粉末冶金機械零件在汽車上的應用

摘要：粉末冶金汽車零件由于其質量的均一性，成本的低廉性等原因，廣受市場親睞。本文主要討論了粉末冶金的概念、特點，粉末冶金的發展趨勢，還有粉末冶金汽車零件的發展現狀與挑戰，最后對粉末冶金汽車零件進行了展望，望對粉末冶金行業健康持續發展提供參考借鑒意義。

關鍵詞：粉末冶金；汽車零件；金屬粉末；高性能

粉末冶金材料是指用若干種金屬粉末或是金屬粉末與非金屬粉末作原料， 通過按比例配料、壓制成形、燒結等工藝過程而制成的材料。這種生產工藝過程也就是粉末冶金法， 它屬于一種不同于熔煉和鑄造的方法。由于其生產工藝過程與陶瓷制品工藝極為相似， 所以粉末冶金法又被稱為金屬陶瓷法。粉末冶金法不僅是制造某些具有特殊性能材料的方法， 同時也是一種無切屑或少切屑的加工方法。它具有生產效率高、材料利用率高、節省機床和生產占地面積等特點。但其也存在一定的缺陷，如金屬粉末和模具費用高， 制品大小和形狀受到一定限制， 制品的韌性也較差。粉末冶金法常被用于制作硬質合金材料、結構材料、減磨材料、難熔金屬材料、摩擦材料、過濾材料、無偏析高速工具鋼、金屬陶瓷、耐熱材料、磁性材料等。

一、粉末冶金技術的含義及其特點

粉末冶金技術附屬于材料制備和成形的加工技術，而作為粉末冶金的雛形就是塊煉鐵技術，塊煉鐵技術也是人類最初制取鐵器的唯一手段，其對人類社會進步作出了巨大貢獻。

1、粉末冶金技術的含義

粉末冶金的方法其實誕生已久。人類早期通過機械粉碎法來制取金、銀、銅和青銅的粉末，用來當作陶器等的裝飾涂料。早在200年前，一些歐洲國家，如俄、英等國就曾大規模的制取海綿鉑粒，并經過熱壓、鍛和模壓、燒結等加工工藝來制造錢幣和一些貴重器物。1890 年，美國的庫利吉發明用粉末冶金方法制造燈泡用鎢絲，從而奠定了現代粉末冶金技術的基礎。直到1910年左右，人們已經開始用粉末冶金法來大量制造了鎢鉬合金制品、青銅含油軸承、硬質合金、集電刷、多孔過濾器等，并逐步形成了一整套粉末冶金相關技術。上世紀30年代，旋渦研磨鐵粉和碳還原鐵粉技術問世后，從而為粉末冶金法制造鐵基機械零件較快的發展機遇。從第二次世界大戰后，粉末冶金技術得到了較快的發展，新型的生產工藝和技術裝備、新的材料和制品不斷出現，開拓出一些能制造特殊材料的領域，成為現代工業中的重要組成部分。

2、粉末冶金技術的主要作用

由于粉末冶金技術的具有特殊優點，使其已成為解決新材料問題的有效途徑，而且在新材料的發展中歷程中發揮著舉足輕重的作用。

粉末冶金技術由于其可以在最大限度地來減少合金成分發生偏聚，消除粗大且不均勻的鑄造組織。在制備高性能稀土永磁材料、稀土發光材料、稀土儲氫材料、高溫超導材料、稀土催化劑、新型金屬材料上具有獨特的作用。同時還可以制備非晶、納米晶、準晶、微晶以及超飽和固溶體等一系列高性能非平衡材料，這些材料由于具有優異的電學、光學、磁學和力學性能。因此可以較容易地實現多種功能類型的復合，充分發揮各組元材料各自的特性，是一種低成本生產高性能金屬基和陶瓷復合材料的工藝技術。可以生產普通熔煉法無法生產的具有特殊結構和性能的材料和制品，如新型多孔生物材料，多孔分離膜材料、高性能結構陶瓷和功能陶瓷材料等?？梢詫崿F凈近形成形和自動化批量生產，從而，可以有效地降低生產的資源和能源消耗?？梢猿浞掷玫V石、尾礦、煉鋼污泥、軋鋼鐵鱗、回收廢舊金屬作原料，是一種可有效進行材料再生和綜合利用的新技術。

二、粉末冶金技術的發展趨勢

隨著汽車和飛機零件以及切削和成形工具發展的需要，粉末冶金制造零部件的強度和質量都得到了較好的改善和提高。汽車制造業作為粉末冶金零件的最大用戶，1996 年汽車行業占有美國粉末治金零件的市場份額的69%，成為美國粉末冶金零件的最大市場。發展粉末冶金需要制取新技術、新工藝及其過程理論。

1 、向全致密化發展

粉末冶金的重點是超細粉末和納米粉末的相關制備技術，機械合金化技術，快速冷凝制備非晶、微晶和準晶粉末制備技術，粉末粒度、結構、形貌、成分控制技術，自蔓延高溫合成技術。粉末冶金技術發展的總趨勢是向超細、超純、粉末特性可控方向發展，從而建立以“凈近形成形”技術為中心的各種新型固結技術及其過程模過程理論，如粉末注射成形、擠壓成形、噴射成形、溫壓成形、粉末鍛造等。建立以“全致密化”為主要目標的新型固結技術及其過程模擬技術。

2 、向高性能化、集成化和低成本等方向發展

粉末冶金制造零部件相關的新的成形技術層出不窮，如：粉末注射成形、溫壓成形、流動溫壓成形、噴射成形、高速壓制成形等新技術不斷涌現。目前， 粉末冶金技術正向著高致密化、高性能化、集成化和低成本等方向發展。有代表性的鐵基合金，將向大體積的精密制品，高質量的結構零部件發展；制造具有均勻顯微組織結構的、加工困難而完全致密的高性能合金；用增強致密化過程來制造一般含有混合相組成的特殊合金；制造非均勻材料、非晶態、微晶或者亞穩合金；加工獨特的和非一般形態或成分的復合零部件。

