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粉末冶金-百度百科知識

粉末冶金-百科知識

粉末冶金是制取金屬粉末或用金屬粉末(或金屬粉末與非金屬粉末的混合物)作為原料,經過成形和燒結,制造金屬材料、復合材料以及各種類型制品的工藝技術。粉末冶金法與生產陶瓷有相似的地方,均屬于粉末燒結技術,因此,一系列粉末冶金新技術也可用于陶瓷材料的制備。由于粉末冶金技術的優點,它已成為解決新材料問題的鑰匙,在新材料的發展中起著舉足輕重的作用。
粉末冶金包括制粉和制品。其中制粉主要是冶金過程,和字面吻合。而粉末冶金制品則常遠遠超出材料和冶金的范疇,往往是跨多學科(材料和冶金,機械和力學等)的技術。尤其現代金屬粉末3D打印[1-2]   ,集機械工程、CAD、逆向工程技術、分層制造技術、數控技術、材料科學、激光技術于一身,使得粉末冶金制品技術成為跨更多學科的現代綜合技術。
 
中文名
粉末冶金
外文名
Powder Metallurgy, Sinter Metals, Powdered Metals
工    藝
燒結
原    料
應    用
 
 
一、定義:
粉末冶金是制取金屬粉末或用金屬粉末(或金屬粉末與非金屬粉末的混合物)作為原料,經過成形和燒結,制取金屬材料、復合材料以及各種類型制品的工業技術。目前,粉末冶金技術已被廣泛應用于交通、機械、電子、航空航天、兵器、生物、新能源、信息和核工業等領域,成為新材料科學中最具發展活力的分支之一。粉末冶金技術具備顯著節能、省材、性能優異、產品精度高且穩定性好等一系列優點,非常適合于大批量生產。另外,部分用傳統鑄造方法和機械加工方法無法制備的材料和復雜零件也可用粉末冶金技術制造,因而備受工業界的重視。
廣義的粉末冶金制品業涵括了鐵石刀具、硬質合金、磁性材料以及粉末冶金制品等。狹義的粉末冶金制品業僅指粉末冶金制品,包括粉末冶金零件(占絕大部分)、含油軸承和金屬射出成型制品等。本報告使用的行業定界為狹義范圍。
二、特點:
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,這些材料具有優異的電學、磁學、光學和力學性能。
(3)可以容易地實現多種類型的復合,充分發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。
我們常見的機加工刀具,五金磨具,很多就是粉末冶金技術制造的。
三、制備:
(1)生產粉末。粉末的生產過程包括粉末的制取、粉料的混合等步驟。為改善粉末的成型性和可塑性通常加入機油、橡膠或石蠟等增塑劑。
(2)壓制成型。粉末在15-600MPa壓力下,壓成所需形狀。
(3)燒結。在保護氣氛的高溫爐或真空爐中進行。燒結不同于金屬熔化,燒結時至少有一種元素仍處于固態。燒結過程中粉末顆粒間通過擴散、再結晶、熔焊、化合、溶解等一系列的物理化學過程,成為具有一定孔隙度的冶金產品。
(4)后處理。一般情況下,燒結好的制件可直接使用。但對于某些尺寸要求精度高并且有高的硬度、耐磨性的制件還要進行燒結后處理。后處理包括精壓、滾壓、擠壓、淬火、表面淬火、浸油、及熔滲等。
粉末的制取方法
