现代粉末冶金材料与技术的发展

现代粉末冶金材料与技术的发展1概粉末冶金是研究金属金金和化合物的粉末及其材料的性质和制造理论与工艺的技术科学，是现代材料科学与工程发展最为迅猛的领域之一。近代以来粉冶金有了突破性进展，在西方发达国家更呈现出了加速发展的势,一列新技术、新工艺大量涌现，例,超粉或纳米粉制备技术、快速冷凝技术、机械合金化、粉末热等静压、温压、粉末热锻、粉末挤压、粉末注射形、粉末喷射成形自蔓延高温合成层术火烧结应烧结固相线烧结时液相烧结、激光烧结、微波烧结等。现代粉末冶金不但保持和发展了传统优点—实现少切削削加工实现少偏析或无偏,低耗、节能、节材；易控制产品孔隙度；易实现金属一非金属复合、金属一高分子复而且新技术赋予传统工艺步骤以新的内容和含义,使末冶金成为制取各种高性能结构材料、特种功能材料和极限条件下工作材料的有效途径。因,整粉末冶金领域大大拓并向着纵深方向发展粉冶金已由二类传统工艺技术发展成为一门新兴的技术科,它于冶金科学与材料科学的交汇区并已深入地渗透到几乎所有的冶金和材科学的分支科学中去了。由于技术上和经济上具有巨大的优越性粉末冶金技术产品在国民经济的各个部门和国防建设的各个领域都得到了广泛应,对械子工源空天乃至农业药、食品等产业的发展以及科技的进步都起到了重要的推动作用,创造了巨大的社会财富,带来了巨大的经济效益和社会效益。2现粉末冶金发展的主要特点（一）新技术、新工艺大量涌现新技术新工艺的应用使粉末的制备朝着超微、超细、速凝、高纯、均质、成分可调控、大规模、多品种方向发,粉末冶金材料的制造朝着复合、全致密、高能、高精度、复杂形状、大批量系列化方向发展。（二）新材料层出不穷粉末冶金已发展成为制取各种高性能结构材料和特种功能材料以及极限条件使用材料的有效途径。这些新材料包括粉末低合金钢、粉末高温合金、粉末高速钢、粉末不锈钢、快速冷凝铝合金、快速冷凝钦合金、弥散强化合金、高温超导材料、钦铁硼永磁材料、特种陶瓷、金属基和陶瓷基复合材料米料度功能材料粉摩擦材料涂层硬质合金等。（三）近净型成形技术的崛起加速了粉末冶金的迅速发展粉末冶金作为一项典型的近净型成形制造技,以独有的少切削、无切削及节材、节能的技术特点在与传统的熔铸加工竞争中不断发展几十年来许新的近型成形技术不断涌现如属注射成形、粉末喷射成形、粉末热锻和粉末热等静压等使得粉末冶金产品更加接近最终产品形状并拓宽了粉末冶金近型成形产品的范围。（四）复合材料及其制造技术的发展为粉末冶金开拓了新的领域目前复合材料的发展形成由宏观复合形式向微观复合形式发展结复合材料为主向与功能复合材料并重的局面。粉末冶金以它独有的粉末混合、化学复合、机械合金化、涂层、骨架熔渗与浸溃维粉浆浇速冷凝和原位复合等特长在复合材料制造中充分发挥自己的优势在属基、陶瓷基复合材料和弥散强化、颗粒强化及纤维增强复合制造技术中

显示鲜明的特色。3粉冶金材料3.1传统粉末冶金材料（）基末金材料：铁基粉末冶金材料是最重要的粉末冶金材料之一,特是汽车行业的快速发展对铁基粉末冶金行业起了很大的推动作用。（）基末金材料：烧结铜基零件具有较好的耐蚀性、表面光洁及无磁性等点。铜基材料主要有烧结青锡铜和铝青烧黄铜烧镍银和烧结铜镍合,此还有弥散强化铜如Cu2Al2O3、烧结时效强化铜合(Cu2Be、Cu2Be2CoCu2Cr合金以用于减震的烧结合。（）熔金属硬质合金：难熔金钨钼钽、铌)及其合金、复合材料以其高熔点高硬度高强度等独特的物理与力学性能而广泛应用于国防军工空航天、电子信息、能源、防化、冶金和核工业等领域。硬质合金是指以一种或多种难熔金属的碳化物碳化钨、碳化钛作硬质,用属粘结剂作为粘结,经末冶金技术制造出来的材料。