粉末冶金材料及冶金技術發(fā)展探討

焦忠吉 陳磊 楊通江

摘 要：我國擁有悠久的金屬冶煉歷史，生鐵冶金技術是最早的冶金技術。隨著我國工業(yè)技術的發(fā)展和經濟基礎的進步，粉末冶金技術已經被廣泛應用于各個領域。和傳統(tǒng)的冶金技術相比，粉末冶金技術具有明顯的節(jié)能、高效、環(huán)保等優(yōu)點。本文針對粉末冶金技術的特點、發(fā)展歷史以及該技術的發(fā)展趨勢進行探討，以期能夠促進我國冶金行業(yè)的進步。

關鍵詞：粉末冶金材料；冶金技術；發(fā)展

一、冶金材料分類

（一）傳統(tǒng)冶金材料分類

傳統(tǒng)冶金材料一般分為鐵基粉末冶金材料、鋼基粉末冶金材料、難溶性冶金材料、電子冶金材料等幾種。其中最常見也是應用最多的冶金材料之一便是鐵基粉末冶金材料，一般被應用于機械制造行業(yè)中。鋼基粉末冶金材料多用于現(xiàn)代電器生產制造中，主要是因其獨特的性能特征，不同于其它冶金材料，鋼基粉末金屬的材料構成以及配比度具有較大的差異。例如黃銅材料具有較強的塑性和耐磨性，銅合金具有優(yōu)良的導電和導熱性。難溶性技術冶金材料具有很高的熔點，一般熔點在1700℃以上，又因其優(yōu)異的硬度和強度表現(xiàn)，多用于航空制造業(yè)和軍事制造業(yè)。電子冶金材料具有極強的耐磨性，主要被應用于通信產品生產中，目前也在逐漸滲透到其它各領域。

（二）現(xiàn)代冶金材料分類

現(xiàn)代冶金材料一般是用于現(xiàn)代信息行業(yè)以及生物材料制造、新能源研究及高端軍事制造領域中。用于信息行業(yè)中的冶金材料主要分為金屬類材料以及鐵氧材料，目前鐵氧材料中的鐵氧體磁性材料只能通過現(xiàn)代化的粉末冶金技術制得，生產成本偏高，如磷鐵、硅鋼等。在新能源研究領域，現(xiàn)代冶金材料滿足了我國大力倡導的節(jié)能政策的落實需求，現(xiàn)代冶金材料中的儲能式材料與新能源材料的研發(fā)推動了我國低碳環(huán)保、經濟節(jié)能理念的傳承。在生物材料制造行業(yè)中，現(xiàn)代冶金最明顯和最有價值的體現(xiàn)便是應用于醫(yī)療領域中，如人造機械骨骼的醫(yī)學研究成果，不僅降低了人體免疫排斥反應，延長人類壽命，同時降低了醫(yī)療成本。在軍事制造以及航天制造領域中，粉末冶金材料的防輻射以及耐高溫特性具有重要價值。

二、粉末冶金技術

（一）粉末冶金技術特征

粉末冶金技術是對多種材料進行復核加工，所以粉末冶金技術具有獨特的物理性能和化學性能。該技術的運用能夠制造出普通冶煉無法完成的金屬制品，如結構復雜或細小的精密零件。同時粉末冶金技術的應用，能夠極大地縮減冶煉成本，提高金屬冶煉效率。例如，原本廢棄的礦石或者金屬鐵屑等也可以通過粉末冶金技術實現(xiàn)二次利用，這種方式不僅有效提高了資源的利用率，降低了環(huán)境污染，同時達到節(jié)約資金成本的目的。另外，科技性能較高的多空分離膜、功能性陶瓷材料都是粉末冶金技術下的優(yōu)秀成果。

（二）粉末冶金技術發(fā)展史

最原始的粉末冶金技術是由埃及人利用碳還原氧化鐵得到海綿鐵，再通過高溫鍛造手段將海綿鐵制成致密塊，進而將致密塊打造成需要的鐵質器具。在幾千年前的遠古時期就已經有了粉末冶金技術的雛形和思維，并且對人類社會發(fā)展起到了積極的促進作用。

