粉末冶金技术简述

1、粉末冶金技术简述powder metallurgy technology主讲：王烨2015年12月院系：海洋学院机械设计、制造及其自动化专业atalogatalog什么是粉末冶金技术？6/21/2022粉末冶金是制取金属粉末或用金属粉末（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、复合材料以及各种类型制品的工艺技术。粉末冶金包括制粉和制品。其中制粉主要是冶金过程，和字面吻合。而粉末冶金制品则常远远超出材料和冶金的范畴，往往是跨多学科（材料和冶金，机械和力学等）的技术。 早在五千年前，古埃及人就用此法制造铁器件。（技术雏形） 1700年前，印度人采用类似的方法制造了重

2、达6.5T的“DELI柱。（含硅铁合金，耐腐蚀性好） 19世纪初，由于化学实验使用铂坩埚的需要，俄罗斯人、英国人采用粉末压制、烧结和热锻的方法制造致密铂。（现代粉末冶金的技术基础）前世今生现代粉末冶金的重要标志1. 1.克服了难熔金属熔铸过程中产生的困难。克服了难熔金属熔铸过程中产生的困难。 1909年制造电灯钨丝，推动了粉末冶金的发展;1923年粉末冶金硬质合金的出现被誉为机械加工中的革命。2. 2.三十年代成功制取多孔含油轴承三十年代成功制取多孔含油轴承 继而粉末冶金铁基机械零件的发展，充分发挥了粉末冶金少切削甚至无切削的优点。3. 3.向更高级的新材料和新工艺发展。向更高级的新材料和新工

3、艺发展。 四十年代，出现金属陶瓷、弥散强化等材料，六十年代末至七十年代初，粉末高速钢、粉末高温合金相继出 现;利用粉末冶金锻造及热等静压已能制造高强度的零件。应用领域 多孔材料，顾名思义就是有很多孔的材料，是由材料实体与孔隙构成的相互贯通或封闭的网络结构。如果孔隙之间是相互相通的，则称为开孔；如果孔隙与孔隙之间是完全隔开的，则称为闭孔；也有些孔隙则是半开半闭的。 粉末冶金多孔材料，又称多孔烧结材料，由金属或合金粉末(球状或不规则形状)，或短纤维，经成形、烧结制成。材料内部孔道纵横交错、互相贯通，一般有 30%60% 的孔隙度，孔径 1100 m。常用的金属或合金 有青铜、不锈钢、铁、镍、钛、钨

4、、钼以及难熔金属化合物等。做成的制品有坩埚状、碟状、管状、板状、薄膜等。粉末冶金多孔材料导热、导电性能好，透过性能好，耐高温与低温，抗热震，抗介质腐蚀。可用于制造过滤器、多孔电极、灭火装置、防冻装置等。多孔材料含油轴承 含油轴承，即多孔质轴承(PorousBearing)，以金属粉末为主要原料，用粉末冶金法制作的烧结体。利用烧结体的多孔性,使之含浸10%40%(体积分数)润滑油,于自行供油状态下使用。 含油轴承在非运转状态，润滑油充满其孔隙，运转时，轴回转因摩擦而发热，轴瓦热膨胀使孔隙减小，于是，润滑油溢出，进入轴承间隙。当轴停止转动后，轴瓦冷却，孔隙恢复，润滑油又被吸回孔隙。汽车工业汽车发动

5、机汽车发动机 为了提高燃油利用率与控制排放，汽车发动机的工作条件变得更加严酷。使用粉末冶金的阀座、阀导向、VCT和链轮等，能够具备高强度、高耐磨性和优良的耐热性。 汽车发动机中利用粉末冶金制造的部件有：传动系统零部件（气门座、气门导管和阀），可变阀门定时零部件、控制杆等。减振部件减振部件 汽车、摩托车的减振器中，活塞杆及活塞导向阀等都是重要部件。考虑到减振器的稳定阻尼力，使用粉末冶金零件，具有高精密薄板表面，能减少摩擦、保障操纵的稳定性，提高乘坐的舒适性变速器部件变速器部件 将近终成形的同步器齿环与双重摩擦材料和高强度材料相结合，制作了世界上第一个离合器刹。此外，通过高温烧结的方法，制造了高强