硬质合金广泛用作切削刀具、矿用刀片和异型已为现代工业部门和新技领域不可缺少的工具材料被誉为“现代工业的牙齿（）末金工材料：在电器、仪表及电工技术中,广泛应用于各种分断和接通电路的电接触元件、电阻焊用的电极以及电机上用于转换电流的电刷。在无线电技术普遍使用各种难熔化合物制成的各种固定电阻器真技术中使用各种电子管阴极制品种加热元件和热电偶材料上些料常常采用粉末冶金技术制,统为粉末冶金电工材料。（）结擦减摩材料：摩擦材料以提高摩擦磨损性能为目的用于摩擦离合器与摩擦制动器的摩擦部分的材料称为摩擦材料结摩材料是用粉末冶金方法制造的有摩擦系数和高耐磨性能的金属材料或金属和非金属的复合材料。3.2先进粉末冶金材料信息领域用粉末冶金材料冶金软磁材料按材质分类可分为金属软磁材料和铁氧体软磁材料。铁氧体软磁材料出现较是一种只能用粉末冶金烧结方法制造软磁材料。人们期望烧结软磁材料具有高的磁导率和饱和磁化强度或剩磁以及低的矫顽力,压粉磁芯或磁粉芯属于这一类材料。金属软磁材料主要是铁及其合,其有纯铁、磷铁、硅钢、铁镍金、铁钴合金、铁铝合金和铁铝硅合金等。铁氧体软磁主要有锰锌、镁锌、镍锌铁氧体软磁材料。能源领域用粉末冶金材料：能源材料是指那些正在发展的、可能支撑新能源体系的建立,满足各种新能源以及节能新技术所要求的一类材料使目的可分为新能源材料能料和储能材料。生物领域用粉末冶金材料生物医用材料对于挽救生命治伤残提高人类的生活质量具有重要的意义。生物材料中的一些医用金属和合,医生物陶瓷就属于粉末冶金材料。军事领域用粉末冶金材料末金材料对军事工业作出了巨大的贡,在国防建设中有着巨大的潜力和竞争力冶材料广泛用于航空航天工业业和兵器工业等军事领域。4粉冶金技术4.1粉末制备技术的发展粉末冶金材料和制品不断增多质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了各种各样生产粉末的新方法。从过程的实质来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,应用最广泛的是还原法、雾化法和电解法。但随着科技的发越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。(1机械合金化：机械合金化是由Benjamin等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,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。机械合金化是在固态下实现合金,不经过气相相不物质的蒸气压点等物理特性因素的制,使去用传统熔炼工艺难以实现的某些物质的合金化和远离热力学平衡的准稳态衡态及新物质的合成成为可能因机械合金化的理论和应用方面的研究均显示出十分诱人的前景。喷雾干燥：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热空气其它气体与滴直接接触的方式使之迅速干燥,从获得粉粒状产品的一种粉末制备过程。采用喷雾干燥可以制备出质量均一、重复性良好的粉,并缩短粉料的制备过,有于自动化、连续化生产是规模制备优良超微粉的有效方法。4.1粉末冶金成型技术的发展目前粉冶金技术正向着高致密化、高性能化、集成化和低成本等方发展。近年,一系列粉末冶金新的成形技术层出不,并呈现出加速发展态,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使粉末高致密化成形技术得到了很大的发展。粉末注射成型注成形是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的基本工艺过程:首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,然将成形中的粘结剂脱离,最后经烧结致密化得到最终产品。