粉末冶金新技術(shù)

摘要：粉末冶金是一項非常先進的制造技術(shù)，現(xiàn)在已經(jīng)在材料和零件制造業(yè)處于無可替代的位置。這項技術(shù)是將材料制備和零件成形融為一體，成為當(dāng)代材料科學(xué)發(fā)展領(lǐng)域的領(lǐng)先技術(shù)。它具有節(jié)能、節(jié)材、高效、最終成形、少污染的特點。當(dāng)前粉末冶金技術(shù)越來越高致密化、高性能化、低成本化，本文主要分析的是幾種新型的粉末冶金零件的成形技術(shù)。

關(guān)鍵詞：粉末冶金 溫壓技術(shù) 流動溫壓技術(shù) 模壁潤滑技術(shù) 高速壓制技術(shù) 動磁壓制技術(shù) 放電等離子燒結(jié)技術(shù) 爆炸壓制技術(shù)

1 溫壓技術(shù)

雖然溫壓技術(shù)只是一項新技術(shù)，在近幾年才取得了一些發(fā)展，但是由于它生產(chǎn)出來的粉末冶金零件具有高密度、高強度的特點，現(xiàn)階段已經(jīng)得到了大量的應(yīng)用。這項技術(shù)和傳統(tǒng)的粉末冶金工藝不同，它可以采用特制的粉末加溫、粉末輸送和模具加熱系統(tǒng)，將加有特殊潤滑劑的預(yù)合金粉末和模具等加熱至130～150℃，并將溫度波動控制在±2.5℃以內(nèi)，之后的壓制和燒結(jié)工序和傳統(tǒng)工藝是一樣的。與傳統(tǒng)工藝相比，區(qū)別點就集中在溫壓粉末制備和溫壓系統(tǒng)兩個方面。采用這項技術(shù)不管是從壓坯密度方面來說，還是從密度方面來說，都比采用傳統(tǒng)工藝要好很多。在同樣的壓制壓力下，使用溫壓材料比采用傳統(tǒng)工藝不管是屈服強度、極限拉伸強度，還是沖擊韌性都要高。此外，由于溫壓零件的生坯強度比傳統(tǒng)方法下的生坯強度要高很多，可達20～30MPa，如此一來，既降低了搬運過程中生坯的破損率，也保證了生坯的表面光潔度。另外，采用該技術(shù)生產(chǎn)出來的零件不僅性能均一，精度高，而且材料的利用率很高。溫壓工藝的成本不高，而且工藝并不復(fù)雜。與傳統(tǒng)的工藝相比，溫壓工藝下的粉末冶金的利用率高，耗能低，經(jīng)濟效益高，是節(jié)能、節(jié)材的強有力手段。

2 流動溫壓技術(shù)

流動溫壓粉末冶金技術(shù)（Warm Flow Compaction，簡稱WFC）是一種新型粉末冶金零部件成形技術(shù)，目前國外還處于研究的初試階段，它的核心價值就是能夠提高混合粉末的流動性、填充能力和成形性。

WFC技術(shù)有效利用了金屬粉末注射成形工藝的優(yōu)點并在粉末壓制、溫壓成形工藝的基礎(chǔ)上被發(fā)現(xiàn)。這項技術(shù)可以將混合粉末的流動性提高，這樣就使混合粉末可以在80～130℃溫度下，只需要在傳統(tǒng)的壓機上經(jīng)過精密成形就可以形成各種各樣外形的零件，省掉了二次加工的步驟。WFC技術(shù)在成形復(fù)雜幾何形狀方面具有很大的優(yōu)勢，是傳統(tǒng)工藝無法比的，而且成本不高，具有非常廣闊的應(yīng)用前景。

綜上所述，我們可以歸納出WFC技術(shù)具有以下四個優(yōu)勢：一是能夠制造出各種各樣外形的零件；二是有著很好的材料的適應(yīng)性；三是工藝簡單，成本低；四是壓坯密度高、密度均勻。

3 模壁潤滑技術(shù)

