粉末冶金技術的概況及發展趨勢

【摘要】：隨著科技的不斷發展，新系列冶金產品日益誕生，冶金技術也不斷更新與改革，向著新世紀的時代不斷進步，本文就粉末冶金技術的產生，使用及發展趨勢做以下介紹。

關鍵詞 ：粉末冶金技術；高性能；新工藝；創新與改革

粉末冶金技術就是以各種金屬粉末（或金屬粉末與非金屬粉末的混合物）為原料通過壓制成型，燒結，和必要的后續處理制取金屬材料和制品的一門制造科學。

1.粉末冶金技術的起源

粉末冶金技術最開始起源于遠古時代，最初用于制鐵工藝，當初因金屬不能完全熔化，需將焦炭還原鐵礦加進爐子里，得到由分散的鐵塊燒結成的海綿鐵，然后進行鍛打，制成各種兵器及器械。

后來在19世紀中葉因一些原因被熔鑄法代替，但是由于電氣技術及其他工藝技術的發展，一些難熔金屬不能由一般的材料所加工及生產，但是金屬冶金粉末技術能在一定的工業范圍內生產出來，于是，金屬冶金粉末技術又被重新使用.

在20世紀及30世紀，冶金粉末技術飛躍式發展，所生產的減摩材料，摩擦材料，過濾器，觸頭材料，切削材料，磁性材料在許多領域被廣泛應用，冶金粉末技術被廣泛用于各種工業領域，后出現于美國，它最初是通過壓制銅鉛合金軸承的方法來實現軸承的自潤滑，體現了很大的便利性及科普性。

2.粉末冶金技術的特點

粉末冶金制成品具有獨特的化學性能，很多傳統鑄造技術不具有的化學性能，利用粉末冶金技術可以制造譬如汽車上的小型零件等的一些結構復雜或者精密的零件。

粉末冶金技術具有揚長避短的特性，可以對多種材料進行復合加工，掌握及發揮材料的優良特性，對材料的特性揚長辟短，最大限度發揮各種材料具有的優良特性，在大幅度降低生產成本的前提下，生產出具備高性能的金屬或者陶瓷材料。

不僅如此，利用粉末冶金技術可以制造出具有特殊結構和特殊性能的產品（多孔分離膜材料以及功能性陶瓷材料），這是相對于普通的鑄造冶煉技術而言所具有的很大的優勢

粉末冶金技術具有極高的廢物利用率，利用廢礦石，回收廢舊金屬以及冶煉殘渣作為制造的原料，可以有效地節約資源，是一種可利用的對材料綜合利用的新型冶煉技術。

3.粉末冶金工藝的優點如下

（1）冶金粉末技術能很大程度地確保材料成分的正確性和均勻性。

（2）冶金粉末方法適用于絕大多數難溶金屬及其化合物，假合金，多空材料亦是如此。

（3）冶金粉末技術能很大程度地降低生產成本，在生產形狀各異，數量極多的產品上有很大的造詣，譬如，齒輪等價格昂貴的產品。

（4）因為粉末冶金技術在材料生產過程中并不融化材料，所以就很難混入坩堝和脫氧劑等帶來的雜質，因為燒結一般在真空和還原氣氛中進行，所以很不容易被氧化，也不會給材料帶來污染，所以很容易提取高純度的材料。

4.粉末冶金技術的缺點

（1）相比較于鑄造模具，粉末冶金技術的模具費用很高

（2）在單個進行生產或少批量生產時，零件的型號及大小是必要的考慮因素。

（3）粉末冶金零件部分性能如延展性和抗沖擊能力不如鍛造和一些鑄造零件，零件的不致密性會對后加工處理產生影響，產品的尺寸精度不如有些精加工產品所得的尺寸精度。

5.粉末冶金技術在航空航天設備上的應用

粉末冶金技術因其高性能材料制造特性，在航空航天領域發揮著越來越重要的作用，主要在航空航天設備的發動機上成就顯著。

例如鎳基高溫合金就是航空發動機中用量最多的高溫結構材料，近幾年來主要在制造渦輪盤，壓氣機盤，鼓筒軸，封嚴盤，導風輪 封嚴環及渦輪盤高壓擋板等高溫承力轉動部件的過程中起了很大的作用。P /M 鈦基合金因其具有強度高，熱強性和耐腐蝕好的優勢，也被廣泛應用于制造航空發動機的風扇，壓氣機中的壓氣盤，葉片，導航儀和連接環等領域中，以及因其溫度要達極限，需開發新型的超高溫合金來彌補溫度的不足，以上等等的設備都是粉末冶金技術在航空設備上的應用，為我國的航天事業做出了極大的貢獻。