粉末注射成形的材料已经从早期的铁基质金陶瓷等对杂质含量不敏感、性能要求不是非常苛刻的体,发展到了镍基高温合金、钛合金和铌材料材料应用领域也从结构材料向功能材料发展如热沉材料、磁性材料和形状记忆合金。材料结构也从单一均匀结构向复合结构发展。（温压成型温压成形是从20世90年代新发展起来的一项新技术是采用特制的粉末加热、粉末输送和模具系,将有特殊润滑剂的混合粉末和模具加热至～℃温度进行刚性模,最后采用传统的烧结工艺进行致密化的技术用工艺可成形形状非常复杂的零如直于压制方向上的凹槽、孔以及螺纹孔而不需要后续二次机械加工。（）射成型喷射成SprayForming)技,也为喷射沉SprayDeposition)或喷射铸造SprayCasting)技,这是20世80年代以来工业发达国家在传统快速凝固粉末冶金工艺基础上发展起来的一种全新的先进材料制备与成形技术。（高速压制成型高压制技术是瑞典¨¨AB公司在年推介的一种新技术。高速压制生产零件的过程和传统的压制过程工序相;混粉末加进送料斗中粉通过送粉靴自动填充模腔压制成形之,零被顶出并转入烧结工序不的是高速压制的压制速度比传统压制高500～倍压锤头速度高达2～,液压驱动的锤头质量达5～粉在0.02s之内通过高能量击进行压,压时产生强烈的冲击波。通过附加间隔0.3s的重冲击能达到更高的密度。与传统压制相比高压制的铁基零件密度可提高0.3gPcm3左右,因而抗拉强度和屈服强度能相应地提高20～。高速压制压坯的径向弹性后效很,故脱模压力较小并压坯密度均,其差小于。该技术可以制得质量达5kg以上的大型压坯以及高径比达到3的坯。同,HVC技还具有高生产率和低成本等特点。4.1粉末冶金烧结技术的发展粉末冶金烧结是指粉末或粉末压坯在适当的温度和气氛条件下加热所发生的现象或过程结工艺是决定粉末冶金制品性能的重要环,一是人们研究的重;各促进烧结的方法不断涌现如微波烧结、放电等离子烧结、自蔓延高温合成、烧结硬化等。微波烧结：微波烧结是一种利用微波加热来对材料进行烧结的方,它于20世纪70年代。烧结中微波不仅仅只是作为一种加热能其身也是一种活化烧结过程。微波烧结技术是利用材料吸收微波能转化为内部分子的动能和热能,使材料整均匀加热至一定温

度而实现致密化烧结的一种方法,是速制备高质量的新材料和制备具有新的性能的传统材料的重要技术手段。放电等离子体烧(SPS)也称作等离子体活化烧(PlasmaActivatedSintering,PAS)或冲电流热压烧(PulseCurrentPressureSintering),是20世90年以来国外开始广泛研究的一种快速烧结新工艺早于年美国科学家提出的脉冲电流烧结原但直到日本于1988年制出第一台工业型装,该技术才真正引起世人的关注。由于它融等离子体活化、热压、电阻加热为一具有烧结时间短、温度控制准确、易自动化、烧结样品组织均匀、致密度高等优,仅在几分钟之内就使烧结产品的相对理论度接近100%,而且能抑制样品颗粒的长大提高材料的各种性能。自蔓延高温合成：自蔓延高温合SHS),也燃烧合(CombustionSynthesis,CS)它一种利用化学反应自身放热使反应持续进最终合成所需材料或制品的新技术。自1967年苏联科学家发现并提出自蔓延高温合成的概念以来自延高温合成世界范围内得到了广泛的研究和开,并在工业生产中得到应用。5展粉末冶金是提高材料性能和发展新材料的重要手段已成为当代材科学发展的前沿领域。粉末冶金新材料、新技术、新工艺的不断出必将促进高技术产业和国防工业的快速发展也将带给材料工程和制造技术光明的前景。近年,我国粉末冶金行业得到