粉末冶金知識(shí)
一、概述
粉末冶金是制取金屬或用金屬粉末（或金屬粉末與非金屬粉末的混合物）作為原料，經(jīng)過(guò)成形和燒結(jié)，制造金屬材料、復(fù)合以及各種類型制品的工藝技術(shù)。粉末冶金法與生產(chǎn)陶瓷有相似的地方，因此，一系列粉末冶金新技術(shù)也可用于陶瓷材料的制備。由于粉末冶金技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)，它已成為解決新材料問(wèn)題的鑰匙，在新材料的發(fā)展中起著舉足輕重的作用。
粉末冶金現(xiàn)狀和發(fā)展前景。
我國(guó)粉末冶金行業(yè)已經(jīng)經(jīng)過(guò)了近10年的高速發(fā)展，但與國(guó)外的同行業(yè)仍存在以下幾方面的差距：(1)企業(yè)多，規(guī)模小，經(jīng)濟(jì)效益與國(guó)外企業(yè)相差很大。(2)產(chǎn)品交叉，企業(yè)相互壓價(jià)，競(jìng)爭(zhēng)異常激烈。(3)多數(shù)企業(yè)缺乏技術(shù)支持，研發(fā)能力落后，產(chǎn)品檔次低，難以與國(guó)外競(jìng)爭(zhēng)。(4)再投入缺乏與困擾。添加(5)工藝裝備、配套設(shè)施落后。(6)產(chǎn)品出口少，貿(mào)易渠道不暢。
隨著我國(guó)加入WTO以后，以上種種不足和弱點(diǎn)將改善，這是因?yàn)榧尤?/SPAN>WTO后，市場(chǎng)逐漸國(guó)際化，粉末冶金市場(chǎng)將得到進(jìn)一步擴(kuò)大的機(jī)會(huì)；而同時(shí)隨著國(guó)外資金和技術(shù)的進(jìn)入，粉末冶金及相關(guān)的技術(shù)水平也必將得到提高和發(fā)展。
二、特點(diǎn)
粉末冶金具有獨(dú)特的化學(xué)組成和機(jī)械、物理性能，而這些性能是用傳統(tǒng)的熔鑄方法無(wú)法獲得的。運(yùn)用粉末冶金技術(shù)可以直接制成多孔、半致密或全致密材料和制品，如含油軸承、齒輪、凸輪、導(dǎo)桿、刀具等，是一種少無(wú)切削工藝。
（1）粉末冶金技術(shù)可以最大限度地減少合金成分偏聚，消除粗大、不均勻的鑄造組織。在制備高性能稀土永磁材料、稀土儲(chǔ)氫材料、稀土發(fā)光材料、稀土催化劑、高溫超導(dǎo)材料、新型金屬材料（如Al-Li合金、耐熱Al合金、超合金、粉末耐蝕不銹鋼、粉末高速鋼、金屬間化合物高溫結(jié)構(gòu)材料等）具有重要的作用。
（2）可以制備非晶、微晶、準(zhǔn)晶、納米晶和超飽和固溶體等一系列高性能非平衡材料，這些材料具有優(yōu)異的電學(xué)、磁學(xué)、光學(xué)和力學(xué)性能。
（3）可以容易地實(shí)現(xiàn)多種類型的復(fù)合，充分發(fā)揮各組元材料各自的特性，是一種低成本生產(chǎn)高性能金屬基和陶瓷復(fù)合材料的工藝技術(shù)。
（4）可以生產(chǎn)普通熔煉法無(wú)法生產(chǎn)的具有特殊結(jié)構(gòu)和性能的材料和制品，如新型多孔生物材料，多孔分離膜材料、高性能結(jié)構(gòu)陶瓷磨具和功能陶瓷材料等。
（5）可以實(shí)現(xiàn)凈近形成形和自動(dòng)化批量生產(chǎn)，從而，可以有效地降低生產(chǎn)的資源和能源消耗。
（6）可以充分利用礦石、尾礦、煉鋼污泥、軋鋼鐵鱗、回收廢舊金屬作原料，是一種可有效進(jìn)行材料再生和綜合利用的新技術(shù)。
我們常見(jiàn)的機(jī)加工刀具，五金磨具，很多就是粉末冶金技術(shù)制造的。
