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粉末冶金技术要求有哪些?工艺过程是什么?

日期: 2019-08-22
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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。近30年来,粉末冶金技术获得了飞速的发展,许多“后致密化”技术(即在传统的粉末冶金方法的烧结工序之后增加一些致密化工序,如复压、复烧、锻造、拉制、挤压等)、热等静压、注射成型以及机械合金化等工艺的研制成功,克服了传统粉末冶金制品由于致密性低而导致使用上的技术障碍,使粉末冶金技术得以推广应用。到目前为止,粉末冶金技术既是高强度、高密度、形状复杂、无切削、少切削零件的制造工艺,又是生产新型材料的加工方法。下面贤集网来为大家介绍粉末冶金技术要求有哪些?工艺过程、优势、缺点、技术难点、技术应用、发展中共有三个重要标志。


粉末冶金技术要求有哪些?


1、粉末冶金技术可以最大限度地减少合金成分偏聚,消除粗大、不均匀的铸造组织。

2、粉末冶金技术可以制备非晶、微晶、准晶、纳米晶和超饱和固溶体等一系列高性能非平衡材料,这些材料具有优异的电学、磁学、光学和力学性能。

3、粉末冶金技术可以实现近净形成形和自动化批量生产,从而,可以有效地降低生产的资源和能源消耗。

4、粉末冶金技术可以生产普通熔炼法无法生产的具有特殊结构和性能的材料和制品,如新型多孔生物材料,多孔分离膜材料、高性能结构陶瓷磨具和功能陶瓷材料等。

5、粉末冶金技术可以充分利用矿石、尾矿、炼钢污泥、轧钢铁鳞、回收废旧金属作原料,是一种可有效进行材料再生和综合利用的新技术。


粉末冶金技术工艺过程 


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。有时为减小压力和增加制件密度,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。


粉末冶金技术的优势


1、绝大多数难熔金属和化合物,假合金,多孔材料只能用粉末冶金法制造。

2、由于粉末冶金方法可以压制成最终尺寸的紧凑型,并且不需要或不需要后续的机械加工,可以大大节省金属,降低产品成本。粉末冶金制造的产品,金属损失仅为1-5%,而在生产中使用的普通铸造方法,金属损失可能会达到80%以上。

3、由于粉末冶金技术在生产过程中材料不熔化,不混合由坩埚和脱氧剂引起的杂质,一般在真空和还原气氛中烧结,不怕氧化,也不会发生任何物质污染,因此可以制备高纯度材料。

4、粉末冶金法可以保证材料组成比的精度和均匀性。

5、粉末冶金适用于生产相同形状和数量的产品,特别是齿轮等产品的高加工成本,粉末冶金工艺可大大降低生产成本。


粉末冶金技术的缺点 


1、制品内部总有孔隙;

2、普通粉末冶金制品的强度比相应的锻件或铸件要低(约低20%~30%);

3、由于成形过程中粉末的流动性远不如液态金属,因此对产品结构形状有一定的限制;

4、压制成形所需的压强高,因而制品受压制设备能力等限制;

5、压模成本高,一般只适用于成批或大量生产。


粉末冶金技术的难点 


1、传统的粉末冶金铁基零件——齿轮为例难点


很多时候对力学性能的要求不高,对尺寸精度要求很高,一般密度在6.9~7.1就可以了,对成形工艺要求不高,对烧结工艺要求高,防止烧结变形,可以添加Cu防烧结收缩。随着技术发展,对高性能粉末冶金铁基零件需求越来越高,这就必须要提高粉末压坯的密度,这对成形工艺提出了更高的要求,发展出温压、高速压制等技术,零件的密度可以达到7.2~7.4。要想进一步提高粉末冶金零件的机械性能,还需提高压坯密度,这就必须从粉末制备考虑,制粉技术和粉末预处理技术成为重点,现在采用优质水雾化铁粉,通过粉末塑化处理,压坯密度可以达到7.5以上,这是当今粉末冶金铁基零件的最高水平,在十年前是不可想象的。


2、其它的粉末冶金材料难点


其它的粉末冶金材料也是一样,可以说制粉、成形、烧结一个不可少。当然制粉方法有上百种,成形方法少说也有十数种,烧结方法也不少,最终原则是在满足要求的前提下采取最经济的方法。


粉末冶金技术应用 


1、金属射出成形的应用:


金属射出成形的技术,原料为塑胶等高分子材料与微细的金属粉末,使用类似于注塑设备的成型设备生产需要的零件。金属射出成形后的零件不像塑胶产品那样可以立即被使用,必须经过脱脂及烧结的工程,在具备强度后,整个制程才告一段落。


2、微型轴承(Micro-Bearing):


粉末冶金微型轴承的主要用途在于各式各样的微型马达(电机),IT产业如手机、投影仪、激光打印机、DVD、游戏机 PS2, X-BOX、车用电子等,我国台湾所生产的粉末冶金微型轴承产量世界第一。


3、温压成形(Warm Compacting):


利用将模具及粉末加温的技术,使材料降伏强度降低,而于加压成形时,部品的密度可达7.2g/cm3以上,使强度大幅提升。台湾保来得目前是世界最大领先的温压产品制造商,产能与开发能力皆远大于欧、美、日各国。至今亦已获得多项世界性的产品设计比赛奖及台湾、日本等国家或地区专利。


4、CNC油压成形技术


CNC油压成形技术经过多年的开发已经进入量产阶段,虽然其购入成本较高但仍有多项优点,值得注意与重视。台湾保来得已有四台机器加入生产行列,如图示。亚洲其他国家的粉末冶金厂,如中国大陆、韩国、日本也都进行相同的设备的投资。


5、快速冷却(Rapid Cooling)


快速冷却炉其主要原理是在一般烧结炉的后段加上冷却段之结构,产品在经过烧结本体后,以附加的快速冷却设备,利用高压马达输出强烈的冷风,加速冷却的原理,使粉末冶金产品获得理想的金属组织与硬度,而不需再度热处理。此工程技术可提高效率节省成本。


具体的优点可归纳如下:(1)具高强度及硬度;(2)节省热处理制程;(3)外观清洁度佳 (4) 尺寸控制安定。此项技术在欧洲的德国应用最早。


6、微波烧结(Microwave sintering)


微波烧结在学术界及研究单位已经研究多年,美国 Spheric Technologies, Inc., 首先建造了可以用于小量生产的高温微波烧结炉,此设备适用于金属及陶瓷产品的雏型产品开发,但是受限于设备的开发及成本,该项技术还没有真正实现大规模应用。


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。

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