粉末冶金行業(yè)發(fā)展勢(shì)不可擋

粉末冶金屬于現(xiàn)代工業(yè)發(fā)展的朝陽(yáng)產(chǎn)業(yè)，以制取金屬或用金屬粉末(或金屬粉末與非金屬粉末的混合物)作為原料，經(jīng)過(guò)成形和燒結(jié)，制造金屬材料、復(fù)合以及各種類(lèi)型制品的工藝技術(shù)。

　　我國(guó)粉末冶金行業(yè)起步較晚，但發(fā)展迅猛，特別是汽車(chē)行業(yè)、機(jī)械制造、金屬行業(yè)、航空航天、儀器儀表、五金工具、工程機(jī)械、電子家電及高科技產(chǎn)業(yè)等迅猛發(fā)展，為粉末冶金行業(yè)帶來(lái)了較大的發(fā)展機(jī)遇。

　　具體數(shù)據(jù)顯示，1948年我國(guó)硬質(zhì)合金產(chǎn)量?jī)H有2-3萬(wàn)噸，但2000年后我國(guó)粉末冶金市場(chǎng)迅速崛起。2009年我國(guó)粉末冶金行業(yè)產(chǎn)量為11.30萬(wàn)噸，超過(guò)日本躍居亞洲首位。2014年粉末冶金行業(yè)銷(xiāo)量達(dá)19.18萬(wàn)噸，2017年增長(zhǎng)至20.08萬(wàn)噸，增幅為4.7%。化學(xué)拋光其長(zhǎng)處是加工設(shè)備投資少,龐雜件能拋,速度快，防腐性好。

　　從應(yīng)用領(lǐng)域來(lái)看，現(xiàn)階段，我國(guó)粉末冶金產(chǎn)品主要應(yīng)用于汽車(chē)、家電、電動(dòng)工具、摩托車(chē)、農(nóng)業(yè)機(jī)械及工程機(jī)械等工業(yè)。隨著我國(guó)汽車(chē)行業(yè)的快速發(fā)展，粉末冶金制品本土化需求不斷擴(kuò)大，2016年，應(yīng)用于汽車(chē)方面的粉末冶金零件共10.09萬(wàn)噸，占比54.69%，同比上升6.55%。未來(lái)下游產(chǎn)業(yè)的發(fā)展將會(huì)繼續(xù)拉動(dòng)上游產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，整個(gè)行業(yè)的容量仍在不停擴(kuò)大。步驟如下﹕1使表面粗糙度達(dá)到一定要求﹐可通過(guò)表面磨光﹐拋光等工藝方法來(lái)實(shí)現(xiàn)。

　　汽車(chē)領(lǐng)域應(yīng)用較少，技術(shù)相對(duì)落后

　　在發(fā)達(dá)國(guó)家如美國(guó)、歐洲、日本，粉末冶金產(chǎn)品主要應(yīng)用于汽車(chē)領(lǐng)域，汽車(chē)粉末冶金產(chǎn)品占粉末冶金總產(chǎn)品的比例高達(dá)80%以上，其產(chǎn)品包括VVT(可變氣門(mén)正時(shí)系統(tǒng))、VCT(可變氣門(mén)凸輪軸正時(shí)系統(tǒng))、各類(lèi)泵組件、鏈輪、同步環(huán)、行星齒輪等，種類(lèi)覆蓋十分齊全。例如:提高工具、軸承等的硬度和耐磨性，提高彈簧的彈性極限，提高軸類(lèi)零件的綜合機(jī)械性能等。

　　而在我國(guó)，2017年，粉末冶金市場(chǎng)汽車(chē)應(yīng)用占比僅為60%。我國(guó)粉末冶金汽車(chē)零件占比遠(yuǎn)低于發(fā)達(dá)國(guó)家，占比提升潛力大。

　　單車(chē)用量方面，中國(guó)提升空間同樣相對(duì)可觀。2017年，北美粉末冶金零件單車(chē)用量可達(dá)18.6Kg，日本為8.0Kg，歐洲為7.2Kg，而中國(guó)僅為4.5Kg。這種差距產(chǎn)生的主要原因是，我國(guó)國(guó)內(nèi)很多粉末冶金產(chǎn)品達(dá)不到要求的尺寸公差與性能參數(shù)，因此，汽車(chē)主機(jī)廠只能選擇成本更高的鍛造零件與機(jī)加工零件。壓機(jī)一般都幾噸到幾百?lài)崏毫?，直徑基本是?10MM以?xún)?nèi)都可以制作成粉末冶金。

　　國(guó)內(nèi)企業(yè)成本優(yōu)勢(shì)顯著，進(jìn)口替代空間廣闊

　　與國(guó)外公司相比，國(guó)內(nèi)企業(yè)在人力成本、土地成本、原料成本等方面均具有優(yōu)勢(shì)，能夠?yàn)橹鳈C(jī)廠與一級(jí)供應(yīng)商提供更低價(jià)的粉末冶金產(chǎn)品。同時(shí)，國(guó)內(nèi)企業(yè)交貨周期短，售后服務(wù)快速、及時(shí)，能夠?yàn)閲?guó)內(nèi)主機(jī)廠提供更優(yōu)質(zhì)的服務(wù)。

