粉末冶金新工藝課件

粉末冶金新技術(shù)材料與人類文明材料是現(xiàn)代文明的支柱材料是人類生存的基礎(chǔ)（Basis)材料是人類發(fā)展的標(biāo)志(Mark)材料是科技創(chuàng)新的先導(dǎo)(Lead)材料制備方法IM(IngotMetallurgy)熔鑄法熔(melting)、煉(refining)、鑄(casting)

鑄件(castings)機(jī)加工(machining)零件鑄坯(ingots)塑性成形(plasticforming)熱處理(heattreatment)機(jī)加工零件PM(PowderMetallurgy)粉末冶金法制粉(powdermaking)壓型(pressing)燒結(jié)(sintering)SF(SprayForming)噴射成型法材料成型方法

鑄造(pour-casting,die-casting)

例如：汽車輪轂（Al、Zn）、活塞（Al）、手機(jī)外殼（Mg）等塑性成形

(plasticforming)

擠壓(extrusion)、軋制(rolling)、拉拔(drawing)、

沖壓(punching)、鍛造(forging)焊接（welding)切削

(cutting)粉末成型

(powderforming)復(fù)合成型（鑄軋、鑄擠、鍛軋、擠軋等）軋制連鑄連軋拉拔擠壓連續(xù)擠壓conform噴射沉積粉末冶金發(fā)展簡(jiǎn)史約3000年前，埃及人就制得海綿鐵，并鍛打成鐵器；

3世紀(jì)，印度人用同樣方法制得“德里柱”，重達(dá)6.5噸；

19世紀(jì)出現(xiàn)Pt粉的冷壓、燒結(jié)、熱鍛工藝；現(xiàn)代粉末冶金從1909年，W.D.Coolidge的電燈鎢絲問(wèn)世開(kāi)始。現(xiàn)代粉末冶金發(fā)展的三個(gè)重要標(biāo)志：

1909年制造電燈鎢絲的技術(shù)成功（W粉成形、燒結(jié)、鍛打、拉絲）；1923年硬質(zhì)合金研制成功。

20世紀(jì)30年代，多孔含油軸承成功；相繼發(fā)展鐵基機(jī)械零件向新材料、新工藝發(fā)展：20世紀(jì)40年代，金屬陶瓷、彌散強(qiáng)化材料（如燒結(jié)鋁）；60年代末～70年代初，粉末高速鋼、粉末高溫合金，粉末鍛造技術(shù)已能生產(chǎn)高強(qiáng)度零件。粉末冶金材料和制品出現(xiàn)年代鎢1909難熔碳化物1900～1914電觸頭材料1917～1920WC-Co硬質(zhì)合金1923～1925燒結(jié)摩擦材料1929多孔青銅軸承1921～1930WC-TiC-Co硬質(zhì)合金1929～1932燒結(jié)磁鐵1936多孔鐵軸承1936機(jī)械零件、合金鋼機(jī)械零件1936～1946燒結(jié)鋁1946金屬陶瓷（TiC-Ni）1949鋼結(jié)硬質(zhì)合金1957粉末高速鋼1968粉末冶金特點(diǎn)及與其他成形工藝的比較（一）一般特點(diǎn)1．優(yōu)點(diǎn)（1）可生產(chǎn)普通熔鑄法難于生產(chǎn)的材料

①多孔材料（孔隙度可控）；

②假合金（如Cu-W）；③復(fù)合材料，如硬質(zhì)合金和金屬陶瓷、彌散強(qiáng)化材料、纖維強(qiáng)化材料；

④特種陶瓷（結(jié)構(gòu)陶瓷、功能陶瓷）；某些P/M材料與熔鑄材料相比，性能更優(yōu)越

①避免成分偏析、晶粒細(xì)，組織均勻，性能大幅提高。如，粉末高速鋼、粉末高溫合金。

②鎢、鉬、鉭等難熔金屬采用熔鑄法晶粒粗大、純度低，工業(yè)上一般采用粉末冶金方法生產(chǎn)。（3）對(duì)制品成型有明顯優(yōu)勢(shì)

①是一種少切削、無(wú)切削工藝（近凈成型nearnet-shape）；②可大批量生產(chǎn)同一零件；

③形狀很復(fù)雜零件（如齒輪、凸輪或多功能零件）的制造公差窄；

④不需或可簡(jiǎn)化機(jī)械的精加工作業(yè)；

⑤節(jié)能、省材；

⑥可制造自潤(rùn)滑材料。2．缺點(diǎn)

①粉末成本高；

②形狀、尺寸受到一定限制；

③成形模具較貴；一般要生產(chǎn)量在5000～10000個(gè)/批，才經(jīng)濟(jì)。

④燒結(jié)零件韌性相對(duì)差（但可通過(guò)粉模鍛造或復(fù)燒改善）。與其他成型工藝比較（制造金屬結(jié)構(gòu)件）1．和熔鑄技術(shù)比較粉末冶金優(yōu)勢(shì)：①粉末冶金制件表面光潔度高；②制造的尺寸公差很窄，尺寸精確；③合金化與制取復(fù)合材料的可能性大④組織均一（無(wú)偏聚、砂眼、縮孔）、力學(xué)性能可靠；⑤在經(jīng)濟(jì)上，粉末冶金工藝能耗小。鑄造優(yōu)勢(shì)：①形狀不受限制；（粉末冶金注射成形形狀也不受限制，但只能生產(chǎn)小制件）②適于制造大型零件；③零件生產(chǎn)批量小時(shí)，經(jīng)濟(jì)；④一般說(shuō)來(lái)，工、模具費(fèi)用低。2．和熱模鍛技術(shù)比較粉末冶金優(yōu)勢(shì)：①粉末冶金制件精度比精鍛高；②粉末鍛造節(jié)省材料、重量控制精確、可無(wú)非邊鍛造，也能制造形狀較復(fù)雜制件；③粉末鍛造只需一副成形模具和一副鍛模；熱鍛需兩副以上鍛模、一副修邊模。熱模鍛優(yōu)勢(shì)：①可制造大型零件；②鍛件力學(xué)性能比燒結(jié)粉末冶金零件高，但與粉末鍛造件相當(dāng)；③可制造形狀復(fù)雜程度較高的制品。粉末冶金定義：

制取金屬及化合物粉末，采用成形和燒結(jié)工藝制成金屬材料、復(fù)合材料、陶瓷材料及其它們的制品的技術(shù)科學(xué)。多學(xué)科交叉的綜合性技術(shù)。涉及到化工、冶金、材料制備、壓力加工、熱工、機(jī)械、自動(dòng)控制等學(xué)科技術(shù)。最大可制造：3噸的制件（熱等靜壓）；最?。毫泓c(diǎn)零幾克（～0.01克）；制品最小厚度：可達(dá)15～20μm

粉末冶金一般工藝（1）制粉（2）物料準(zhǔn)備（3）成形（4）燒結(jié)單元系燒結(jié)多元系燒結(jié)固相燒結(jié)液相燒結(jié)熱壓（熱等靜壓）、熔浸等。（5）燒結(jié)后處理粉末冶金生產(chǎn)工藝選擇粉末冶金技術(shù)需考慮的方面①零件生產(chǎn)批量對(duì)模具與壓制設(shè)備的投資是否合算？②粉末冶金工藝能否滿足對(duì)零件的功能與形狀提出的技術(shù)要求？③采用的粉末冶金材料能否達(dá)到所要求的物理-力學(xué)性能？④與可采用的其他成形工藝相比，生產(chǎn)成本是不是最經(jīng)濟(jì)？金屬粉末和粉末冶金材料、制品的應(yīng)用工業(yè)部門金屬粉末和粉末冶金材料、制品應(yīng)用舉例地質(zhì)、采礦工具硬質(zhì)合金，金剛石-金屬材料機(jī)械加工硬質(zhì)合金，陶瓷刀具，粉末高速鋼汽車、拖拉機(jī)制造機(jī)械零件，摩擦材料，多孔含油軸承，過(guò)濾器機(jī)床制造、紡織機(jī)械機(jī)械零件，多孔含油軸承等機(jī)車制造多孔含油軸承，摩擦材料等造船多孔含油軸承，摩擦材料，油漆用鋁粉等冶金礦山機(jī)械多孔含油軸承，機(jī)械零件，等電機(jī)制造多孔含油軸承，銅-石墨電刷，硬磁材料精密儀器、儀表零件硬磁材料，軟磁材料，功能陶瓷等工業(yè)爐電熱材料，電真空材料電氣和電子工業(yè)電接觸材料，電真空材料，磁性材料，功能陶瓷無(wú)線電和電視磁性材料，功能陶瓷等五金和辦公用具機(jī)械零件等醫(yī)療器械機(jī)械零件，特殊器械等化學(xué)、石油工業(yè)過(guò)濾器，防腐零件，催化劑載體等軍事工業(yè)穿甲彈頭，炮彈箍，軍械零件等航空摩擦材料，過(guò)濾器，粉末超合金等航天和火箭難熔金屬及合金，纖維強(qiáng)化材料，發(fā)汗材料等原子能工業(yè)核燃料元件，反應(yīng)堆結(jié)構(gòu)材料，控制材料等粉末冶金技術(shù)的新發(fā)展（1）與其他技術(shù)交叉產(chǎn)生新技術(shù)注射成形，粉末擠壓，流延成形，直接凝固注模，粉末軋制，爆炸成型，噴射成形，燒結(jié)熱等靜壓，微波燒結(jié)，放電等離子體燒結(jié)，激光燒結(jié)……（2）向計(jì)算機(jī)控制集成自動(dòng)化方向發(fā)展（3）粉末冶金近凈成形技術(shù)（nearnet-shape）發(fā)展如，注射成形，粉末擠壓等（4）粉末冶金快速成形技術(shù)發(fā)展如，選擇性激光燒結(jié)，噴射成形等（5）用于各種新材料及其成形加工如，納米材料及其成形工藝，新型復(fù)合材料，新型功能材料。部分粉末冶金材料、制品

金屬注射成型制品粉末鍛件(a)(b)HIP制品熱等靜壓制品硬質(zhì)合金、金屬陶瓷模具硬質(zhì)合金鉆頭、棒硬質(zhì)合金軋輥等金屬切削刀片硬質(zhì)合金、CBN、金屬陶瓷金剛石、CBN制品鎢基高密度合金Nd-Fe-B、Sm-Co、鐵氧體永磁軟磁鐵氧體精細(xì)陶瓷制品PTC

壓敏

成形方法成形是粉末冶金工藝的重要步驟。成形的目的是制得具有一定形狀、尺寸、密度和強(qiáng)度的壓坯。粉末冶金常用的成形方法如下所示。模壓成形是最基本方法。松裝燒結(jié)粉漿澆注模壓成形熱壓成形等靜壓成形軋制成形離心成形擠壓成形爆炸成形成形無(wú)壓成形加壓成形第二章粉末壓制成形新技術(shù)1.粉末預(yù)處理預(yù)處理包括：粉末退火，篩分，混合，制粒，加潤(rùn)滑劑等。

