粉末冶金材料技术范文

粉末冶金材料技术篇1

【关键词】粉末冶金历史 基本工序 粉末冶金优势与不足 趋势

1 粉末冶金的历史

粉末冶金发展经历三个阶段：

20世纪初，通过粉末冶金工艺制得电灯钨丝，被誉为现代粉末冶金技术发展的标志。随后许多难熔金属材料如钨、钽、铌等都可通过粉末冶金工艺方法制备。1923年粉末冶金硬质合金的诞生更被誉为机械加工业的一次革命；20世纪30年代，粉末冶金工艺成功制得铜基多孔含油轴承。继而发展到铁基机械零件，并且迅速在汽车、纺织、办公设备等现代制造领域广泛应用；20世纪中叶以后，粉末冶金技术与化工、材料、机械等学科互相渗透，更高性能的新材料、新工艺发展进一步促进粉末冶金发展。并使得粉末冶金技术广泛应用到汽车、航空航天、军工、节能环保等领域。

2 粉末冶金的基本工序

（1）粉末的制取。目前制粉方法大体可分为两类：机械法和物理化学法。机械法是将原材料机械地粉碎，化学成分基本不发生变化。物理化学法是借助化学或物理作用，改变原材料的化学成分或聚集状态而获得粉末。目前工业制粉应用最为广泛的有雾化法、还原法和电解法；而沉积法（气相或液相）在特殊应用时也很重要。

（2）粉末成型。成型是使金属粉末密实成具有一定形状、尺寸、孔隙度和强度坯块的工艺过程。成型分普通模压成型和特殊成型两类。模压成型是将金属粉末或混合料装在钢制压模内，通过模冲对粉末加压，卸压后，压坯从阴模内压出。特殊成型是随着各工业部门和科学技术的发展，对粉末冶金材料性能及制品尺寸和形状提出更高要求而产生。目前特殊成型分等静压成型、连续成型、注射成型、高能成型等。

（3）坯块烧结。烧结是粉末或粉末压坯，在适当的温度和气氛条件下加热所发生的现象或过程。烧结可分单元系烧结和多元系固相烧结。单元系烧结，烧结温度比所用的金属及合金的熔点低；多元系固相烧结，烧结温度一般介于易熔成分和难熔成分的熔点之间。除普通烧结外，还有活化烧结、热压烧结等特殊的烧结方法。

（4）产品的后处理。根据产品的性能要求不同，一般会对烧结品再进行加工处理。如浸油、精整、切削攻牙、热处理、电镀等。

3 粉末冶金的优势与不足

粉末冶金的优势：粉末冶金烧结是在低于基体金属的熔点下进行，因此目前绝大多数难熔金属及其化合物都只能用粉末冶金方法制造；粉末冶金压制的不致密性，有利于通过控制产品密度和孔隙率制备多孔材料、含有轴承、减摩材料等；粉末冶金压制产品的尺寸无限接近最终成品尺寸（不需要机械加工或少量加工）。材料利用率高，故能大大节约金属，降低产品成本；粉末冶金产品是同一模具压制生产，工件之间一致性好，适用于大批量零件的生产。特别是齿轮等加工费用高的产品；粉末冶金可以通过成分的配比保证材料的正确性和均匀性，此外烧结一般在真空或还原气氛中进行，不会污染或氧化材料，可以制备高纯度材料。

粉末冶金的不足：粉末冶金零件部分性能不如锻造和一些铸造零件，如延展性和抗冲击能力等；产品的尺寸精度虽然不错，但是还不如有些精加工产品所得的尺寸精度；零件的不致密特性会对后加工处理产生影响，特别在热处理、电镀等工艺必须考虑这一特性的影响；粉末冶金模具费用高，一般不适用于小批产品生产。

4 国内粉末冶金行业的趋势

随着我国工业化快速发展，高附加值的零部件需求将加速增长。此外，随着全球化采购的产业链形成，带给国内零部件企业商机显而易见。因此，如何把握当前机遇，目前粉末冶金行业应该从以下四方面发展。

（1）进一步提高铁基粉末冶金产品的密度，扩大粉末冶金件对传统锻件的替代范围。当前，铁基粉末冶金零件的密度为7.0-7.2g/cm3，而国内某企业通过技术改进，用传统的粉末烧结和锻造工艺相结合的办法，用较低的成本把铁基粉末冶金零件密度提高至7.6g/cm3，在这种密度前提下，铁基粉末冶金已经可替代机械、汽车等行业的大多数连接件和部分功能件。考虑粉末冶金工艺本身对材料的节省和高效特征，此类铁基粉末冶金件的潜在价值空间可达至千亿元。

