粉末冶金新技術(shù)-胡金柱

1、粉末冶金新技術(shù) 胡金柱 粉末冶金是一門制造金屬粉末和以金屬粉末為 主要原料，采用成形-燒結(jié)工藝制造金屬材料或制 品的技術(shù)學(xué)科，學(xué)科分類屬材料科學(xué)與工程一級(jí) 學(xué)科、材料學(xué)二級(jí)學(xué)科、金屬材料工程三級(jí)學(xué)科。 粉末冶金技術(shù)具有可近凈成形、材料利用率高、 能耗低、環(huán)境負(fù)荷小等優(yōu)點(diǎn)，此外，粉末冶金還 可制造傳統(tǒng)鑄造方法和機(jī)械加工方法無法制備的 材料和難以加工的零件，因此倍受人們的青睞。 隨著全球工業(yè)化的蓬勃發(fā)展，粉末冶金行業(yè)發(fā)展 迅速。粉末冶金技術(shù)已被廣泛應(yīng)用于交通、機(jī)械、 電子、航空等領(lǐng)域，尤其在汽車制造領(lǐng)域。汽車 工業(yè)的快速發(fā)展極大地推動(dòng)了粉末冶金在汽車零 部件制備中的應(yīng)用，使汽車行業(yè)成為粉末冶金零

2、部件的最大應(yīng)用領(lǐng)域之一。 本文主要概述和分析了粉末冶金新技術(shù)的研 發(fā)和應(yīng)用情況，供與會(huì)代表參考。 從目前粉末冶金產(chǎn)品的具體應(yīng)用來看，能夠形成較大 產(chǎn)業(yè)的市場(chǎng)方向有4部分：其一是粉末冶金類機(jī)械零部件， 主要包括汽車、家電和電動(dòng)工具等類別的金屬零部件產(chǎn)品； 其二是粉末冶金工模具材料，包括硬質(zhì)合金、金剛石工具 和粉末高速鋼等；其三是磁性材料，主要包括釹鐵硼磁體、 鐵氧體和磁粉芯等；第四是粉末冶金減磨潤滑和摩擦材料， 包括自潤滑軸承、機(jī)動(dòng)車剎車制動(dòng)材料等。其中，粉末冶 金汽車零部件產(chǎn)品占據(jù)著主流地位，如當(dāng)前在世界粉末冶 金產(chǎn)品一年兩百多億美元的銷售額中，粉末零件大概占 71%，國外大概70%-80%的

3、粉末冶金零件用在汽車上， 而中國2004年和2005年的汽車用的粉末冶金零件的數(shù)量 占粉末冶金機(jī)械零件產(chǎn)量的百分比基本是42%。粉末汽車 零件在汽車上主要用在發(fā)動(dòng)機(jī)和變速箱兩大領(lǐng)域。按照 2005年的情況來看，大概日本是50.3%是用在發(fā)動(dòng)機(jī)， 26%是在變速箱的驅(qū)動(dòng)部分，這兩個(gè)加起來可能占到3/4。 從國內(nèi)外總的情況來看，汽車用粉末冶金零件一直處于增 長的狀態(tài)。 美國家用轎車中使用的粉末冶金零件有：飛輪第一運(yùn)動(dòng)軸支承套、同步轂滑 塊、同步器錐、量程計(jì)驅(qū)動(dòng)軸承、齒輪箱主軸花鍵墊圈、自動(dòng)齒輪箱、定子檔板 和止推軸承的扭矩變換器、操縱肘節(jié)桿、凸輪墊片、閥套、第三和第四檔速度齒 輪襯套、起動(dòng)機(jī)離合器

4、、油溢流閥柱塞、定時(shí)高速器花鍵板、定時(shí)皮帶輪、定時(shí) 接鏈器鍵、定時(shí)齒輪、閥座圈、氣門導(dǎo)管、排出控制閥、活塞(減震器)、閥楔、歧 管進(jìn)氣管墊圈、汽化器高速空行程凸輪、油泵齒輪、油泵轉(zhuǎn)子、油泵驅(qū)動(dòng)法蘭、 配油器軸承、接點(diǎn)、起動(dòng)機(jī)齒輪、配油器齒輪、配電器軸襯套、配電器平衡重錘、 點(diǎn)火裝置的極靴、搖桿鉸接球、水泵葉輪墊片、凸輪軸止推盤、凸輪軸鏈輪、油 泵驅(qū)動(dòng)齒輪連桿、連桿、測(cè)功計(jì)轂、發(fā)電機(jī)和水泵的皮帶輪、凸輪軸鏈輪、凸輪 軸齒輪、凸輪軸動(dòng)力央緊皮帶輪、搖臂軸支承托架、搖擺止動(dòng)器、棘輪、搖臂、 行星齒輪托架罩、離合器壓力盤、前離合器轂、中間離合器環(huán)、同步器支柱、中 間盤、減速輪(凸輪)、變速器轂、輸出軸

