我國近十年來粉末冶金成形新技術綜述

粉末冶金是一項集材料制備與零件成形于一體，節(jié)能、節(jié)材、高效、最終成形、少污染的先進制造技術，在材料和零件制造業(yè)中具有不可替代的地位和作用，已經(jīng)進入當代材料科學的發(fā)展前沿。

   目前粉末冶金技術正向著高致密化、高性能化、低成本方向發(fā)展，本文著重介紹幾種近十年來粉末冶金零件的成形新技術。

   一、溫壓技術

   溫壓技術是粉末冶金領域近幾年發(fā)展起來的一項新技術，可生產(chǎn)出高密度、高強度，具有非常廣泛的應用前景。所謂溫壓技術就是采用te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合金粉末和模具等加熱至130～150℃，并將溫度波動控制在±2．5℃以內，然后和傳統(tǒng)粉末冶金工藝一樣進行壓制、燒結而制得粉末冶金零件的技術。其技術關鍵：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，精密粉末冶金，其密度可達7.45g／cm3。在相同的壓制壓力下，溫壓材料的屈服強度比傳統(tǒng)工藝平均高11％，極限拉伸強度平均高13．5％，沖擊韌性可提高33％。另外，溫壓零件的生坯強度高，可達2O～30MPa，比傳統(tǒng)方法提高50—100％，不僅降低生坯搬運過程中的破損率而且能對生坯進行機加工，表面光潔度好。此外，溫壓工藝的壓制壓力低和脫模力小，同時零件性能均一，產(chǎn)品精度高，材料利用率高。

   溫壓工藝還有一個特點是工藝簡單，成本低廉。研究表明，假如一次壓制、燒結的普通粉末冶金工藝的成本為1.0，則粉末鍛造的相對成本為2.0，復壓復燒的相對成本為1.5，滲銅的相對成本為1.4，而溫壓技術的相對成本為1．25。目前，采用溫壓技術生產(chǎn)的粉末冶金零件已達200多種，零件重量在5—1200g。例如，德國SinterstahlGmbH公司用溫壓技術生產(chǎn)復雜的摩擦傳動用同步齒環(huán)，在美國新奧爾蘭舉行的PM2TEC2001國際會議上獲獎。該零件的齒部密度超過7.3g／cm，環(huán)體密度超過7.1g／cm，生坯強度達到28MPa。采用了擴散合金化的燒結硬壓粉末，zui低抗拉強度為850MPa。由于使用了溫壓技術和采用粉末冶金零件，使得綜合成本降低了38％。

   二、流動溫壓技術

   流動溫壓技術(Warm Flow Compaction，簡稱WFC)是在粉末壓制、溫壓成形工藝的基礎上，結合了金屬粉末注射成形工藝的優(yōu)點而提出來的一種新型粉末冶金零部件近凈成形技術。其關鍵技術是提高混合粉末的流動性。它通過提高了混合粉末的流動性、填充能力和成形性，從而可以在8O～130~C溫度下，在傳統(tǒng)壓機上精密成形具有復雜幾何外形的零件，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加工。WFC技術既克服了傳統(tǒng)粉末冶金在成形復雜幾何形狀方面的不足，又避免了金屬注射成形技術的高成本，是一項極具潛力的新技術，具有非常廣闊的應用前景。

   WFC技術作為一種新型的粉末冶金零部件近凈成形技術，其主要特點如下：(1)可成形具有復雜幾何形狀的零件；(2)壓坯密度高、密度均勻；(3)對材料的適應性較好；(4)工藝簡單，成本低。

金屬注射成形用不銹鋼粉的生產(chǎn)工藝

金屬注射成形技術由陶瓷零件的粉末注射成形技術發(fā)展而來，是一種新型的粉末冶金近凈成形技術。金屬注射成形技術技術的主要生產(chǎn)步驟如下：金屬粉末與粘結劑混合——制?！⑸涑尚巍撝獰Y——后續(xù)處理——最終產(chǎn)品該技術適用于大批量生產(chǎn)性能高、形狀復雜的小尺寸的粉末冶金零部件，如瑞士的手表業(yè)用來生產(chǎn)手表零件。      近幾十年來，MIM技術發(fā)展勢頭迅猛，能應用的材料體系包括：Fe-Ni合金、不銹鋼、工具鋼、高比重合金、硬質合金、鈦合金、鎳基超合金、金屬間化合物、氧化鋁、氧化鋯等。金屬注射成形技術要求粉末粒度為微米級以下，形狀近球形。此外對粉末的松裝密度、搖實密度、粉末長徑比、自然坡度角、粒度分布也有一定的要求。目前生產(chǎn)金屬注射成形技術用粉末的主要方法有：水霧化法、氣體霧化法、羰基法。常用的不銹鋼金屬的粉末牌號有：304L，316L， 317L，410L，430L，434L，440A，不銹鋼粉末冶金，440C，17-4PH等。