在粉末冶金技術的發(fā)展過程中，先后出現(xiàn)了硬質合金、集電刷和青銅含有軸承等產品。由于粉末冶金技術較普通冶煉具有更高的經濟性和材料上的可選性，所以粉末冶金的工藝更靈活，可制造的產品也更多。隨著粉末冶金技術的逐漸成熟，由該技術研發(fā)出的新工藝也越來越多，如放電等離子燒結、等靜壓成形以及增材制造技術等。如今粉末冶金技術被應用最多的便是汽車行業(yè)和航空業(yè)以及新材料的開發(fā)。

三、粉末冶金材料及技術的發(fā)展方向

（一）粉末注射成型技術

以國際眼光看中國的科技發(fā)展，可以發(fā)現(xiàn)我國的各項科學技術發(fā)展起點較低，但是以發(fā)展的眼光看中國，則可發(fā)現(xiàn)我國早已進入科學技術發(fā)展的歷史新階段。粉末冶金技術中的粉末注射成型技術在我國已經進入初級試用階段。粉末注射成型技術多使用陶瓷、鐵基等作為基礎材料，一個由粉末注射成型技術制造的成品，往往需要經歷一個漫長的周期。隨著科技水平的不斷進步以及人們對冶金行業(yè)要求的不斷提高，傳統(tǒng)的粉末注射成型技術也在不斷的升級，經過改良后的粉末注射成型技術不再只運用于陶瓷制品，而是向更加復雜和精細化的鈦合金以及高溫合金材料發(fā)展?？梢灶A測的是，粉末注射成型技術必將成為粉末冶金技術中的重要分支技術。

（二）微波結燒技術

微波燒結技術的運用，彌補了冶金行業(yè)和企業(yè)冶金材料內部不均勻的缺陷，該技術利用微波加熱方法的特性，加快了材料生產的速度，一般可以在60s內將材料溫度上升至1700℃，一些冶金材料可在短時間內上升溫度至2200℃。通過高溫使材料自內而外整體加熱，快速升溫對被加熱物體具有很好的品質保障作用。因此微波燒結技術生產的產品內部結構更均勻，材料韌性也更強，在陶瓷行業(yè)中的應用效果更好。同時因為微波燒結技術在實際的燒制過程中使陶瓷內部受熱更均勻，所以，陶瓷結構的穩(wěn)定性更好，不會輕易產生裂痕。微波燒結結束不僅生產效率高，而且生產成本低，是未來陶瓷材料加工的應用趨勢。

（三）溫壓成形技術

粉末冶金技術中的溫壓成形技術包括溫壓技術和流動溫壓技術，其中溫壓技術是將特殊的粉末進行高溫、輸送和模具加熱燈系統(tǒng)等共同作用下，通過加熱模具溫度至140℃進行初步定型。再結合常規(guī)的冶金粉末技術進行同一操作。開展燒結工作，最終制得密度和強度較高的粉末冶金零件。流動溫壓技術則是與粉末注射成型技術相結合，充分發(fā)揮這兩種技術的優(yōu)點。該項技術對粉末的流動性以及填充的成形性進行了進一步提升，克服了傳統(tǒng)冶金粉末技術在成形上的不穩(wěn)定性。這種技術的工藝相對簡單，生產的零件精密度高，具有十分廣闊的發(fā)展前景。雖然現(xiàn)在還沒有普遍應用，但從其工藝流程、技術難度、經濟價值等多方面來看，流動溫壓技術都具有明顯的優(yōu)越性。

四、結語

隨著我國社會經濟水平的不斷提升，人們對冶金制品的綜合性能要求越來越高。粉末冶金技術因其效率高、成本低、耗能小的優(yōu)勢，逐漸引領了新時代的行業(yè)翹楚。我國的粉末冶金技術從經濟、性能等方面都還有很大的發(fā)展空間。冶金企業(yè)想要提升自身核心競爭力，推進工業(yè)發(fā)展的步伐，需要注重新能源材料的開發(fā)，加快粉末冶金技術的升級與轉型，以實現(xiàn)我國能源的可持續(xù)發(fā)展。

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