　　從技術(shù)角度來(lái)看，2015年，發(fā)布《中國(guó)制造2025》的通知，其中重點(diǎn)提出要大力發(fā)展智能制造、增材制造、新材料、生物醫(yī)用等領(lǐng)域。我們認(rèn)為在國(guó)家政策的大力扶持下，國(guó)內(nèi)粉末冶金技術(shù)有望得到快速發(fā)展，替代市場(chǎng)逐步由低端轉(zhuǎn)向高技術(shù)。

　　另外，專(zhuān)利申請(qǐng)授權(quán)量的持續(xù)增長(zhǎng)彰顯粉末冶金技術(shù)的不斷成熟。2016年，我國(guó)鑄造、粉末冶金專(zhuān)利申請(qǐng)授權(quán)量為8295項(xiàng)，同比增長(zhǎng)11.62%，近五年(2012-2016年)復(fù)合增長(zhǎng)率為16.02%。

　　綜合來(lái)看，國(guó)內(nèi)粉末冶金產(chǎn)品進(jìn)口替代空間十分廣闊

還原鐵粉已成為制造業(yè)無(wú)法替代的高等級(jí)材料

還原鐵粉是粉末冶金和軟磁感應(yīng)器件的基礎(chǔ)原料，其產(chǎn)品由于具有高度的可加工性，可以制成各種超薄、特異形狀器件，具有極強(qiáng)的抗沖擊、抗腐蝕、耐磨損和高強(qiáng)度特性，廣泛地應(yīng)用于汽車(chē)、機(jī)械、船舶、機(jī)車(chē)等領(lǐng)域，是單純靠熔煉制成的鋼鐵材料所無(wú)法替代的高等級(jí)材料。不過(guò)，可以通過(guò)后處理或復(fù)合涂層獲得不同的顏色，以提高載重汽車(chē)零部件的裝飾性和匹配性。

　　此外在變壓器磁芯、電感應(yīng)器件、優(yōu)質(zhì)焊條、靜電復(fù)印、化工、醫(yī)用、食品保鮮等行業(yè)的應(yīng)用也日趨廣泛。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，高純鐵粉的應(yīng)用領(lǐng)域?qū)⒃絹?lái)越廣，使用量也越來(lái)越大。

　　根據(jù)分析，還原鐵粉的原始材料是氧化鐵皮，主要是以四氧化三鐵存在的。由于原本的利用氫氣還原產(chǎn)生的效果不是很好，所以改之為用隧道窯選用碳作為還原劑來(lái)還原產(chǎn)品，得到的還原效率還是比較高的，因此以碳作為還原劑在一次還原中進(jìn)行脫氧處置，被廣泛的應(yīng)用。MIM的發(fā)展進(jìn)程20世紀(jì)70年代，美國(guó)學(xué)者Wiech首先開(kāi)發(fā)出一種對(duì)金屬粉末進(jìn)行注射成形的粉末冶金工藝。

　　由此可見(jiàn)，粉末冶金用還原鐵粉生產(chǎn)工序也是一種一次還原，因此一般都是選用碳即焦末作為還原劑進(jìn)行還原，形成的為海綿鐵的半成品;形成置換海綿銅鐵粉，當(dāng)然這還不是最終的產(chǎn)品，還要對(duì)其進(jìn)行破碎處理后再要進(jìn)行二次還原，這時(shí)就可以用氫氣作為還原劑進(jìn)行還原，得到我們想要的產(chǎn)品。黑色金屬表面經(jīng)“發(fā)藍(lán)”處理后所形成的氧化膜，其外層主要是四氧化三鐵，內(nèi)層為氧化亞鐵。

粉末微注射成形技術(shù)

近年來(lái)，微系統(tǒng)技術(shù)在各個(gè)領(lǐng)域的發(fā)展非常迅速，同時(shí)也對(duì)應(yīng)用于微型工程中的三維微型復(fù)雜元器件的制造提出了更高的要求，希望微型器件在具備滿(mǎn)足使用要求性能的同時(shí)，能夠?qū)崿F(xiàn)規(guī)?；a(chǎn)。微系統(tǒng)中主要的元器件包括微型模具、用于傳感器和jia速器上的微型機(jī)械結(jié)構(gòu)、生物傳感器、微型流體元件、微型反應(yīng)器等。這些元器件形狀復(fù)雜、體積微小，采用現(xiàn)有的微型加工技術(shù)如微型切削、激光切削、硅刻蝕技術(shù)等，生產(chǎn)效率低，無(wú)法開(kāi)展大規(guī)模生產(chǎn)，而近年來(lái)在粉末注射成形基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的粉末微注射成形工藝為實(shí)現(xiàn)微型元器件規(guī)?；a(chǎn)提供了zui具潛力的制備技術(shù)。從某種程度上正在以驚人的速度取代CNC精加工等傳統(tǒng)成型技術(shù)，且該技術(shù)在突破核心技術(shù)攻堅(jiān)后，質(zhì)量穩(wěn)定，便于大批量生產(chǎn)，客戶(hù)滿(mǎn)意度高，企業(yè)回報(bào)率高。