（2）提高粉末冶金产品的精度、开发形状更复杂的产品。为机械制造、航天汽车、生活家电等行业的产业结构升级服务。此方向主要以降低机械重量、节能减耗及将设备小型化、普及化为导向。如使用注射成型零件几乎不需要再进行机加工，减少材料的消耗，材料的利用率几乎可以达到100%。

（3）进一步合金化，目标为轻量化和功能化。在铁基粉末中，混入铝、镁及稀土元素等合金粉末，可实现其超薄、轻量化等性能，可广泛地应用电子设备及可穿戴设备等与生活密切相关的领域中。

（4）改善粉末冶金零件的电磁性，目标是对硅钢和铁氧体、磁介质等材料的取代。以取向硅钢材料为例，硅钢的导电原理是加入硅元素后，材料通过减少晶界的方式降低铁损，特别是取向硅钢，导向方向是一个单一粗大的晶粒。相比取向硅钢的一维导电方向，粉末冶金零件可以实现多维导电（各个方向）。目前此技术已被少数企业实现突破，只要不断完善，最终达到工业要求。这种技术将会广泛在电机设备、汽车及机器人智能控制系统等领域应用。

参考文献：

[1]黄培云.粉末冶金原理.[M].北京：冶金工业出版社，1997（2006.1重印）.1.

[2]黄培云.粉末冶金原理.[M].北京：冶金工业出版社，1997（2006.1重印）.7.

粉末冶金材料技术篇2

【关键词】粉末冶金 模具 仿真技术 加工方法

中图分类号：TD353.5 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2013）35-111-01

0引言

粉末冶金是通过制取金属粉末或金属粉末与非金属粉末的混合物作为生产原材料，通过过压制成形、烧结等工艺过程，制造出各种粉末冶金制品的工艺技术。现在，这种工艺已经成为我们在新材料研制领域内的重要工艺技术。在粉末冶金工业中，模具对于在很多工序中都有所应用，并且对于整个生产工艺也具有较大的影响。粉末冶金模具是粉末冶金制品生产的重要工艺装备，粉末冶金模具的质量对粉末冶金制品的质量具有直接的影响。然而，粉末冶金模具的质量主要取决于它的加工过程。因此，对于粉末冶金模具加工方法及仿真技术的研究，对于粉末冶金工业具有重大的意义。

1 粉末冶金模具的加工方法

目前，对于粉末冶金模具的先进加工方法种类很多，其中各种加工方法也是各有特点。现就几种主要的粉末冶金模具加工方法进行介绍，并对各种方法的特点和对粉末冶金模具的影响进行探讨。

1.1 电火花加工方法

电火花加工的方法，是通过在放电瞬间产生剧烈高温。然后，利用这一高温将工件的表面熔化（甚至汽化），从而达到机械加工的目的。这种加工方法在一些难以加工的超硬材料加工中具有明显的优势。

（1）电火花加工方法的特点

电火花加工方法能够有效的填补常规的机械加工方法对于难加工材料的不足，适用于对于强度高、熔点高、硬度高等难加工的材料的加工。另外，由于电火花加工方法直接利用电能与热能进行加工，因此在加工过程中可以实现加工的自动化控制。再者，这种加工方法的精细度很高，对于粉末冶金模具这种加工质量要求较高的产品是一种较为合适的加工方法。不过，这种方法也存在着一定的缺点，那就是利用电火花加工方法加工的粉末冶金模具的表面粗糙度较高，会对粉末冶金工业造成一定的影响。

（2）电火花加工方法在模具加工中的应用

在粉末冶金模具电火花加工中，常是通过使用数控电火花机床来进行加工的。数控电火花机床可以实现粉末冶金模具的精密加工，确保满足粉末冶金模具的质量要求。在粉末冶金模具的尺寸精度、仿形精度和表面质量等方面将发挥重要的作用。

1.2 仿形磨削加工方法

利用仿形磨削加工方法加工粉末冶金模具，即是通过利用专门的平面磨床，通过仿形尺对粉末冶金模具进行仿形磨削。这种粉末冶金模具加工方法的特点是其加工生产的粉末冶金模具的精密度较高，且表面较为光滑、平整，粗糙度较低。这种加工方法的缺点是加工效率较低。

1.3 数控线切割加工方法

数控线切割加工的方法，是通过将金属丝电极安装在一个转动的贮丝筒上，然后分别将被切割工件与金属丝电极接到高频电源的正、负极上，通过计算机技术控制控制电极的移动方向，并通过电火花加工达到自动切割的目的。

数控线切割方法是计算机技术与电火花加工技术的结合，可以发挥电火花加工方法的优点，还可以实现自动切割的目的。其在粉末冶金模具的加工上具有重要的作用。由于这种加工方法对于电极没有特别的要求，并可以对各种硬度和形状的工件进行加工。数控线切割加工的方法，还可以反复的使用电极丝，加工损耗小、精度高等特点，非常适合粉末冶金模具的加工生产。因此，数控线切割加工的方法也是目前在粉末冶金模具加工中最常用的方法之一。

