等靜壓技術對粉末冶金材料生產的影響

周瑜

摘 要：粉末冶金作為一種古老的金屬冶煉技術，在資源的利用上具有明顯的優勢。隨著時代的進步，粉末冶金技術也在不斷發展提高。等靜壓技術是現代粉末冶金技術的重要組成，是當前工業上占有重要地位的一種新的材料成形方法。文章在介紹等靜壓技術概念的基礎上，提出了該技術應用于冶金材料生產中的主要手段和積極影響。

關鍵詞：等靜壓技術；粉末冶金技術；材料生產；金屬冶煉技術；工業生產

1概述

隨著科技水平的不斷提高，傳統的粉末冶金技術逐漸難以跟上工業的要求，整個金屬工業都呈現一種低迷的狀態。等靜壓技術是伴隨著技術進步而興起的一種新的材料成形方法，是對傳統的粉末冶金技術的革新，將其應用于粉末冶金中，將大大縮短材料生產的時間，提高粉末材料的生產效率和質量。

2等靜壓技術的基本概念

等靜壓技術簡單來說就是對表面封閉的物料從各個方向上對其施加相等程度的壓力的一種技術，在粉末冶金中這種技術主要作用于粉料的固結和成型。經過實踐看來，等靜壓技術應用于粉末冶金中具有明顯的技術優勢，首先，這種均一的壓力可以使得粉末冶金材料致密化，使其具有更高的強度；其次，等靜壓技術可以減少甚至消除材料內部的缺陷；最后，這種技術還可以發揮膠粘劑的作用，在高溫的條件下將不同種材料粘接到一起。由于等靜壓技術在粉末冶金領域具有明顯的優勢，因此這種技術已經廣泛應用于材料科學與工程領域。到目前為止，通過等靜壓技術處理的產品已經可以應用到航空航天、礦山機械、人造金剛石、石油化工以及原子能等對材料要求苛刻的行業中。等靜壓技術在一定條件下可以直接成形幾何結構負載的合金部件，而且通過等靜壓粉末冶金技術生產的產品具有更好的物理性能和機械性能。等靜壓技術的應用使得一些粉末冶金材料制品在使用性能和壽命上可以代替熔鑄冶金材料，從而可以減少熔鑄技術的使用，具有一定的環境保護作用。

3等靜壓技術的分類

等靜壓技術是根據不同的熱量消耗和使用特點進行分類的，分為熱等靜壓、溫等靜壓和冷等靜壓，這三種技術的包裝模具材料、壓力介質材料和應用的相應設備都不同。

3.1冷等靜壓

靜壓技術是在室溫下進行的，包套的模具和材料一般是以塑料或者橡膠為主，并且還需要一定的物質作為壓力介質，彈性的物質包括橡膠和塑料，非彈性的物質包括液體。冷等靜壓中被稱之為水等靜壓的物質一般是以除銹劑為水介質的，油等靜壓是使用油作為壓力介質。除此之外，厚壁模壓制或者軟模壓制都是使用彈性物質來保持平衡的。預成型的胚料是采用熱等靜壓或者鍛造手段形成的，最后形成的壓制形式為后道燒結。

3.2溫等靜壓

溫等靜壓的裝置溫度是有要求的，較低溫度在80℃，較高溫度在120℃，對于溫度稍微高一點的條件也可以，最高溫度能夠達到450℃，但是正常情況下溫度在250℃左右，傳遞的介質一般會設定為油這種物質。需要注意的是降溫過程和升溫過程的控制，需要根據工藝要求設定是否會發熱，條件是在高壓缸內，并且還要在缸內控制溫度，一定條件下對于達不到要求的還要采取加熱措施，油罐是比較常見的加熱工具。傳遞介質的選擇也是比較重要的，通常會選擇與濕袋靜壓機和設備類似的，有時還會選擇溫等靜壓，因為粉料很難成型，并且在室溫的條件下，成型的條件是非常多的，選擇溫等靜壓是最好的選擇。

3.3熱等靜壓

受靜壓制的工藝影響，物料的控制是受影響非常大的，并且因為受作用的外界條件有高壓和高溫，因此在消除鑄件缺陷的時候，會盡可能選擇粘結和擴散兩種方式，壓力傳遞介質的選擇一般也都是惰性氣體，另一種情況比較特殊的會選擇能夠為熱等靜壓制作為傳導介質的，比如固體顆粒和液體金屬，在制備玻璃和金屬的時候，包套常常會選擇包封的待壓物料，這時候靜壓裝置的主要作用就是平衡。

4等靜壓技術對粉末冶金材料生產的影響

等靜壓技術應用于粉末冶金材料生產中主要表現在粉末材料的成形過程中，其在生產中的具體作用和對材料性能的影響，主要概括為以下三點：

4.1對成形工藝的影響

等靜壓技術主要分為冷等靜壓技術和熱等靜壓技術，在利用冷等靜壓技術進行壓制時，粉末會在各個方向上受到均勻的同種強度的力，壓制過程中粉末與設備之間不會有較大的摩擦，因此通過冷等靜壓技術進行成形的金屬粉末比傳統的壓制方法壓制的材料密度高10% 左右，壓坯密度的分布也更為均勻，有利于制備成形結構復雜和工藝精細的產品。

4.2對燒結溫度和組織的影響

一般來說，粉體的燒結溫度和熱壓溫度要高于熱等靜壓所使用的溫度，這是由于熱等靜壓的溫度較低，會防止壓制過程中的粉粒產生晶粒的聚集長大，從而得到產品的晶粒比較細，得到細晶粒結構產品。目前來看，熱等靜壓法的應用十分廣泛，而主要突出的應用是在與硬質合金的加工成型中，而且任何種類的硬質合金都可以采用熱等靜壓技術，利用這種技術得到的產品形狀也不受限制，而且產品的成分和硬度分布均勻，表面的缺陷基本上可以達到完全消失的狀態。

4.3對材料性能的影響

熱等靜壓技術在進行材料加工過程中能夠消除材料中的大量缺陷和孔隙，使得材料的物理性能和機械強度得到很大的提高。從大量的實驗數據分析來看，通過熱等靜壓技術壓制的產品相對于普通方式生產的產品來說產品的力學強度能提高兩倍以上。以利用熱等壓技術處理的低鈷細晶粒硬質合金為例，這種硬質合金既能夠保持高鈷合金的力學強度，又能著顯著提高耐磨性。

5結語

隨著科學技術的不斷進步和世界工業化水平的提高，粉末冶金技術在資源能源緊缺的前提下也得到了長足的發展。將等靜壓技術應用于粉末冶金中是冶煉領域一次偉大的嘗試，在某種程度上可以說是粉末冶金技術的有利變革。等靜壓技術在粉末冶金材料生產中的廣泛應用，不僅能夠提高材料的使用率，而且可以降低材料表面缺陷和內部應力，提高材料的物理強度和機械性能，對粉末冶金產品的進一步發展具有十分積極的意義。

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（作者單位：遼寧科技學院）