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粉末冶金工艺过程2007-11-27 13:33 粉末冶金材料是指不经熔炼和铸造， 直接用几种金属粉末或金属粉末与非金属粉 末，通过配制、压制成型，烧结和后处理等制成的材料粉末冶金是金属冶金工 艺与陶瓷烧结工艺的结合，它通常要经过以下几个工艺过程：一、粉料制备与压制成型常用机械粉碎、雾化、物理化学法制取粉末制取的粉末经过筛分与混合，混料 均匀并加入适当的增塑剂， 再进行压制成型， 粉粒间的原子通过固相扩散和机械 咬合作用， 使制件结合为具有一定强度的整体压力越大则制件密度越大， 强度 相应增加有时为减小压力合增加制件密度，也可采用热等静压成型的方法二、烧结将压制成型的制件放置在采用还原性气氛的闭式炉中进行烧结，烧结温度约为基 体金属熔点的 2/3 ～3/4 倍由于高温下不同种类原子的扩散，粉末表面氧化物 的被还原以及变形粉末的再结晶，使粉末颗粒相互结合， 提高了粉末冶金制品的 强度，并获得与一般合金相似的组织经烧结后的制件中， 仍然存在一些微小的 孔隙，属于多孔性材料三、后处理一般情况下， 烧结好的制件能够达到所需性能，可直接使用 但有时还需进行必 要的后处理 如精压处理， 可提高制件的密度和尺寸形状精度；对铁基粉末冶金 制件进行淬火、 表面淬火等处理可改善其机械性能；为达到润滑或耐蚀目的而进 行浸油或浸渍其它液态润滑剂； 将低熔点金属渗入制件孔隙中去的熔渗处理，可 提高制件的强度、硬度、可塑性或冲击韧性等。

粉末冶金工艺的优点1、绝大多数难熔金属及其化合物、假合金、多孔材料只能用粉末冶金方法来制 造2、由于粉末冶金方法能压制成最终尺寸的压坯，而不需要或很少需要随后 的机械加工，故能大大节约金属，降低产品成本用粉末冶金方法制造产品时， 金属的损耗只有 1-5% ，而用一般熔铸方法生产时，金属的损耗可能会达到80% 3、由于粉末冶金工艺在材料生产过程中并不熔化材料，也就不怕混入由坩埚和 脱氧剂等带来的杂质， 而烧结一般在真空和还原气氛中进行，不怕氧化， 也不会 给材料任何污染，故有可能制取高纯度的材料 4、粉末冶金法能保证材料成分配比的正确性和均匀性 5 、粉末冶金适宜于生 产同一形状而数量多的产品， 特别是齿轮等加工费用高的产品，用粉末冶金法制 造能大大降低生产成． ( 林里粉末 ) 粉末冶金是制取金属粉末， 及采用成形和烧结工艺将金属粉末（或金属粉末与非 金属粉末的混合物） 制成材料和制品的工艺技术 它是冶金和材料科学的一个分 支学科 粉末冶金制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。

粉末冶金发展历史： 粉末冶金方法起源于公元前三千多年制造铁的第一个方法实质上采用的就是粉 末冶金方法而现代粉末冶金技术的发展中共有三个重要标志： 1、克服了难熔金属熔铸过程中产生的困难1909年制造电灯钨丝，推动了粉末 冶金的发展； 1923年粉末冶金硬质合金的出现被誉为机械加工中的革命 2、三十年代成功制取多孔含油轴承；继而粉末冶金铁基机械零件的发展，充分 发挥了粉末冶金少切削甚至无切削的优点 3、向更高级的新材料、新工艺发展四十年代，出现金属陶瓷、弥散强化等材 料，六十年代末至七十年代初，粉末高速钢、粉末高温合金相继出现；利用粉末 冶金锻造及热等静压已能制造高强度的零件 粉末冶金工艺的优点： 1、绝大多数难熔金属及其化合物、假合金、多孔材料只能用粉末冶金方法来制 造 2、由于粉末冶金方法能压制成最终尺寸的压坯，而不需要或很少需要随后的机 械加工，故能大大节约金属，降低产品成本用粉末冶金方法制造产品时，金属 的损耗只有 1-5%，而用一般熔铸方法生产时，金属的损耗可能会达到80% 3、由于粉末冶金工艺在材料生产过程中并不熔化材料，也就不怕混入由坩埚和 脱氧剂等带来的杂质， 而烧结一般在真空和还原气氛中进行，不怕氧化， 也不会 给材料任何污染，故有可能制取高纯度的材料。