粉末的預(yù)先退火可使氧化物還原，降低碳和其他雜質(zhì)的含量，提高粉末的純度；同時(shí)，還能消除粉末的加工硬化、穩(wěn)定粉末的晶體結(jié)構(gòu)。

篩分的目的在于把顆粒大小不同的原始粉末進(jìn)行分級(jí)。

混合一般是指將兩種或兩種以上不同成分的粉末混合均勻的過(guò)程?；旌峡刹捎脵C(jī)械法和化學(xué)法。

制粒是將小顆粒的粉末制成大顆?；驁F(tuán)粒的工序，以此來(lái)改善粉末的流動(dòng)性。

第二章粉末壓制成形新技術(shù)2.壓制成形

壓模壓制是將置于壓模內(nèi)的松散粉末施加一定的壓力后，成為具有一定尺寸、形狀和一定密度、強(qiáng)度的壓坯。粉末的壓縮過(guò)程一般采用壓坯密度——成形壓力曲線來(lái)表示。壓坯密度變化分為三個(gè)階段?；瑒?dòng)階段：在壓力作用下粉末顆粒發(fā)生相對(duì)位移，填充孔隙，壓坯密度隨壓力增加而急劇增加；二是粉末體出現(xiàn)壓縮阻力，即使再加壓其孔隙度不能再減少，密度不隨壓力增高而明顯變化；三是當(dāng)壓力超過(guò)粉末顆粒的臨界壓力時(shí)，粉末顆粒開(kāi)始變形，從而使其密度又隨壓力增高而增加。模壓示意圖壓坯密度與壓力壓坯密度分布不均勻：用石墨粉作隔層的單向壓制實(shí)驗(yàn)，得到如圖5-4所示的壓坯形狀，各層的厚度和形狀均發(fā)生了變化，由圖5-5可知在任何垂直面上，上層密度比下層密度大；在水平面上，接近上模沖的斷面的密度分布是兩邊大，中間小；而遠(yuǎn)離上模沖的截面的密度分別是中間大，兩邊小。因?yàn)榉勰w在壓模內(nèi)受力后向各個(gè)方向流動(dòng)，于是引起垂直于壓模壁的側(cè)壓力。側(cè)壓力引起摩擦力，會(huì)使壓坯在高度方向存在明顯的壓力降。

a)壓制前b)壓制后用石墨粉作隔層的單向壓坯

a）單向壓制b)雙向壓制壓坯密度沿高度分布圖為了改善壓坯密度的不均勻性，一般采取以下措施：

1）減小摩擦力：模具內(nèi)壁上涂潤(rùn)滑油或采用內(nèi)壁更光潔的模具；2）采用雙向壓制以改善壓坯密度分布的不均勻性；3）模具設(shè)計(jì)時(shí)盡量降低高徑比。

a)單向壓制b)雙向壓制壓坯密度沿高度方向的分布圖粉末的壓制一般在普通機(jī)械式壓力機(jī)或液壓機(jī)上進(jìn)行。常用的壓力機(jī)噸位一般為500～5000kN。a)填充粉料b)雙向壓坯c)上沖模復(fù)位d)頂出坯塊雙向壓制粉末冶金坯塊工步示意圖傳統(tǒng)壓制技術(shù)的局限1、模具要求高，占用生產(chǎn)成本比例大；2、所加工部件尺寸受到限制；3、部件密度分布不均勻；4、脫模困難，工序長(zhǎng)，生產(chǎn)效率低。第二章粉末冶金成型新技術(shù)1.動(dòng)磁壓制技術(shù)原理:將粉末裝于一個(gè)導(dǎo)電的容器(護(hù)套)內(nèi),置于高強(qiáng)磁場(chǎng)線圈的中心腔中。電容器放電在數(shù)微秒內(nèi)對(duì)線圈通入高脈沖電流,線圈腔中形成磁場(chǎng),護(hù)套內(nèi)產(chǎn)生感應(yīng)電流。感應(yīng)電流與施加磁場(chǎng)相互作用,產(chǎn)生由外向內(nèi)壓縮護(hù)套的磁力,因而粉末得到二維壓制。整個(gè)壓制過(guò)程不足1ms。第二章粉末冶金成型新技術(shù)動(dòng)磁壓制的優(yōu)點(diǎn):

由于不使用模具,成型時(shí)模壁摩擦減少到0，因而可達(dá)到更高的壓制壓力,有利于提高產(chǎn)品，并且生產(chǎn)成本低；由于在任何溫度與氣氛中均可施壓,并適用于所有材料,因而工作條件更加靈活；由于這一工藝不使用潤(rùn)滑劑與粘結(jié)劑,因而成型產(chǎn)品中不含有雜質(zhì)，性能較高，而且還有利于環(huán)保。第二章粉末冶金成型新技術(shù)

許多合金鋼粉用動(dòng)磁壓制做過(guò)實(shí)驗(yàn),粉末中不添加任何潤(rùn)滑劑,生坯密度均在95%以上。動(dòng)磁壓制件可以在常規(guī)燒結(jié)條件下進(jìn)行燒結(jié),其力學(xué)性能高于傳統(tǒng)壓制件。動(dòng)磁壓制適用于制造柱形對(duì)稱的近終形件、薄壁管、縱橫比高的零件和內(nèi)部形狀復(fù)雜的零件。1.動(dòng)磁壓制技術(shù)第二章粉末冶金成型新技術(shù)

動(dòng)磁壓制有可能使電機(jī)設(shè)計(jì)與制造方法產(chǎn)生革命性變化,由粉末材料一次制成近終形定子與轉(zhuǎn)子,從而獲得高性能產(chǎn)品,大大降低生產(chǎn)成本。動(dòng)磁壓制正用于開(kāi)發(fā)高性能粘結(jié)釹鐵硼磁體與燒結(jié)釤鈷磁體。由于動(dòng)磁壓制的粘結(jié)釹鐵硼磁體密度高,其磁能積可提高15%-20%。1.動(dòng)磁壓制技術(shù)第二章粉末冶金成型新技術(shù)

動(dòng)磁壓制的亞毫秒壓制過(guò)程有助于保持材料的顯微結(jié)構(gòu)不變,因而也提高了材料性能。對(duì)于象Ｗ、ＷＣ與陶瓷粉末等難壓制材料,動(dòng)磁壓制可達(dá)到較高的密度,從而降低燒結(jié)收縮率。目前許多動(dòng)磁壓制的應(yīng)用已接近工業(yè)化階段,第一臺(tái)動(dòng)磁壓制系統(tǒng)已在運(yùn)行中。1.動(dòng)磁壓制技術(shù)第二章粉末冶金成型新技術(shù)

2.高速壓制

瑞典開(kāi)發(fā)出粉末冶金用高速壓制法。這可能是粉末冶金工業(yè)的又一次重大技術(shù)突破。高速壓制采用液壓沖擊機(jī),它與傳統(tǒng)壓制有許多相似之處,但關(guān)鍵是壓制速度比傳統(tǒng)快500～1000倍,其壓頭速度高達(dá)2～30m/s,因而適用于大批量生產(chǎn)。液壓驅(qū)動(dòng)的重錘(5～1200kg)可產(chǎn)生強(qiáng)烈沖擊波,0.02s內(nèi)將壓制能量通過(guò)壓模傳給粉末進(jìn)行致密化。重錘的質(zhì)量與沖擊時(shí)的速度決定壓制能量與致密化程度。第二章粉末冶金成型新技術(shù)

2.高速壓制

高速壓制的另一個(gè)特點(diǎn)是產(chǎn)生多重沖擊波，間隔約03s的一個(gè)個(gè)附加沖擊波將密度不斷提高。這種多重沖擊提高密度的一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是,可用比傳統(tǒng)壓制小的設(shè)備制造重達(dá)5kg以上的大零件。高速壓制適用于制造閥座、氣門導(dǎo)管、主軸承蓋、輪轂、齒輪、法蘭、連桿、軸套及軸承座圈等產(chǎn)品。第二章粉末冶金成型新技術(shù)

2.高速壓制與傳統(tǒng)壓制相比,高速壓制的優(yōu)點(diǎn)是：壓制件密度提高，提高幅度在0.3g/cm3左右；壓制件抗拉強(qiáng)度可提高20%～25%；高速壓制壓坯徑向彈性后效很小,脫模力較低；高速壓制的密度較均勻,其偏差小于0.01g/cm3。

第二章粉末冶金成型新技術(shù)

3.溫壓成型技術(shù)

溫壓技術(shù)是近幾年新發(fā)展的一項(xiàng)新技術(shù)。它是在混合物中添加高溫新型潤(rùn)滑劑，然后將粉末和模具加熱至423K左右進(jìn)行剛性模壓制，最后采用傳統(tǒng)的燒結(jié)工藝進(jìn)行燒結(jié)的技術(shù)，是普通模壓技術(shù)的發(fā)展與延伸，被國(guó)際粉末冶金界譽(yù)為“開(kāi)創(chuàng)鐵基粉末冶金零部件應(yīng)用新紀(jì)元”和“導(dǎo)致粉末冶金技術(shù)革命”的新型成型技術(shù)。

3.溫壓成型技術(shù)

其與傳統(tǒng)模壓工藝主要區(qū)別之處在于壓制過(guò)程中將粉末和模具加熱到一定的溫度，溫度通常設(shè)定在130~150℃范圍以內(nèi)，可使鐵基粉末冶金零件密度提高0.15～0.4g/cm3，粉末壓坯相對(duì)密度可達(dá)到98-99%。在該工藝中，為了充分發(fā)揮在壓制過(guò)程中的顆粒重排和塑性變形等溫壓致密化機(jī)制，往往需要優(yōu)化原料粉末設(shè)計(jì)（如形狀、粒度組成的選擇），通過(guò)退火或擴(kuò)散退火處理以改善粉末塑性，以及往粉末中摻入高性能高溫潤(rùn)滑劑（添加量通常為0.6wt%）。

3.溫壓成型技術(shù)

第二章粉末冶金成型新技術(shù)

3.溫壓成型技術(shù)

特點(diǎn)：（1）密度高且分布均勻

常規(guī)一次壓制-燒結(jié)最高密度一般為7.1g/cm3左右，溫壓一次壓制-燒結(jié)密度可達(dá)到7.40-7.50g/cm3，溫壓二次壓制-燒結(jié)密度可高達(dá)7.6g/cm3左右。溫壓工藝中高性能潤(rùn)滑劑保證了粉末與模壁之間具有較低的摩擦系數(shù)，使得壓坯密度分布更加均勻，采用溫壓工藝制備齒輪類零件時(shí)齒部與根部間的密度差比常規(guī)壓制工藝低0.1～0.2g/cm3。

