俄羅斯的粉末冶金及其主要企業概述

陳紹廉

(中核集團核工業第八研究所, 上海 201800)

俄羅斯的粉末冶金及其主要企業概述

陳紹廉

(中核集團核工業第八研究所, 上海201800)

粉末冶金是俄羅斯冶金生產的優先發展方向之一,在世界粉末冶金領域具有很強的生命力.簡述了俄羅斯粉末冶金工藝技術特點;介紹了俄羅斯從事鐵粉、有色金屬粉、合金粉、硬質合金、結構零件、電觸頭材料和抗摩擦材料生產的主要企業,納米粉末、霧化法制粉和高速電脈沖等離子燒結工藝是其工藝技術的亮點.

粉末冶金; 納米; 霧化法; 硬質合金; 概述

0 前 言

粉末冶金是俄羅斯冶金生產的優先發展方向之一.俄羅斯的各種報刊、雜志對粉末冶金不乏贊美之詞,認為粉末冶金不僅能夠制造形狀各異、用途廣泛的制品,而且還能制造用其他方法很難或不可能制造的全新材料和制品.這些材料具有許多獨特的性能,如高硬度、難熔、耐熱、多孔以及既能增加摩擦又能抗摩擦等.由于結構上的特點,粉末冶金材料更能經受溫度和應力周期性波動以及核輻射.甚至認為,沒有粉末冶金這一門類的工業,整個冶金的進一步發展是不可想象的.其理由是:粉末冶金具有高精度、高生產率、無廢料和性能獨特等特點.在經濟危機時期,俄羅斯的粉末冶金企業不僅生存了下來,而且擴大了生產規模,足以說明俄羅斯粉末冶金具有強大的生命力.

研制、生產和應用納米粉末是俄羅斯粉末冶金的一種潮流,也是俄羅斯粉末冶金的一大亮點.在俄羅斯,霧化法被廣泛用于各種粉末的生產,既用于鐵粉、鋼粉及其他鐵基合金粉末的生產,也用于鋁粉、銅粉、鉛粉、鋅粉、難熔金屬(鈦、鎢)粉以及以這些有色金屬為基的合金粉末的生產.在制備多組分合金粉末時,霧化法特別有效,能保證粉末化學成分的均勻性并獲得超細的晶粒結構.近期,俄羅斯正積極發展熔體霧化法,借助于高的冷卻速度(107～108 ℃/s)制備霧化快淬粉末和非晶結構粉末.俄羅斯還研發了高速電脈沖等離子燒結工藝.由于燒結時的高速加熱明顯抑制了晶粒的長大,從而使材料獲得均勻、高致密的納米結構.采用高速電脈沖等離子燒結工藝制得的納米結構碳化鎢基硬質合金,實現了強度、硬度、抗裂性和耐磨性的完美結合,材料使用性能超過國際領先企業同類產品水平.俄羅斯科技人員還應用高速電脈沖等離子燒結工藝技術,對制備高密度高溫超導陶瓷YBaCuO的可能性進行了研究,取得了進展.

1 俄羅斯主要粉末冶金企業

1.1 北方鋼鐵股份公司

北方鋼鐵股份公司(ОАО Северсталь)位于沃洛果州,是俄羅斯大型的鋼鐵企業,也是俄羅斯最大的高質量鐵粉生產企業,年產鐵粉達7 000 t.空氣霧化鐵粉具有很高的壓實性(達7.15 g/cm3)和比水霧化鐵粉高的壓縮強度(達28 MPa).鐵粉的這一獨特性能,常被用于復雜形狀制品、結構部件、電工制品、摩擦和抗摩擦制品的生產.鐵粉的主要用戶是汽車廠.

該公司開發成功的加銅、加鎳、加鉬和加鈷的合金鐵粉,已通過工業試驗,并成功地在一些工廠應用.

