粉末冶金是制取金属或用金属粉末(或金属粉末与非金属粉末的混合物)作为原料，经过成形和烧结，制造金属材料、复合材料以及各种类型制品的工艺技术。

广义的粉末冶金制品业涵括了铁石刀具、硬质合金、磁性材料以及粉末冶金制品等。狭义的粉末冶金制品业仅指粉末冶金制品，包括粉末冶金零件(占绝大部分)、含油轴承和金属射出成型制品等。

粉末冶金工艺特点

与其它工艺相比，粉末冶金的材料利用率最高，达到95%，且零件能耗最低！

制品的致密度可控，如多孔材料、好密度材料等；显微组织均匀、无成分偏析；近型成形，原材料利用率>95%；少无切削，切削加工仅40~50%；材料组元可控，利于制备复合材料；制备难溶金属、陶瓷材料与核材料。

粉末冶金基本流程

粉末冶金基本流程为制粉→混合→成型→烧结→振动研磨→二次加工→热处理→表面处理→品检→成品。

  • 制粉

制粉是将原料制成粉末的过程，常用的制粉方法有机械法和物理化学方法。

机械法不改变原材料的化学成分，通过切削/研磨金属使材料分裂产生新界面来制备粉末。机械法可减小或增大粉末粒度，研磨后金属粉末会加工硬化，但粉末形状不规则，粉末流动性变差。

物理化学方法是使液态金属通过冷却、雾化等物理方式制备粉末；另外还可以还原离解等化学反应为基础，用还原剂还原金属氧化物及盐类来制取。雾化制粉技术可以有效的减少合金成分的偏析，所以得到的合金粉末成分比较均匀。水雾化法由于采用了密度较高的水做雾化介质，所以制得的粉末形状一般为不规则形。

尺寸大于0.001mm，且小于1mm的固体颗粒称为粉末，通常粉末颗粒形状有球形、近球形、多角形、片状、树枝状、不规则形、多孔海绵、蝶状几种。

  • 混料

混料是将各种所需的粉末按一定的比例混合，并使其均匀化制成坯粉的过程，分为干式、半干式、湿式三种，双锥混合机、V型混合机、双运动混合机分别用于不同要求。

混粉不均匀，成形过程易分层、断裂，烧结过程易爆裂、变形，产品硬度、密度等机械性能不达要求。

  • 成形

成形是将混合均匀的混料，装入压模后在15-600MPa压力下压制成具有一定形状、尺寸和密度的型坯的过程，有加压成型、无压成型两种方式，加压成型中应用最多的是模压成型。

  • 烧结

烧结是粉末冶金工艺中的关键性工序，成型后的压坯通过烧结使其得到所要求的最终物理机械性能。

烧结又分为单元系烧结和多元系烧结，除普通烧结外，还有松装烧结、熔浸法、热压法。

烧结不同于金属熔化，烧结时至少有一种元素仍处于固态。烧结过程中粉末颗粒间通过扩散、再结晶、熔焊、化合、溶解等一系列的物理化学过程，成为具有一定孔隙率的冶金产品。

  • 后处理

烧结后的处理，可以根据产品要求的不同，采取多种方式。如精整、浸油、机加工、热处理及电镀、水蒸气处理等。此外，近年来一些新工艺如轧制、锻造也应用于粉末冶金材料烧结后的加工，取得较理想的效果。

浸渍

利用烧结件多孔性的毛细现象浸入各种液体，为了润滑目的，可浸润滑油；为了提高强度和防腐能力，可浸铜溶液；为了表面保护，可浸树脂或清漆等。

水蒸气处理

粉末冶金制品由于存在孔隙，这给表面防护带来困难。蒸汽发蓝处理对于仪表、军工及有防腐要求的粉末冶金制品很重要，可以提高粉末冶金件防锈能力和密闭空隙。

表面冷将压

提高零件的尺寸精度和减小表面粗糙度，可采用整形；提高零件的密度，可采用复压；改变零件的形状，可采用精压。

热处理

由于孔隙的存在，对于孔隙度大于10%的制品，不得采用液体渗碳或盐浴炉加热，以防盐液浸入孔隙中，造成内腐蚀；对于孔隙度小于10%的制品，可用与一般钢一样的热处理方法，如整体淬火、渗碳淬火、碳氮共渗淬火等；热处理可提高铁基制品的强度和硬度。

粉末冶金的应用

粉末冶金产品的应用范围十分广泛，从普通机械制造到精密仪器，从五金工具到大型机械，从电子工业到电机制造，从民用工业到军事工业，从一般技术到尖端高技术均能见到粉末冶金工艺的身影。

粉未治金材料可以分为粉末冶金多孔材料、粉末冶金结构零件、粉末冶金减摩材料、粉末冶金工模具材料、粉末冶金摩擦材料、粉末冶金电磁材料、粉末冶金高温材料等。

  • 典型应用：汽车行业

粉末冶金的阀座、阀导向、VCT和链轮等，能够具备高强度、高耐磨损性和优良的耐热性。如进、排气门座，齿轮。

  • 典型应用：航空航天工业

特殊功能材料主要用于飞机和发动机的辅机、仪表和机载设备。高温高强结构材料主要用于飞机发动机主机上的重要结构件。如发动机用高压涡轮粉末盘、航空刹车副-BY2-1587。

  • 典型应用：消费电子

如静音键、电源键、音量加减键、SIM卡托、8PIN数据线插口、内置N41垫脚、内置震动马达转子。

粉末冶金发展方向

粉末冶金技术正向着高致密化、高性能化、集成化和低成本等方向发展，具体如下：

1、有代表性的铁基合金，将向大体积的精密制品，高质量的结构零部件发展。

2、制造具有均匀显微组织结构的、加工困难而完全致密的高性能合金。

3、用增强致密化过程来制造一般含有混合相组成的特殊合金。

4、制造非均匀材料、非晶态、微晶或者亚稳合金。

5、加工独特的和非一般形态或成分的复合零部件。

 

文章来源：中国粉体网