6、度的零部件，如手柄式换档齿轮和换挡拨叉。 汽车中使用粉末冶金方法制造的变速部件有：同步汽轮轂（gu）、同步器环、泊车部件、列移位部件和控制杆等。粉末冶金与元器件封装 集成电路封装是为芯片提供一个可靠的工作环境，保护芯片不受外部环境影响，使电路具有稳定正常的功能。 集成电路的封装要求用于封装的材料具有一定的机械强度、良好的电气性能能、散热性能和化学稳定性，并更具集成电路类别和使用场所的不同，选用不同的封装结构和材料。 据统计现在目前一个集成芯片的成本和封装的成本已基本相当，而高性能的封装材料多采用粉末冶金工艺生产元器件封装常见的材料工艺流程混合-压制-烧结粉末制取和混合 现有的制粉方法大体可分为

7、两类：机械法和物理化学法。而机械法可分为：机械粉碎及雾化法；物理化学法又分为：电化腐蚀法、还原法、化合法、还原-化合法、气相沉积法、液相沉积法以及电解法。其中应用最为广泛的是还原法、雾化法和电解法。 电解法是生产工业铜粉的主要方法，即采用硫酸铜水溶液电解析出纯高的铜。还原法是生产工业铁粉的主要方法，采用固体碳还原铁磷或铁矿石粉的方法。还原后得到得到海绵铁，经过破碎后的铁粉在氢气气氛下退火，最后筛分便制得所需要的铁粉。 机械破碎法中最常用的是球磨法。该法用直径1020mm钢球或硬质合金对金属进行球磨，适用于制备一些脆性的金属粉末（如铁合金粉）。对于软金属粉，采用旋涡研磨法。粉末所有性能的总称。它

8、包括：粉末的几何性能(粒度、比表面、孔径和形状等)；粉末的化学性能(化 学成分、纯度、氧含量和酸不溶物等)；粉体的力学特性(松装密度、流动性、成形性、压缩性、堆积角和剪切角等)；粉末的物理性能和表面特性(真密度、光 泽、吸波性、表面活性、电位和磁性等)。粉末性能往往在很大程度上决定了粉末冶金产品的性能。粉末性能(property of powder)压制成型 压模压制是将置于压模内的松散粉末施加一定的压力后，成为具有一定形状、尺寸和一定密度、压强的压坯。在压制的过程中会涉及压坯密度压坯烧结 烧结是粉末冶金工艺中的关键性工序。成型后的压坯通过烧结使其得到所要求的最终物理机械性能。烧结又分为单元系

9、烧结和多元系烧结。对于单元系和多元系的固相烧结，烧结温度比所用的金属及合金的熔点低；对于多元系的液相烧结，烧结温度一般比其中难熔成分的熔点低，而高于易熔成分的熔点。除普通烧结外，还有松装烧结、熔浸法、热压法等特殊的烧结工艺。 烧结后的处理，可以根据产品要求的不同，采取多种方式。如精整、浸油、机加工、热处理及电镀。此外，近年来一些新工艺如轧制、锻造也应用于粉末冶金材料烧结后的加工，取得较理想的效果。后处理工艺优点 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

10、。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。工艺缺点1、总体上： 1）制品内部总有孔隙； 2）普通粉末冶金制品的强度比相应的锻件或铸件要低（约低20%30%）； 3）由于成形过程中粉末的流动

11、性远不如液态金属，因此对产品结构形状有一定的限制； 4）压制成形所需的压强高，因而制品受压制设备能力等限制； 5）压模成本高，一般只适用于成批或大量生产。2、金属粉方面： 最终产品的品质难以控制自如；金属粉昂贵；粉末不顺从水力学定律，而使产品结构形状有一定限制。3、制造设备、方法方面： 1）加压机：常需使用昂贵的强力压机 2）压模：属消耗品，成本较高 3）烧结炉 4）粉末易氧化，混合需长时间 5）制品的尺寸及形状受限制。发展方向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。具体如下：1、有代表性的铁基合金，将向大体积的精密制品，高质量的结构零部件发展。2、制造具有均匀显微组织结构的、加工困难而完全致密的高性能合金。3、用增强致密化过程来制造一般含有混合相组成的特殊合金。4、制造非均匀材料、非晶态、微晶或者亚稳合金。5、加工独特的和非一般形态或成分的复合零部件。http:/ 电子封装用粉末冶金材料电子封装用粉末冶金材料http:/ 粉末冶金多孔材料粉末冶金多孔材料http:/ 粉末冶金原理粉末冶金原理http:/ 粉末冶金技术的应用与发展粉末冶金技术的应用与发展http