模壁潤滑技術(shù)是在解決傳統(tǒng)工藝面臨的一系列難題的基礎(chǔ)上應(yīng)運而生。傳統(tǒng)工藝是采用粉末潤滑來減少粉末顆粒之間和粉末顆粒與模壁之間的摩擦，然而現(xiàn)實往往是由于加進去的潤滑劑因密度低，使得粉末冶金零件的密度也得不到有效的保證。此外，潤滑劑的燒結(jié)不僅會給環(huán)境造成很大的不利影響，還可能會影響到燒結(jié)爐的壽命和產(chǎn)品的性能?，F(xiàn)階段，有兩個渠道可以進行模壁潤滑：一是由于下模沖復(fù)位時與陰模及芯桿之間的配合間隙會出現(xiàn)毛細作用，利用這個作用可以把液相潤滑劑帶到陰模及芯桿表面。二是選擇帶著靜電的固態(tài)潤滑劑粉末利用噴槍噴射到壓模的型腔表面上，就是安裝一個潤滑劑靴在裝粉靴的前部。在開始成形時，壓坯會被潤滑劑靴推開，此時帶有靜電的潤滑劑會被壓縮空氣從靴內(nèi)噴射到模腔內(nèi)，但是此時得到的極性和陰模的是不一致的，在電場牽引下粉末會撞擊在模壁上，同時粘連在上面，之后裝靴粉裝粉，只需進行常規(guī)壓制即可。采用該項技術(shù)可使粉末材料的生坯密度達到7.4g/cm3，大大提高了粉末材料的生坯密度，并且采用該方法比采用傳統(tǒng)的方法還能夠大大提高鐵粉的生坯強度。有研究結(jié)果結(jié)果表明，利用溫壓、模壁潤滑與高壓制壓力，使鐵基粉末壓坯全致密也是有可能的。

4 高速壓制技術(shù)

瑞典的Hoaganas公司曾經(jīng)推出過一項名叫高速壓制技術(shù)（Hjgh Velocity Compaction）的新技術(shù)，簡稱HVC。雖然這項新技術(shù)生產(chǎn)零件的過程和過去的壓制過程工序是一樣的，但是這項新技術(shù)的壓制速度比過去的壓制速度提高了500-1000倍，同時也大大增加了液壓驅(qū)動的錘頭重量，提高了壓機錘頭速度，在這種情況下，粉末利用高能量沖擊只需0.02s就可以進行壓制，在壓制的過程中會出現(xiàn)明顯的沖擊波。要想達到更高的密度，通過附加間隔0.3s的多重沖擊就能做到。HVC技術(shù)具有很多優(yōu)勢，比如高密度、低成本、可成形大零件、高性能和高生產(chǎn)率等?，F(xiàn)階段該技術(shù)已經(jīng)得到了廣泛的應(yīng)用，很多產(chǎn)品都采用了該項技術(shù)，比如制備閥門、氣門導(dǎo)筒、輪轂、法蘭、簡單齒輪、齒輪、主軸承蓋等。有了這項技術(shù)，未來將會出現(xiàn)更多更復(fù)雜的多級部件。

5 動磁壓制技術(shù)

動力磁性壓制技術(shù)（dynamic magnetic cornpaction）是一種新型的壓制技術(shù)，簡稱DMC，它能夠使高性能粉末最終成形，這項技術(shù)固結(jié)粉末的方式主要是通過利用脈沖調(diào)制電磁場施加的壓力。雖然這項技術(shù)和傳統(tǒng)的壓制技術(shù)一樣都是兩維壓制工藝，但是不同的是傳統(tǒng)的壓制技術(shù)是軸向壓制，而這項技術(shù)是徑向壓制。利用該項技術(shù)進行壓制只需1ms，整個過程非常的迅速，只需把粉末放入一個具有磁場的導(dǎo)電的容器（護套）內(nèi)，護套就會產(chǎn)生感應(yīng)電流。利用磁場和感應(yīng)電流之間的相互作用，就可以完成粉末的壓制工作。DMC具有成本低廉、不受溫度和氣氛的影響、適合所有材料、工作條件靈活、環(huán)保等優(yōu)點。DMC技術(shù)適于制造柱形對稱的零件，薄壁管，高縱橫比部件和內(nèi)部形狀復(fù)雜的部件?，F(xiàn)可以生產(chǎn)直徑×長度：12.7mm×76.2mm到127.0mm×25.4mm的部件。

