粉末冶金新技術

摘要：粉末冶金是一項非常先進的制造技術，現在已經在材料和零件制造業處于無可替代的位置。這項技術是將材料制備和零件成形融為一體，成為當代材料科學發展領域的領先技術。它具有節能、節材、高效、最終成形、少污染的特點。當前粉末冶金技術越來越高致密化、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。

關鍵詞：粉末冶金 溫壓技術 流動溫壓技術 模壁潤滑技術 高速壓制技術 動磁壓制技術 放電等離子燒結技術 爆炸壓制技術

1 溫壓技術

雖然溫壓技術只是一項新技術，在近幾年才取得了一些發展，但是由于它生產出來的粉末冶金零件具有高密度、高強度的特點，現階段已經得到了大量的應用。這項技術和傳統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，將加有特殊潤滑劑的預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，之后的壓制和燒結工序和傳統工藝是一樣的。與傳統工藝相比，區別點就集中在溫壓粉末制備和溫壓系統兩個方面。采用這項技術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，采用該技術生產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，而且工藝并不復雜。與傳統的工藝相比，溫壓工藝下的粉末冶金的利用率高，耗能低，經濟效益高，是節能、節材的強有力手段。

2 流動溫壓技術

流動溫壓粉末冶金技術（Warm Flow Compaction，簡稱WFC）是一種新型粉末冶金零部件成形技術，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技術有效利用了金屬粉末注射成形工藝的優點并在粉末壓制、溫壓成形工藝的基礎上被發現。這項技術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，只需要在傳統的壓機上經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技術在成形復雜幾何形狀方面具有很大的優勢，是傳統工藝無法比的，而且成本不高，具有非常廣闊的應用前景。

綜上所述，我們可以歸納出WFC技術具有以下四個優勢：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

模壁潤滑技術是在解決傳統工藝面臨的一系列難題的基礎上應運而生。傳統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，潤滑劑的燒結不僅會給環境造成很大的不利影響，還可能會影響到燒結爐的壽命和產品的性能?，F階段，有兩個渠道可以進行模壁潤滑：一是由于下模沖復位時與陰模及芯桿之間的配合間隙會出現毛細作用，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噴射到模腔內，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，只需進行常規壓制即可。采用該項技術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的方法還能夠大大提高鐵粉的生坯強度。有研究結果結果表明，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

瑞典的Hoaganas公司曾經推出過一項名叫高速壓制技術（Hjgh Velocity Compaction）的新技術，簡稱HVC。雖然這項新技術生產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技術具有很多優勢，比如高密度、低成本、可成形大零件、高性能和高生產率等。現階段該技術已經得到了廣泛的應用，很多產品都采用了該項技術，比如制備閥門、氣門導筒、輪轂、法蘭、簡單齒輪、齒輪、主軸承蓋等。有了這項技術，未來將會出現更多更復雜的多級部件。

5 動磁壓制技術

動力磁性壓制技術（dynamic magnetic cornpaction）是一種新型的壓制技術，簡稱DMC，它能夠使高性能粉末最終成形，這項技術固結粉末的方式主要是通過利用脈沖調制電磁場施加的壓力。雖然這項技術和傳統的壓制技術一樣都是兩維壓制工藝，但是不同的是傳統的壓制技術是軸向壓制，而這項技術是徑向壓制。利用該項技術進行壓制只需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電的容器（護套）內，護套就會產生感應電流。利用磁場和感應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、環保等優點。DMC技術適于制造柱形對稱的零件，薄壁管，高縱橫比部件和內部形狀復雜的部件?，F可以生產直徑×長度：12.7mm×76.2mm到127.0mm×25.4mm的部件。

6 放電等離子燒結技術

早在1930年美國科學家就提出了這項放電等離子燒結技術（Spark Plasma Sintering），簡稱SPS，然而該技術直到近幾年才得到世人的關注。SPS技術獨到之處就在于無需預先成形，也不需要任何添加劑和粘結劑，是集粉末成形和燒結于一體的新技術。這項技術主要是通過先把粉末顆粒周圍的各種物質清除干凈，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，注意加熱時應在較低機械壓力情況下。有研究結果顯示，采用該項技術由于場活化等作用的影響，不僅有效降低了粉體的燒結溫度，也大大縮短了燒結時間，再加上粉體自身可以發熱的影響，不僅熱效率很高，加熱也很均勻，所以采用該技術只需一次成形就可以得到質量上乘的、符合要求的零件。現階段，該技術大范圍應用的主要是在陶瓷、金屬間化合物、納米材料、金屬陶瓷、功能材料及復合材料等。另外，該技術在金剛石、制備和成形非晶合金等領域也得到了不錯的發展。

7 爆炸壓制技術

爆炸壓制（Explosive Compaction）是一種利用化學能的高能成形方法，也被叫做沖擊波壓制。一般情況下，它都是通過在一定結構的模具內對金屬粉末材料施加爆炸壓力，在爆炸過程中產生的化學能可以轉化為四周介質中的高壓沖擊波，然后利用脈沖波就可以實現粉末致密。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勢是可以解決傳統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，隨著爆炸壓制技術的出現，我們發現采用這項技術就可以把其壓制成復合材料，并制造成零件。

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

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