5、轂、伺服機(jī)構(gòu)支柱、變速桿、換向制動(dòng)桿、 變速器同步器襯套、停車齒輪、風(fēng)檔刮水器極靴、風(fēng)檔刮水器小齒輪、發(fā)動(dòng)機(jī)極 靴和軸承、交流發(fā)電機(jī)隔套、交流發(fā)電機(jī)極靴和終端架、齒輪齒條轉(zhuǎn)向裝置的座 和軸承、發(fā)動(dòng)機(jī)和齒輪箱安裝墊圈、加熱器馬達(dá)軸承、空調(diào)器皮帶輪轂、卷窗升 降器齒輪、風(fēng)檔刮水器驅(qū)動(dòng)器、風(fēng)檔刮水器軸承、后視鏡支座、選擇器桿軸承、 變速器變換球、制動(dòng)器盤襯墊支座、懸掛球座、制動(dòng)器閥板、制動(dòng)器活塞、馬達(dá) 軸承、起動(dòng)機(jī)馬達(dá)極靴和軸承、起動(dòng)機(jī)離合器環(huán)、離合器軸承支承轂、離合器彈 簧座、轉(zhuǎn)向鉸接頭座、里程計(jì)襯套、里程計(jì)極夾板、里程計(jì)極靴、座位安全帶鎖、 后蓋鎖把手、提升門彈鍵的定位器架、差速器小齒輪、差速器

6、聯(lián)合法蘭、門鎖撞 錘支架和楔鐵、減震器活塞、減震器活塞桿導(dǎo)承、減震器底閥座、停車制動(dòng)器和 外罩、制動(dòng)器調(diào)節(jié)裝置的螺母扇形體、停車棘輪(爪)肘節(jié)桿、門止動(dòng)器滾子、門止 動(dòng)器、座椅可向后轉(zhuǎn)的鉸接扇形體和襯套、轉(zhuǎn)向聯(lián)軸節(jié)、動(dòng)力轉(zhuǎn)向配油盤、轉(zhuǎn)向 限制鑲嵌件、轉(zhuǎn)向柱套環(huán)、制動(dòng)器檔板和橫軸襯套、離合器踏板和橫軸襯套、制 動(dòng)器閥墊圈、曲軸離合器聯(lián)軸節(jié)墊片等一百多種。 汽車制造技術(shù)的發(fā)展，對(duì)粉末冶金行業(yè)提出了更多、 更高的要求，新型變速箱提供6速輸出，需要處理來自引 擎的更高載荷，對(duì)粉末冶金制品的性能提出了更高的要求， 需要粉末冶金制品芯部的密度不低于7.5 g/cm3，要求齒 輪的表面不能有孔洞，齒輪可以被

7、硬化處理。 粉末冶金生產(chǎn)業(yè)的未來，將與創(chuàng)新、提高生產(chǎn)率、生 產(chǎn)附加值較高的產(chǎn)品、對(duì)新材料的研究投資及改進(jìn)生產(chǎn)工 藝等因素相關(guān)。毫無疑問，用一次壓制/一次燒結(jié)達(dá)到 7.5g/cm3或更高密度將使產(chǎn)業(yè)進(jìn)入一種新的增長模式。較 高密度意味著改進(jìn)動(dòng)態(tài)性能，特別是改進(jìn)疲勞性能。Ford 汽車公司的技術(shù)委員會(huì)主席指出：用新的高壓縮性粉末、 溫壓及像高速壓制之類新技術(shù)可以使鐵基零件達(dá)到 7.5g/cm3的密度；較高的疲勞強(qiáng)度將擴(kuò)大粉末冶金零件 在汽車變速器、發(fā)動(dòng)機(jī)及底盤中的應(yīng)用。 一、金屬粉末的發(fā)展 目前，鐵粉制造商正在積極推進(jìn)高性能鋼鐵粉末的研發(fā)，使P/M零件具 有更高的密度，從而開創(chuàng)可與鍛造材料競爭的新