6.粉末冶金技術在汽車零件上的應用

因粉末冶金技術具有傳統鑄造技術不具有的化學性能，可以制造一些結構復雜或者精密的零件，所以被廣泛應用于汽車上的小型零件的生產中。

通用汽車公司Marine Products Division研制成功的鐵基粉末冶金油泵齒輪開啟了粉末冶金技術在汽車零件上使用的先例，隨后的1940年通用汽車公司開始用粉末冶金油泵齒輪大量取代用滾齒，由鑄鐵生產的油泵齒輪，拉開了用鐵基粉末冶金結構零件代替了由鑄鐵，鋼材，用切削加工制造的結構零件的序幕。

后來隨著中國汽車產量的猛增，汽車事業的發展，粉末冶金技術零件的單獨用量及總用量也飛速增長，為中國汽車制造業帶來了巨大的經濟效益。

歷史數據顯示，截止2008年，粉末冶金零件的單獨用量已有30多種，總用量高到700多件，顯而易見，利用中國粉末冶金技術所生產的汽車零件的潛在市場多么巨大，因此，在各種工藝嚴格要求的今天，本著節能，減排，保護資源為宗旨，大力宣傳，推廣粉末冶金零件在汽車制造中的應用，不能為中國汽車制造業帶來巨大的經濟效益，更重要的是能促進汽車制造業的創新與技術進步。

7.粉末冶金技術的發展趨勢

隨著我國工業化的快速發展，高精密度及附加值的零部件需求日益增加，隨著全球化的擴大，以及國外全球產業鏈的日益發展，帶給國內零部件的企業商機顯而易見，所以粉末冶金技術就需要更高程度的要求，技術要求高標準，高質量，應該把握機遇，因此目前粉末冶金技術應從以下幾個方面進行發展：

（1）向全致密化發展

粉末冶金的重點是超細粉末和納米粉的制備技術，快速冷凝制備非晶，準晶和微晶粉末技術，機械合金技術，自蔓延高溫合成技術，當前，鐵基粉末冶金零件的密度是7.0～7.2g /c ㎡，而國內某企業用傳統的粉末燒結和鍛造工藝相結合的方法，進行技術改進，通過低成本把鐵基粉末冶金零件密度提高至7.6g /㎝3，本著這種密度的改進，機械，汽車等行業的大多數連接件和部分功能件已被鐵基粉末冶金代替，本著對材料的節省和高效特征的原則，此類鐵基粉末冶金件的潛在價值空間可達千億件，相當大的價值空間。

（2）向高性能化，集成化，和低成本等方向發展

粉末冶金新的成形技術多種多樣，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.近目前，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.有代表的鐵基合金，混入鋁，鎂及稀土元素等合金粉末，可實現其超薄，輕量化的性能，可廣泛地應用于電子設備及可穿戴設備等與生活密切相關的領域中，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）增強粉末冶金零件的電磁性

目標是對硅鋼和鐵氧體磁介質等材料的取代，相比取向硅鋼的一維導電方向，粉末冶金零件可實現多維導電的各個方向，目前，少數企業已經突破此技術，我們需要做的就是不斷完善，最終達到工業要求，會被廣泛應用于電機設備，汽車及機器人智能控制系統等領域。

（4）提高冶金產品材料的利用率，減少浪費

因為粉末冶金技術廣泛適用于汽車零件制造，航空發電機的制造，生活家電以及機械制造和軍用產品的使用，材料過度消耗是一個很大的浪費，所以降低機械重量，節能減耗及將其設備小型化，普及化為導向，對其行業的產業結構進行升級服務，不需要再加工，減少材料的消耗，提高材料的利用率。

結束語

冶金粉末技術因其悠久及曲折的發展歷史，以及在發展歷程中的不斷改革與創新，以及相鄰科學和相關技術的相互滲透和結合，使粉末冶金事業如虎添翼，不斷發展，被稱為是解決高科技 新材料問題的鑰匙，因其能實現工件的少切削，無切削加工的工藝，，被廣泛認為是一種高效，優質，精密，低耗節能制造零件的先進技術，當然，凡事具有兩面性，粉末冶金工藝也存在著很大的問題與不足，提高性能，降低成本，干凈成形一直是冶金工作者所研究的課題以及要解決的問題，希望粉末冶金技術能在其他工藝的結合下，不斷進行完善，不斷創新，提高工藝，通過不斷引進國外先進技術與自主開發創新相結合的方法，為我國乃至全世界的冶金及其其他工業獻出一份力量。