第二章粉末冶金成型新技術(shù)

3.溫壓成型技術(shù)

特點(diǎn)：（2）生坯強(qiáng)度高常規(guī)工藝的生坯強(qiáng)度約為10~20MPa，溫壓壓坯的強(qiáng)度則為25~30MPa，提高了1.25-2倍。生坯強(qiáng)度的提高可以大大降低產(chǎn)品在轉(zhuǎn)移過(guò)程中出現(xiàn)的掉邊、掉角等缺陷，有利于制備形狀復(fù)雜的零件；同時(shí)，還有望對(duì)生坯直接進(jìn)行機(jī)加工，免去燒結(jié)后的機(jī)加工工序，降低了生產(chǎn)成本。這一點(diǎn)在溫壓-燒結(jié)連桿制備中表現(xiàn)得尤為明顯。

第二章粉末冶金成型新技術(shù)

3.溫壓成型技術(shù)

特點(diǎn)：（2）生坯強(qiáng)度高常規(guī)工藝的生坯強(qiáng)度約為10~20MPa，溫壓壓坯的強(qiáng)度則為25~30MPa，提高了1.25-2倍。生坯強(qiáng)度的提高可以大大降低產(chǎn)品在轉(zhuǎn)移過(guò)程中出現(xiàn)的掉邊、掉角等缺陷，有利于制備形狀復(fù)雜的零件；同時(shí)，還有望對(duì)生坯直接進(jìn)行機(jī)加工，免去燒結(jié)后的機(jī)加工工序，降低了生產(chǎn)成本。這一點(diǎn)在溫壓-燒結(jié)連桿制備中表現(xiàn)得尤為明顯。

第二章粉末冶金成型新技術(shù)

3.溫壓成型技術(shù)

特點(diǎn)：（3）脫模壓力小溫壓工藝脫模壓力(Slidepressure)約為10~20MPa，而常規(guī)工藝卻高達(dá)55~75MPa，其降低幅度超過(guò)60%。低的脫模壓力意味著溫壓工藝易于壓制形狀復(fù)雜的鐵基P/M零件和減小模具磨損從而延長(zhǎng)其使用壽命。

第二章粉末冶金成型新技術(shù)

3.溫壓成型技術(shù)

特點(diǎn)：（4）表面精度高由于溫壓工藝使壓坯密度升高，而且溫壓中處于粘流態(tài)的潤(rùn)滑劑具有良好的“整平”作用，因此它可以使鐵基粉末冶金零件表面精度提高2個(gè)IT等級(jí)，使納米晶硬質(zhì)合金粉末壓坯表面精度提高3個(gè)IT等級(jí)。第二章粉末冶金成型新技術(shù)

3.溫壓成型技術(shù)

溫壓技術(shù)研究和開(kāi)發(fā)的核心：預(yù)合金化粉末的制造技術(shù)；新型聚合物潤(rùn)滑劑的設(shè)計(jì)；石墨粉末有效添加技術(shù)；無(wú)偏析粉末的制造技術(shù)；溫壓系統(tǒng)制備技術(shù)。第二章粉末冶金成型新技術(shù)

3.溫壓成型技術(shù)

溫壓技術(shù)主要適合生產(chǎn)鐵基合金零件。同時(shí)人們正在嘗試用這種技術(shù)制備銅基合金等多種材料零件。由于溫壓零件的密度得到了較好的提高，從而大大提高了鐵基等粉末冶金制品的可靠性，因此溫壓技術(shù)在汽車制造機(jī)械制造、武器制造等領(lǐng)域存在著廣闊的應(yīng)用前景。第二章粉末冶金成型新技術(shù)

3.溫壓成型技術(shù)

溫壓技術(shù)主要適合生產(chǎn)鐵基合金零件。同時(shí)人們正在嘗試用這種技術(shù)制備銅基合金等多種材料零件。由于溫壓零件的密度得到了較好的提高，從而大大提高了鐵基等粉末冶金制品的可靠性，因此溫壓技術(shù)在汽車制造機(jī)械制造、武器制造等領(lǐng)域存在著廣闊的應(yīng)用前景。第二章粉末冶金成型新技術(shù)4.流動(dòng)溫壓技術(shù)

流動(dòng)溫壓技術(shù)以溫壓技術(shù)為基礎(chǔ),并結(jié)合了金屬注射成形的優(yōu)點(diǎn),通過(guò)加入適量的微細(xì)粉末和加大潤(rùn)滑劑的含量而大大提高了混合粉末的流動(dòng)性、填充能力和成形性,這一工藝是利用調(diào)節(jié)粉末的填充密度與潤(rùn)滑劑含量來(lái)提高粉末材料的成形性。它是介于金屬注射成形與傳統(tǒng)模壓之間的一種成形工藝。第二章粉末冶金成型新技術(shù)4.流動(dòng)溫壓技術(shù)

流動(dòng)溫壓技術(shù)的關(guān)鍵是提高混合粉末的流動(dòng)性，主要通過(guò)兩種方法來(lái)實(shí)現(xiàn)：第一種方法是:向粉末中加入精細(xì)粉末。這種精細(xì)粉末能夠填充在大顆粒之間的間隙中,從而提高了混合粉末的松裝密度。第二種方法是:比傳統(tǒng)粉末冶金工藝加入更多的粘結(jié)劑和潤(rùn)滑劑,但其加入量要比粉末注射成形少得多。粘結(jié)劑或潤(rùn)滑劑的加入量達(dá)到最優(yōu)化后,混合粉末在壓制中就轉(zhuǎn)變成一種填充性很高的液流體。第二章粉末冶金成型新技術(shù)4.流動(dòng)溫壓技術(shù)

將上述兩種方法結(jié)合起來(lái),混合粉末在壓制溫度下就可轉(zhuǎn)變成為流動(dòng)性很好的黏流體,它既具有液體的所有優(yōu)點(diǎn),又具有很高的黏度?；旌戏勰┑牧髯冃袨槭沟梅勰┰趬褐七^(guò)程中可以流向各個(gè)角落而不產(chǎn)生裂紋。第二章粉末冶金成型新技術(shù)流動(dòng)溫壓工藝主要特點(diǎn)如下:(1)可成形零件的復(fù)雜幾何形狀。國(guó)外已利用常規(guī)溫壓工藝成功制備出了一些形狀較復(fù)雜的粉末冶金零件,如汽車傳動(dòng)轉(zhuǎn)矩變換器渦輪轂、連桿和齒輪類零件等。

(2)密度高、性能均一。流動(dòng)溫壓工藝由于松裝密度較高,經(jīng)溫壓后的半成品密度可以達(dá)到很高的值。由于流動(dòng)溫壓工藝中粉末的良好流動(dòng)性,由此得到的材料密度也更加均勻。第二章粉末冶金成型新技術(shù)4.流動(dòng)溫壓技術(shù)

(3)適應(yīng)性較好。流動(dòng)溫壓工藝已經(jīng)用于低合金鋼粉、不銹鋼316L粉、純Ti粉和WC-Co硬質(zhì)合金粉末。原則上它可適用于所有的粉末體系，唯一的條件是該粉末體系須具有足夠好的燒結(jié)性能,以便達(dá)到所要求的密度和性能。

(4)簡(jiǎn)化了工藝,降低了成本。第二章粉末冶金成型新技術(shù)4.冷成形工藝

美國(guó)開(kāi)發(fā)出一種能在室溫下生產(chǎn)全致密零件而無(wú)需后續(xù)燒結(jié)的粉末冶金工藝。此工藝稱之為“冷成形粉末冶金”。它采用特殊配制的活化溶液與革新的進(jìn)料靴技術(shù),在壓力下精確地將粉末注入模中。加壓輸送的進(jìn)料靴使粉末填充更加均勻,而活性溶液則防止形成氧化物,從而大大促進(jìn)了冷焊效應(yīng)。第二章粉末冶金成型新技術(shù)4.冷成形工藝

采用這一工藝可制得全致密的接近最終形狀的零件，而壓制后無(wú)需燒結(jié)及機(jī)加工。此工藝采用包覆粉末。但許多市售的金屬或非金屬粉末也可使用。目前該工藝的開(kāi)發(fā)工作主要集中于生產(chǎn)熱操作零件，但這一工藝也適用于生產(chǎn)結(jié)構(gòu)件及其他用途的零件。第二章粉末冶金成型新技術(shù)5.注射成形技術(shù)金屬粉末注射成形技術(shù)是隨著高分子材料的應(yīng)用而發(fā)展起來(lái)的一種新型固結(jié)金屬粉、金屬陶瓷粉和陶瓷粉的特殊成形方法。它是使用大量熱塑性粘結(jié)劑與粉料一起注入成形模中，施于低而均勻的等靜壓力，使之固結(jié)成形，然后脫粘結(jié)劑燒結(jié)。第二章粉末冶金成型新技術(shù)5.注射成形技術(shù)這種技術(shù)能夠制造用常規(guī)模壓粉末的技術(shù)無(wú)法制造的復(fù)雜形狀結(jié)構(gòu)（如帶有螺紋、垂直或高叉孔銳角、多臺(tái)階、壁、翼等）制品，具有更高的材質(zhì)密度（93%~100%的理論密度）和強(qiáng)韌性，并具有材質(zhì)各向同性等特性。目前該項(xiàng)技術(shù)成為粉末冶金領(lǐng)域最具活力的新技術(shù)并已進(jìn)入工業(yè)化生產(chǎn)階段。第二章粉末冶金成型新技術(shù)5.注射成形技術(shù)金屬粉末注射成型技術(shù)制作的產(chǎn)品有齒輪汽車部件、通信器械元件(如手機(jī)的情報(bào)通信器械和計(jì)算機(jī)的OA器件)、電動(dòng)工具、門鎖、樂(lè)器、醫(yī)療器件和縫紉機(jī)元件、工業(yè)設(shè)備元件和磁性元件、槍支瞄準(zhǔn)器支架、手槍退子鉤和撞針、窗戶鎖扇形塊、紡織機(jī)的三角塊、眼鏡框架的柔性鉸鏈、眼鏡腳、手表表殼等。產(chǎn)品都有一個(gè)明顯的特點(diǎn)：其結(jié)構(gòu)小而復(fù)雜，密度和精度高等。制作材料除鐵鎳合金外，還有鈦及鈦合金、鋁及鋁合金、超硬合金和重合金等。第二章粉末冶金成型新技術(shù)5.注射成形技術(shù)微注射成型傳統(tǒng)粉末注射成形技術(shù),可制得01～1ｍｍ尺寸的部件,已制得最小20mg的零件。但隨著微型系統(tǒng)的發(fā)展,包括微觀光學(xué),最小侵害外科及微觀射流技術(shù)等,需要形狀復(fù)雜、尺寸在微米范圍內(nèi)的金屬與陶瓷零件。微注射成形適用于大規(guī)模制造微型結(jié)構(gòu)件。第二章粉末冶金成型新技術(shù)5.注射成形技術(shù)德國(guó)在10年前就開(kāi)始研究微注射成形技術(shù),不過(guò)所用的原料為熱塑性塑料,最小件尺寸已達(dá)0.2μｍ。德國(guó)在此研究的基礎(chǔ)上,現(xiàn)正研究微金屬注射成形與微陶恣注射成形技術(shù)。所用粉末為平均粒度15μｍ的羰基鐵粉,4～5μｍ的不銹鋼粉和0.6μｍ的氧化鋁粉。所用粘結(jié)劑有自混聚烯烴/蠟化合物與常態(tài)聚醛基化合物。研究中的脫粘結(jié)劑方法有加熱去除有機(jī)物法,聚醛基化合物催化脫粘結(jié)劑法及超臨界二氧化碳脫粘結(jié)劑法。第二章粉末冶金成型新技術(shù)5.注射成形技術(shù)所制的產(chǎn)品復(fù)壓后密度達(dá)98%，線性收縮15%～22%。最小微陶瓷注射成形結(jié)構(gòu)件尺寸達(dá)10μｍ，微注射陶瓷齒輪重量?jī)H為05mg，最小的微金屬注射成形件尺寸為50μｍ。微注射成形用于微型泵、微型齒輪、微型渦輪、最小損傷外科用的微型導(dǎo)管等。第二章粉末冶金成型新技術(shù)6.快速原型制作技術(shù)