2 粉末冶金模具的数控加工动态仿真

计算机仿真技术在各类科技领域都有广泛的影响，随着计算机仿真技术不断发展成熟，已经可以应用到产品从概念设计到结束使用寿命的整个周期的各个环节中，其中在产品的加工阶段应用更为广泛。在粉末冶金模具的加工过程中，仿真技术的应用将对粉末冶金模具的加工行业，甚至整个粉末冶金工业都具有重要的意义。

在粉末冶金模具的加工过程中，建立一个较为精确的数控加工动态仿真模型，通过模拟整个模具加工过程，从而获得在粉末冶金模具加工过程中所需的几何数据和力学信息，以及加工过程中可能发生的不良影响和可能出现的偏差值。通过数控动态仿真模型，便可以在加工前获得准确的信息，规避可能产生的不良影响，有效的降低了加工失误、偏差等现象发生的可能性。

在粉末冶金模具的加工过程中，利用精确的数控加工动态仿真模型，可以获得准确的数控加工代码，避免加工的错误和偏差；另外，还可以对加工误差值、刀具磨损等进行预测，为保证粉末冶金模具的质量要求和刀具的更换提供重要的参考信息。因此，在粉末冶金模具的制造加工过程中，计算机仿真技术发挥了重要的作用，对于保证模具加工生产的质量和提高模具生产效率都有很大的帮助。

3 结语

粉末冶金模具的加工，对于粉末冶金制品的质量具有很大的影响。目前，对于粉末冶金模具的加工方法仍具有很大的发展空间，计算机仿真技术在粉末冶金模具加工中的应用，也还需要人们不断的进行发展和研究。

参考文献：

[1] 陶希海.粉末冶金模具加工方法及仿真技术的研究[J].工艺与装备，2009（4）.

粉末冶金材料技术篇3

化学共沉淀-共还原法制备Fe70Ni27Co3触媒粉末及金刚石合成实验研究赵文东 徐骏 郭宏 李成栋 朱学新 宋月清 (8)

火花等离子体放电法制备高温合金粉末鲍俊敏 葛昌纯 郭双全 张宇 沈卫平 (14)

爆炸冲击合成法制备氮化碳粉末的研究于雁武 刘玉存 郑欣 李玉平 (20)

时效制度对粉末冶金高温合金FGH95组织和性能的影响贾建 陶宇 张义文 张莹 (25)

流动温压成形“十”字形零件及其烧结工艺的研究郑军君 倪东惠 胡昌旭 肖志瑜 周水波 李元元 (32)

加入纳米Ni粉对微米级Fe粉试样烧结工艺及性能的影响王树杰 樊云昌 王建强 孟凡爱 (37)

高性能硬质合金长条薄片状制品的研制贾佐诚 吴诚 (47)

燃烧合成/准热等静压TiC-Fe基复合材料耐磨损性能的研究李斌 刘宗德 陈勇 侯世香 (50)

2009年欧洲粉末冶金大会在哥本哈根召开 (7)

美国Spheric科技有限公司加强营销力量 (7)

美国企业联合开发难熔材料过滤布 (13)

全球粉末冶金材料性能数据库再次升级 (19)

化学成分和奥氏体化温度对粉末冶金钢硬化性能的影响 (46)

国家知识产权局发出：《关于施行修改后专利法有关事项的通知》 (19)

申请国外专利可获财政资助 (31)

国资委力推央企并购重组 (31)

黄冈市中基窑炉有限公司 (F0004)

全国超微粉碎设备标准制订工作启动 (36)

复合稀土钼次级发射材料的放电等离子快速烧结（SPS）的制备方法 (36)

（Ti,V）C35CrMo原位烧结钢结硬质合金的热处理及性能的研究龚伟 李自胜 (41)

Hoeganaes有限公司将扩大在华业务 (53)

专利信息 (54)

高能球磨制备NiCr-Cr2O3-BaF2/CaF2复合粉末及其爆炸喷涂层的性能张有茶 贾成厂 何利民 李伟光 米青田 (1)

球磨时间对放电等离子烧结合成Ti3SiC2纯度的影响郭淑兰 张志俊 (7)

甘油体系中纳米铜粉的制备研究王鸿显 吴飞飞 杨思维 (12)

机械合金化3Y2O3-5Al2O3粉末的研究孟庆新 李海云 金松哲 (17)

超细WC-Co硬质合金的微波烧结研究鲍瑞 易健宏 杨亚杰 彭元东 (22)

纳米弥散第二相对变形弥散强化铜合金亚结构的影响程建奕 余方新 杜大明 马明亮 (27)

含碳量对烧结铜钢尺寸与性能的影响杨传芳 王士平 胡焕芝 王昊 (32)