三、粉末冶金的生產(chǎn)過(guò)程
（1）生產(chǎn)粉末。粉末的生產(chǎn)過(guò)程包括粉末的制取、粉料的混合等步驟。為改善粉末的成型性和可塑性通常加入汽油、橡膠或石蠟等增塑劑。
（2）壓制成型。粉末在500~600MPa壓力下，壓成所需形狀。[1]
（3）燒結(jié)。在保護(hù)氣氛的高溫爐或真空爐中進(jìn)行。燒結(jié)不同于金屬熔化，燒結(jié)時(shí)至少有一種元素仍處于固態(tài)。燒結(jié)過(guò)程中粉末顆粒間通過(guò)擴(kuò)散、再結(jié)晶、熔焊、化合、溶解等一系列的物理化學(xué)過(guò)程，成為具有一定孔隙度的冶金產(chǎn)品。
（4）后處理。一般情況下，燒結(jié)好的制件可直接使用。但對(duì)于某些尺寸要求精度高并且有高的硬度、耐磨性的制件還要進(jìn)行燒結(jié)后處理。后處理包括精壓、滾壓、擠壓、淬火、表面淬火、浸油、及熔滲等。
四、粉末冶金材料的應(yīng)用與分類
（1）應(yīng)用：（汽車、摩托車、紡織機(jī)械、工業(yè)縫紉機(jī)、電動(dòng)工具、五金工具.電器.工程機(jī)械）等各種粉末冶金（鐵銅基）零件。[2]
（2）分類：粉末冶金多孔材料、粉末冶金減摩材料、粉末冶金摩擦材料、粉末冶金結(jié)構(gòu)零件、粉末冶金工模具材料、和粉末冶金電磁材料和粉末冶金高溫材料等。
粉末冶金制品的應(yīng)用范圍十分廣泛，從普通機(jī)械制造到精密儀器；從五金工具到大型機(jī)械；從電子工業(yè)到電機(jī)制造；從民用工業(yè)到軍事工業(yè)；從一般技術(shù)到尖端高技術(shù)，均能見(jiàn)到粉末冶金工藝的身影。
五、粉末冶金子工藝與性能
等靜壓成型粉末冶金
金屬噴射成型粉末冶金
粉末鍛造粉末冶金
壓力燒結(jié)粉末冶金
粉末性能(property of powder)
粉末所有性能的總稱。它包括：粉末的幾何性能(粒度、比表面、孔徑和形狀等)；粉末的化學(xué)性能(化學(xué)成分、純度、氧含量和酸不溶物等)；粉體的力學(xué)特性(松裝密度、流動(dòng)性、成形性、壓縮性、堆積角和剪切角等)；粉末的物理性能和表面特性(真密度、光澤、吸波性、表面活性、ze%26mdash;ta(%26ccedil;)電位和磁性等)。粉末性能往往在很大程度上決定了粉末冶金產(chǎn)品的性能。
幾何性能最基本的是粉末的粒度和形狀。
(1)粒度。它影響粉末的加工成形、燒結(jié)時(shí)收縮和產(chǎn)品的最終性能。某些粉末冶金制品的性能幾乎和粒度直接相關(guān)，例如，過(guò)濾材料的過(guò)濾精度在經(jīng)驗(yàn)上可由原始粉末顆粒的平均粒度除以10求得；硬質(zhì)合金產(chǎn)品的性能與wc相的晶粒有很大關(guān)系，要得到較細(xì)晶粒度的硬質(zhì)合金，惟有采用較細(xì)粒度的wc原料才有可能。生產(chǎn)實(shí)踐中使用的粉末，其粒度范圍從幾百個(gè)納米到幾百個(gè)微米。粒度越小，活性越大，表面就越容易氧化和吸水。當(dāng)小到幾百個(gè)納米時(shí)，粉末的儲(chǔ)存和輸運(yùn)很不容易，而且當(dāng)小到一定程度時(shí)量子效應(yīng)開(kāi)始起作用，其物理性能會(huì)發(fā)生巨大變化，如鐵磁性粉會(huì)變成超順磁性粉，熔點(diǎn)也隨著粒度減小而降低。