4、粉末冶金法能保证材料成分配比的正确性和均匀性 5、粉末冶金适宜于生产同一形状而数量多的产品，特别是齿轮等加工费用高的 产品，用粉末冶金法制造能大大降低生产成本 粉末冶金工艺的基本工序是： 1、原料粉末的制备现有的制粉方法大体可分为两类：机械法和物理化学法 而机械法可分为： 机械粉碎及雾化法； 物理化学法又分为： 电化腐蚀法、还原法、 化合法、还原 - 化合法、气相沉积法、液相沉积法以及电解法其中应用最为广 泛的是还原法、雾化法和电解法 2、粉末成型为所需形状的坯块成型的目的是制得一定形状和尺寸的压坯，并 使其具有一定的密度和强度 成型的方法基本上分为加压成型和无压成型加压 成型中应用最多的是模压成型 3、坯块的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对 于单元系和多元系的固相烧结， 烧结温度比所用的金属及合金的熔点低；对于多 元系的液相烧结， 烧结温度一般比其中难熔成分的熔点低，而高于易熔成分的熔 点除普通烧结外，还有松装烧结、熔浸法、热压法等特殊的烧结工艺 4、产品的后序处理烧结后的处理，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，取得较理想的效果粉末冶金材料和制品的今后发展方向： 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6. 松装烧结成形粉末未经压制而直接进行烧结， 如将粉末装入模具中振实， 再连同模具一起 入炉烧结成形， 用于多孔材料的生产； 或将粉末均匀松装于芯板上，再连同芯板 一起入炉烧结成形， 再经复压或轧制达到所需密度， 用于制动摩擦片及双金属材 料的生产将置于挤压筒内的粉末、 压坯或烧结体通过规定的模孔压出按照挤压条件 不同，分为冷挤压和热挤压 冷挤压是把金属粉末与一定量的有机粘结剂混合在 较低温度下 (40℃～200℃)挤压成坯块；粉末热挤压是指金属粉末压坯或粉末装 入包套内加热到较高温度下压挤，热挤压法能够制取形状复杂、 性能优良的制品 和材料挤压成形设备简单，生产率高，可获得长度方向密度均匀的制品。

7. 爆炸成形借助于爆炸波的高能量使粉末固结的成形方法爆炸成形的特点是爆炸时产 生压力很高， 施于粉末体上的压力速度极快如炸药爆炸后， 在几微秒时间内产 生的冲击压力可达106MPa( 相当于 107个大气压 ) ，比压力机上压制粉末的单位 压力要高几百倍至几千倍 爆炸成形压制压坯的相对密度极高，强度极佳 如用 炸药爆炸压制电解铁粉，压坯的密度接近纯铁体的理论密度值爆炸成形可加工普通压制和烧结工艺难以成形的材料，如难熔金属、 高合金 材料等，还可压制普通压力无法压制的大型压坯除上述方法外，还有注射成形及热等静压制新技术等新的成形方法2. 烧结的机理烧结是粉末或压坯在低于其主要组分熔点温度以下的热处理过程，目的是通 过颗粒间的冶金结合以提高其强度随着温度升高， 粉末或压坯中产生一系列的 物理、化学变化：水和有机物的蒸发或挥发、吸附气体的排除、应力消除以及粉 末颗粒表面氧化物的还原等， 接着粉末表层原子间的相互扩散和塑性流动随着 颗粒间接触面的增大， 会产生再结晶和晶粒长大， 有时出现固相的熔化和重结晶 以上各过程常常会相互重叠， 相互影响， 使烧结过程变得十分复杂 烧结过程中 制品显微组织的变化如图7.1.3 所示。