制取粉末是粉末冶金的第一步。粉末冶金材料和制品不斷的增多,其質量不斷提高,要求提供的粉末的種類愈來愈多。例如,從材質范圍來看,不僅使用金屬粉末,也使用合金粉末,金屬化合物粉末等;從粉末外形來看,要求使用各種形狀的粉末,如產生過濾器時,就要求形成粉末;從粉末粒度來看,要求各種粒度的粉末,粗粉末粒度有500~1000微米超細粉末粒度小于0.5微米等等。
為了滿足對粉末的各種要求,也就要有各種各樣生產粉末的方法這些方法不外乎使金屬、合金或者金屬化合物呈固態、液態或氣態轉變成粉末狀態。制取粉末的各種方法以及各種方法制的粉末。
呈固態使金屬與合金或者金屬化合物轉變成粉末的方法包括:
(1)從固態金屬與合金制取金屬與合金粉末的有機械粉碎法和電化腐蝕法:
(2)從固態金屬氧化物及鹽類制取金屬與合金粉末的還原法從金屬和合金粉末、金屬氧化物和非金屬粉末制取金屬化合物粉末的還原-化合法
呈液態使金屬與合金或者金屬化合物轉變成粉末方法包括:
(1)從液態金屬與合金制取與合金粉末的有霧化法
(2)從金屬鹽溶液置換和還原制取金屬合金以及包覆粉末的有置換法、溶液氫還原法;從金屬熔鹽中沉淀制取金屬粉末的有熔鹽陳定法;從輔助金屬浴中析出制取金屬化合物粉末的有金屬浴法。
(3)從金屬鹽溶液電解制取金屬與合金粉末的有水溶液電解法;從金屬熔鹽點解制取金屬和金屬化合物粉末的有熔鹽電解法。
呈氣態使金屬或者金屬化合物轉變成粉末的方法:
(1)從金屬蒸汽冷凝制取金屬粉末的有蒸汽冷凝法;
(2)從氣態金屬碳基物離解制取金屬、合金以及包覆粉末的有碳基物熱離解法
(3)從氣態金屬鹵化物氣相還原制取金屬、合金粉末以及金屬、合金涂層的有氣相氫還原法;從氣態金屬鹵化物沉積制取金屬化合物粉末以及涂層的有化學氣相沉積法。
但是,從過程的實質來看,現有制粉方法大體上可歸納為兩大類,即機械法和物理化學法。機械法是將原材料機械的粉碎,而化學成分基本上不發生變化的工藝過程;物理化學法是借助化學的或物理的作用,改變原料的化學成分或聚集狀態而獲得粉末的工藝過程,粉末的生產方法很多從工業規模而言,應用最廣泛的漢斯還原法、霧化法和電解法有些方法如氣相沉積法和液相沉積法在特殊應用時亦很重要。[3] 
粉末冶金工藝的基本工序是:
1、原料粉末的制備?,F有的制粉方法大體可分為兩類:機械法和物理化學法。而機械法可分為:機械粉碎及霧化法;物理化學法又分為:電化腐蝕法、還原法、化合法、還原-化合法、氣相沉積法、液相沉積法以及電解法。其中應用最為廣泛的是還原法、霧化法和電解法。
2、粉末成型為所需形狀的坯塊。成型的目的是制得一定形狀和尺寸的壓坯,并使其具有一定的密度和強度。成型的方法基本上分為加壓成型和無壓成型。加壓成型中應用最多的是模壓成型。此外還可使用3D打印技術進行胚塊的制作。
3、坯塊的燒結。燒結是粉末冶金工藝中的關鍵性工序。成型后的壓坯通過燒結使其得到所要求的最終物理機械性能。燒結又分為單元系燒結和多元系燒結。對于單元系和多元系的固相燒結,燒結溫度比所用的金屬及合金的熔點低;對于多元系的液相燒結,燒結溫度一般比其中難熔成分的熔點低,而高于易熔成分的熔點。除普通燒結外,還有松裝燒結、熔浸法、熱壓法等特殊的燒結工藝。
4、產品的后序處理。燒結后的處理,可以根據產品要求的不同,采取多種方式。如精整、浸油、機加工、熱處理及電鍍。此外,近年來一些新工藝如軋制、鍛造也應用于粉末冶金材料燒結后的加工,取得較理想的效果。
粉末性能(property of powder)