8、的應(yīng)用領(lǐng)域。 例如：北美Hoeganaes公司新近介紹了1種密度更高的產(chǎn)品 ANCORMAX-D粉末，通過2次擠壓、2次燒結(jié)，密度可達(dá)約7.6g/cm3，這種 產(chǎn)品為自動(dòng)傳動(dòng)系統(tǒng)中的高強(qiáng)度P/M齒輪提供了新的市場(chǎng)機(jī)遇。 通過表面致密和滲碳使產(chǎn)品具有與鍛造齒輪相近的性能。最近 Hoeganaes公司介紹了1種新的含鉻高強(qiáng)度合金粉末，這是粘合處理粉末系列 產(chǎn)品中的第1種，它能在常規(guī)爐中在1121燒結(jié)30min。由這種材料制成的零 件，密度范圍在7.0至7.3g/cm3之間，抗拉強(qiáng)度約為1103 MPa。開發(fā)這種材 料是為了消除通常與鉻有關(guān)的氧化問題。新的合金體系在一次沖壓和一次燒 結(jié)條件下具有很好

9、的強(qiáng)度、淬火性、抗疲勞和剛性，是需要二次處理合金的 替代材料，成本有效性高。 預(yù)合金化粉末的表面致密化是能進(jìn)一步擴(kuò)展P/M新的應(yīng)用領(lǐng)域的一個(gè)趨 勢(shì)，例如，高強(qiáng)度傳動(dòng)齒輪，對(duì)彎曲和表面接觸疲勞比磨損更敏感。接觸疲 勞試驗(yàn)證實(shí)，表面致密化和表面硬化的材料與普通鍛鋼的性能一致。悍馬H2 傳動(dòng)箱采用了帶外齒的主動(dòng)齒輪密度達(dá)到7.75g/cm3。北美Hoganas公司和它 在瑞典的母公司Hoganas AB已經(jīng)研制了預(yù)合金鉻材料取代銅、鎳、鉬之類的 合金元素。通過將高密度、高溫?zé)Y(jié)和燒結(jié)硬化的組合，使性能達(dá)到最佳化。 例如，隨著工藝的改進(jìn)，抗拉強(qiáng)度的范圍可達(dá)1200-1400MPa。彎曲疲勞強(qiáng) 度在30

10、0-450MPa之間。 魁北克金屬粉末有限公司(QMP)研制出1種新的擴(kuò)散粘接粉末， 具有極高的抗疲勞性能。據(jù)該公司報(bào)道：由于采用了能提高綠色零部 件的機(jī)械強(qiáng)度的特種潤滑劑，燒結(jié)硬化材料的綠色機(jī)加工成為了工業(yè) 現(xiàn)實(shí)。 美國因科特種產(chǎn)品公司開發(fā)出1種新型的超細(xì)的鎳粉，這種粉末 可以通過常規(guī)的混合方法彌散于P/M等級(jí)鐵粉中。由于改善了1-2m 顆粒的彌散性，其物理性能優(yōu)于采用標(biāo)準(zhǔn)鎳粉制成的鋼制件。因科公 司的研究人員報(bào)道說：由于在常規(guī)燒結(jié)溫度下鎳彌散性的增大，而顯 著提高了強(qiáng)度和淬火性能。除此之外，混合鎳彌散性的改善降低了性 能的變數(shù)。 鐵粉生產(chǎn)企業(yè)還開發(fā)出一些可制造高性能材料的粉末，正在尋找 更

