粉末冶金材料特性應用案例

1、 粉末冶金具有獨特的化學組成和機械、物理性能，而這些性能是用傳統(tǒng)的熔鑄方法無法獲得的。運用粉末冶金技術可以直接制成多孔、半致密或全致密材料和制品，如含油軸承、齒輪、凸輪、導桿、刀具等，是一種少無切削工藝。 1、粉末冶金技術可以最大限度地減少合金成分偏聚，消除粗大、不均勻的鑄造組織。在制備高性能稀土永磁材料、稀土儲氫材料、稀土發(fā)光材料、稀土催化劑、高溫超導材料、新型金屬材料（如Al-Li合金、耐熱Al合金、超合金、粉末耐蝕不銹鋼、粉末高速鋼、金屬間化合物高溫結構材料等）具有重要的作用。 2、可以制備非晶、微晶、準晶、納米晶和超飽和固溶體等一系列高性能非平衡材料，這些材料具有優(yōu)異的電學、磁學、光學

2、和力學性能。3、可以容易地實現(xiàn)多種類型的復合，充分發(fā)揮各組元材料各自的特性，是一種低成本生產高性能金屬基和陶瓷復合材料的工藝技術。4、可以生產普通熔煉法無法生產的具有特殊結構和性能的材料和制品，如新型多孔生物材料，多孔分離膜材料、高性能結構陶瓷磨具和功能陶瓷材料等。5、可以實現(xiàn)近凈形成形和自動化批量生產，從而，可以有效地降低生產的資源和能源消耗。6、可以充分利用礦石、尾礦、煉鋼污泥、軋鋼鐵鱗、回收廢舊金屬作原料，是一種可有效進行材料再生和綜合利用的新技術。 1、應用：、應用： 汽車、摩托車、紡織機械、工業(yè)縫紉機、電動工具、五金工具、電器、工程機械、各種粉末冶金（鐵銅基）零件。2、分類：、分類：

3、 粉末冶金多孔材料、粉末冶金減磨材料、粉末冶金摩擦材料、粉末冶金結構零件、粉末冶金工模具材料、和粉末冶金電磁材料和粉末冶金高溫合金等。 粉末冶金多孔材料:又稱多孔燒結材料。用粉末冶金的方法制造的、由球狀或不規(guī)則形狀的金屬或合金粉末經成型、燒結制成。材料內部孔道縱橫交錯、互相貫通，一般有30%60%的體積孔隙度 ，孔徑1100微米。透過性能和導熱、導電性能好，耐高溫 、低溫，抗熱震，抗介質腐蝕。用于制造過濾器、多孔電極 、滅火裝置、防凍裝置等。常用的金屬或合金有青銅、不銹鋼、鐵、鎳、鈦、鎢、鉬以及難熔金屬化合物等。做成的制品有坩堝狀、碟狀、管狀、板狀、薄膜等。 1、孔徑和孔隙度均可控制； 2、優(yōu)

4、良的透過性能，且在使用后可以再生，因而使用壽命長； 3、導熱、導電； 4、耐高溫、耐低溫、抗熱震； 5、抗介質腐蝕； 6、比表面積大； 7、可焊接和加工等。因此它的綜合性能較傳統(tǒng)的紙質、棉和化纖織品、陶瓷、玻璃、金屬絲網等過濾材料為好。 在現(xiàn)代技術中，多孔材料愈益發(fā)揮其重要作用，有兩方面的主要用途。 1、作過濾器用：利用其多孔的過濾分離作用凈化液體和氣體。例如用來凈化飛機和汽車上的燃料油和空氣；化學工業(yè)上各種液體和氣體的過濾；原子能工業(yè)上排出氣體中放射性微粒的過濾等。 2、利用其孔隙的作用，制造多孔電極、滅火裝置、防凍裝置、耐高溫噴嘴等。多孔電極主要在電化學方面應用。滅火裝置是利用其抗流作用而

5、防止爆炸，如氣焊用的火焰防爆器等。防凍裝置是利用其多孔可通入預熱空氣或特殊液體，用來防止機翼和尾翼結冰。耐高溫噴嘴則是利用表面發(fā)汗而使熱表面冷卻的原理，被稱為發(fā)汗材料。 金屬多孔材料由于其結構特性,可用于流體凈化、氣體除塵、氣體流態(tài)化、粉料流態(tài)化輸送、發(fā)汗冷卻、強化傳熱、消音降噪、阻燃防爆等不同用途。其中, 尺寸大型化、結構異型化、多功能一體化、以及高精度、大通量金屬多孔材料的制備及產品應用技術的研究正成為國內外多孔材料學界前沿性熱點問題。 燒結金屬粉末多孔材料是采用金屬或合金粉末為原料, 通過壓制成型和高溫燒結而成、具有剛性結構的多孔材料。其孔隙結構由規(guī)則和不規(guī)則的粉末顆粒堆垛而成, 孔隙的