　　粉末微注射成形技術(shù)是指針對(duì)尺寸小于1微米的零件在傳統(tǒng)粉末注射成形技術(shù)基礎(chǔ)上所開(kāi)發(fā)的一種成形技術(shù)，主要應(yīng)用于連續(xù)制造具有微觀結(jié)構(gòu)表面與微型結(jié)構(gòu)的零件，其基本工藝步驟與傳統(tǒng)的粉末注射成形基本相同，所制備零件的表面質(zhì)量與孔隙度可通過(guò)選擇原始粉末與適宜的燒結(jié)條件來(lái)控制。與傳統(tǒng)粉末注射成形不同的是，粉末微注射成形為了便于制造微小結(jié)構(gòu)，所選擇的粉末平均粒徑一般小于1~2微米;其次，由于粉末比表面積增大，需要粘度較低但有足夠強(qiáng)度的粘結(jié)劑，以利于微注射成形并避免生坯件脫模時(shí)損壞。另外，為了防止變形、裂紋及氣泡的產(chǎn)生，微注射成形技術(shù)對(duì)脫脂和燒結(jié)的工藝條件更加苛刻。技術(shù)難點(diǎn)及改善關(guān)鍵點(diǎn)：陽(yáng)極氧化的良率水平關(guān)系到最終產(chǎn)品的成本，提升氧化良率的重點(diǎn)在于適合的氧化劑用量、適合的溫度及電流密度，這需要結(jié)構(gòu)件廠商在生產(chǎn)過(guò)程中不斷探索，尋求突破。

　　目前，國(guó)際上開(kāi)展該技術(shù)研究的主要國(guó)家有德國(guó)、日本、新加坡、美國(guó)和英國(guó)。其中，德國(guó)開(kāi)展并取得了突出的成果。國(guó)內(nèi)的北京科技大學(xué)、中南大學(xué)以及大連理工大學(xué)也在該領(lǐng)域進(jìn)行了一系列研究工作。如北京科技大學(xué)研制了具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)、適用于傳統(tǒng)注射成形機(jī)的粉末微注射成形用模具;并以羰ji鐵粉和鐵鎳合金粉為原料，在傳統(tǒng)注射成形機(jī)上成功實(shí)現(xiàn)了粉末微注射成形齒頂圓直徑小于1毫米的微型齒輪。分解氨是液氨經(jīng)熱分解后獲得的由氫和氮組合的混合氣體，在粉末冶金中即可作為還原劑，也用來(lái)作為燒結(jié)氣氛，除了某些含有氮成分的制品因與該氣氛產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)不能采用這種氣氛燒結(jié)以外，大多數(shù)的金屬都可采用這種氣氛來(lái)燒結(jié)。

快速模具技術(shù)

正常生產(chǎn)模具的制造成本通常很高，許多情況下需要制作實(shí)驗(yàn)?zāi)＞呷グl(fā)現(xiàn)驗(yàn)證設(shè)計(jì)生產(chǎn)整個(gè)過(guò)程中可能遇到的問(wèn)題，最終的模具肯定要修改。為適應(yīng)這種情況，出現(xiàn)了許多快速或軟模具技術(shù)用來(lái)制造滿(mǎn)足幾百件零件試制的實(shí)驗(yàn)?zāi)＞摺?

目前鋁合金、顆粒增強(qiáng)環(huán)氧樹(shù)脂、鈹銅、低碳鋼、不銹鋼及鈷合金等已被用作制造軟的金屬注射模具。由于容易成型，鋅、鋁和鉍合金等偶爾也用于制造試驗(yàn)?zāi)＞呒皹悠吩汀?

但由于容易劃傷和損壞，最終的生產(chǎn)模具會(huì)采用硬質(zhì)材料。

利用有機(jī)硅橡膠模具工藝原理，制作使用壽命有限的MIM塑料注塑模具是一項(xiàng)較新的模具技術(shù)。將熔融塑料澆在母模型腔周?chē)逃不?，剖開(kāi)塑料取出母模模型。壓入受限制的模架中，這樣的塑料模具可以用來(lái)承受幾百次的低壓注射試驗(yàn)。

激光快速原型技術(shù)是一種非常簡(jiǎn)單的模具或原型制造方法，采用激光掃描積分堆積塑料或金屬粉末直接制造模具型腔。激光快速原型技術(shù)的另外一種模具制造工藝是利用堆積的樹(shù)脂或紙質(zhì)模型，采用精密鑄造或電鑄方法制造模具型腔。

這些方法制造的模具表面比較粗糙，精度較低，無(wú)法滿(mǎn)足生產(chǎn)模具的苛刻要求。

非常大批量生產(chǎn)用的模腔或其組件，容易磨損，快速模具技術(shù)將是一種非常有效的工藝手段。