     對于水霧化法其制作流程為：

     選用不銹鋼原料——中頻感應爐內熔化——成份調整——脫氧除渣——霧化制粉——質量檢測——篩分——包裝入庫主要用到的設備有：中頻感應熔爐、高壓水泵、全封閉式制粉裝置、循環(huán)水水池、篩分和包裝設備、檢測儀器等。

    對于氣霧化法其制作流程為：

    選用不銹鋼原料——中頻感應爐內熔化——成份調整——脫氧除渣——霧化制粉——質量檢測——篩分——包裝入庫主要用到的設備有：中頻感應熔爐、氮氣源和霧化裝置、循環(huán)水水池、篩分和包裝設備、檢測儀器等。

每種方法各有其優(yōu)缺點：水霧化法是主要的制粉工藝，其效率高、大規(guī)模生產(chǎn)比較經(jīng)濟，可使粉末細微化，但形狀不規(guī)則，這有利于保形，但所用粘結劑較多，影響精度。此外，水與金屬高溫反應形成的氧化膜妨礙燒結。氣體霧化法是生產(chǎn)金屬注射成形技術用粉的主要方法，它生產(chǎn)的粉末為球形，氧化程度低，所需粘結劑少，成形性好，但極細粉收率低，價格高，保形性差，且粘結劑中的C，N，H，O對燒結體有影響。羰基法生產(chǎn)的粉末純度高、開頭穩(wěn)定、粒度極細，東坑鎮(zhèn)粉末冶金，它最適合于 MIM，但**于Fe，Ni等粉體，不能滿足品種的要求。為了滿足金屬注射成形技術用粉的要求，許多制粉公司對上述方法進行了改進，還發(fā)展了微霧化、層流霧化等制粉方法?，F(xiàn)在通常是水霧化粉和氣霧化粉混合使用，前者提高振實密度后者維持保形性。目前采用水霧化粉也可生產(chǎn)相對密度大于99%的燒結體，因此較大型零件只使用水霧化粉，較小型零件使用氣霧化粉

粉末注射成型適用不銹鋼，鐵基合金，磁性材料，鎢合金，MIM粉末冶金，硬質合金，精細陶瓷等系列。所制備的零件廣泛應用于航空航天工業(yè)、汽車業(yè)、兵工業(yè)、醫(yī)用器械、機械行業(yè)、日用品等領域。那么粉末注射成型和其他成形工藝特點的比較，哪個更具優(yōu)勢呢?

　　(一)與傳統(tǒng)粉末冶金工藝比較

　　粉末注射成型作為一種制造高質量精密零件的近凈成形技術，具有常規(guī)粉末冶金方法無法比擬的優(yōu)勢。MIM能制造許多具有復雜形狀特征的零件：如各種外部切槽，外螺紋，錐形外表面，交叉通孔、盲孔，凹臺與鍵銷，加強筋板，表面滾花等等，具有以上特征的零件都是無法用常規(guī)粉末冶金方法得到的。

　　(二)與比精密鑄造比較

　　精密鑄造對于熔點相對較低的金屬或合金，精密鑄造也可以成形三維復雜形狀的零件。但對于難熔金屬和合金、硬質合金、金屬陶瓷、陶瓷等卻無能為力，這是精密鑄造的本質所決定的。另外，對于尺寸小、壁薄、大批量的零件采用精密鑄造是十分困難或不可行的。

　　(三)與機加工比較

　　傳統(tǒng)機械加工法，近來靠自動化而提升其加工能力，在效率和精度上有極大的進步，但是基本的程序上仍脫不開逐步加工(車削、刨、銑、磨、鉆孔、拋光等)完成零件形狀的方式。

　　機械加工方法的加工精度遠優(yōu)于其他加工方法，但是因為材料的有效利用率低，且其形狀的完成受限于設備與刀具，有些零件無法用機械加工完成。相反的，粉末注射成型可以有效利用材料，形狀自由度不受限制。對于小型、高難度形狀的精密零件的制造，粉末注射成型工藝比較機械加工而言，其成本較低且效率高，具有很強的競爭力。MIM技術彌補了傳統(tǒng)加工方法在技術上的不足或無法制作的缺憾，并非與傳統(tǒng)加工方法競爭。粉末注射成型技術可以在傳統(tǒng)加工方法無法制作的零件領域發(fā)揮其特長。

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