6、大小和分布以及孔隙率大小取決于粉末粒度組成和加工工藝。圖1 給出燒結金屬粉末多孔材料典型的微觀結構, 它具有均質結構特征。燒結金屬粉末多孔材料微觀結構(a) 和元件(b)Microstructure of sintered metal powder porous materials (a) and elements (b)燒結金屬粉末多孔材料性能指標 Performance of sintered metal powder porous materials型號平均孔徑/m相對滲透性/(Lmin-1cm-2Pa-1)孔隙率/%強度/MpaSFM0055510-53080SFM010101.510

7、-43290SFM02020510-432100 根據成型工藝不同, 燒結粉末多孔材料有模壓成型、等靜壓成型、軋制成型和擠壓成型等產品 模壓成型工藝適合于各種復雜形狀多孔材料產品的制作, 等靜壓成型工藝用于大尺寸無縫管件的制作, 軋制成型和擠壓成型工藝適合于大批量產品的制作, 可以制備出12 mm 厚的薄壁件。 燒結金屬粉末多孔材料具有最廣泛的應用市場, 包括用于氣體除塵、液體凈化, 氣流穩(wěn)定、流態(tài)化、流態(tài)化輸送、氣體限流以及消音降噪、阻燃防爆等, 可廣泛應用于航天航空、石油化工、醫(yī)藥、食品、電力、能源等領域。 燒結金屬絲網多孔材料是由多層金屬編織網疊合后, 經過軋制成型和高溫燒結而形成的具有

8、剛性結構的多孔材料。這種多孔材料具有非對稱結構, 由支撐層、保護層和工作層組成。由于其獨特的結構設計, 燒結金屬絲網多孔材料具有流通性好、孔隙分布均勻、整體性好, 剛性好,強度高等特點, 作為過濾材料, 表現(xiàn)出優(yōu)異的反吹(反沖洗) 再生性能。 燒結金屬絲網多孔材料廣泛應用于石油化工、冶金、電力、能源等領域的流體過濾、氣流分布控制、流態(tài)化輸送、阻燃防爆等方面。燒結金屬絲網多孔材料微觀結構(a) 和元件(b)Microstructure of sintered metal mesh porous materials (a) and elements (b)燒結金屬絲網多孔材料性能指標 Perfor

9、mance of sintered metal mesh porous materials型號平均孔徑/m相對滲透性/(Lmin-1cm-2Pa-1)孔隙率/%強度/MpaSSW0055210-421100SSW01010810-422100SSW02020210-324110 燒結金屬纖維多孔材料是由金屬纖維迭合后,經過壓制成型和高溫燒結而形成的多孔材料。燒結金屬纖維多孔材料的突出特點是孔隙率高, 可達到80 % , 具有很好的透氣性。 燒結纖維多孔材料的精度可達到510m。 燒結金屬纖維氈多孔材料廣泛應用于化工、電力、冶金、能源等領域的氣體除塵、流體凈化等方面。燒結金屬纖維多孔材料微觀結構

10、(a) 和元件(b)Microstructure of sintered metal fiber porous materials (a) and elements (b) 安泰科技股份有限公司以納米粉體為基礎, 采用粉末冶金方法, 開發(fā)了金屬膜材料專利制備技術。金屬膜材料的精度達到0. 03 m , 過濾效率達99.999999 %。下圖給出了金屬膜材料的微觀結構和元件。 產品已用于氣體分離、高純氣體凈化、液體凈化、氣溶膠過濾與凈化等。1 、金屬膜材料制備技術、金屬膜材料制備技術 金屬膜材料微觀結構(a) 和元件(b) Microstructure of membrane materials

11、 (a) and elements (b) 傳統(tǒng)的燒結金屬粉末濾材孔徑一般在3m 以上, 無論在過濾精度、還是在大通量方面都很難滿足現(xiàn)代工業(yè)發(fā)展要求。 安泰開發(fā)了新型高精度、大通量亞微米多孔材料。這種新型的濾材采用梯度結構, 即由骨架層、過渡層和工作層組成復合層結構。其中, 骨架層支撐過渡層起增強作用,工作層是厚度較薄的小孔層, 起過濾作用。這種新型非對稱亞微米多孔材料具有很高的過濾精度, 同時, 由于高精度的工作層很薄(20m) , 使得材料的流通性能大大提高 大型、異型結構粉末冶金多孔材料是多孔材料新的發(fā)展方向。與常規(guī)結構粉末冶金多孔材料相比, 其在壓制成型、燒結等工藝設備的實現(xiàn)方面提出了