11、低成本的合金化方法，開發(fā)壓焊技術(shù)和高密度材料的生產(chǎn)工藝，現(xiàn) 已經(jīng)有一種可以在普通壓制、燒結(jié)工藝中不添加石墨即可生產(chǎn)工具鋼 的新型合金粉被投放市場(chǎng)。 銅粉生產(chǎn)企業(yè)已經(jīng)開發(fā)出的一些產(chǎn)品可被應(yīng)用于粘接、金屬注射 成形、易碎子彈、導(dǎo)熱材料和電焊條的制造等新領(lǐng)域。未來銅粉應(yīng)用 增長的主要領(lǐng)域包括：金屬注射成形、微軸承、高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)零件、復(fù) 合材料、綠色環(huán)保子彈及無鉛黃銅合金等。 二、粉末冶金成形新技術(shù) 1.溫壓技術(shù)是粉末冶金領(lǐng)域近幾年發(fā)展起來的一項(xiàng)新技術(shù)，可生產(chǎn)出 高密度、高強(qiáng)度，具有非常廣泛的應(yīng)用前景。所謂溫壓技術(shù)就是采用特制的 粉末加溫、粉末輸送和模具加熱系統(tǒng)，將加有特殊潤滑劑的預(yù)合金粉末和模 具等加

12、熱至130-150，并將溫度波動(dòng)控制在2.5以內(nèi)，然后和傳統(tǒng)粉末 冶金工藝一樣進(jìn)行壓制、燒結(jié)而制得粉末冶金零件的技術(shù)。其技術(shù)關(guān)鍵一是 溫壓粉末制備，二是溫壓系統(tǒng)。 與傳統(tǒng)工藝相比，溫壓成形的壓坯密度約有0.15-0.30g/cm3的增幅，其 密度可達(dá)7.45cm3。在相同的壓制壓力下，溫壓材料的屈服強(qiáng)度比傳統(tǒng)工藝 平均高11%，極限拉伸強(qiáng)度平均高13.5%，沖擊韌性可提高33%。另外，溫 壓零件的生坯強(qiáng)度高，可達(dá)2O-30MPa，比傳統(tǒng)方法提高50-100%，不僅降 低生坯搬運(yùn)過程中的破損率而且能對(duì)生坯進(jìn)行機(jī)加工，表面光潔度好。此外， 溫壓工藝的壓制壓力低和脫模力小，同時(shí)零件性能均一，產(chǎn)品精度

13、高，材料 利用率高。 溫壓工藝還有一個(gè)特點(diǎn)是工藝簡單，成本低廉。研究表明，假如一次壓 制、燒結(jié)的普通粉末冶金工藝的成本為1.0，則粉末鍛造的相對(duì)成本為2.0， 復(fù)壓復(fù)燒的相對(duì)成本為1.5，滲銅的相對(duì)成本為1.4，而溫壓技術(shù)的相對(duì)成本 為1.25。目前，采用溫壓技術(shù)生產(chǎn)的粉末冶金零件已達(dá)200多種，零件重量在 5-1200g。例如，德國Sinterstahl GmbH公司用溫壓技術(shù)生產(chǎn)復(fù)雜的摩擦傳動(dòng) 用同步齒環(huán)，在美國新奧爾蘭舉行的PM2TEC 2001國際會(huì)議上獲獎(jiǎng)。該零件 的齒部密度超過7.3g/cm3，環(huán)體密度超過7.1g/cm3，生坯強(qiáng)度達(dá)到28MPa。 采用了擴(kuò)散合金化的燒結(jié)溫壓粉末，

14、最低抗拉強(qiáng)度為850MPa。由于使用了 溫壓技術(shù)和采用粉末冶金零件，使得綜合成本降低了38%。 2.流動(dòng)溫壓技術(shù)是在粉末壓制、溫壓成形工藝的 基礎(chǔ)上，結(jié)合了金屬粉末注射成形工藝的優(yōu)點(diǎn)而提出來的 一種新型粉末冶金零部件近凈成形技術(shù)。其關(guān)鍵技術(shù)是提 高混合粉末的流動(dòng)性。它通過提高了混合粉末的流動(dòng)性、 填充能力和成形性，從而可以在8O-130溫度下，在傳 統(tǒng)壓機(jī)上精密成形具有復(fù)雜幾何外形的零件，如帶有與壓 制方向垂直的凹槽、孔和螺紋孔等零件，而不需要其后的 二次機(jī)加工。流動(dòng)溫壓技術(shù)既克服了傳統(tǒng)粉末冶金在成形 復(fù)雜幾何形狀方面的不足，又避免了金屬注射成形技術(shù)的 高成本，是一項(xiàng)極具潛力的新技術(shù)，具有非常