3 、粉末冶金產業化發展

由于相鄰學科和相關技術的相互滲透和結合.更賦予了粉末冶金新的發展活力。粉末冶金新工藝層出不窮。粉末冶金產業化是指這些技術已比較成熟。甚至在一些國家已有生產規模，但主流還處于研究成果向產業化轉化的過程之中。其工藝、設備、市場等已為產業化準備了條件，可以產業化，取得社會效益和經濟效益。主要是指該技術實現產業化、集群化、模塊化發展。其主要應用領域有汽車用粉末冶金零部件，汽車制造業仍是粉末冶金（PM）發展的牽引力；粉末注射成（PowderInjection Molding（PIM））溫壓成形技術（Warm Compaction）在眾多為提高PM 件密度的生產方法中。溫壓成形技術被認為是最為經濟的一種新工藝。本文將重點介紹以下產業化技術：

①溫壓技術

溫壓技術在上世紀90 年代被譽為粉末冶金技術上重大突破，并于1990年取得了第一項采用一次壓制燒結工藝制備高密度鐵基（P / M）零件的美國專利。該技術可以使燒結鋼中的孔隙度降低到6 %左右，而傳統技術的孔隙度為10%以上，產品的密度能達到7.3g/cm3或以上，因此較大程度的拓寬了高密度、高強度燒結鋼零件在工業上廣泛應用的可能性。

②模壁潤滑

模壁潤滑和溫壓是兩個平行的提高鐵基結構零件密度的方法。近年來，發展最迅速的是干模壁潤滑技術，即采用靜電的方法，從而將干潤滑劑粉末吸附到模壁上進行潤滑，從而很好的避免了濕模壁潤滑在制備過程中壓坯表面易于粘粉的缺點。

③注射成形

金屬注射成形（MIM）是一種將塑料注射成形與粉末冶金技術結合而成的近凈成形技術，此技術也是國內外公認的21 世紀粉末冶金的主流技術，被稱為“第五代加工技術”。而且該技術也最適于用來大批量生產一些三維復雜形狀的零件，同時還可以實現自動化連續作業，從而大大提高生產效率。目前，在一些發達國家，MIM技術已經成為一項最具競爭力的金屬成形技術，而且開始大量用于不銹鋼粉末冶金生產。

三、粉末冶金機械零件的制造現狀與挑戰

我國粉末冶金技術起步較晚，自1958年誕生以來，一直是處在蹣跚學步的狀態中，而且一直不被人們重視，被當做是一個沒有前景的小行業來對待。然而從世界粉末冶金行業發展狀況來看，粉末冶金行業卻是一個最具市場活力，發展速度極快，同時應用范圍也是最廣的冶金技術，尤其是日本在粉末冶金技術方面發展飛快，每年生產燒結含油軸承十幾億只。直到上世紀80年年代初，在我國體制改革的大潮中，粉末冶金零件行業正式劃歸當時的“基礎件工業局”進行管理，并結束了粉末冶金零件行業自身自滅的狀態，從而得到相應的發展機遇。我國自上世紀90年代至今約20多年間，粉末冶金零件得到迅猛發展，同時也經受住了金融危機的不利影響。

表1是我國自2007-2011年間粉末冶金分會53家會員企業的數據進行統計的結果，雖然我國粉末冶金行業目前顯示出盎然生機，但也面臨著各方面的挑戰?，F筆者將自己的針對其中的一些問題以及看法和相應的意見提供給大家參考：

四、粉末冶金機械零件制造技術在汽車行業的應用現狀與前景

近年來，由于人們生活觀念的改變，同時人們的環保意識也不斷提高，因而輕量化的汽車也越來越受人們的親睞，從而汽車工業也開始大量使用輕質合金材料，如鋁合金、鎂合金來生產汽車零部件。也正是由于粉末冶金能夠很好的避免成分偏析，又可以滿足具有各種特定性能的零部件一次性成型的要求。

目前粉末冶金汽車零件主要有兩個市場，一個為汽車生產商市場，另一個為汽車維修服務點，即維修配件市場。而汽車生產商市場則是粉末冶金零件的主要市場，通常情況下，汽車生產商會與粉末冶金零件制造企業進行定向合作，從而導致其他零件制造企業難以插足獲利。而維修配件市場相對來說則要開放的多，而且需求量也較大，但大多都是存在某些質量問題的貨物。從表2可知，我國在汽車制造行業中對粉末冶金技術制造的零件的使用量只有日本的2/3左右，但我國的粉末冶金制造的零件的總量卻要比日本的多，可見粉末冶金汽車零件的市場潛力是巨大的。

我國目前汽車行業正處于蓬勃發展期，因此也給我國粉末冶金零件制造企業帶來了難得市場機遇。同時根據美國一家信息分析中心預測，2020年我國汽車銷量將達到2000萬輛，屆時中國將超過美國成為全球汽車銷量第一的國家。而我國粉末冶金汽車零件的主要制造企業有三十多家，且其主要生產的零部件為汽車所使用的一些軸承或者是小配件，總體呈現出還是處于相對來說較為低端的位置，而關于發動機或調速箱等關鍵部位的零部件則基本上是整體通過國外進口，同時隨著全球經濟一體化趨勢的不斷加速，我國粉末冶金企業畢竟面對國際化市場，這對我們來說既是機遇也是挑戰。因此就需要我國粉末冶金企業把握機遇，迎難而上，主動積極的溶于國際化市場當中。

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