粉末冶金技術

1、粉末冶金技術的特點粉末冶金技術發(fā)展史現(xiàn)代粉末冶金技術的特征與發(fā)展趨勢粉末冶金技術的主要應用粉末材料的孔隙性能及其影響粉末冶金材料的強韌化粉末冶金技術簡介粉末冶金技術簡介金的AFM 照片材料鎳的操縱排列照片材料銅的操縱排列照片材料材料材料是人類文明、社會進步、科學技術發(fā)展的物質基材料是人類文明、社會進步、科學技術發(fā)展的物質基 礎和技術先導。礎和技術先導。材料是當代文明的三大支柱之一。材料是當代文明的三大支柱之一。材料是全球新技術革命的四大標志之一。材料是全球新技術革命的四大標志之一。粉末冶金技術是實現(xiàn)材料多功能、高性能的重要途徑。粉末冶金技術是實現(xiàn)材料多功能、高性能的重要途徑。基本特點：原料、無

2、熔化、材料生產(chǎn)過程 采用PM技術制備材料/產(chǎn)品的優(yōu)點： 制品的致密度可控，如多孔材料、高密度材料等； 晶粒細小、顯微組織均勻、無成分偏析； 近型成形，原材料利用率高95%； 少無切削，切削加工僅4050%； 材料組元可控，利于制備復合材料； 制備難熔金屬、陶瓷材料與核材料。粉末冶金技術的特點粉末冶金技術的特點原料粉末原料粉末 成形成形燒結燒結金屬材料、復合材料、各種類型制品金屬材料、復合材料、各種類型制品采用PM技術制備材料/產(chǎn)品的缺點： 原料粉末價格較貴； 模具成本高，靠產(chǎn)量規(guī)模降低費用； 燒結制品殘余孔隙影響性能； 氧和雜質含量較高； 制備高純活性金屬困難；粉末冶金技術的優(yōu)越性與局限性 公

3、元前3000年以前，古埃及人制造鐵器； 公元前2300年左右出現(xiàn)塊煉鐵技術：固相碳還原鐵礦石（8001000C）。通過高溫鍛焊成各種器件。如公元300年左右印度的Dehli Piller, 重6噸； 我國西漢（公元前113年）的劉勝墓出土的錯金書刀等。1930年Hoganas公司開始用固相還原法生產(chǎn)海綿鐵。粉末冶金技術發(fā)展史粉末冶金技術發(fā)展史 隨后出現(xiàn)Au(300年)、Ag、Cu、Sn (1000年)、Pt粉及Pt塊(1800年）； 1910年Coolidge發(fā)明電燈W絲，奠定了近代粉末冶金的基礎； 1914年WC、MoC粉末出現(xiàn)（德國）； 1923年德國Krupp公司生產(chǎn)硬質合金，導致了金屬

4、切削技術的革命； 1956年后大量鐵基、鋁基零件上市； 1969年機械合金化技術出現(xiàn)； 20世紀80年代后，PM制品，如蝸輪引擎零件廣泛應用于航空?，F(xiàn)代粉末冶金發(fā)展中的三個重要標志 克服了難熔金屬熔鑄過程中產(chǎn)生的困難； 如：1909年鎢絲、1923年硬質合金 粉末冶金方法生產(chǎn)多孔材料的成功； 如：1930年含油軸承、軸瓦 粉末冶金新工藝、新材料的發(fā)展； 如：粉末注射成形、金屬陶瓷 特征： 技術多樣性; 粉末制備、成形、燒結技術多選擇 工藝復雜性; 手段先進性； 性能優(yōu)異性； 零件復雜性； 規(guī)模擴大性； 成本低廉性。粉末冶金技術特征與發(fā)展趨勢粉末制備：霧化制粉、還原法、機械合金化、 氣相沉積、溶

5、膠凝膠、自蔓燃反應合成、電解成形：噴射沉積、注射成形、擠壓成形、粉末鍛造、粉末軋制、溫壓成形、冷熱等靜壓及特種固結技術、爆炸成形燒結技術：微波燒結、反應燒結、液相燒結、超固相線液相燒結、電火花燒結、原位成形技術多樣性（1 1）從固態(tài)金屬與合從固態(tài)金屬與合金制取金屬與合金粉末金制取金屬與合金粉末的的 有機械粉碎法和電有機械粉碎法和電化腐蝕法；化腐蝕法；electrical electrical erosion erosion 在固態(tài)下制在固態(tài)下制取粉末的方法包括取粉末的方法包括（2 2）從固態(tài)金屬氧化物）從固態(tài)金屬氧化物及鹽類制取金屬與合金及鹽類制取金屬與合金粉末的有還原法；從金粉末的有還原法；

6、從金屬和非金屬粉末屬和非金屬粉末non-non-metallic powdersmetallic powders、金、金屬氧化物和非金屬粉末屬氧化物和非金屬粉末制取金屬化合物粉末的制取金屬化合物粉末的有還原有還原- -化合法?；戏āeducing-chemistry Reducing-chemistry bined.（1 1）從金屬蒸氣冷）從金屬蒸氣冷凝制取金屬粉末的蒸凝制取金屬粉末的蒸氣冷凝法；氣冷凝法；consolidation from consolidation from metal steammetal steam在氣態(tài)制備粉末在氣態(tài)制備粉末的方法包括的方法包括（2 2）從氣態(tài)金