15、廣闊的應(yīng)用 前景。 流動(dòng)溫壓技術(shù)作為一種新型的粉末冶金零部件近凈成 形技術(shù)，其主要特點(diǎn)如下：(1)可成形具有復(fù)雜幾何形狀的 零件；(2)壓坯密度高、密度均勻；(3)對(duì)材料的適應(yīng)性較 好；(4)工藝簡單，成本低。目前，流動(dòng)溫壓技術(shù)在國外還 處于研究的初始階段，其關(guān)鍵制造技術(shù)及其致密化機(jī)理研 究尚未見報(bào)道 3.模壁潤滑技術(shù) 傳統(tǒng)粉末零件成形時(shí)，為了減少粉 末顆粒之問和粉末顆粒與模壁之間的摩擦，在粉末混合料中 需添加一定量的潤滑劑，但混進(jìn)的潤滑劑因密度低 不利于獲 得高密度的粉末冶金零件；而且潤滑劑的燒結(jié)會(huì) 染環(huán)境，甚 至?xí)档蜔Y(jié)爐的壽命和產(chǎn)品的性能。模壁潤滑技術(shù)的應(yīng)用 則很好地解決了這一難題。近

16、年來，采用模壁潤滑取代粉末 潤滑技術(shù)已成為粉末成形研究和開發(fā)的又一熱點(diǎn)。 目前，實(shí)現(xiàn)模壁潤滑的主要途徑有兩個(gè)：一是利用下模 沖復(fù)位時(shí)與陰模及芯桿之間的配合間隙所產(chǎn)生的毛細(xì)作用， 將液相潤滑劑帶到陰模及芯桿表面。二是用噴槍將帶有靜電 的固態(tài)潤滑劑粉末噴射到壓模的型腔表面上，即在裝粉靴的 前部裝一個(gè)附加的潤滑劑靴裝置。成形開始時(shí)，潤滑劑靴推 開壓坯，壓縮空氣將帶有靜電的潤滑劑從靴內(nèi)噴射到模腔內(nèi)， 因?yàn)闈櫥瑒┓勰┧鶐У臉O性與陰模相反，粉末在電場(chǎng)牽引下 撞擊并粘附在模壁上，然后裝靴粉裝粉，進(jìn)行常規(guī)壓制成形。 采用模壁潤滑技術(shù)明顯提高粉末材料的生坯密度，密度可達(dá) 到7.4g/cm3，且模壁潤滑與粉間潤滑

17、相比，鐵粉的生坯強(qiáng)度 可分別提高128-217%。日本豐田汽車中心研究人員利用溫 壓、模壁潤滑與高壓制壓力使鐵基粉末壓坯幾乎達(dá)到全致密。 4.高速壓制技術(shù) 高速壓制技術(shù)是瑞典的Hoaganas公司在2001年6月推介的一種新技術(shù)。該技術(shù)與 傳統(tǒng)模壓在生產(chǎn)工藝上有許多相似性,如粉末充填、壓制和制品脫模等。首先將粉末原 料裝入錐形漏斗中,通過裝料靴自動(dòng)充填模腔,然后使用液壓驅(qū)動(dòng)的錘頭對(duì)粉末進(jìn)行壓制, 最后將壓制成型的制品頂出壓模并轉(zhuǎn)入燒結(jié)工序。其基本原理是通過液壓驅(qū)動(dòng)的錘頭 產(chǎn)生強(qiáng)烈沖擊波,在很短時(shí)間內(nèi)(20 ms 左右) 將沖擊能量通過壓模傳遞到粉末上進(jìn)行致 密化。錘頭的質(zhì)量和沖擊瞬間的速度決定

18、了沖擊能量的大小與材料的致密化程度。液 壓驅(qū)動(dòng)的錘頭質(zhì)量在51 200 kg ,錘頭速度230 m s - 1 ,在20 ms 內(nèi)對(duì)粉末進(jìn)行高能 沖擊壓制,300 ms內(nèi)可進(jìn)行第二次壓制。錘頭沖擊行程可實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)控制,可通過任意選 擇非常接近的沖擊能量來安排沖擊次序。 4.1高速壓制設(shè)備 動(dòng)態(tài)壓制涉及壓縮沖擊波在粉末材料中的傳播從而引起致密化。沖擊波是由轟擊 粒子、飛盤或產(chǎn)生高速度及高能量脈沖的錘頭等產(chǎn)生。目前,所使用的技術(shù)包括壓縮空 氣、燃燒汽油2空氣混合氣、爆炸、電容器放電、疊并磁場(chǎng)、磁力驅(qū)動(dòng)和機(jī)械彈簧等。 這些方法有些具有很大的應(yīng)用潛力,有些已經(jīng)在實(shí)踐中得到了應(yīng)用,如爆炸法等。但爆炸 成