選擇激光燒結(jié)法是用激光束一層一層地?zé)Y(jié)生產(chǎn)塑料原型?，F(xiàn)在可選用多種粉末,包括金屬粉末與陶瓷粉末。金屬粉末選擇激光燒結(jié),旨在直接生產(chǎn)功能部件。這使工業(yè)界對(duì)它產(chǎn)生了極大興趣,因?yàn)樗诋a(chǎn)品開(kāi)發(fā)過(guò)程中,節(jié)省時(shí)間并降低成本。第二章粉末冶金成型新技術(shù)6.快速原型制作技術(shù)選擇激光燒結(jié)法（SLS）工藝原理圖第二章粉末冶金成型新技術(shù)6.快速原型制作技術(shù)SLS系統(tǒng)設(shè)備第二章粉末冶金成型新技術(shù)6.快速原型制作技術(shù)SLS產(chǎn)品第二章粉末冶金成型新技術(shù)6.快速原型制作技術(shù)

多相噴射固結(jié)法是一種新的自由成形技術(shù)?？捎糜谥圃焐镝t(yī)學(xué)零件,如像矯形植入物、牙齒矯正與修復(fù)材料、一般修復(fù)外科用部件等。多相噴射固結(jié)法,根據(jù)ＣＴ掃瞄得到的假體的三維描述,就可以制造出通常外科所需零件,而無(wú)需開(kāi)刀去實(shí)際測(cè)量。將金屬粉或陶瓷粉與粘結(jié)劑混合,形成均勻混合料。多相噴射固結(jié)法就是將這些混合料按技術(shù)要求進(jìn)行噴射,一層一層地形成一個(gè)零件。在部件形成之后,其中的粘結(jié)相用化學(xué)法或者加熱去除,而后燒結(jié)到最終密度。第二章粉末冶金成型新技術(shù)6.快速原型制作技術(shù)多相噴射固結(jié)法流程示意圖第二章粉末冶金成型新技術(shù)6.快速原型制作技術(shù)

三維印刷法是美國(guó)麻省理工學(xué)院發(fā)明的。該法是根據(jù)印刷技術(shù),通過(guò)計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì),將粘結(jié)劑精確沉積到一層金屬粉末上。這樣反復(fù)逐層印刷,直至達(dá)到最終的幾何形狀。由此便得到一個(gè)生坯件。生坯件經(jīng)燒結(jié)并在爐中熔滲,可達(dá)到全密度。第二章粉末冶金成型新技術(shù)6.快速原型制作技術(shù)

三維印刷法不同于原型制做的選擇激光燒結(jié)法。后者一次只能制做一個(gè)零件,而前者可同時(shí)生產(chǎn)幾個(gè)形狀不同的零件。三維印刷法有兩個(gè)優(yōu)點(diǎn):第一,它能制造任何形狀的零件,包括有空腔、內(nèi)通孔、有錐度或泡沫狀表面的零件。第二,生產(chǎn)速度快。采用耗時(shí)費(fèi)錢的傳統(tǒng)原型制作法,一個(gè)零件原型要數(shù)周或數(shù)月才能制成,而用三維印刷法,幾天便可完成。第二章粉末冶金成型新技術(shù)6.快速原型制作技術(shù)第三章粉末冶金燒結(jié)新技術(shù)

燒結(jié)決定了粉末冶金零件最終的物理和力學(xué)性能燒結(jié)是一種高溫?zé)崽幚?，包括?)燒結(jié)爐；（2)燒結(jié)氣氛；（3)燒結(jié)條件的選擇和控制燒結(jié)過(guò)程能源消耗大、設(shè)備投資高、產(chǎn)品質(zhì)量特性不能充分測(cè)定的特殊工序。第三章粉末冶金燒結(jié)新技術(shù)必須全面了解和掌握（1)燒結(jié)的基本原理；（2)燒結(jié)工藝，如：材料、溫度、時(shí)間、燒結(jié)氣氛、環(huán)境，燒結(jié)第三章粉末冶金燒結(jié)新技術(shù)定義燒結(jié)是將粉末或壓坯在低于主要組分熔點(diǎn)的溫度下進(jìn)行的熱處理。目的是使粉末顆粒間產(chǎn)生冶金結(jié)合，即使粉末顆粒之間由機(jī)械嚙合轉(zhuǎn)變成原子之間的晶界結(jié)合第三章粉末冶金燒結(jié)新技術(shù)Jk

第三章粉末冶金燒結(jié)新技術(shù)

(二)燒結(jié)的要求1．尺寸和形狀的精度要求燒結(jié)會(huì)使燒結(jié)體發(fā)生收縮或膨脹，并且由于壓坯密度分布不均勻以及爐子溫度的不均勻，使燒結(jié)體發(fā)生變形。造就需要嚴(yán)格的控制燒結(jié)條件，才能保證燒結(jié)產(chǎn)品的尺寸和形狀精度要求。第三章粉末冶金燒結(jié)新技術(shù)

2．密度的要求在燒結(jié)中．由于收縮或膨脹，因此燒結(jié)產(chǎn)品的密度、孔隙度和孔隙連通狀態(tài)會(huì)發(fā)生變化。相對(duì)密度和孔隙度表征粉末冶金零件密度的高低。作為自潤(rùn)滑的粉末冶金含油軸承還有連通孔隙的要求。

第三章粉末冶金燒結(jié)新技術(shù)3．組織結(jié)構(gòu)的要求對(duì)晶粒度、相結(jié)構(gòu)、相的分布、合金成分的分布以及孔隙度、孔隙大小和孔隙形狀。4．力學(xué)性能和物理性能的要求力學(xué)性能：強(qiáng)度、硬度、伸長(zhǎng)率和沖擊韌性等；物理性能：密度、導(dǎo)電性、導(dǎo)熱性和磁性等。

第三章粉末冶金燒結(jié)新技術(shù)燒結(jié)分類：1.固相燒結(jié)；（1)單元系固相燒結(jié)在熔點(diǎn)以下的溫度進(jìn)行．只發(fā)生顆粒之間冶金結(jié)合的燒結(jié)，無(wú)相組織和成分的變化（2)多元系固相燒結(jié)由兩種或兩種以上的組元組成的燒結(jié)體系，在低于低熔點(diǎn)組元熔點(diǎn)的溫度下進(jìn)行燒結(jié)。還發(fā)生各成分之間的合金化。第三章粉末冶金燒結(jié)新技術(shù)2.液相燒結(jié)粉末壓坯在高于燒結(jié)零件中低熔點(diǎn)組元熔點(diǎn)的溫度下進(jìn)行燒結(jié)．粉木顆粒之間的燒結(jié)和各成分之間的合金化是在有液相出現(xiàn)的狀態(tài)下進(jìn)行的。第三章粉末冶金燒結(jié)新技術(shù)第三章粉末冶金燒結(jié)新技術(shù)1.燒結(jié)頸的形成2.燒結(jié)頸的長(zhǎng)大第三章粉末冶金燒結(jié)新技術(shù)1.微波燒結(jié)技術(shù)

微波燒結(jié)是通過(guò)被燒結(jié)粉體吸收微波，將電磁波能量直接轉(zhuǎn)化成物質(zhì)中粒子的能量，使其內(nèi)部產(chǎn)生熱而燒結(jié)的方法。它熱效率高，可急速升溫縮短燒結(jié)時(shí)間，加上微波與粒子間的交互作用，降低了粒子間的活化能，加速材料的致密化。它比傳統(tǒng)電爐以熱傳導(dǎo)、熱對(duì)流和熱輻射的外部加熱方式有更高的效率。避免了外部加熱由于內(nèi)外溫度梯度而造成燒結(jié)體裂痕或大幅度變形等缺陷。第三章粉末冶金燒結(jié)新技術(shù)1.微波燒結(jié)技術(shù)雙頻微波燒結(jié)爐生產(chǎn)用大型微波燒結(jié)爐第三章粉末冶金燒結(jié)新技術(shù)1.微波燒結(jié)技術(shù)已燒結(jié)成多種材料：如陶瓷和鐵氧體等材料。另外，在日本又開(kāi)發(fā)出相似的毫米波燒結(jié)技術(shù)，并成功地在2023K下保溫1h燒結(jié)成全致密的AlN材料。第三章粉末冶金燒結(jié)新技術(shù)2.放電等離子燒結(jié)（SPS）

放電等離子燒結(jié)是將金屬等粉末裝入由石墨等材質(zhì)制成的模具內(nèi)，利用上、下模沖和通電電極將特定燒結(jié)電源和壓制壓力施加在燒結(jié)粉末。經(jīng)放電活化、熱塑變形和冷卻階段完成制取高性能材料或制件的一種方法。它是粉末冶金的一種新的燒結(jié)技術(shù)，是將電能和機(jī)械能同時(shí)賦于燒結(jié)粉末的一種新工藝。第三章粉末冶金燒結(jié)新技術(shù)2.放電等離子燒結(jié)（SPS）SPS燒結(jié)原理示意圖第三章粉末冶金燒結(jié)新技術(shù)2.放電等離子燒結(jié)（SPS）

