粉末冶金与材料研究前沿

粉末冶金与材料研究前沿专题学习报告

粉末冶金是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或复合材料以及各种类型制品的工艺过程，粉末冶金法与生产陶瓷有相似的地方，因此也叫金属陶瓷法。

图1粉末冶金产品

粉末冶金(P/M)技术是一门重要的材料制备与成形技术，被称为是解决高科技、新材料问题的钥匙。高性能、低成本、净近成形一直以来是粉末冶金工作者重要研究课题之一。粉末冶金法能实现工件的少切削、无切削加工，是一种高效、优质、精密、低耗节能制造零件的先进技术。进入20世纪80年代许多行业，特别是汽车工业比以往任何时候更加依赖于粉末冶金技术，尽可能多地采用粉末冶金高性能的零部件是提高汽车尤其是轿车在市场中的竞争能力的一种有力手段。高密度的P/M产品是保证其具有优异的力学性能的关键因素。因此，为扩大粉末冶金P/M零部件的应用范围，必须提高其密度以获得力学性能优异的粉末冶金零部件。[1]

粉末冶金技术所以得到迅速发展是与其技术上和经济上的特点分不开的粉末冶金法是一种少，无切削工艺，可减少零件加工量，节约材料并提高劳动生产率最主要的是通过粉末冶金法可以生产出其它工艺方法无法制造，或者难以制造的各种材料和零件，其技术优点如下：

1、绝大多数难熔金属及其化合物、假合金、多孔材料只能用粉末冶金方法来制造。

2、由于粉末冶金方法能压制成最终尺寸的压坯，而不需要或很少需要随后的机械加工，故能大大节约金属，降低产品成本。用粉末冶金方法制造产品时，金属的损耗只有1-5%，而用一般熔铸方法生产时，金属的损耗可能会达到80%。

3、由于粉末冶金工艺在材料生产过程中并不熔化材料，也就不怕混入由坩埚和脱氧剂等带来的杂质，而烧结一般在真空和还原气氛中进行，不怕氧化，也不会给材料任何污染，故有可能制取高纯度的材料。

4、粉末冶金法能保证材料成分配比的正确性和均匀性。

5、粉末冶金适宜于生产同一形状而数量多的产品，特别是齿轮等加工费用高的产品，用粉末冶金法制造能大大降低生产成本。

粉末冶金工艺缺点：

1:在没有批量的情况下要考虑零件的大小.

2:模具费用相对来说要高出铸造模具.

1粉末冶金国外研究进展

粉末冶金方法起源于公元前三千多年，制造铁的第一个方法实质上采用的就是粉末冶金方法然而粉末冶金作为近代工业问世，是从炽热灯丝工业生产的研究开始的，是综合研究的成果。

1897年，澳大利亚的韦尔斯巴克发明了用粉末冶金烧结法制取白炽灯丝用的0s丝，以后有人研制过Ta，Zr，V，W等丝。1910年出现了库利寄的可锻性钨，同年5月17日库利奇发表了可锻钨的制造论文，这个日子被称为近代粉末冶金的诞生日。从此近代粉末冶金进入了工业生产，可锻钨的发明者库利奇被誉为近代粉末冶金之父。直到今天，工业上仍用他的方法生产钨丝，继这一发明之后，1911年他在柏林制成Mo及w，1926年于泰洛尔制成Ta，Ca以后又制成了火花塞用W的接触圆盘，还从应用出发研制了具有耐磨性和导电性的电气零件，制成了称为复合材料的新的烧结零件，直到1909年库利奇(w.D.Cool记ge)的电灯钨丝问世后，粉末冶金才得到了迅速的发展。下表1扼要说明现代粉末冶金材料和制品的发展史。[2]

表1粉末冶金的发展

近几年来，世界各国粉末冶金机械零件工业发展很快。现粉末冶金机械零件生产企业，西欧约100家，北美约140家，日本约5家。[3]

2粉末冶金国内发展现状

我国现代粉末冶金产业主要起源于20世纪初近年来采用粉末冶金方法制备的白炽片精磨顶锤轧辊等增长很快2002年增长了27%其中涂层刀片增长了97%这说明我国硬质合金行业正朝着高技术含量高附加值的方向发展。[4]

近几年中国和世界粉末冶金的快速发展与汽车工业的发展密切相关因为汽车是粉末冶金零部件的最大应用领域之一。

随着国家863项目国产水雾化铁粉生产线在山东莱芜建成投产我国的粉末雾化技术也得到较大提高。

纳米粉末近几年发展也很快相对而言氧化物纳米粉体如氧化硅氧化铝氧化钛等的产业化进程要比金属纳米粉体快一些。我国的纳米粉体技术和产业化水平与国际基本同步在氧化物和金属纳米粉末的制备方面都取得了重要进展。[5]

3粉末冶金工艺的研究热点

3.1粉末制备技术的发展

粉末冶金材料和制品不断增多，质量不断提高，要求提供的粉末的种类也越来越多。为

了满

足对粉末的各种要求，出现了各种各样生产粉末的新方法。从过程的实质来看，现有制粉方法大体上可归纳为两大类，即机械法和物理化学法。从工业规模而言，应用最广泛的是还原法、雾化法和电解法。但随着科技的发展，越来越多的新技术在粉末的制备过程中正起着越来越重要的作用。[6]

3.1.1机械合金化(Mechanical Alloying，MA)

机械合金化是由Benjamin等提出的一种制备合金粉末的高能球磨技术。它是在高能球磨条件下，利用金属粉末混合物的反复变形、断裂、焊合、原子间相互扩散或发生固态反应形成合金粉末。

3.1.2喷雾干燥(SprayDrying)

喷雾干燥是指用雾化器将一定浓度的原料液喷射成雾状液滴，并用热空气(或其它气体)与雾滴直接接触的方式使之迅速干燥，从而获得粉粒状产品的一种粉末制备过程。

3.2粉末冶金成形技术的发展

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。近年来，一系列粉末冶金新的成形技术层出不穷，并呈现出加速发展态势，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，使得粉末高致密化成形技术得到了很大的发展。

3.2.1粉末注射成形(Powder InjectionMolding，PIM)

粉末注射成形是传统粉末冶金技术和先进塑料注射成形相结合而发展形成的一门新型粉末冶金近净成形技术。它的基本工艺过程是:：首先将金属或陶瓷粉末与有机粘结剂均匀混合，用注射成形机成形，然后将成形坯中的粘结剂脱离，最后经烧结致密化得到最终产品。