粉末冶金技术解析

在气态制备粉末 的方法包括
（1）从金属蒸气冷 凝制取金属粉末的蒸 气冷凝法； consolidation from metal steam
（2）从气态金属羟基 物离解制取金属、合 金以及包覆粉末的羟 基物热离解法; carbonyl vapor decomposition。 Coated particles
粉末冶金材料易压缩变形 粉末冶金材料质量轻、吸收能量好
孔隙对粉末冶金材料性能的影响
孔隙减少有效承载面积 孔隙孔隙导致应力集中 孔隙钝化裂纹尖端 孔隙降低材料的传导性能 孔隙容易获得均匀的细晶粒组织 孔隙易使加热介质进入孔隙，从而引起氧化、脱
碳和腐蚀
粉末冶金材料的强化
OIL PUMP GEARS SYNCHRONISATION SYSTEM
•ROCKER ARMS
工具材料
粉末材料的孔隙性能
粉末冶金材料对液体和气体的透过性均匀，具有过 滤和均匀分流作用
粉末冶金材料具有很好的浸透性和自润滑性 粉末冶金材料具有很大的比表面
→具有很强的穿流介质热交换作用和表面作用 →耐腐蚀性比相应的致密材料差
在液态下制备粉末 的方法包括
（1）从液态金属 与合金制备金属与 合金粉末的雾化法；
（2）从金属盐溶液 置换substitution 和还原金属、合金以 及包覆粉末的置换法 substitution、溶 液氢还原法；liquid hydrogen reduction
（3）从金属盐溶液 电解制金属与合金粉 末的水溶液电解法 liquid electrolytic； 从金属熔盐电解制金 属和金属化合物粉末 的熔盐电解法。Melt salt electrolysis
高性能合金。 4）特殊合金，主要为包含有多相的组分，通过增强
密度的工艺来制造。 5）非平衡材料的合成例如非晶，微晶和亚稳合金。 6）具有独特组分或不常用形状的特殊附件的工艺。
粉末冶金技术的主要应用
粉末冶金零件市场
汽车工业是粉末冶金零件的最大应用市场
汽车工业
CONNECTING RODS
PM Connecting rod used in BMW engines
原铁矿石（800~1000C）。通过高温锻焊成 各种器件。如公元300年左右印度的Dehli Piller, 重6吨； • 我国西汉（公元前113年）的刘胜墓出土的错法生产海绵铁。
• 随后出现Au(300年)、Ag、Cu、Sn (1000年)、Pt 粉及Pt块(1800年）；
工艺复杂性
原料：元素粉末、合金粉末 成形：热压（ 热等静压、挤压...）
冷压（模压、冷等静压...） 烧结：真空、气氛、外场 其它制备技术：复压、精整、熔浸...
其它后续处理技术：热处理、机加工...
发展方向举例
1）铁基结构合金的高精度﹑高质量﹑大数量产品。 2）致密高性能材料，主要是理想的密度和牢固性。 3）难加工材料的制造，全密度具有统一微观结构的
（1）从固态金属与合 金制取金属与合金粉末 的 有机械粉碎法和电 化腐蚀法；electrical erosion
（2）从固态金属氧化物 及盐类制取金属与合金 粉末的有还原法；从金 属和非金属粉末nonmetallic powders、金 属氧化物和非金属粉末 制取金属化合物粉末的 有还原-化合法。 Reducing-chemistry combined.
现代粉末冶金发展中的三个重要标志
• 克服了难熔金属熔铸过程中产生的困难； 如：1909年钨丝、1923年硬质合金
• 粉末冶金方法生产多孔材料的成功； 如：1930年含油轴承、轴瓦
• 粉末冶金新工艺、新材料的发展； 如：粉末注射成形、金属陶瓷
粉末冶金技术特征与发展趋势
特征： • 技术多样性; 粉末制备、成形、烧结技术多选择 • 工艺复杂性; • 手段先进性； • 性能优异性； • 零件复杂性； • 规模扩大性； • 成本低廉性。
粉末冶金技术的特点
原料粉末
成形
烧结
金属材料、复合材料、各种类型制品 基本特点：原料、无熔化、材料生产过程
采用PM技术制备材料/产品的优点：
• 制品的致密度可控，如多孔材料、高密度材料等； • 晶粒细小、显微组织均匀、无成分偏析； • 近型成形，原材料利用率高>95%； • 少无切削，切削加工仅40~50%； • 材料组元可控，利于制备复合材料； • 制备难熔金属、陶瓷材料与核材料。
• 1910年Coolidge发明电灯W丝，奠定了近代粉末 冶金的基础；
• 1914年WC、MoC粉末出现（德国）；
• 1923年德国Krupp公司生产硬质合金，导致了金 属切削技术的革命；
• 1956年后大量铁基、铝基零件上市；
• 1969年机械合金化技术出现；
• 20世纪80年代后，PM制品，如蜗轮引擎零件广 泛应用于航空。
技术多样性
粉末制备：雾化制粉、还原法、机械合金化、 气相沉积、溶胶凝胶、自蔓燃反应合成、电解
成形：喷射沉积、注射成形、挤压成形、粉末锻造、 粉末轧制、温压成形、冷热等静压及特种固结技 术、爆炸成形
烧结技术：微波烧结、反应烧结、液相烧结、超固 相线液相烧结、电火花烧结、原位成形
在固态下制 取粉末的方法包括
粉末冶金技术的优越性与局限性
采用PM技术制备材料/产品的缺点：
• 原料粉末价格较贵； • 模具成本高，靠产量规模降低费用； • 烧结制品残余孔隙影响性能； • 氧和杂质含量较高； • 制备高纯活性金属困难；
粉末冶金技术发展史
• 公元前3000年以前，古埃及人制造铁器； • 公元前2300年左右出现块炼铁技术：固相碳还
粉末冶金技术简介
粉末冶金技术的特点 粉末冶金技术发展史 现代粉末冶金技术的特征与发展趋势 粉末冶金技术的主要应用 粉末材料的孔隙性能及其影响 粉末冶金材料的强韧化
材料
金的AFM 照片
材料
镍的操纵排列照片
材料
铜的操纵排列照片
材料
•材料是人类文明、社会进步、科学技术发展的物质基 础和技术先导。 •材料是当代文明的三大支柱之一。 •材料是全球新技术革命的四大标志之一。 •粉末冶金技术是实现材料多功能、高性能的重要途径。