《粉末冶金技术》简介(中南大学)

1、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粉末冶金技术简介粉末冶金技术简介金的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材料是人类文明、社会进步、科学技术发展的物质基材料是人类文明、社会进步、科学技术发展的物质基 础和技术先导。础和技术先导。材料是当代文明的三大支柱之一。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。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。粉末冶金技术是实现材料多功能、高性能的重要途径。基本特点：原料、无

2、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4050%； 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。粉末冶金技术的特点粉末冶金技术的特点原料粉末原料粉末 成形成形烧结烧结金属材料、复合材料、各种类型制品金属材料、复合材料、各种类型制品采用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；粉末冶金技术的优越性与局限性 公

3、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：固相碳还原铁矿石（8001000C）。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）的刘胜墓出土的错金书刀等。1930年Hoganas公司开始用固相还原法生产海绵铁。粉末冶金技术发展史粉末冶金技术发展史 随后出现Au(300年)、Ag、Cu、Sn (1000年)、Pt粉及Pt块(1800年）； 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

4、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。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 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。粉末冶金技术特征与发展趋势粉末制备：雾化制粉、还原法、机械合金化、 气相沉积、溶

5、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、原位成形技术多样性（1 1）从固态金属与合从固态金属与合金制取金属与合金粉末金制取金属与合金粉末的的 有机械粉碎法和电有机械粉碎法和电化腐蚀法；化腐蚀法；electrical electrical erosion erosion 在固态下制在固态下制取粉末的方法包括取粉末的方法包括（2 2）从固态金属氧化物）从固态金属氧化物及盐类制取金属与合金及盐类制取金属与合金粉末的有还原法；从金粉末的有还原法；

6、从金属和非金属粉末属和非金属粉末non-non-metallic powdersmetallic powders、金、金属氧化物和非金属粉末属氧化物和非金属粉末制取金属化合物粉末的制取金属化合物粉末的有还原有还原- -化合法。化合法。Reducing-chemistry Reducing-chemistry bined.（1 1）从金属蒸气冷）从金属蒸气冷凝制取金属粉末的蒸凝制取金属粉末的蒸气冷凝法；气冷凝法；consolidation from consolidation from metal steammetal steam在气态制备粉末在气态制备粉末的方法包括的方法包括（2 2）从气态金

7、属羟基）从气态金属羟基物离解制取金属、合物离解制取金属、合金以及包覆粉末的羟金以及包覆粉末的羟基物热离解法基物热离解法; ; carbonyl vapor carbonyl vapor decompositiondecomposition。Coated particlesCoated particles（1 1）从液态金属）从液态金属与合金制备金属与与合金制备金属与合金粉末的雾化法；合金粉末的雾化法；（2 2）从金属盐溶液）从金属盐溶液置换置换substitution substitution 和还原金属、合金和还原金属、合金以及包覆粉末的置以及包覆粉末的置换法换法substitutionsu

8、bstitution、溶液氢还原法；溶液氢还原法；liquid hydrogen liquid hydrogen reductionreduction（3 3）从金属盐溶液）从金属盐溶液电解制金属与合金粉电解制金属与合金粉末的水溶液电解法末的水溶液电解法liquid liquid electrolyticelectrolytic；从金；从金属熔盐电解制金属和属熔盐电解制金属和金属化合物粉末的熔金属化合物粉末的熔盐电解法。盐电解法。Melt Melt salt electrolysissalt electrolysis 在液态下制备粉末在液态下制备粉末的方法包括的方法包括原料：元素粉末、合金粉末

9、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.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。 发展方向举例发展方向举例 粉末冶金技术的主要应用粉末冶金零件市场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 R

10、ODS PM Connecting rod used in BMW engines OIL PUMP GEARSSYNCHRONISATION SYSTEM ROCKER ARMS工具材料u粉末冶金材料对液体和气体的透过性均匀，具有过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滤和均匀分流作用u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好的浸透性和自润滑性u粉末冶金材料具有很大的比表面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耐腐蚀性比相应的致密材料差u粉末冶金材料易压缩变

11、形粉末冶金材料易压缩变形u粉末冶金材料质量轻、吸收能量好粉末冶金材料质量轻、吸收能量好粉末材料的孔隙性能粉末材料的孔隙性能u孔隙减少有效承载面积孔隙减少有效承载面积u孔隙孔隙导致应力集中孔隙孔隙导致应力集中u孔隙钝化裂纹尖端孔隙钝化裂纹尖端u孔隙降低材料的传导性能孔隙降低材料的传导性能u孔隙容易获得均匀的细晶粒组织孔隙容易获得均匀的细晶粒组织u孔隙易使加热介质进入孔隙，从而引起氧化、脱孔隙易使加热介质进入孔隙，从而引起氧化、脱碳和腐蚀碳和腐蚀孔隙对粉末冶金材料性能的影响孔隙对粉末冶金材料性能的影响提高粉末冶金材料性能途径主要有： 提高材料的密度 控制孔隙的大小、形状,特别避免大孔隙 合金化 热

12、处理 强化 韧化粉末冶金材料的强化粉末冶金材料的强化提高材料密度的途径提高材料密度的途径复压复烧复压复烧熔浸熔浸粉末锻造粉末锻造温压成形温压成形粉末冶金材料的合金化粉末冶金材料的合金化粉末冶金材料合金化的特点： 粉末冶金材料的合金化与常规铸造材料一样是粉末冶金材料的合金化与常规铸造材料一样是通过固溶强化来提高材料的力学性能，尤其是强度通过固溶强化来提高材料的力学性能，尤其是强度性能性能，但是材料特点导致合金元素选用上有区别。但是材料特点导致合金元素选用上有区别。合金元素的选用规则：（1）相对密度低于）相对密度低于80%时，不能有效发挥合金元素时，不能有效发挥合金元素的强化作用；的强化作用；（2）某些强化效果好的易氧化合金元素，一般不以）某些强化效果好的易氧化合金元素，一般不以元素粉末作原料，而常以中间合金粉、母合金粉或元素粉末作原料，而常以中间合金粉、母合金粉或预合金粉作原料；预合金粉作原料；（3）铜和磷对于烧结钢可起强化作用。）铜和磷对于烧结钢可起强化作用。粉末冶金材料的热处理粉末冶金材料的热处理粉末冶金材料热处理的特点：粉末冶金材料热处理的特点：（1）孔隙度超过）孔隙度超过10的制品不能在盐浴中加热，会的制品不能在盐浴中加热，会腐蚀制品；腐蚀制品；（2）热处理时要适当提高加热温度和