1.2 蘇林冶金廠

蘇林冶金廠(Сулинский металлургическ ий завод)位于俄羅斯南方羅斯托夫州,是俄羅斯大型的冶金企業,也是俄羅斯最大的采用高壓水霧化和氧化物還原方法生產鐵粉和合金粉末的綜合企業.霧化粉和合金粉的年生產能力為80 000 t.企業已掌握擴散-合金粉末的工業化生產技術,能生產勻質的合金粉末.

1.3 高細散金屬粉末科研生產企業

高細散金屬粉末科研生產企業(ЗАО НПП Высокодисперсные металлические порошки)是在俄羅斯科學院烏拉爾分院冶金研究所基礎上于1991年建立的.它是俄羅斯最早的創新企業之一,也是目前世界上掌握金屬納米粉末及其獨特產品工業生產技術的少數企業之一.在研制和生產以納米金屬和合金粉末為基礎的耐腐蝕和耐磨損材料方面占有重要的地位,己實現材料研制、生產和應用的產業鏈,產品品質優良.

該企業的首個工業產品是高細散鋅粉,高細散鋅粉的生產使企業在20世紀末開始生產含鋅粉的油漆顏料.在當時,實際上還沒有一個俄羅斯企業能生產這種材料,高細散粉末科研生產企業成了俄羅斯油漆顏料的領先生產者.除鋅粉生產外,該企業還掌握了其他有色金屬粉末的生產技術,因而引起了電氣、電子、化學工業和粉末冶金行業專家們的興趣.例如,在建造無人駕駛的宇宙飛船“布蘭”(Буран)時,使用了該企業生產的超細散銅粉.在銅合金粉末和潤滑材料的基礎上,該企業在俄羅斯首次研制出能降低電動機、變速箱和傳動裝置磨擦部件磨損的制劑PHMET.

該企業采用霧化法和氣相合成法工業規模生產的納米鋅粉、納米銅粉、青銅粉,主要用于:生產油漆顏料;熱擴散鍍鋅;氣熱噴涂;化學工業的催化劑和試劑;電子和電氣工業的焊劑、膏劑成分;抗摩、耐磨損制劑成分.

該企業年產粉末和油漆顏料10 000 t,用戶超過2 000家,遍及俄羅斯各州和其他國家.

該企業科研工作的主要方向是:制取納米有色金屬粉末;開發防腐、防火和裝飾用油漆顏料;探索油漆顏料涂層防護和使用性能試驗;研制金屬、混凝土和木材的全新保護涂層.

1.4 烏拉爾電解銅股份公司

烏拉爾電解銅股份公司(ОАО Уралэлектро медь)建于70年前,位于斯維德洛夫州,是全球最大的電解銅粉生產企業,目前年產銅粉8 000 t.1991年—1993年,在意大利Pometon公司參與下進行了技術改造,使產品擴大出口成為可能.目前,70%的銅粉出口歐洲,是歐洲電解銅粉最大的供給者;其余30%銅粉中的25%在俄羅斯國內消費,5%用于公司自已的粉末制品生產,公司也成為俄羅斯粉末制品最大的生產企業之一.銅粉生產和銅粉制品生產放于同一個企業,有利于根據制品制備工藝需要和制品性能要求,有效改變粉末的性能.

公司的主要粉末制品有:

(1)高精度、無需機械加工的復雜形狀燒結零件.如軸承、電觸頭、電觸頭夾頭和集成裝置坯料等,見圖1.

圖1 高精度燒結零件

(2) 焊接技術零件.焊接技術零件用于焊接的導電頭、點接觸焊的電極、氣體噴槍的噴嘴和烙鐵的尖頭.

公司的高質量銅粉是源自不斷探索和完善其生產過程的結果.生產車間經常進行技術改造和生產工藝的技術創新,如更換離心機、改造銅粉干燥裝置等.

1.5 投資技術股份公司

投資技術股份公司(ЗАО Инвест-технолог ии)位于莫斯科市.該公司在相應金屬氫化物還原反應的基礎上,研發了粒度<1 μm的超細鎳粉、鐵粉、銅粉、鈷粉、鎢粉和鉬粉的工藝技術.使用這些超細粉末,能提高金屬和合金的物理-力學性能、工具材料的切削性能;降低燒結溫度250～400 ℃;改善潤滑膏的磨擦性能20%～30%;獲取價廉的催化劑.