19、型的生產(chǎn)率低、可控制性差等限制了其廣泛的應(yīng)用。而有些方法由于拉伸波的反射 作用,使得壓制材料產(chǎn)生宏觀或微觀裂紋,從而成為引起動(dòng)態(tài)壓制大規(guī)模商業(yè)化應(yīng)用失效 的根源,因此也限制了HVC 技術(shù)的推廣和使用。 瑞典Hydrop ul sor AB 公司制造出獨(dú)創(chuàng)的液壓沖擊機(jī)后,解決了長期以來限制HVC 技術(shù)工業(yè)化應(yīng)用的設(shè)備問題,使該技術(shù)得以全面推廣。該公司已經(jīng)成功開發(fā)出四代HVC 壓機(jī),即H YP3522 (100103 kg) 、H YP3527 (350 103 kg) 、H YP35218 (900103 kg) 和H YP35240 (2 000 103 kg) 型壓機(jī),其中H YP3522

20、型壓機(jī)是專門為 試驗(yàn)室設(shè)計(jì)制造的。南京希頓東部精密機(jī)械有限公司也生產(chǎn)出H YP3527 型壓機(jī)。 4.2高速壓制的特點(diǎn) 4.2.1密度高 高速壓制過程中,沖擊能量在上模沖與壓坯之間的傳遞是以應(yīng)力 波的形式進(jìn)行的 ,當(dāng)該應(yīng)力波經(jīng)壓坯傳遞至下模沖時(shí),要發(fā)生透射和反 射。從下模沖反射回來的應(yīng)力波繼續(xù)作用于壓坯,使壓坯密度進(jìn)一步提 高,當(dāng)此應(yīng)力波傳遞至上模沖時(shí),又發(fā)生透射和反射。此過程中,應(yīng)力波 在壓坯中傳遞一個(gè)周期。而在整個(gè)壓制過程中,應(yīng)力波在壓坯中傳遞幾 個(gè)周期并逐步衰減為零,而壓坯經(jīng)過應(yīng)力波的多次作用后密度逐步提高。 因此,利用HVC 技術(shù)制備的制品密度較高。 HVC 技術(shù)制備的鐵基粉末(預(yù)合金

21、化鐵粉和擴(kuò)散合金化鐵粉) 制品, 其生坯密度高達(dá)7. 47. 8 gcm- 3 ,比傳統(tǒng)模壓技術(shù)制備的生坯密度 提高0. 3g cm- 3 左右2 。SKF 公司已成功制備出質(zhì)量為800 g 的齒 輪,其生坯密度達(dá)17. 7 g cm- 3 。法國CETIM 公司已成功制備出氧化 鋁陶瓷制品,其燒結(jié)后的密度為理論密度的99 %。ChristerAslund 利 用HVC 技術(shù)對(duì)氣霧化不銹鋼粉末進(jìn)行了研究,制備出燒結(jié)相對(duì)密度為 99 %的制品。 HVC 技術(shù)同其它技術(shù)有機(jī)地結(jié)合起來可以獲得更高密度。如對(duì) 于鐵粉,高速壓制結(jié)合模壁潤滑可使生坯密度達(dá)到7. 6 g cm- 3 ,高速 壓制結(jié)合溫壓和

22、模壁潤滑可使生坯密度達(dá)到7. 7 g cm- 3 ,高速復(fù)壓復(fù) 燒則可使密度達(dá)到7. 8 g cm- 3 11 。HVC 技術(shù)使用的粉末原料與 傳統(tǒng)模壓一樣,但是其制備的制品密度較傳統(tǒng)模壓高,而且密度分布均 勻,因此燒結(jié)后制品精度較高。 4.2.2密度可精確控制且分布均勻 為精確控制密度,可以精確地改變錘頭速度和沖擊次數(shù),可根據(jù)實(shí) 際要求“預(yù)設(shè)”密度。根據(jù)試驗(yàn)測(cè)試,在一個(gè)質(zhì)量1 kg、高25. 4 mm 的制品上,可以將密度控制到標(biāo)準(zhǔn)偏差0. 01 g cm- 3 內(nèi)。HVC 技術(shù)不 僅可以使制品高度致密化,而且可以保證密度均勻。齒輪測(cè)試結(jié)果表明, 其生坯上下部密度變化范圍小于0. 01 g