SPS原理是利用強(qiáng)脈沖電流加在粉末顆粒上產(chǎn)生的諸多有利于快速燒結(jié)的效應(yīng)：1）由于脈沖放電產(chǎn)生的放電沖擊波以及電子、離子在電場(chǎng)中反方向的高速流動(dòng),可使粉末吸附的氣體逸散,粉末表面的起始氧化膜在一定程度上可被擊穿,使粉末得以凈化、活化;第三章粉末冶金燒結(jié)新技術(shù)2.放電等離子燒結(jié)（SPS）2）由于脈沖是瞬間、斷續(xù)、高頻率發(fā)生,在粉末顆粒未接觸部位產(chǎn)生的放電熱,以及粉末顆粒接觸部位產(chǎn)生的焦耳熱,

都大大促進(jìn)了粉末顆粒原子的擴(kuò)散,其擴(kuò)散系數(shù)比通常熱壓條件下的要大得多,而達(dá)到粉末燒結(jié)的快速化;3）快速脈沖電流的加入,無(wú)論是粉末內(nèi)的放電部位還是焦耳發(fā)熱部位,都會(huì)快速移動(dòng),使粉末的燒結(jié)能夠均勻化。第三章粉末冶金燒結(jié)新技術(shù)2.放電等離子燒結(jié)（SPS）與傳統(tǒng)的粉末冶金工藝相比，SPS工藝的特點(diǎn)是：粉末原料廣泛：各種金屬、非金屆、合金粉末，特別是活性大的各種粒度粉末都可以用作SPS燒結(jié)原科。成形壓力低：SPS燭結(jié)時(shí)經(jīng)充分微放電處理，燒結(jié)粉末表面處于向度活性化狀態(tài)．為此，其成形壓力只需要冷壓燒結(jié)的l/10~1/20。

燒結(jié)時(shí)間短：燒結(jié)小型制件時(shí)一般只需要數(shù)秒至數(shù)分鐘，其加熱速度可以高達(dá)106℃/s，自動(dòng)化生產(chǎn)小型制件時(shí)的生產(chǎn)率可達(dá)400件/h。第三章粉末冶金燒結(jié)新技術(shù)2.放電等離子燒結(jié)（SPS）采用石墨模具，成本低，加工方便。大氣下燒結(jié)：電火花燒結(jié)時(shí)一般是在大氣下進(jìn)行，甚至高活性鈹制件也可以在大氣下燒結(jié)。脈動(dòng)電源，通常采用的足直流與交流疊加的脈動(dòng)電源。節(jié)約能源，熱效率高，耗電量只相當(dāng)于電阻燒結(jié)的1/10。第三章粉末冶金燒結(jié)新技術(shù)2.放電等離子燒結(jié)（SPS）SPS可加工材料第三章粉末冶金燒結(jié)新技術(shù)2.放電等離子燒結(jié)（SPS）SPS技術(shù)制備梯度功能材料通過(guò)SPS技術(shù)可以制造陶瓷/金屬、聚合物/金屬以及其他耐熱梯度、耐磨梯度、硬度梯度、導(dǎo)電梯度、孔隙度梯度等材料。梯度層可到10多層。

第三章粉末冶金燒結(jié)新技術(shù)2.放電等離子燒結(jié)（SPS）美國(guó)國(guó)立標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)研究所和機(jī)械工程實(shí)驗(yàn)室與日本國(guó)際貿(mào)易工業(yè)部門合作,共同開(kāi)發(fā)了高效發(fā)動(dòng)機(jī)用的大尺寸耐熱、高強(qiáng)梯度材料。現(xiàn)已能批量生產(chǎn)150ｍｍ,厚15ｍｍ,11層的ZrO2

梯度材料。采用的SPS工藝參數(shù)是:壓力20～40MPa,溫度1243～1293Ｋ,升溫速率50K/Min,真空度10Pa。

采用SPS燒結(jié)得到了兩頭分別是100%的玻璃與100%的304不銹鋼,而中間呈4層的梯度材料。燒結(jié)溫度1073Ｋ,保持時(shí)間15Min,真空下進(jìn)行。第三章粉末冶金燒結(jié)新技術(shù)2.放電等離子燒結(jié)（SPS）SPS技術(shù)制備電磁材料通過(guò)SPS技術(shù)可以制造SiGe/PbTe/BiTe/FeSi/CoSb3系熱電轉(zhuǎn)換元件,以及廣泛用于電子領(lǐng)域的各種功能材料,如超導(dǎo)材料、磁性材料、靶材、介電材料、貯氫材料、形狀記憶材料、固體電池材料、光學(xué)材料等。第三章粉末冶金燒結(jié)新技術(shù)2.放電等離子燒結(jié)（SPS）SPS制備軟磁材料通常用急冷或噴射方法可得到FeMe(Nb、Zr、Hf)Ｂ的非晶合金,在稍高于晶化溫度處理后,可得到晶粒數(shù)10ｎｍ，具有體心立方結(jié)構(gòu)，高Bs

、磁損小的納米晶材料。但非晶合金目前只能是帶材或粉末,制作成品還需要將帶材重疊和用樹(shù)脂固結(jié),這使得成品的密度和Bs均變低。近年,日本采用SPS工藝研究FeMeＢ塊材的成形條件及磁性能。第三章粉末冶金燒結(jié)新技術(shù)2.放電等離子燒結(jié)（SPS）用SPS制取塊狀納米晶Fe90Zr7B3軟磁的過(guò)程是:先將由非晶薄帶經(jīng)球磨制成的50～150μｍ非晶粉末裝入WC/Co合金模具內(nèi),并在SPS燒結(jié)機(jī)上燒結(jié)(真空度1×10-2Pa以下、升溫速度0.09~1.7K/s、溫度673～873Ｋ、壓力590MPa),再把所得的燒結(jié)體在1×10-2Pa真空下、以37K/s速度加熱到923Ｋ、保溫后而制成。材料顯示較好的磁性能：最大磁導(dǎo)率29800、100Ｈｚ下的動(dòng)態(tài)磁導(dǎo)率3430,矯頑力12Ａ/ｍ。第三章粉末冶金燒結(jié)新技術(shù)2.放電等離子燒結(jié)（SPS）SPS制備塊狀納米晶FeMeB系永磁材料日本開(kāi)展了用SPS制備Fe66Co20Nd2Pr7B5異向性永磁的研究。將急冷制作的非晶薄帶球磨成37～105μｍ的粉末,裝入WC/Co合金模具內(nèi),在SPS燒結(jié)機(jī)上燒結(jié)(壓力374～636MPa,溫度673～873Ｋ),然后將燒結(jié)體在真空1×10-2Pa下、于973Ｋ進(jìn)行180s處理。結(jié)果表明:燒結(jié)溫度873Ｋ、壓力636MPa時(shí),燒結(jié)體的相對(duì)密度達(dá)976%～984%。經(jīng)磁性測(cè)定表明,燒結(jié)加壓方向的最大磁能積比平行方向的要大,并且隨著SPS燒結(jié)溫度和壓力的升高,異向性增加。第三章粉末冶金燒結(jié)新技術(shù)2.放電等離子燒結(jié)（SPS）日本還研究了用作交換彈簧永磁Fe76Nd9Co8V1B6塊狀納米晶材料的研究。采用SPS工藝,將急冷制取的薄帶燒結(jié)成塊材。試驗(yàn)結(jié)果表明:采用壓力940MPa、溫度948K、保溫1Min的SPS工藝可得到很好的磁性:Br=1.02T,Hcj=461kA/ｍ,(BH)ｍ=122kJ/m3,Hk/Hcj=30%,ρ=7.67g/cm3。在373Ｋ×1ｈ加熱條件下,材料的不可逆磁損只有4%,與MQP-B粘結(jié)磁體大致相同。第三章粉末冶金燒結(jié)新技術(shù)2.放電等離子燒結(jié)（SPS）SPS制備BaTiO3高介電材料日本報(bào)道了將BaTiO3粉末裝入石墨模具內(nèi),采用SPS工藝(加壓39MPa,通入電流4000Ａ,溫度1373Ｋ,時(shí)間3Min)制成的燒結(jié)體,其密度可達(dá)5.82g/cm3,達(dá)到理論密度的97%,而采用傳統(tǒng)燒結(jié)方法只能達(dá)到88%;SPS燒結(jié)體的晶粒尺寸基本上為0.5μｍ,而傳統(tǒng)燒結(jié)時(shí)為1～1.5μｍ。SPS燒結(jié)體的介電系數(shù)達(dá)到6200,而傳統(tǒng)燒結(jié)僅能達(dá)到2400。第三章粉末冶金燒結(jié)新技術(shù)2.放電等離子燒結(jié)（SPS）SPS技術(shù)生產(chǎn)硬質(zhì)合金在日本SPS首先投入批量生產(chǎn)的是硬質(zhì)合金。住友石炭礦業(yè)株式會(huì)社已在北海道建立了SPS生產(chǎn)超級(jí)硬質(zhì)合金的示范工廠,并形成TC系列產(chǎn)品。下表列出TC10、TC20以及無(wú)鈷TC00合金的性能。第三章粉末冶金燒結(jié)新技術(shù)2.放電等離子燒結(jié)（SPS）SPS技術(shù)生產(chǎn)精細(xì)陶瓷由于SPS脈沖放電特有的燒結(jié)效應(yīng),可廣泛燒結(jié)各種氧化物、氮化物、硅化物、碳化物、硼化物等。SPS燒結(jié)的Si3N4+Al2O3精細(xì)陶瓷(環(huán)形、圓筒形、圓柱、圓餅等)作為耐熱耐磨材料已被廣泛應(yīng)用。SPS燒結(jié)可抑制晶粒長(zhǎng)大、消除微孔和燒結(jié)不均勻性,相對(duì)密度達(dá)到99%～100%,HV達(dá)到20GPa以上。第三章粉末冶金燒結(jié)新技術(shù)2.放電等離子燒結(jié)（SPS）高純、高密度SiC的燒結(jié)采用SPS可使不含結(jié)合劑的SiC燒結(jié)到99%以上的理論密度,而采用傳統(tǒng)燒結(jié)法只能達(dá)到92%～93%。SPS的燒結(jié)工藝為:溫度2673Ｋ、升溫和保溫時(shí)間7Min。下表列出在兩種燒結(jié)方法下SiC陶瓷性能的比較。第三章粉末冶金燒結(jié)新技術(shù)2.放電等離子燒結(jié)（SPS）SPS技術(shù)制備多孔材料

SPS不僅可在短時(shí)間內(nèi)使難燒結(jié)的材料致密化,而且通過(guò)選擇合適的工藝參數(shù)(主要是壓力)，還可制取理想的多孔材料。近年日本用金紅石、切削鑄鐵粉、霧化鑄鐵粉等進(jìn)行了SPS燒結(jié)多孔材料的研究。第三章粉末冶金燒結(jié)新技術(shù)2.放電等離子燒結(jié)（SPS）將SiC晶須裝入石墨模內(nèi),在1973~2273Ｋ，10~80MPa、5~60Min工藝條件下作了較系統(tǒng)的燒結(jié)研究。當(dāng)燒結(jié)壓力為10MPa時(shí)，燒結(jié)體的孔隙度達(dá)到63%，抗彎強(qiáng)度達(dá)到42MPa；當(dāng)燒結(jié)壓力為80MPa時(shí)，燒結(jié)體的孔隙度達(dá)到34%，抗彎強(qiáng)度達(dá)到80MPa。第三章粉末冶金燒結(jié)新技術(shù)2.放電等離子燒結(jié)（SPS）