1.6 基洛夫城硬質合金廠

基洛夫城硬質合金廠(ОАО Кировградск ий завод твёрдых сплавов)是在遷建的莫斯科硬質合金廠基礎上于1942年建立的,位于斯維德洛夫州,現有員工約2 000人,是俄羅斯硬質合金產業的領導者.除生產鎢粉、碳化鎢、碳化鈦、氧化鎢和仲鎢酸銨外,重點生產6 000多種硬質合金產品,品種基本涵蓋了硬質合金的所有應用領域,包括:切削加工金屬、非金屬材料、難加工合金、巖石鉆探、金屬拉拔、壓力加工、沖壓加工和金鋼石合成等.

該廠生產的硬質合金不僅具有高硬度和高抗磨損性,還具有高強度.

最近幾年,該廠特別注重可替換、多面、幾何形狀優化和具有多層耐磨涂層的刀具生產.該廠商標不僅在俄羅斯各州馳名,在獨聯體國家、歐洲、北美洲、南美洲和非洲也頗具聲望.

1.7 珀立瑪股份公司

珀立瑪股份公司(ОАО ПОЛЕМА)位于圖拉城,是俄羅斯生產工具鋼和耐腐蝕鋼均質合金粉末的領先企業.裝備有氣霧化和水霧化設備,年生產能力達4 500 t.該公司也是世界鉻粉、鉬粉、鎢粉和復合材料制品的領先生產者,鎳粉、鈷粉、鉬粉、鉻粉、鈦粉、銅粉、鋅粉、錫粉、合金鋼粉和粉末焊料的年生產能力達3 000 t.快淬鎳-錳合金粉、鉻-銅和鎢-銅觸頭和各種金屬粉末是該公司的優勢產品,以下分別作一介紹.

(1) 快淬鎳-錳合金粉

快淬鎳-錳合金粉,作為催化劑廣泛用于生產不同尺寸的合成金剛石.快淬鎳-錳合金粉按粒度分類和化學組成分別見表1和表2.

表1 鎳-錳合金粉的粒度分類Tab.1 Ni-Mn alloys powder classification by size

表2 鎳-錳合金粉的化學組成Tab.2 Chemical composition of Ni-Mn alloys

(2) 鉻-銅、鎢-銅觸頭

鉻-銅觸頭用于高可靠快速真空開關的真空滅弧箱,能切斷6～35 kV高壓電網的大電流[1].鉻-銅、鎢-銅觸頭坯料見圖2.

鎢-銅觸頭坯料的牌號、形狀結構和化學成分見表3,物理-力學性能見表4.

圖2 鉻-銅、鎢-銅觸頭坯料Fig.2 Cr-Cu and W-Cu contact materials

表3 圓盤形В70Д30-МП(W30Cu70+Cu)觸頭坯料的結構和化學成分Tab.3 Structurally and chemically of disc В70Д30-МП(W30Cu70+Cu)contact materials (質量分數/%)

表4 鎢-銅觸頭坯料的綜合性能Tab.4 Comrehensive property of W-Cu contact materials

注:各性能指標均為最小值.

圓盤形鉻-銅觸頭坯料的牌號、結構和化學成分見表5,物理-力學性能見表6.

鎢-銅(W-Cu)觸頭用于在額定電壓1.14 kV或更高的電傳動遠距離控制系統真空開關的真空滅弧箱.

(3) 金屬粉末

該公司釆用氣霧化、高壓水霧化、氧化物還原和機械破碎等方法生產各種合金粉末和純金屬粉末.

霧化粉分為兩類:一是用于噴涂和堆焊的粉末,二是用于結構用途的粉末.屬于第一類的粉末有200多個牌號,如自熔鎳、鐵、銅合金粉,工具鋼粉,高碳鋼和低碳鋼粉,耐腐蝕合金粉,耐熱合金粉,錫基合金粉,鋅基合金粉等.屬于第二類的粉末有純金屬粉(鉻粉、鉬粉、鎢粉、鎳粉、鈦粉)、銅合金粉(青銅粉、黃銅粉)、不銹鋼粉以及高導磁率合金(坡莫合金)粉等.

