超过汽车驱动器粉末金属

与机械加工竞争的几种装配技术使用金属粉末来制作组件。这些装配技术的应用正处于上升阶段，它们一定程度上填补了汽车行业对重量轻、成本低和大容量零件的需求。

其他行业，如工业模具和生物医学设备也正在利用这些高度自动化的流程。该流程可降低零件与零件间的变差，减少材料的浪费，并采取更少的步骤。新的流程和多种材料的选择扩大了这些技术的应用，对一些用于商业航空领域的结构部件具有越来越强的吸引力。

汽车产业是粉末冶金（PM）零件最大的消费者，其次是工业发动机和操控系统。金属粉末工业联合会副总裁吉姆·戴尔表示，汽车变速器可能包含多达55个用粉末冶金制成的零件。

GKN　Sinter　Metals　公司美洲销售和市场营销副总裁克里斯·弗兰克斯告诉我们：“我们看到了用于汽车制造的粉末冶金产品的总量每年在不断增加。我们正在改良材料来开发对特定应用程序更有针对性的加工流程。”

该汽车涡轮增压器的叶轮是由德国巴斯夫公司对GHS-4合金进行Catamold催化离散加工制作而成，　其中含有铁、镍、铬、钼、碳、硅、锰、钒和钨。

使用粉末冶金技术创建近似网型的结构部件的制作工艺可以形成具有高温或者高压强的部件。　挤压并烧结的粉末冶金技术使用高压下的自定义模具制成金属粉末，再通过烧结加热零件。另一种方法是用于制作较大型部件的热等静压（HIP）。戴尔说：“粉末冶金技术制成的零件其尺寸限制在42磅左右。”“大多数粉末冶金技术制成的零件其重量不到5磅。现在，当压力机和应用部件体积变得越来越大时，单个零件的体积也越来越大，重量也越来越重了。”

粉末注射成形技术（PIM），结合了传统注塑机的功能，利用粉末冶金技术的精度和材料的灵活性来制作复杂的几何形状。粉末注射成形技术能够产生介质来高度容纳形状复杂，表面纹理多样，细节错综复杂的一致性组件。组件可以连接几个部件，消减加工步骤并缩短制作周期。

巴斯夫公司北美洲Catamold产品业务经理斯科特表示，粉末注射成形技术最大的应用领域是医疗、消费类电子产品、机械设备、航空航天、汽车和一般消费品行业。他说，巴斯夫公司不断增加对各行业中粉末注射成形技术的调查，调查结果显示其增长率在不断增加。　“越来越多的公司想做精益生产和持续改进，因此他们更仔细的审查粉末注射成形技术，因为它提供了良好的整体价值。”

粉末注射成形技术可以通过合并多个步骤来降低成本，如纹理和标签，或多个部件。贾斯特斯说：“根据不同的应用，当你分析每部件的用途以及它们为何独立时，你也许可以将其设计成一个单一的部部件。”

贾斯特斯说，与其他粉末注射成形工艺相比，巴斯夫公司的Catamold催化离散工艺有三个主要优点。其更快的生产周期，提高了能力，并实现了一个真正持续的加工过程或者批量制造。　他说：“其他非催化粉末注射成形工艺很难实现这一点，因为他们的生产时间太长了。”“当Catamold集中在部件上时，它提供了更好的空间控制和稳定性。不管是什么合金，它都可以更容易地加工绿色生态部件，来增加那些难以加入注射成型的新形状。”

Capstan　Atlantic公司凭借该粉末冶金技术制成的合金钢动力输出离合器轮毂，赢得了2012年金属粉末工业基金会工业电机/控制与液压类的优秀设计大奖。这个复杂又多层次的部件，取代了机械加工设计，具有80，000磅/平方英寸的极限抗拉强度和90，000磅/平方英寸的屈服强度，可以承受使用中非常高强度的扭转。

弗兰克斯说，与传统的锻造和铸造工艺相比，粉末冶金材料的设计更加自由。“我们可以将其制成网型来帮助开发减轻车辆重量的新技术和其他节约燃料的技术。”例如，用于大多数汽车应用中可变气门正时技术，先进的行星齿轮和手动变速箱，以及最重要的离合器。否则，这些配置文件和形状需要进行机械加工。

弗兰克斯说，有些形状可以用粉末冶金技术制成，不然将需要进行密集的机械加工，但由于成本、能力和资本等因素，这在工业上是不可行。他说：“如果没有粉末冶金技术，今天很多的汽车创新都是无法实现的。纵观我们服务的所有行业，我们看到它在原始设备制造商和开发粉末冶金技术的企业中越来越多得到认可。”