SPS技術(shù)制備的多孔材料中孔隙的均勻性十分好。將霧化Ni20Cr(平均粒徑20μｍ)粉末用SPS技術(shù)制備多孔材料,SPS的工藝參數(shù)是真空下燒結(jié),溫度1073Ｋ,燒結(jié)300s。在多孔體半徑(25ｍｍ)方向上，孔隙度的均勻性很好,各區(qū)域孔隙度相差不到2%。在SEM的斷面形貌圖上看不出加壓方向下粉末顆粒被壓扁的現(xiàn)象,而顆粒之間結(jié)合的很好,開(kāi)孔氣孔率達(dá)到33%左右。Thanksforyourattention!二、電化學(xué)制粉原理電化學(xué)以銅電解制粉為例電化學(xué)體系陽(yáng)極：Cu（純）陰極：Cu粉電解液：CuSO4、H2SO4、H2O電化學(xué)反應(yīng)陰極反應(yīng)：陽(yáng)極反應(yīng)：三、電化學(xué)制粉的影響因素電流密度電解液溫度攪拌刷粉周期生產(chǎn)方法原材料金屬粉末合金粉末化合物粉末包覆粉末還原碳還原金屬氧化物FeW

氣體還原金屬氧化物或鹽類FeWMoNiCoCuFe-WW-Re

金屬熱還原金屬氧化物TaNbTiZr

ThUCr-Ni

還原－化合硼化或碳化硼金屬粉末或金屬氧化物粉末

硼化物

硅化或硅與金屬氧化物作用

硅化物

氮化或氮與金屬氧化物作用

氮化物

氣相還原氣相氫還原氣態(tài)金屬鹵化物WMoCo-WW-Mo

W/UO2氣相金屬熱還原

TaNbTiZr

物理化學(xué)法物理化學(xué)法生產(chǎn)方法原材料金屬粉末合金粉末化合物粉末包覆粉末化學(xué)氣相沉積氣態(tài)金屬鹵化物

化合物粉末和涂層

氣相冷凝或離解金屬蒸汽冷凝氣態(tài)金屬ZnCd

羰基物熱離解氣態(tài)金屬羰基物FeNiCoFe-Ni

Ni/SiC液相沉淀置換金屬鹽溶液CuSnAg

溶液氫還原金屬鹽溶液CuNiCoNi-Co

Ni/AlCo/WC熔鹽沉淀金屬熔鹽ZrBe

物理化學(xué)法生產(chǎn)方法原材料金屬粉末合金粉末化合物粉末包覆粉末從輔助金屬浴中析出金屬或金屬熔體

碳化物，硼化物，氮化物，硅化物

電解水溶液電解金屬鹽溶液FeCoNiAgFe-Ni

熔鹽電解金屬熔鹽TaNbTiZr

ThBeTa-Nb碳化物，硼化物，硅化物

離子液體電解金屬有機(jī)物離子液體

電化腐蝕晶間腐蝕，不銹鋼

不銹鋼

電腐蝕金屬或合金任何金屬任何合金

物理化學(xué)法生產(chǎn)方法原材料金屬粉末合金粉末化合物粉末包覆粉末從輔助金屬浴中析出金屬或金屬熔體

碳化物，硼化物，氮化物，硅化物

電解水溶液電解金屬鹽溶液FeCoNiAgFe-Ni

熔鹽電解金屬熔鹽TaNbTiZr

ThBeTa-Nb碳化物，硼化物，硅化物

離子液體電解金屬有機(jī)物離子液體

電化腐蝕晶間腐蝕，不銹鋼

不銹鋼

電腐蝕金屬或合金任何金屬任何合金

回答三個(gè)問(wèn)題：1、滿足何種條件，還原過(guò)程才能進(jìn)行？2、還原劑任何選擇？3、哪些因素可影響還原過(guò)程？還原法廣義使用范圍原料還原劑舉例備注固體固體FeO+C→Fe+CO固體碳還原氣體WO3+3H2→W+H2O氣體還原熔體ThO2+2Ca→Th+2CaO金屬熱還原氣體氣體WCl6+3H2→W+6HCl氣相氫還原熔體TiCl4+2Mg→Ti+2MgCl2氣相金屬熱還原溶液固體CuSO4+Fe→Cu+FeSO4置換氣體Me(NH3)nSO4+H2→Me+(NH4)2SO4+(n-2)NH3溶液氫還原熔鹽熔體ZrCl4+KCl+Mg→Zr+產(chǎn)物金屬熱還原1.霧化法制備金屬粉末----低氧含量鐵粉第一章粉末的制備新技術(shù)生產(chǎn)在無(wú)氧氣氛中進(jìn)行,并包含一些石蠟,這些分解為碳與氫。碳與鐵反應(yīng),形成很薄的富碳表面層。碳含量使顆粒的延性降低,但提高了表面的燒結(jié)活性。在粉末壓塊中,碳易于擴(kuò)散到顆粒中心及相鄰的顆粒中,因而可用于生產(chǎn)不需添加石墨的粉末冶金鋼。瑞典IPS鋼粉公司每年低氧含量霧化鐵粉,其氧含量低于(0.015%)。第一章粉末的制備新技術(shù)

對(duì)于粉末冶金應(yīng)用來(lái)說(shuō),這種無(wú)氧粉末允許使用便宜的合金元素(鉻和錳等)代替鎳和銅。鎳作為戰(zhàn)略性資源，不但價(jià)格昂貴，并且還是一種致癌物,應(yīng)盡量避免使用。這種粉末也很適合于用溫壓與熱等靜壓工藝來(lái)生產(chǎn)高強(qiáng)度部件。1.霧化法制備金屬粉末----低氧含量鐵粉第一章粉末的制備新技術(shù)2.燒結(jié)硬化粉

為提高燒結(jié)鋼的力學(xué)性能,通常在燒結(jié)后還須進(jìn)行熱處理。為降低生產(chǎn)成本,開(kāi)發(fā)了許多燒結(jié)后已硬化、不須再進(jìn)行熱處理的材料。美國(guó)Hoeganaes公司推出了一種燒結(jié)硬化鐵基粉末Ancoresteel737SH,其淬透性與壓縮性均比現(xiàn)有的燒結(jié)硬化材料高。第一章粉末的制備新技術(shù)

利用燒結(jié)硬化粉可生產(chǎn)不需要再淬火或很少再淬火和回火的粉末冶金零件；除降低成本外,燒結(jié)硬化可提供更好的公差控制(淬火和回火常引起一定程度的變形)。這種粉末可用于汽車工業(yè),特別適用于發(fā)動(dòng)機(jī)部件,傳動(dòng)部件及近終形齒輪等。2.燒結(jié)硬化粉第一章粉末的制備新技術(shù)3軟磁金屬?gòu)?fù)合粉制備

目前軟磁復(fù)合材料已得到廣泛應(yīng)用。它們是在純鐵粉顆粒上包覆一層氧化物或熱固化樹(shù)脂進(jìn)行絕緣而制成的。在低頻應(yīng)用中,采用粗顆粒鐵粉與熱固化樹(shù)脂混合,獲得高磁導(dǎo)率與低鐵損的材料。高頻應(yīng)用時(shí),顆粒間需要更有效地進(jìn)行絕緣,因而粒度要更小,以進(jìn)一步減少渦流損失。它可制成各向同性的軟磁復(fù)合部件,但不需要高溫?zé)Y(jié)。粉末晶粒度增大時(shí),磁導(dǎo)率增大,矯頑力降低。第一章粉末的制備新技術(shù)采用燃燒火焰--化學(xué)氣相法生產(chǎn)納米粉末。在此法中,穩(wěn)定的平頭火焰是由低壓燃料/氧氣混合氣的燃燒產(chǎn)生的?；瘜W(xué)母體與燃料一起導(dǎo)入燃燒室,在火焰的熱區(qū)進(jìn)行快速熱分解。由于燃燒室表面溫度分布良好,氣相逗留時(shí)間短以及化學(xué)母體濃度均勻,并在很窄的熱區(qū)進(jìn)行熱分解,因而能生產(chǎn)出粒度分布集中的高質(zhì)量的納米粉。4.燃燒火焰--化學(xué)氣相法生產(chǎn)納米粉末第一章粉末的制備新技術(shù)

目前，該法已用于生產(chǎn)SiO2、TiO2、Al2O3、SnO2、V2O5、ZrO2等氧化物納米粉。該法生產(chǎn)的納米粉末成本十分低廉，按年產(chǎn)100噸納米粉估算,每公斤納米粉的成本不會(huì)高于50美元。4.燃燒火焰--化學(xué)氣相法生產(chǎn)納米粉末第一章粉末的制備新技術(shù)5.激光生產(chǎn)納米粉末

美國(guó)采用普通攪拌器、激光與便宜的反應(yīng)材料,可快速、便宜、干凈地生產(chǎn)1～100nm的銀粉與鎳粉。第一章粉末的制備新技術(shù)

例如,將硝酸銀溶液與一種還原劑導(dǎo)入攪拌器中,用激光短時(shí)照射混合物,同時(shí)進(jìn)行攪拌。當(dāng)激光脈沖射到液體時(shí)，形成極小的“熱點(diǎn)”,使硝酸銀與還原劑發(fā)生反應(yīng),生成極小的銀顆粒。通過(guò)改變激光強(qiáng)度、攪拌器轉(zhuǎn)速與反應(yīng)成分,可控制銀粉粒度,在一定程度上也可控制顆粒形狀。5.激光生產(chǎn)納米粉末第一章粉末的制備新技術(shù)

該法生產(chǎn)速度為0.5-30g/min,比其他納米粉末制備方法生產(chǎn)率高。本方法所用反應(yīng)材料不污染環(huán)境，而以前生產(chǎn)銀粉所用的聯(lián)氨是一種致癌物。用這種方法生產(chǎn)的銀粉可用于制造焊料、牙科填料、電路板、高速攝影膠片等。5.激光生產(chǎn)納米粉末第一章粉末的制備新技術(shù)6.電爆炸金屬絲制取納米粉大功率電脈沖施于氬氣保護(hù)的金屬絲上,并受到大功率脈沖產(chǎn)生的特殊場(chǎng)約束。柱形等離子體被加熱到15000Ｋ以上高溫,因而電阻劇增,引起特殊場(chǎng)崩潰。金屬蒸氣的高壓引起爆炸,產(chǎn)生沖擊波,形成的金屬氣溶膠快速絕熱冷卻,制得納米粉。第一章粉末的制備新技術(shù)

此法可生產(chǎn)鋁、鎳、銀、銅、鋅、鉑、鉬、鈦、鋯、銦、鎢及其合金粉.