表5 鉻-銅觸頭坯料的牌號和化學成分Tab.5 Brand and chemical properties of Cr-Cu contact materials (質量分數/%)

表6 鉻-銅觸頭坯料的性能Tab.6 Property of Cr-Cu contact materials

1.8 電觸頭股份公司

電觸頭股份公司(ЗАО Электроконтакт)位于依萬諾夫州,始建于1878年,是俄羅斯首個、也是當時唯一的電鍍碳生產企業.1956年開始從事粉末冶金制品的開發和生產,目前是俄羅斯專業生產金屬粉末制品和電碳制品的領先企業.主要產品是電刷、結構零件、抗摩擦部件、銅基制件、銀和鎢為基礎的制品等.

該公司產品用于城市運輸、鐵路運輸、汽車拖拉機、采礦、電氣、冶金、油氣開采工業以及電機、高低壓裝置、測量技術和家用電器等.圖3是部分電刷和粉末冶金制品.

圖3 電觸頭股份公司部分產品Fig.3 Some products of electrical contact Co., Ltd.

1.9 “維里阿爾”公司(ООО Вириал)

“維里阿爾”公司(ООО Вириал)創建于1991年,位于圣彼德堡.2008年,公司交易額為3億盧布.2009年,俄羅斯國家納米集團公司批準總額達17億盧布的投資計劃,在“維里阿爾”公司的基礎上建立納米陶瓷材料生產.

該公司是滑動軸承和摩擦部件的開發者和主要生產企業.滑動軸承由反應燒結或液相燒結的碳化硅、含鎢和不含鎢的硬質合金、二氧化鋯和氧化鋁為基的合成物制成.滑動軸承結構見圖4.

圖4 滑動軸承Fig.4 Silding bearing

2 體 會

眾所周知,俄羅斯的空間技術、航空航天技術、軍事裝備技術等尖端技術以及民用技術較為先進,這與俄羅斯包括粉末冶金材料在內的材料工業發達是密不可分的.在瀏覽了上述俄羅斯粉末冶金企業的工藝技術、產品品種和生產規模后,不難看出,這些企業在優質純金屬粉和合金粉的制備上采用氣霧化、高壓水霧化、氣相合成、氧化物還原和機械破碎等多種方法并不斷改進,在粉末和粉末冶金制品的品種上力求滿足各種特定的使用要求,在生產能力上形成相當的工業化規模,在粉末和粉末冶金產品的應用上不斷開拓新的領域,特別是通過調整原料粉末的性質和制備工藝技術來實現高質量粉末和粉末冶金產品的穩定生產,積極研發和應用納米粉、熔體霧化技術以及高速電脈沖等離子燒結工藝.這些都很值得借鑒.

[1]陳興章,方守誼.高端銅材發展謅議論[J].上海有色金屬,2014,35(1):1-6.

PowderMetallurgyofRussiaandItsMainEnterprises

CHENShao-lian

(EighthResearchInstituteofNuclearIndustry,Shanghai201800,China)

Powder metallurgy, as a priority in metallurgy of Russia, has undergone a sustainable development in the field of world powder metallurgy. A brief introduction has been given to Russian powder metallurgical technology which is characterized by nanopowder, powder making by atomization and plasma sinter technology through high-speed pulse. The paper also touches upon the main enterprises in Russia that specialize in iron powder, nonferrous metal powder, alloy powder,cemented carbide,electrical contact, anti-friction materials, and etc.

powder metallurgy; nanometer; atomization; cemented carbide; reviews

1005-2046(2014)02-0047-05

10．13258／j．cnki．snm．2014．02．001

2014-03-13

陳紹廉(1935-) ,男,研究員級高級工程師，主要從事超細粉末和多孔材料的研制和生產.E-mail: csll945@163.com.

TF124

A