弗兰克斯说，虽然是一种特殊产品和加工工艺，但铝粉末金属已经不再新奇。GKN看到了用户对扩大其使用的兴趣越来越浓厚，尤其是在汽车领域。在一些依靠粉末冶金技术的产品线上，减轻车辆重量是主要动力。

特别是对使用依靠粉末冶金技术的设计来说，无论是制作其他工艺无法制作的形状还是满足批量生产的需求，粉末冶金制成的铝都是一个很棒的解决方案。“我们还进行材料开发来增加强度、耐磨度和导热系数。”

贾斯特斯说，烧结给金属带来了很多优势，如粉末金属可以很容易地结合，并且在浇注工程中消除金属的偏折问题。

每个粒子都可以被制成独特的或与其它粒子相似化学性质。因此，要么粉末可以被铸成合金，要么所需的材料可熔化在一起作为最终的化学反应，制成颗粒，然后研成粉末。粒径可以被精确控制，带来不同程度的孔隙度。戴尔说：“一旦获得高密度，你将有效地拥有与铸造材料相同的材料性能。”

由于粉量可以控制，单独的部件至部件的重复性非常高，所以模具公差需严格控制。根据部件的大小，每英寸上进行上千次测量。“你可以达到接近机械水平的公差，紧密的无需额外的加工。情况虽不是总是如此，但往往是这样。

弗兰克斯说，与其他金属制造方法相比，粉末冶金技术使用废弃材料的比率很高。它也是一项绿色环保技术，其所有的原料都来自二次废料。

Dynamet　Technology公司首席执行官Stanley　Abkowitz说，经过铸锭熔炼和加工，去除30％的材料，得到纯锭。“然后，把它加工成一个轧制成品，如金属条、金属板或者薄片等，并从中加工部件提供给客户。成份购买挥发的比例在飞机制造工业根据形状可高达40或50比1。材料越少，机械加工越少，这个比例越低。加工锭的标准比率是在10：1至15：1之间。

戴尔说，在航空航天领域，虽然为了某些部件不断进行改变，但强度要求往往是粉末冶金的一个难题。一个标准的喷气发动机含有4000磅的粉末冶金材料，其中大部分由热等静压制成网形。然后，切断金属条或者钢坯，并将它们加工成发动机组件的最终形状。

贾斯特斯说巴斯夫公司正在开发一些尚未的粉末金属，特别是镍基合金100和713，它们都是面向航空航天领域的。还有大量跨应用程序的工业研究与开发工作。“主要聚点之一是寻找方法可以使用注射成型的手段制造更大的部件，以提高产量并总体改进加工工艺。”

戴尔说，由于材料的固定组合，导致了一些对加工的限制。例如，航空航天组件包含一些极难获得的高温合金，选择它们是由于其性能和强度。例如，镁可以被铸造，钛也可以，但钛很难进行机械加工。几乎所有钛的制作都是由粉末加工开始的。

Dynamet　Technology公司是钛粉末冶金技术的领军人。2月，该公司收到来自波音公司的里程碑式的资格认可，为其商用飞机的结构部件提供Ti-6Al-4V合金产品。这一认可是经过几年在开发和认证上的努力工作得来的。

根据材料规范的条款，Dynamet是唯一有合格为商波音民用飞机集团制造　Ti-6Al-4V粉末合金产品的公司。波音公司将开始用粉末冶金制成的合金取代标准机械等级的合金，如金属条、金属板、铸件、锻件和挤压产品。

Dynamet的制造技术生产出基本形状和近似网形的粉末金属钛。它包括混合元素钛和合金粉末的冷凝固和真空烧结。之后可能进行也可能不进行热等静压。Abkowitz说，例如，其节约成本能是轧制产品的机械加工技术的50%～70%。

等静压技术是使用钛粉的首选工艺，但它不能制造飞机需要的属性。Abkowitz说：“我们可以制做优质的运动器材和一些工业和导弹的部件，但钛的主要市场是飞机。”55%的钛出售给飞机制造业，其中75％是钛合金5级。Ti-6Al-4V这种合金包括6％的铝，4％的钒，和90％的钛。它是多年前开发的，后来用于医疗、工业和运动器材领域。

波音公司一直在起落架和商用飞机的机身部件上使用5级合金。Abkowitz表示，过去几年中，波音公司对Dynamet的高密度和全密度预制形状测试表明该工艺能满足传统熔融产品的拉伸规范和力学性能，并具有较高的再循环性。“如今，主要突破性进展是我们的钛粉末金冶金工艺已经得到大市场的认可并且正得到从工程领域到军事领域的其他行业承认。”