7、屬羥基）從氣態(tài)金屬羥基物離解制取金屬、合物離解制取金屬、合金以及包覆粉末的羥金以及包覆粉末的羥基物熱離解法基物熱離解法; ; carbonyl vapor carbonyl vapor decompositiondecomposition。Coated particlesCoated particles（1 1）從液態(tài)金屬）從液態(tài)金屬與合金制備金屬與與合金制備金屬與合金粉末的霧化法；合金粉末的霧化法；（2 2）從金屬鹽溶液）從金屬鹽溶液置換置換substitution substitution 和還原金屬、合金和還原金屬、合金以及包覆粉末的置以及包覆粉末的置換法換法substitutionsu

8、bstitution、溶液氫還原法；溶液氫還原法；liquid hydrogen liquid hydrogen reductionreduction（3 3）從金屬鹽溶液）從金屬鹽溶液電解制金屬與合金粉電解制金屬與合金粉末的水溶液電解法末的水溶液電解法liquid liquid electrolyticelectrolytic；從金；從金屬熔鹽電解制金屬和屬熔鹽電解制金屬和金屬化合物粉末的熔金屬化合物粉末的熔鹽電解法。鹽電解法。Melt Melt salt electrolysissalt electrolysis 在液態(tài)下制備粉末在液態(tài)下制備粉末的方法包括的方法包括原料：元素粉末、合金粉末

9、成形：熱壓（ 熱等靜壓、擠壓.） 冷壓（模壓、冷等靜壓.）燒結：真空、氣氛、外場其它制備技術：復壓、精整、熔浸.其它后續(xù)處理技術：熱處理、機加工.1）鐵基結構合金的高精度高質量大數(shù)量產(chǎn)品。2）致密高性能材料，主要是理想的密度和牢固性。3）難加工材料的制造，全密度具有統(tǒng)一微觀結構的高性能合金。4）特殊合金，主要為包含有多相的組分，通過增強密度的工藝來制造。5）非平衡材料的合成例如非晶，微晶和亞穩(wěn)合金。6）具有獨特組分或不常用形狀的特殊附件的工藝。 發(fā)展方向舉例發(fā)展方向舉例 粉末冶金技術的主要應用粉末冶金零件市場粉末冶金零件市場汽車工業(yè)是粉末冶金零件的最大應用市場汽車工業(yè) CONNECTING R

10、ODS PM Connecting rod used in BMW engines OIL PUMP GEARSSYNCHRONISATION SYSTEM ROCKER ARMS工具材料u粉末冶金材料對液體和氣體的透過性均勻，具有過粉末冶金材料對液體和氣體的透過性均勻，具有過濾和均勻分流作用濾和均勻分流作用u粉末冶金材料具有很好的浸透性和自潤滑性粉末冶金材料具有很好的浸透性和自潤滑性u粉末冶金材料具有很大的比表面粉末冶金材料具有很大的比表面 具有很強的穿流介質熱交換作用和表面作用具有很強的穿流介質熱交換作用和表面作用 耐腐蝕性比相應的致密材料差耐腐蝕性比相應的致密材料差u粉末冶金材料易壓縮變

11、形粉末冶金材料易壓縮變形u粉末冶金材料質量輕、吸收能量好粉末冶金材料質量輕、吸收能量好粉末材料的孔隙性能粉末材料的孔隙性能u孔隙減少有效承載面積孔隙減少有效承載面積u孔隙孔隙導致應力集中孔隙孔隙導致應力集中u孔隙鈍化裂紋尖端孔隙鈍化裂紋尖端u孔隙降低材料的傳導性能孔隙降低材料的傳導性能u孔隙容易獲得均勻的細晶粒組織孔隙容易獲得均勻的細晶粒組織u孔隙易使加熱介質進入孔隙，從而引起氧化、脫孔隙易使加熱介質進入孔隙，從而引起氧化、脫碳和腐蝕碳和腐蝕孔隙對粉末冶金材料性能的影響孔隙對粉末冶金材料性能的影響提高粉末冶金材料性能途徑主要有： 提高材料的密度 控制孔隙的大小、形狀,特別避免大孔隙 合金化 熱

12、處理 強化 韌化粉末冶金材料的強化粉末冶金材料的強化提高材料密度的途徑提高材料密度的途徑復壓復燒復壓復燒熔浸熔浸粉末鍛造粉末鍛造溫壓成形溫壓成形粉末冶金材料的合金化粉末冶金材料的合金化粉末冶金材料合金化的特點： 粉末冶金材料的合金化與常規(guī)鑄造材料一樣是粉末冶金材料的合金化與常規(guī)鑄造材料一樣是通過固溶強化來提高材料的力學性能，尤其是強度通過固溶強化來提高材料的力學性能，尤其是強度性能性能，但是材料特點導致合金元素選用上有區(qū)別。但是材料特點導致合金元素選用上有區(qū)別。合金元素的選用規(guī)則：（1）相對密度低于）相對密度低于80%時，不能有效發(fā)揮合金元素時，不能有效發(fā)揮合金元素的強化作用；的強化作用；（2）某些強化效果好的易氧化合金元素，一般不以）某些強化效果好的易氧化合金元素，一般不以元素粉末作原料，而常以中間合金粉、母合金粉或元素粉末作原料，而常以中間合金粉、母合金粉或預合金粉作原料；預合金粉作原料；（3）銅和磷對于燒結鋼可起強化作用。）銅和磷對于燒結鋼可起強化作用。粉末冶金材料的熱處理粉末冶金材料的熱處理粉末冶金材料熱處理的特點：粉末冶金材料熱處理的特點：（1）孔隙度超過）孔隙度超過10的制品不能在鹽浴中加熱，會的制品不能在鹽浴中加熱，會腐蝕制品；腐蝕制品；（2）熱處理時要適當提高加熱溫度和