這些粉末可用于推進(jìn)劑、炸藥、煙火、金屬與陶瓷的粘結(jié)、助燒結(jié)劑、催化劑、合成有機(jī)金屬化合物等。6.電爆炸金屬絲制取納米粉第一章粉末的制備新技術(shù)7.機(jī)械化學(xué)法生產(chǎn)廉價(jià)的納米粉末

澳大利亞開(kāi)發(fā)出一種機(jī)械化學(xué)法,可廉價(jià)生產(chǎn)納米金屬粉與陶瓷粉。它采用球磨機(jī)來(lái)激活化學(xué)反應(yīng),使形成極細(xì)的納米金屬或化合物晶粒,再分離與提取微細(xì)晶粒。例如機(jī)械研磨FeCl3,由鈉、鈣或鋁將其還原為鐵與氯化物的混合物。用適當(dāng)洗滌法去除氯化物后,便可得到納米鐵顆粒。第一章粉末的制備新技術(shù)

這一方法可成功生產(chǎn)10～20nm的粉末,化學(xué)純度高,表面氧化物低于10%～15%。也可生產(chǎn)氧化物粉末,粒度小于5nm。潛在高技術(shù)應(yīng)用:切削工具、先進(jìn)陶瓷、高密度磁記錄介質(zhì)、磁流體、催化劑等。7.機(jī)械化學(xué)法生產(chǎn)廉價(jià)的納米粉末第一章粉末的制備新技術(shù)

8.聲化學(xué)制取納米金屬粉美國(guó)科學(xué)家采用聲化學(xué)技術(shù)制取納米金屬粉。聲化學(xué)是研究液體中高強(qiáng)度超聲波產(chǎn)生的小氣泡的形成、長(zhǎng)大與內(nèi)向破裂等現(xiàn)象的學(xué)科。第一章粉末的制備新技術(shù)這些超聲波氣泡的破裂,產(chǎn)生很強(qiáng)的局部加熱而在冷液中形成“熱點(diǎn)”,瞬時(shí)溫度約為5000℃,壓力約1GPa,持續(xù)時(shí)間約10億分之一秒。

粗略而形象地說(shuō),上述這些數(shù)據(jù)相當(dāng)于太陽(yáng)的表面溫度,大洋底部的壓力,閃電的時(shí)間。當(dāng)氣泡破裂時(shí),氣泡內(nèi)所含金屬的易揮發(fā)化合物分解成單個(gè)金屬原子,而后聚集為原子簇。這些原子簇含有幾百個(gè)原子,直徑約為2～3nm。

8.聲化學(xué)制取納米金屬粉第一章粉末的制備新技術(shù)

這些小的磁性金屬原子簇,像順磁體材料一樣,磁矩由原子簇的原子自旋構(gòu)成,且所有自旋均在同一方向上,因而磁矩比普通材料高100多倍。包覆這些顆?？尚纬煞€(wěn)定鐵膠體,顆粒永遠(yuǎn)處于懸浮態(tài),現(xiàn)已作為“磁流體”工業(yè)化生產(chǎn),用于揚(yáng)聲器,磁性墨水,磁流體密封,潤(rùn)滑劑,軸承,醫(yī)學(xué)等。

8.聲化學(xué)制取納米金屬粉成形方法成形是粉末冶金工藝的重要步驟。成形的目的是制得具有一定形狀、尺寸、密度和強(qiáng)度的壓坯。粉末冶金常用的成形方法如下所示。模壓成形是最基本方法。松裝燒結(jié)粉漿澆注模壓成形熱壓成形等靜壓成形軋制成形離心成形擠壓成形爆炸成形成形無(wú)壓成形加壓成形第二章粉末壓制成形新技術(shù)1.粉末預(yù)處理預(yù)處理包括：粉末退火，篩分，混合，制粒，加潤(rùn)滑劑等。

粉末的預(yù)先退火可使氧化物還原，降低碳和其他雜質(zhì)的含量，提高粉末的純度；同時(shí)，還能消除粉末的加工硬化、穩(wěn)定粉末的晶體結(jié)構(gòu)。

篩分的目的在于把顆粒大小不同的原始粉末進(jìn)行分級(jí)。

混合一般是指將兩種或兩種以上不同成分的粉末混合均勻的過(guò)程?；旌峡刹捎脵C(jī)械法和化學(xué)法。

制粒是將小顆粒的粉末制成大顆?；驁F(tuán)粒的工序，以此來(lái)改善粉末的流動(dòng)性。

第二章粉末壓制成形新技術(shù)2.壓制成形

壓模壓制是將置于壓模內(nèi)的松散粉末施加一定的壓力后，成為具有一定尺寸、形狀和一定密度、強(qiáng)度的壓坯。粉末的壓縮過(guò)程一般采用壓坯密度——成形壓力曲線來(lái)表示。壓坯密度變化分為三個(gè)階段?；瑒?dòng)階段：在壓力作用下粉末顆粒發(fā)生相對(duì)位移，填充孔隙，壓坯密度隨壓力增加而急劇增加；二是粉末體出現(xiàn)壓縮阻力，即使再加壓其孔隙度不能再減少，密度不隨壓力增高而明顯變化；三是當(dāng)壓力超過(guò)粉末顆粒的臨界壓力時(shí)，粉末顆粒開(kāi)始變形，從而使其密度又隨壓力增高而增加。模壓示意圖壓坯密度與壓力壓坯密度分布不均勻：用石墨粉作隔層的單向壓制實(shí)驗(yàn)，得到如圖5-4所示的壓坯形狀，各層的厚度和形狀均發(fā)生了變化，由圖5-5可知在任何垂直面上，上層密度比下層密度大；在水平面上，接近上模沖的斷面的密度分布是兩邊大，中間小；而遠(yuǎn)離上模沖的截面的密度分別是中間大，兩邊小。因?yàn)榉勰w在壓模內(nèi)受力后向各個(gè)方向流動(dòng)，于是引起垂直于壓模壁的側(cè)壓力。側(cè)壓力引起摩擦力，會(huì)使壓坯在高度方向存在明顯的壓力降。

a)壓制前b)壓制后用石墨粉作隔層的單向壓坯

a）單向壓制b)雙向壓制壓坯密度沿高度分布圖為了改善壓坯密度的不均勻性，一般采取以下措施：

1）減小摩擦力：模具內(nèi)壁上涂潤(rùn)滑油或采用內(nèi)壁更光潔的模具；2）采用雙向壓制以改善壓坯密度分布的不均勻性；3）模具設(shè)計(jì)時(shí)盡量降低高徑比。

a)單向壓制b)雙向壓制壓坯密度沿高度方向的分布圖粉末的壓制一般在普通機(jī)械式壓力機(jī)或液壓機(jī)上進(jìn)行。常用的壓力機(jī)噸位一般為500～5000kN。a)填充粉料b)雙向壓坯c)上沖模復(fù)位d)頂出坯塊雙向壓制粉末冶金坯塊工步示意圖傳統(tǒng)壓制技術(shù)的局限1、模具要求高，占用生產(chǎn)成本比例大；2、所加工部件尺寸受到限制；3、部件密度分布不均勻；4、脫模困難，工序長(zhǎng)，生產(chǎn)效率低。第二章粉末冶金成型新技術(shù)1.動(dòng)磁壓制技術(shù)原理:將粉末裝于一個(gè)導(dǎo)電的容器(護(hù)套)內(nèi),置于高強(qiáng)磁場(chǎng)線圈的中心腔中。電容器放電在數(shù)微秒內(nèi)對(duì)線圈通入高脈沖電流,線圈腔中形成磁場(chǎng),護(hù)套內(nèi)產(chǎn)生感應(yīng)電流。感應(yīng)電流與施加磁場(chǎng)相互作用,產(chǎn)生由外向內(nèi)壓縮護(hù)套的磁力,因而粉末得到二維壓制。整個(gè)壓制過(guò)程不足1ms。第二章粉末冶金成型新技術(shù)動(dòng)磁壓制的優(yōu)點(diǎn):

由于不使用模具,成型時(shí)模壁摩擦減少到0，因而可達(dá)到更高的壓制壓力,有利于提高產(chǎn)品，并且生產(chǎn)成本低；由于在任何溫度與氣氛中均可施壓,并適用于所有材料,因而工作條件更加靈活；由于這一工藝不使用潤(rùn)滑劑與粘結(jié)劑,因而成型產(chǎn)品中不含有雜質(zhì)，性能較高，而且還有利于環(huán)保。第二章粉末冶金成型新技術(shù)

許多合金鋼粉用動(dòng)磁壓制做過(guò)實(shí)驗(yàn),粉末中不添加任何潤(rùn)滑劑,生坯密度均在95%以上。動(dòng)磁壓制件可以在常規(guī)燒結(jié)條件下進(jìn)行燒結(jié),其力學(xué)性能高于傳統(tǒng)壓制件。動(dòng)磁壓制適用于制造柱形對(duì)稱的近終形件、薄壁管、縱橫比高的零件和內(nèi)部形狀復(fù)雜的零件。1.動(dòng)磁壓制技術(shù)第二章粉末冶金成型新技術(shù)

動(dòng)磁壓制有可能使電機(jī)設(shè)計(jì)與制造方法產(chǎn)生革命性變化,由粉末材料一次制成近終形定子與轉(zhuǎn)子,從而獲得高性能產(chǎn)品,大大降低生產(chǎn)成本。動(dòng)磁壓制正用于開(kāi)發(fā)高性能粘結(jié)釹鐵硼磁體與燒結(jié)釤鈷磁體。由于動(dòng)磁壓制的粘結(jié)釹鐵硼磁體密度高,其磁能積可提高15%-20%。1.動(dòng)磁壓制技術(shù)第二章粉末冶金成型新技術(shù)

動(dòng)磁壓制的亞毫秒壓制過(guò)程有助于保持材料的顯微結(jié)構(gòu)不變,因而也提高了材料性能。對(duì)于象Ｗ、ＷＣ與陶瓷粉末等難壓制材料,動(dòng)磁壓制可達(dá)到較高的密度,從而降低燒結(jié)收縮率。目前許多動(dòng)磁壓制的應(yīng)用已接近工業(yè)化階段,第一臺(tái)動(dòng)磁壓制系統(tǒng)已在運(yùn)行中。1.動(dòng)磁壓制技術(shù)第二章粉末冶金成型新技術(shù)