6 放電等離子燒結(jié)技術(shù)

早在1930年美國科學(xué)家就提出了這項放電等離子燒結(jié)技術(shù)（Spark Plasma Sintering），簡稱SPS，然而該技術(shù)直到近幾年才得到世人的關(guān)注。SPS技術(shù)獨到之處就在于無需預(yù)先成形，也不需要任何添加劑和粘結(jié)劑，是集粉末成形和燒結(jié)于一體的新技術(shù)。這項技術(shù)主要是通過先把粉末顆粒周圍的各種物質(zhì)清除干凈，如此一來粉末表面的擴散能力會得到提高，然后再利用強電流短時加熱粉末就可以達到致密的目的，注意加熱時應(yīng)在較低機械壓力情況下。有研究結(jié)果顯示，采用該項技術(shù)由于場活化等作用的影響，不僅有效降低了粉體的燒結(jié)溫度，也大大縮短了燒結(jié)時間，再加上粉體自身可以發(fā)熱的影響，不僅熱效率很高，加熱也很均勻，所以采用該技術(shù)只需一次成形就可以得到質(zhì)量上乘的、符合要求的零件。現(xiàn)階段，該技術(shù)大范圍應(yīng)用的主要是在陶瓷、金屬間化合物、納米材料、金屬陶瓷、功能材料及復(fù)合材料等。另外，該技術(shù)在金剛石、制備和成形非晶合金等領(lǐng)域也得到了不錯的發(fā)展。

7 爆炸壓制技術(shù)

爆炸壓制（Explosive Compaction）是一種利用化學(xué)能的高能成形方法，也被叫做沖擊波壓制。一般情況下，它都是通過在一定結(jié)構(gòu)的模具內(nèi)對金屬粉末材料施加爆炸壓力，在爆炸過程中產(chǎn)生的化學(xué)能可以轉(zhuǎn)化為四周介質(zhì)中的高壓沖擊波，然后利用脈沖波就可以實現(xiàn)粉末致密。整個過程只需10-100us，其中粉末成形時間只有大約1ms。這種壓制方式最大的優(yōu)勢是可以解決傳統(tǒng)的壓制方式一直無法解決的難題，即可以使松散材料達到理論密度，比如金屬陶瓷材料、低延性金屬等采用傳統(tǒng)的壓制方法無法使其致密，一直是一個未解的難題，隨著爆炸壓制技術(shù)的出現(xiàn)，我們發(fā)現(xiàn)采用這項技術(shù)就可以把其壓制成復(fù)合材料，并制造成零件。

我國的粉末冶金技術(shù)帶來的前景是非常廣闊的，作為一種新工藝、新技術(shù)，與國外先進水平相比，它還有很多地方需要改進、需要提高。

參考文獻：

[1]張建國，馮湘.粉末冶金成形新技術(shù)綜述[J].濟源職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報，2006-03-30.

[2]郭峰.火電廠等離子點火裝置中高性能陰極材料的制備與實驗研究[D].華北電力大學(xué)，2006-03-01.

[3]劉雙宇.高強度鐵基粉末冶金材料復(fù)合制備方法及組織性能研究[D].吉林大學(xué)，2007-10-25.

[4]馮鵬發(fā)，孫軍.鉬及鉬合金粉末冶金技術(shù)研究現(xiàn)狀與發(fā)展[J].中國鉬業(yè)，2010-06-30.

[5]吳麗珍，邵明，李小強.多場耦合作用下粉末成型固結(jié)技術(shù)及其裝備的發(fā)展[J].現(xiàn)代制造工程，2009-11-18.