2 粉末冶金工艺2.1 粉末制备金属粉末的制备方法分为两大类：机械法和物理化学法 还有新研制的机械 合金化法，汞齐法、蒸发法、超声粉碎法等超微粉末制造技术制备方法决定着 粉末的颗粒大小、形状、松装密度、化学成分、压制性、烧结性等2.2 粉末的预处理粉末的预处理包括粉末退火、分级、混合、制粒、加润滑剂等1. 退火粉末的预先退火可以使氧化物还原，降低碳和其它杂质的含量， 提高粉末的 纯度；同时，还能消除粉末的加工硬化、稳定粉末的晶体结构退火温度根据金 属粉末的种类而不同，通常为金属熔点的0.5 ～0.6K通常，电解铜粉的退火温 度约为 300，电解铁粉或电解镍粉的约为700℃，不能超过 900℃退火一般用 还原性气氛，有时也用真空或惰性气氛2. 分级将粉末按粒度大小分成若干级的过程分级使配料时易于控制粉末的粒度和 粒度分布，以适应成形工艺要求，常用标准筛网筛分进行分级3. 混合指将两种或两种以上不同成分的粉末均匀化的过程混合基本上有两种方 法：机械法和化学法， 广泛应用的是机械法， 将粉末或混合料机械的掺和均匀而 不发生化学反应 机械法混料又可分为干混和湿混，铁基等制品生产中广泛采用 干混；制备硬质合金混合料则常使用湿混。

湿混时常用的液体介质为酒精、 汽油、 丙酮、水等化学法混料是将金属或化合物粉末与添加金属的盐溶液均匀混合； 或者是各组元全部以某种盐的溶液形式混合，然后经沉淀、 干燥和还原等处理而 得到均匀分布的混合物常需加入的添加剂， 用于提高压坯强度或防止粉末成分偏析的增塑剂(汽油、 橡胶溶液、石蜡等 )，用于减少颗粒间及压坯与模壁间摩擦的润滑剂( 硬质酸锌、 二硫化钼等 ) 4. 制粒将小颗粒的粉末制成大颗粒或团粒的工序，常用来改善粉末的流动性 常用 的制粒设备有振动筛、滚筒制粒机、圆盘制粒机等2.3 成形成形是将粉末转变成具有所需形状的凝聚体的过程常用的成形方法有模 压、轧制、挤压、等静压、松装烧结成形、粉浆浇注和爆炸成形等1. 模压即粉末料在压模内压制室温压制时一般需要约1 吨/ 厘米 2 以上的压力， 压制压力过大时，影响加压工具；并且有时坯体发生层状裂纹、伤痕和缺陷等 压制压力的最大限度为12—15 吨／厘米 2超过极限强度后，粉末颗粒发生粉 碎性破坏图 7.2.1 常用的模压方法1、8—固定模冲 2、6—固定阴模 3—粉末4、5、7、10—运动模冲9—浮动阴模常用的模压方法有单向压制、双向压制、浮动模压制等。

⑴单向压制即固定阴模中的粉末在一个运动模冲和一个固定模冲之间进行压制的方法， 如图 7.2.1(a)所示单向压制模具简单，操作方便，生产效率高，但压制时受 摩擦力的影响，制品密度不均匀，适宜压制高度或厚度较小的制品⑵双向压制阴模中粉末在相向运动的模冲之间进行压制的方法，如图7.2.1(b)所示 双向压制比较适宜高度或厚度较大的制品双向压制压坯的密度较单向压制均 匀，但双向同时加压时，压坯厚度的中间部分密度较低⑶浮动压制浮动阴模中的粉末在一个运动模冲和一个固定模冲之间进行压制，如图 7.2. 1(c) 阴模由弹簧支承，处于浮动状态，开始加压时，由于粉末与阴模壁间摩擦 力小于弹簧支承力， 只有上模冲向下移动； 随着压力增大， 当二者的摩擦力大于 弹簧支承力时， 阴模与上模冲一起下行， 与下模冲间产生相对移动， 使单向压制 转变为压坯的双向受压，而且压坯双向不同时受压，这样压坯的密度更均匀[编辑本段] 一、概述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、复合以及各种类型制品的工艺技术粉末冶金法与生产陶瓷有相似的地方，因此， 一系列粉末冶金新技术也可用于陶瓷材料的制备。

由于粉末冶金技术的优点，它已成为解决新材料问题的钥匙，在新材料的发展中起着举足轻重的作用粉末冶金现状和发展前景我国粉末冶金行业已经经过了近10 年的高速发展，但与国外的同行业仍存在以下几方面的差距：(1) 企业多，规模小，经济效益与国外企业相差很。