2.高速壓制

瑞典開(kāi)發(fā)出粉末冶金用高速壓制法。這可能是粉末冶金工業(yè)的又一次重大技術(shù)突破。高速壓制采用液壓沖擊機(jī),它與傳統(tǒng)壓制有許多相似之處,但關(guān)鍵是壓制速度比傳統(tǒng)快500～1000倍,其壓頭速度高達(dá)2～30m/s,因而適用于大批量生產(chǎn)。液壓驅(qū)動(dòng)的重錘(5～1200kg)可產(chǎn)生強(qiáng)烈沖擊波,0.02s內(nèi)將壓制能量通過(guò)壓模傳給粉末進(jìn)行致密化。重錘的質(zhì)量與沖擊時(shí)的速度決定壓制能量與致密化程度。第二章粉末冶金成型新技術(shù)

2.高速壓制

高速壓制的另一個(gè)特點(diǎn)是產(chǎn)生多重沖擊波，間隔約03s的一個(gè)個(gè)附加沖擊波將密度不斷提高。這種多重沖擊提高密度的一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是,可用比傳統(tǒng)壓制小的設(shè)備制造重達(dá)5kg以上的大零件。高速壓制適用于制造閥座、氣門導(dǎo)管、主軸承蓋、輪轂、齒輪、法蘭、連桿、軸套及軸承座圈等產(chǎn)品。第二章粉末冶金成型新技術(shù)

2.高速壓制與傳統(tǒng)壓制相比,高速壓制的優(yōu)點(diǎn)是：壓制件密度提高，提高幅度在0.3g/cm3左右；壓制件抗拉強(qiáng)度可提高20%～25%；高速壓制壓坯徑向彈性后效很小,脫模力較低；高速壓制的密度較均勻,其偏差小于0.01g/cm3。

第二章粉末冶金成型新技術(shù)

3.溫壓成型技術(shù)

溫壓技術(shù)是近幾年新發(fā)展的一項(xiàng)新技術(shù)。它是在混合物中添加高溫新型潤(rùn)滑劑，然后將粉末和模具加熱至423K左右進(jìn)行剛性模壓制，最后采用傳統(tǒng)的燒結(jié)工藝進(jìn)行燒結(jié)的技術(shù)，是普通模壓技術(shù)的發(fā)展與延伸，被國(guó)際粉末冶金界譽(yù)為“開(kāi)創(chuàng)鐵基粉末冶金零部件應(yīng)用新紀(jì)元”和“導(dǎo)致粉末冶金技術(shù)革命”的新型成型技術(shù)。

3.溫壓成型技術(shù)

其與傳統(tǒng)模壓工藝主要區(qū)別之處在于壓制過(guò)程中將粉末和模具加熱到一定的溫度，溫度通常設(shè)定在130~150℃范圍以內(nèi)，可使鐵基粉末冶金零件密度提高0.15～0.4g/cm3，粉末壓坯相對(duì)密度可達(dá)到98-99%。在該工藝中，為了充分發(fā)揮在壓制過(guò)程中的顆粒重排和塑性變形等溫壓致密化機(jī)制，往往需要優(yōu)化原料粉末設(shè)計(jì)（如形狀、粒度組成的選擇），通過(guò)退火或擴(kuò)散退火處理以改善粉末塑性，以及往粉末中摻入高性能高溫潤(rùn)滑劑（添加量通常為0.6wt%）。

3.溫壓成型技術(shù)

第二章粉末冶金成型新技術(shù)

3.溫壓成型技術(shù)

特點(diǎn)：（1）密度高且分布均勻

常規(guī)一次壓制-燒結(jié)最高密度一般為7.1g/cm3左右，溫壓一次壓制-燒結(jié)密度可達(dá)到7.40-7.50g/cm3，溫壓二次壓制-燒結(jié)密度可高達(dá)7.6g/cm3左右。溫壓工藝中高性能潤(rùn)滑劑保證了粉末與模壁之間具有較低的摩擦系數(shù)，使得壓坯密度分布更加均勻，采用溫壓工藝制備齒輪類零件時(shí)齒部與根部間的密度差比常規(guī)壓制工藝低0.1～0.2g/cm3。

第二章粉末冶金成型新技術(shù)

3.溫壓成型技術(shù)

特點(diǎn)：（2）生坯強(qiáng)度高常規(guī)工藝的生坯強(qiáng)度約為10~20MPa，溫壓壓坯的強(qiáng)度則為25~30MPa，提高了1.25-2倍。生坯強(qiáng)度的提高可以大大降低產(chǎn)品在轉(zhuǎn)移過(guò)程中出現(xiàn)的掉邊、掉角等缺陷，有利于制備形狀復(fù)雜的零件；同時(shí)，還有望對(duì)生坯直接進(jìn)行機(jī)加工，免去燒結(jié)后的機(jī)加工工序，降低了生產(chǎn)成本。這一點(diǎn)在溫壓-燒結(jié)連桿制備中表現(xiàn)得尤為明顯。

第二章粉末冶金成型新技術(shù)

3.溫壓成型技術(shù)

特點(diǎn)：（2）生坯強(qiáng)度高常規(guī)工藝的生坯強(qiáng)度約為10~20MPa，溫壓壓坯的強(qiáng)度則為25~30MPa，提高了1.25-2倍。生坯強(qiáng)度的提高可以大大降低產(chǎn)品在轉(zhuǎn)移過(guò)程中出現(xiàn)的掉邊、掉角等缺陷，有利于制備形狀復(fù)雜的零件；同時(shí)，還有望對(duì)生坯直接進(jìn)行機(jī)加工，免去燒結(jié)后的機(jī)加工工序，降低了生產(chǎn)成本。這一點(diǎn)在溫壓-燒結(jié)連桿制備中表現(xiàn)得尤為明顯。

第二章粉末冶金成型新技術(shù)

3.溫壓成型技術(shù)

特點(diǎn)：（3）脫模壓力小溫壓工藝脫模壓力(Slidepressure)約為10~20MPa，而常規(guī)工藝卻高達(dá)55~75MPa，其降低幅度超過(guò)60%。低的脫模壓力意味著溫壓工藝易于壓制形狀復(fù)雜的鐵基P/M零件和減小模具磨損從而延長(zhǎng)其使用壽命。

第二章粉末冶金成型新技術(shù)

3.溫壓成型技術(shù)

特點(diǎn)：（4）表面精度高由于溫壓工藝使壓坯密度升高，而且溫壓中處于粘流態(tài)的潤(rùn)滑劑具有良好的“整平”作用，因此它可以使鐵基粉末冶金零件表面精度提高2個(gè)IT等級(jí)，使納米晶硬質(zhì)合金粉末壓坯表面精度提高3個(gè)IT等級(jí)。第二章粉末冶金成型新技術(shù)

3.溫壓成型技術(shù)

溫壓技術(shù)研究和開(kāi)發(fā)的核心：預(yù)合金化粉末的制造技術(shù)；新型聚合物潤(rùn)滑劑的設(shè)計(jì)；石墨粉末有效添加技術(shù)；無(wú)偏析粉末的制造技術(shù)；溫壓系統(tǒng)制備技術(shù)。第二章粉末冶金成型新技術(shù)

3.溫壓成型技術(shù)

溫壓技術(shù)主要適合生產(chǎn)鐵基合金零件。同時(shí)人們正在嘗試用這種技術(shù)制備銅基合金等多種材料零件。由于溫壓零件的密度得到了較好的提高，從而大大提高了鐵基等粉末冶金制品的可靠性，因此溫壓技術(shù)在汽車制造機(jī)械制造、武器制造等領(lǐng)域存在著廣闊的應(yīng)用前景。第二章粉末冶金成型新技術(shù)

3.溫壓成型技術(shù)

溫壓技術(shù)主要適合生產(chǎn)鐵基合金零件。同時(shí)人們正在嘗試用這種技術(shù)制備銅基合金等多種材料零件。由于溫壓零件的密度得到了較好的提高，從而大大提高了鐵基等粉末冶金制品的可靠性，因此溫壓技術(shù)在汽車制造機(jī)械制造、武器制造等領(lǐng)域存在著廣闊的應(yīng)用前景。第二章粉末冶金成型新技術(shù)4.流動(dòng)溫壓技術(shù)

流動(dòng)溫壓技術(shù)以溫壓技術(shù)為基礎(chǔ),并結(jié)合了金屬注射成形的優(yōu)點(diǎn),通過(guò)加入適量的微細(xì)粉末和加大潤(rùn)滑劑的含量而大大提高了混合粉末的流動(dòng)性、填充能力和成形性,這一工藝是利用調(diào)節(jié)粉末的填充密度與潤(rùn)滑劑含量來(lái)提高粉末材料的成形性。它是介于金屬注射成形與傳統(tǒng)模壓之間的一種成形工藝。第二章粉末冶金成型新技術(shù)4.流動(dòng)溫壓技術(shù)

流動(dòng)溫壓技術(shù)的關(guān)鍵是提高混合粉末的流動(dòng)性，主要通過(guò)兩種方法來(lái)實(shí)現(xiàn)：第一種方法是:向粉末中加入精細(xì)粉末。這種精細(xì)粉末能夠填充在大顆粒之間的間隙中,從而提高了混合粉末的松裝密度。第二種方法是:比傳統(tǒng)粉末冶金工藝加入更多的粘結(jié)劑和潤(rùn)滑劑,但其加入量要比粉末注射成形少得多。粘結(jié)劑或潤(rùn)滑劑的加入量達(dá)到最優(yōu)化后,混合粉末在壓制中就轉(zhuǎn)變成一種填充性很高的液流體。第二章粉末冶金成型新技術(shù)4.流動(dòng)溫壓技術(shù)

將上述兩種方法結(jié)合起來(lái),混合粉末在壓制溫度下就可轉(zhuǎn)變成為流動(dòng)性很好的黏流體,它既具有液體的所有優(yōu)點(diǎn),又具有很高的黏度?；旌戏勰┑牧髯冃袨槭沟梅勰┰趬褐七^(guò)程中可以流向各個(gè)角落而不產(chǎn)生裂紋。第二章粉末冶金成型新技術(shù)流動(dòng)溫壓工藝主要特點(diǎn)如下:(1)可成形零件的復(fù)雜幾何形狀。國(guó)外已利用常規(guī)溫壓工藝成功制備出了一些形狀較復(fù)雜的粉末冶金零件,如汽車傳動(dòng)轉(zhuǎn)矩變換器渦輪轂、連桿和齒輪類零件等。

(2)密度高、性能均一。流動(dòng)溫壓工藝由于松裝密度較高,經(jīng)溫壓后的半成品密度可以達(dá)到很高的值。由于流動(dòng)溫壓工藝中粉末的良好流動(dòng)性,由此得到的材料密度也更加均勻。第二章粉末冶金成型新技術(shù)4.流動(dòng)溫壓技術(shù)

(3)適應(yīng)性較好。流動(dòng)溫壓工藝已經(jīng)用于低合金鋼粉、不銹鋼316L粉、純Ti粉和WC-Co硬質(zhì)合金粉末。原則上它可適用