23、cm- 3 2 。而壓制的高徑比 為6. 7 的圓柱形試樣,其燒結(jié)后的密度為(7. 4 0. 1) g cm- 3 。 4.2.3 徑向彈性后效低、脫模力小 HVC 技術(shù)制備的制品其徑向彈性后效比傳統(tǒng)模壓的低。研究表 明,直徑為31 mm 的圓柱體,材料為鐵基粉末ASC100. 29 ,用HVC 技術(shù) 制備的生坯徑向彈性后效比傳統(tǒng)模壓的減少了40 %。低徑向彈性后效 的優(yōu)點(diǎn)是脫模力較小,如基于預(yù)合金化水霧化鐵粉, HVC 技術(shù)制品的脫 模力較傳統(tǒng)模壓的低約50 %。 4.2.4 生產(chǎn)率高、成本低、制品質(zhì)量大 HVC 技術(shù)的壓制速度較傳統(tǒng)模壓的快5001000倍,同時(shí)可移動(dòng) 的模架可以提高更換模

24、具的效率,而且壓制和精整可以在同一臺(tái)壓機(jī)上 進(jìn)行,因此生產(chǎn)率較高。以傳統(tǒng)的一次壓制作為參考,比較各種粉末冶 金工藝的生產(chǎn)成本可知 : HVC 的生產(chǎn)成本與傳統(tǒng)模壓相差不大,比溫 壓稍低,粉末鍛造的成本最高。對(duì)于制備高密度高性能的粉末冶金制品 而言,HVC 技術(shù)具有良好的性價(jià)比。HVC 技術(shù)還可實(shí)現(xiàn)多重壓制,而 且制品的密度具有累加效應(yīng),因此可以利用該技術(shù)制備質(zhì)量為510 kg 的制品,并可實(shí)現(xiàn)批量生產(chǎn)。 5.動(dòng)力磁性壓制技術(shù) 是1995年美國開始研究的一種新型的高性能粉末最終 成形壓制技術(shù)。DMC是采用脈沖調(diào)制電磁場(chǎng)施加的壓力 來固結(jié)粉末。與傳統(tǒng)的粉末冶金壓制工藝一樣，動(dòng)力磁性 壓制也是兩維壓

25、制工藝，但卻是徑向壓制而不是軸向壓制。 當(dāng)粉末裝入一個(gè)導(dǎo)電的容器(護(hù)套)內(nèi)，置于高場(chǎng)強(qiáng)的中心 腔中，線圈通入高電流脈沖，線圈中形成磁場(chǎng)，護(hù)套內(nèi)因 而產(chǎn)生感應(yīng)電流。感應(yīng)電流與施加的磁場(chǎng)相互作用，產(chǎn)生 由外向內(nèi)壓縮護(hù)套的磁力，使粉末得到壓制，整個(gè)壓制過 程時(shí)間不足1ms。 該技術(shù)具有以下特點(diǎn)：(1)由于不使用模具，因而可達(dá) 到更高的壓制力，維修與生產(chǎn)成本更低；(2)在任何溫度與 氣氛中均可施加壓力，且適合所有材料，工作條件更靈活； (3)不使用潤滑劑與粘結(jié)劑，有利于環(huán)境保護(hù)。目前，許多 動(dòng)磁壓制的應(yīng)用已接近工業(yè)化階段。該技術(shù)適于制造柱形 對(duì)稱的終形件，薄壁管，高縱橫比部件和內(nèi)部形狀復(fù)雜的 部件?，F(xiàn)

26、可以生產(chǎn)直徑長度=12.7mm76.2mm到 127.0mm25.4mm的部件。 6.放電等離子燒結(jié)技術(shù)放電等離子燒結(jié)技術(shù) 隨著新技術(shù)的發(fā)展,新材料的種類和需求量不斷增加,新的材料功能呼喚新 的制備技術(shù)。放電等離子燒結(jié)(Spark Plasma Sintering ,SPS) 是近年來發(fā)展 起來的一種新型的快速燒結(jié)技術(shù),它融等離子活化、熱壓為一體,具有升溫速度 快、燒結(jié)時(shí)間短、冷卻迅速、外加壓力和燒結(jié)氣氛可控、節(jié)能環(huán)保等特點(diǎn),可 廣泛用于磁性材料、梯度功能材料、納米陶瓷、纖維增強(qiáng)陶瓷和金屬間復(fù)合 材料等一系列新型材料的制備 。 SPS過程中,顆粒之間放電時(shí),會(huì)瞬時(shí)產(chǎn)生高達(dá)幾千度至1 萬度的局部

