鐵基粉末冶金零件溫壓工藝及進(jìn)展

李志輝 郝峰 唐曉民　李瑛

摘 要：溫壓工藝是利用溫壓工藝制備高性能的粉末冶金鐵基合金零部件的關(guān)鍵技術(shù)，采用溫壓工藝可以有效降低高性能粉末冶金零件的成本，并提高零件的硬度、疲勞強(qiáng)度、抗拉強(qiáng)度以及韌性等。將溫壓技術(shù)應(yīng)用于鐵基粉末冶金零件的加工，有利于零件技術(shù)性能的提高和加工成本的降低，是零件加工生產(chǎn)上的一項(xiàng)重要技術(shù)進(jìn)步。

關(guān)鍵詞：溫壓工藝；鐵基粉末冶金；零件；進(jìn)展；關(guān)鍵技術(shù)

1 溫壓工藝的國(guó)內(nèi)外進(jìn)展

粉末冶金法是指以金屬粉末或金屬、非金屬粉末的混合物為原料，借助其他助劑，通過成形和燒結(jié)，制造出各種類型配件的工藝技術(shù)。從制備工藝來看，粉末冶金法與陶瓷工藝高度近似，是將陶瓷工藝移植到金屬材料加工當(dāng)中的一種加工技術(shù)。

從目前來看，世界上的溫壓專利粉末技術(shù)主要為美國(guó)的Hoeganaes公司、瑞典的Hogannas AB公司和加拿大的QMP公司所掌握，德國(guó)和日本在這個(gè)領(lǐng)域也具有較高的水平；具有絕對(duì)領(lǐng)先優(yōu)勢(shì)的溫壓專利加熱設(shè)備主要是美國(guó)的EL-TEMP、Micro-VIet、TPP300、TOPS四大系統(tǒng)和瑞典的Linde Metal/teknik系統(tǒng)，兩國(guó)加熱裝備的區(qū)別在于加熱方法的不同，美國(guó)的裝備通過電阻加熱，而瑞典的裝備通過熱油加熱。當(dāng)然，溫壓技術(shù)不可能實(shí)現(xiàn)室溫一次壓制成型，不斷地涌現(xiàn)出各種標(biāo)志性的產(chǎn)品。

由于粉末冶金技術(shù)一直被國(guó)外的粉末冶金公司視為絕密技術(shù)，控制非常嚴(yán)格，通常情況下其他研究機(jī)構(gòu)是沒有機(jī)會(huì)對(duì)其密化機(jī)理進(jìn)行系統(tǒng)研究的。我國(guó)的溫壓技術(shù)起步較晚，研究領(lǐng)域主要集中在粉末材料、潤(rùn)滑劑、溫度和壓力對(duì)粉末冶金零件密度的影響上，國(guó)內(nèi)的生產(chǎn)線和預(yù)制粉末一般都源自于國(guó)外，仍未擺脫對(duì)國(guó)外的設(shè)備和原料的依賴。

2 溫壓工藝及其關(guān)鍵技術(shù)

所謂的溫壓工藝就是利用特殊的加熱系統(tǒng)對(duì)模具和加有特殊潤(rùn)滑劑的金屬粉末進(jìn)行加熱，使其溫度控制在預(yù)設(shè)溫度土2.5℃的范圍內(nèi)，以更好地保證粉末的流動(dòng)性和充填行為，而后利用傳統(tǒng)的粉末壓制工藝完成零件加工生產(chǎn)。國(guó)外對(duì)溫壓工藝的專利保護(hù)主要集中在溫壓粉末技術(shù)（包括加入和未加入特殊高溫潤(rùn)滑劑的金屬粉末）和溫壓工藝的主要技術(shù)與設(shè)備兩個(gè)方面，而這兩個(gè)方面都是最為關(guān)鍵的溫壓技術(shù)。

