S h ro P s h ire 和 K la tt ( A m er ie a n C h enet C o印o rati on ) , L i n (国立 台湾 大
大约消耗 了铜粉产量的 5 % "
c u一 Pb 和 c u一 Pb 一 s n 轴 承用 于 汽 车 ! 涡轮 ! 止推垫圈和工业泵设备上 "钢背材
中复杂全铜散热片和其它散热部件 , 文章 还讨论 了松散铜粉在 电子部件冷却中的
应用 "U ll rieh (A C u P ow d er Internationa l) 文章研究 了获得高 的导 电率 和导热性 的 必要条件 , 分 析 了电导率 在 9 0 % 以上 的
粉 , 被用于 水管 ! 锁件 ! 阀 门 ! 管 件 "含
有 镍 ! 锡 ! 钦 ! 铰 及钻 的铜 合 金 强度 相 当
32 世 界 有 色 金 属:" " " 年 第 6期
丁"1 noo 一 u g , - eq u i p nlo lt l 技术与装备
O 一
位径 1 0 微米 , 松装密度小于 l. sg / c耐 , 生
的导电率和热导率随之提高 "
工艺在粉末冶金领域 中不断扩大的作用 "
铜在粉末冶金领域 中发挥了巨大的作用 , 将 会继续 促进其 发展 "本文 主要 阐述 了
铜 粉在粉末冶金领域 的应用及其工艺 的 发展 , 回顾 了铜 的 发展历 史 ! 特性 和应
用 "本文支持 此观点 : 铜在粉 末冶金 的 应用会持 续增加 , 在 热管理材料 领域及 传统的粉末冶金中 , 其应用前景看好 " 于高强 度钢 , 而且具 有高的导 电率和导 热性能 "铜及铜 锌铝合 金常被用 于生产
的优 良性 能 , 铜 粉大量 用于装 饰性的 目
的 , 例 如 : 家 具 ! 建 筑 物 外层 ! 墙 和屋 面
学 ), C ha n (远 东科技 大学 )提 出 了铜 粉
在热管理 装置上 的应用 "除了 电子产 品
材料 "铜 粉末冶 金件在这 样领域 的应 用
也应得到考虑 "现在 , 由铜粉和铜基合金
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