27、高溫, 在顆粒表面引起蒸發(fā)和熔化,在顆粒接觸點(diǎn)形成頸部,由于熱量立即從發(fā)熱中心 傳遞到顆粒表面和向四周擴(kuò)散,頸部快速冷卻而使蒸汽壓低于其他部位。氣相 物質(zhì)凝聚在頸部形成高于普通燒結(jié)方法的蒸發(fā)- 凝固傳遞是SPS過程的另一個(gè) 重要特點(diǎn)。晶粒受脈沖電流加熱和垂直單向壓力的作用,體擴(kuò)散、晶界擴(kuò)散都 得到加強(qiáng),加速了燒結(jié)致密化過程,因此用較低的溫度和比較短的時(shí)間可得到高 質(zhì)量的燒結(jié)體。SPS 過程可以看作是顆粒放電、導(dǎo)電加熱和加壓綜合作用的 結(jié)果。但是顆粒間放電等離子體難以對(duì)非導(dǎo)電粉體的燒結(jié)進(jìn)行解釋,因?yàn)榉菍?dǎo) 電粉體中不會(huì)有電流通過。古屋泰文等對(duì)金屬體系及Al2O3 粉的燒結(jié)過程進(jìn) 行了原位監(jiān)測(cè),利用

28、粉料下面的傳感器探測(cè)燒結(jié)過程中電磁波的變化,發(fā)現(xiàn)在基 本波形中都疊加了二次誘導(dǎo)的噪聲信號(hào),說明燒結(jié)過程中無論導(dǎo)電、非導(dǎo)電材 料都存在誘導(dǎo)電波,但他沒有對(duì)誘導(dǎo)電磁波產(chǎn)生的機(jī)理給出明確的解釋。S1 W1 Wang 和L1 D1Chen 等人分別對(duì)導(dǎo)電Cu 粉和非導(dǎo)電Al2O3 粉進(jìn)行SPS 燒結(jié)研究,認(rèn)為導(dǎo)電材料和非導(dǎo)電材料存在不同的燒結(jié)機(jī)理,導(dǎo)電粉體中存在焦 耳熱效應(yīng)和脈沖放電效應(yīng),而非導(dǎo)電粉體的燒結(jié),主要源于模具的熱傳導(dǎo)。 SPS 燒結(jié)升溫速度快,燒結(jié)時(shí)間短,既可以用于低溫、 高壓(5001000 MPa) , 又可以用于低壓(2030MPa) 、 高溫(1 0002000 ) 燒結(jié),因此可廣

29、泛地用于金屬、陶瓷 和各種復(fù)合材料的燒結(jié)。 用SPS 來制備高致密度、細(xì)晶粒陶瓷不僅降低了燒 結(jié)溫度和提高了致密度,更主要的是大幅地縮短了燒結(jié)時(shí) 間,這對(duì)于工業(yè)生產(chǎn)來說,在節(jié)約能源、提高生產(chǎn)效率方面 都有重要的意義。此外,SPS 技術(shù)也已成功地應(yīng)用于金屬 間化合物、金屬基復(fù)合材料(MMC)、電磁材料、非晶合 金 、生物材料 、超導(dǎo)材料和多孔材料等各種新材料的制 備,并獲得了較為優(yōu)異的性能。同時(shí),SPS 在硬質(zhì)合金的燒 結(jié) ,多層金屬粉末的同步連接(bonding) 、陶瓷粉末和金屬 粉末的連接以及固體- 粉末- 固體的連接等方面也已有了廣 泛的應(yīng)用。隨著SPS 技術(shù)的發(fā)展,其在材料科學(xué)研究領(lǐng)域 中的應(yīng)用必將不斷擴(kuò)展。 7.爆炸壓制爆炸壓制 又稱沖擊波壓制，是利用化學(xué)能的一種高能