2.1 溫壓粉末技術(shù)及發(fā)展?fàn)顩r

溫壓粉末的制作是溫壓工藝的基礎(chǔ)環(huán)節(jié)。用于溫壓工藝的混合粉末必須要滿足非?？量痰囊?，既要具有良好的流動(dòng)性、壓縮性和持久不變的松裝密度，也要保證零件成本性能的一致性。溫壓工藝加工形成的材料的密度主要決定于潤(rùn)滑劑、鐵粉的壓縮性和混合粉末的配方3個(gè)方面。

目前，世界各國(guó)的溫壓技術(shù)都申請(qǐng)了專利保護(hù)，世界上最先進(jìn)的是AncordenseTM粉末（專利由Hoeganaes公司持有）、Densmix粉末（專利由瑞典Hogannaes AB公司持有）和FLOMET WPTM粉（專利由加拿大Quebec Metal Powder公司持有），我國(guó)中南大學(xué)曹順華領(lǐng)銜的國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室對(duì)國(guó)產(chǎn)水霧化鐵粉、水霧化合金鋼粉和石墨新型聚合物潤(rùn)滑劑進(jìn)行了研究，形成了適合我國(guó)國(guó)情的低成本的溫壓粉末制造技術(shù)。

2.2 溫壓設(shè)備及發(fā)展?fàn)顩r

溫壓設(shè)備就是溫壓工藝當(dāng)中所用的粉末和模具加熱裝置與粉末輸送裝置，這也是溫壓成形工藝不同于傳統(tǒng)粉末冶金工藝的最大的區(qū)別。截止到現(xiàn)在，國(guó)內(nèi)還沒有企業(yè)具有這種設(shè)備的生產(chǎn)能力，而國(guó)際上最先進(jìn)的溫壓設(shè)備有兩種，其專利都由美國(guó)人擁有，且都有美國(guó)Hoeganaes Compan的參與。

（1）EL-TEMP溫壓系統(tǒng)

這是由美國(guó)的Hoeganaes Compan和Cincinnati Incorp兩家公司共同開發(fā)的溫壓設(shè)備，該設(shè)備有效地將粉末的加熱傳輸和模具加熱融合在了一起，既保證了粉體溫度的均一穩(wěn)定，也實(shí)現(xiàn)了粉末的準(zhǔn)確輸送與供給。但是，出于克服空氣在粉末中的隔熱作用，必須要將粉末放置在一系列控溫的加熱表面上。

（2）Micro-Met溫壓系統(tǒng)

這是由美國(guó)的Hoeganaes Compan與Gasbarre Incorporation兩家公司開發(fā)的溫壓設(shè)備，最大的優(yōu)點(diǎn)有兩點(diǎn)，一是利用微波實(shí)現(xiàn)快速、均勻加熱，可將粉末的溫度控制在士0.50℃的范圍之內(nèi)；二是可以更加方便地翻新和改造現(xiàn)有壓機(jī)，停機(jī)時(shí)清理和維護(hù)方便，粉末損失小，具有較強(qiáng)的移動(dòng)性和適應(yīng)性。

國(guó)內(nèi)在溫壓設(shè)備上的研究步伐也在不斷地加快，華南理工大學(xué)的李元元等已經(jīng)研制出了具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的溫壓設(shè)備。

3 總結(jié)

總體來看，我國(guó)粉末冶金工業(yè)基礎(chǔ)薄弱，技術(shù)水平較低，工藝裝備落后，仍落后于國(guó)際先進(jìn)水平。但是，由于國(guó)內(nèi)龐大的市場(chǎng)需求和眾多專家學(xué)者的關(guān)注，溫壓工藝進(jìn)展較快，粉末冶金零部件的性能越來越高，產(chǎn)品和技術(shù)水平穩(wěn)步提升，與國(guó)外先進(jìn)水平之間的差距越來越小，正逐步走上世界粉末冶金強(qiáng)國(guó)之路。

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（作者單位：1.赤峰工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院；2.陜西能源職業(yè)技術(shù)學(xué)院）