粉末所有性能的總稱。它包括:粉末的幾何性能(粒度、比表面、孔徑和形狀等);粉末的化學性能(化學成分、純度、氧含量和酸不溶物等);粉體的力學特性(松裝密度、流動性、成形性、壓縮性、堆積角和剪切角等);粉末的物理性能和表面特性(真密度、光澤、吸波性、表面活性、ze%26mdash;ta(%26ccedil;)電位和磁性等)。粉末性能往往在很大程度上決定了粉末冶金產品的性能。
幾何性能最基本的是粉末的粒度和形狀。
(1)粒度。它影響粉末的加工成形、燒結時收縮和產品的最終性能。某些粉末冶金制品的性能幾乎和粒度直接相關,例如,過濾材料的過濾精度在經驗上可由原始粉末顆粒的平均粒度除以10求得;硬質合金產品的性能與wc相的晶粒有很大關系,要得到較細晶粒度的硬質合金,惟有采用較細粒度的wc原料才有可能。生產實踐中使用的粉末,其粒度范圍從幾百個納米到幾百個微米。粒度越小,活性越大,表面就越容易氧化和吸水。當小到幾百個納米時,粉末的儲存和輸運很不容易,而且當小到一定程度時量子效應開始起作用,其物理性能會發生巨大變化,如鐵磁性粉會變成超順磁性粉,熔點也隨著粒度減小而降低。
(2)粉末的顆粒形狀。它取決于制粉方法,如電解法制得的粉末,顆粒呈樹枝狀;還原法制得的鐵粉顆粒呈海綿片狀;氣體霧化法制得的基本上是球狀粉。此外,有些粉末呈卵狀、盤狀、針狀、洋蔥頭狀等。粉末顆粒的形狀會影響到粉末的流動性和松裝密度,由于顆粒間機械嚙合,不規則粉的壓坯強度也大,特別是樹枝狀粉其壓制坯強度最大。但對于多孔材料,采用球狀粉最好。
力學特性粉末的力學性能即粉末的工藝性能,它是粉末冶金成形工藝中的重要工藝參數。粉末的松裝密度是壓制時用容積法稱量的依據;粉末的流動性決定著粉末對壓模的充填速度和壓機的生產能力;粉末的壓縮性決定壓制過程的難易和施加壓力的高低;而粉末的成形性則決定坯的強度。
化學性能主要取決于原材料的化學純度及制粉方法。較高的氧含量會降低壓制性能、壓坯強度和燒結制品的力學性能,因此粉末冶金大部分技術條件中對此都有一定規定。例如,粉末的允許氧含量為0.2%~1.5%,這相當于氧化物含量為1%~10%。
四、應用:
粉末冶金相關企業主要是適用于汽車行業、裝備制造業、金屬行業、航空航天、軍事工業、儀器儀表、五金工具、電子家電等領域的零配件生產和研究,相關原料、輔料生產,各類粉末制備設備、燒結設備制造。產品包括軸承、齒輪、硬質合金刀具、模具、摩擦制品等等。軍工企業中,重型的武器裝備如穿甲彈,魚雷等,飛機坦克等剎車副均需采用粉末冶金技術生產。粉末冶金汽車零件近年來已成為為中國粉末冶金行業最大的市場,約50%的汽車零部件為粉末冶金零部件。[4] 
(1)應用:(汽車、摩托車、紡織機械、工業縫紉機、電動工具、五金工具。電器.工程機械等)各種粉末冶金(鐵銅基)零件。
(2)分類:粉末冶金多孔材料、粉末冶金減摩材料、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材料等。
五、寧波辰實粉末冶金有限公司----生產的粉末冶金制品的主要應用領域及產品類別:
1、汽車減震器零件-活塞、底閥、導向器
2、汽車發動機零件-氣門座圈、氣門導管
3、各類齒輪,用于汽車零件、工具零件、電器零件
 
 
 
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