(2)粉末的顆粒形狀。它取決于制粉方法，如電解法制得的粉末，顆粒呈樹(shù)枝狀；還原法制得的鐵粉顆粒呈海綿片狀；氣體霧化法制得的基本上是球狀粉。此外，有些粉末呈卵狀、盤(pán)狀、針狀、洋蔥頭狀等。粉末顆粒的形狀會(huì)影響到粉末的流動(dòng)性和松裝密度，由于顆粒間機(jī)械嚙合，不規(guī)則粉的壓坯強(qiáng)度也大，特別是樹(shù)枝狀粉其壓制坯強(qiáng)度最大。但對(duì)于多孔材料，采用球狀粉最好。
力學(xué)特性粉末的力學(xué)性能即粉末的工藝性能，它是粉末冶金成形工藝中的重要工藝參數(shù)。粉末的松裝密度是壓制時(shí)用容積法稱量的依據(jù)；粉末的流動(dòng)性決定著粉末對(duì)壓模的充填速度和壓機(jī)的生產(chǎn)能力；粉末的壓縮性決定壓制過(guò)程的難易和施加壓力的高低；而粉末的成形性則決定坯的強(qiáng)度。
化學(xué)性能主要取決于原材料的化學(xué)純度及制粉方法。較高的氧含量會(huì)降低壓制性能、壓坯強(qiáng)度和燒結(jié)制品的力學(xué)性能，因此粉末冶金大部分技術(shù)條件中對(duì)此都有一定規(guī)定。例如，粉末的允許氧含量為0.2％～1.5％，這相當(dāng)于氧化物含量為1％～10％。
六、粉末冶金產(chǎn)業(yè)發(fā)展前景
近年來(lái)，通過(guò)不斷引進(jìn)國(guó)外先進(jìn)技術(shù)與自主開(kāi)發(fā)創(chuàng)新相結(jié)合，中國(guó)粉末冶金產(chǎn)業(yè)和技術(shù)都呈現(xiàn)出高速發(fā)展的態(tài)勢(shì)，是中國(guó)機(jī)械通用零部件行業(yè)中增長(zhǎng)最快的行業(yè)之一，每年全國(guó)粉末冶金行業(yè)的產(chǎn)值以35%的速度遞增。
全球制造業(yè)正加速向中國(guó)轉(zhuǎn)移，汽車行業(yè)、機(jī)械制造、金屬行業(yè)、航空航天、儀器儀表、五金工具、工程機(jī)械、電子家電及高科技產(chǎn)業(yè)等迅猛發(fā)展，為粉末冶金行業(yè)帶來(lái)了不可多得的發(fā)展機(jī)遇和巨大的市場(chǎng)空間。另外，粉末冶金產(chǎn)業(yè)被中國(guó)列入優(yōu)先發(fā)展和鼓勵(lì)外商投資項(xiàng)目，發(fā)展前景廣闊。
（1）粉末冶金技術(shù)可以最大限度地減少合金成分偏聚，消除粗大、不均勻的鑄造組織。在制備高性能稀土永磁材料、稀土儲(chǔ)氫材料、稀土發(fā)光材料、稀土催化劑、高溫超導(dǎo)材料、新型金屬材料（如Al-Li合金、耐熱Al合金、超合金、粉末耐蝕不銹鋼、粉末高速鋼、金屬間化合物高溫結(jié)構(gòu)材料等）具有重要的作用。
（2）可以制備非晶、微晶、準(zhǔn)晶、納米晶和超飽和固溶體等一系列高性能非平衡材料，這些材料具有優(yōu)異的電學(xué)、磁學(xué)、光學(xué)和力學(xué)性能。
（3）可以容易地實(shí)現(xiàn)多種類型的復(fù)合，充分發(fā)揮各組元材料各自的特性，是一種低成本生產(chǎn)高性能金屬基和陶瓷復(fù)合材料的工藝技術(shù)。
（4）可以生產(chǎn)普通熔煉法無(wú)法生產(chǎn)的具有特殊結(jié)構(gòu)和性能的材料和制品，如新型多孔生物材料，多孔分離膜材料、高性能結(jié)構(gòu)陶瓷和功能陶瓷材料等。
（5）可以實(shí)現(xiàn)凈近形成形和自動(dòng)化批量生產(chǎn)，從而，可以有效地降低生產(chǎn)的資源和能源消耗。
（6）可以充分利用礦石、尾礦、煉鋼污泥、軋鋼鐵鱗、回收廢舊金屬作原料，是一種可有效進(jìn)行材料再生和綜合利用的新技術(shù)。
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