12、更高要求和挑戰(zhàn)。 目前世界上大型、異型結構粉末冶金多孔材料主要通過等靜壓成型工藝進行生產制備。其基本特點是: 由于其為各向同性壓制, 壓坯密度比較均勻; 易于實現(xiàn)大型、較長壓坯的成型; 可在較大范圍內調整壁厚; 消除了焊接對多孔材料本身所帶來的影響, 如焊接熱影響區(qū)易出現(xiàn)的缺陷、熱影響區(qū)對材料腐蝕性的影響等。 多孔復合催化材料是利用多孔材料良好的孔隙分布、優(yōu)異的傳熱特性和發(fā)達的比表面, 與高效催化劑復合制備而成的一種特殊功能材料。它繼承了多孔材料的結構和功能特性, 具有良好的流體透過能力、豐富的比表面以及可控的流體分布特性, 與催化劑的功效結合起來可以極大地提高工業(yè)過程的反應速度、提高生產率、

13、降低能耗和簡化工藝過程。 其工藝過程如下: 多孔材料表面處理 負載陶瓷膜(-Al2O3) 負載催化劑活性組分(Pd 等) 研制的多孔金屬催化蒸餾構件可以代替?zhèn)鹘y(tǒng)的CDTECH , 應用于催化蒸餾工藝。 另外, 金屬多孔催化材料和過濾元件的研制,還可以用于高溫氣體的除塵和凈化, 機動車尾氣排放的后處理等。它在對顆粒物進行捕集的同時,還可以反應脫除氣體中NOx , VOC 等有害組分。實現(xiàn)除塵、脫硝等功能一體化。5 、定向凝固多孔材料制備技術、定向凝固多孔材料制備技術 金屬/ 氣體共晶定向凝固技術(GASAR) 由烏克蘭科學家Shapovalov 發(fā)明。Gasar 技術被認為是生產多孔金屬材料的革

14、命性工藝, 不僅具有比傳統(tǒng)多孔材料優(yōu)異的性能特點, 比如小的應力集中、高的機械性能、良好的導熱能力等, 而且具有比相同材質的致密材料高的綜合機械性能(密度低, 比強度、比模量高)。 另外, 該項制備工藝還易于通過改變工藝參數, 實現(xiàn)對氣孔率、氣孔大小和分布的控制。 用PBR 氣泡孔徑滲透性測定儀檢測多孔結構的微孔尺寸。平均微孔直徑在37 m。 由于研究的多孔發(fā)汗結構為非等厚度的回轉體結構，為分析其滲透均勻性，沿橫截面將發(fā)汗冷卻喉襯切割成上、中、下3 個部分，分別測量出每個部位的滲透性 滲透性主要由孔徑和孔隙率決定，對比高溫合金和不銹鋼粉末材料，其平均孔徑（6.8m，5.64m）、孔隙率（39%

15、，35%）較為接近，滲透性也相差較小。發(fā)汗冷卻喉襯的滲透性隨孔隙率的增大而增大，孔隙率對滲透性的影響較大。 多孔滲透結構的抗拉強度隨孔隙率的增大而下降。而不同材料的延伸率隨孔隙率的變化趨勢各不相同。不銹鋼304 和GH22 的延伸率隨孔隙率的增大而降低，而ZrCu 合金的延伸率則隨孔隙率的增大而升高。高溫合金和不銹鋼的抗拉強度和延伸率均遠高于銅合金。 通過對高溫合金、不銹鋼、銅合金3 種材料力學性能的對比，高溫合金在孔隙率偏高的情況下仍顯示了較高的強度優(yōu)勢，且高溫合金具有良好的高溫抗氧化和抗腐蝕性能。 從多孔材料與致密材料的對比情況來看，材料的孔隙率在15%以下，其抗拉強度能達到相同致密材料的50%以上，但延伸率與致密材料相比相差較多，只能達到30%左右，主要因為多孔材料表現(xiàn)為脆性斷裂，對材料的延伸率影響很大。 由于銅合金的導熱率遠高于不銹鋼和高溫合金材料，當作為熱防護材料時銅合金仍具有優(yōu)勢，盡管其強度低于高溫合金和不銹鋼材料，但對于結構強度要求不是太高的燃燒裝置內襯等高熱流強部位，適宜采用銅合金多孔材料； 對于結構強度要求較高的熱防護裝置，也可以采用高溫合金或不銹鋼多孔材料，由于此時多孔結構主要用于發(fā)汗冷卻或膜冷卻，這種冷卻方式冷卻效率高，調整結構參數和工作參數也可以滿足高熱流強的熱防護要求。 在過去的幾十年里