小型环路热管多孔镍毛细芯的研制曲燕 王君 章大海 (38)

粉末冶金铁基软磁材料的发展与应用Kalathur Narasimhan Francis Ha (43)

稀土永磁材料的现状及发展林河成 (47)

近年铁基粉末冶金行业发展浅析孙世杰 (53)

美国阿诺德磁技术公司转让在中国的工厂孙世杰 (6)

《微米级羰基铁粉》国家标准正式霍静 (59)

中国钢铁工业协会2010年理事（扩大）会议在京召开 (59)

德国EOS公司开发出两种新材料孙世杰 (11)

美国金属粉末工业联合会2010版检测标准孙世杰 (11)

山特维克公司投资直接激光烧结技术孙世杰 (42)

利用声波探测金属注射成形零件中的缺陷孙世杰 (42)

专家分析2010年粉末冶金行业的发展 (16)

国际镍市场分析 (31)

国务院部署贯彻落实重点产业调整和振兴规划 (21)

国家发改委《加快国家高技术产业基地发展的指导意见》 (37)

贯彻实施《钢铁产业调整与振兴规划》 (52)

专利信息 (60)

低成本等离子体球化技术制备热喷涂用球形钨粉的工艺研究郭双全 葛昌纯 冯云彪 周张健 (1)

热电池粉末压制成形的有限元模拟研究岳胜利 付庄 詹世涛 赵言正 (5)

纳米钨铜复合粉末的压制成形研究谭敦强 杨小霞 刘兵发 (11)

铝-金刚石双相连续导热复合材料的制备郭静 孙久姗 孙璐 贾成厂 (17)

放电等离子烧结温度对W-9.8Ni-4.2Fe合金摩擦磨损特性的影响李小强 辛红伟 胡可 (21)

钼对铁基粉末冶金自材料力学及摩擦学性能的影响丁存光 柳学全 李红印 丁光玉 (26)

烧结气氛对Mo_2FeB_2金属陶瓷组织与性能的影响李文虎 (31)

热压烧结法制备W-15Cu复合材料的组织结构研究杨梨容 魏成富 栾道成 王正云 (35)

粉末冶金齿轮材料进展Francis Hanejko (40)

液相还原法制备超细铜粉的工艺与表面改性研究进展谭宁 郭忠诚 陈步明 黄峰 (47)

硬质合金新进展贾佐诚 陈飞雄 吴诚 (52)

中科院启动“科技创新工程：2020跨越方案” (10)

国务院《关于进一步加强淘汰落后产能工作的通知》晓京 (10)

国知局、工信部联合《关于实施中小企业知识产权战略推进工程的通知》 (16)

中国钢协粉末冶金分会主要金属粉末的生产统计数据 (16)

Dynamet科技有限公司的钛合金开发项目获得资助路讯 (16)

Hart金属有限公司的镁合金粉开发项目获得了美国政府的资助路讯 (20)

2010年初国际汽车市场概况路讯 (34)

Parmatech-Proform有限公司建立新的金属注射成形零件生产厂路讯 (57)

国外信息

夫浪和费研究院的科研人员数字仿真金属粉末在模具中的分布孙世杰 (51)

Harbec塑料有限公司计划扩大直接激光烧结技术的应用孙世杰 (59)

德国探索将存储信息的芯片烧结到金属零件上孙世杰 (59)

中国金属学会2010年工作会议在闽召开 (59)

中国机协粉末冶金专业协会2009年度创新产品奖及粉末冶金机械零件生产应用领域统计 (58)

专利信息刘曼朗 (60)

氩气雾化制备高温合金粉末的研究袁华 李周 许文勇 张国庆 (1)

影响电积法生产铜粉的电耗因素及对策汪锦瑞 段建军 (6)

不同球磨介质在片状铝粉制备过程中的作用研究舒畅 谢光荣 曾鹏 (10)

气流法制备氮化镁工艺研究陈发勤 谭敦强 李建国 陈强 (15)

碳化法制备纳米级氧化锌新工艺田伟军 (19)

细晶钨合金密度均匀性研究刘桂荣 蒲治军 王玲 裴燕斌 (24)

不同形貌部分合金化CuSn10粉末对含油轴承烧结性能的影响董小江 汪礼敏 张景怀 刘宇慧 王林山 (28)

放电等离子烧结参数对TiC/Fe复合材料密度和硬度的影响何林 刘颖 李兵红 曹卉 李军 (33)

钴对凝胶注模成形医用植入钛合金材料的影响樊联鹏 邵慧萍 杨栋华 郭志猛 林涛 (38)

粉末冶金高温合金中的原始颗粒边界（PPB）问题赵军普 陶宇 袁守谦 贾建 韩寿波 (43)

粉末冶金技术在钢铁循环经济中的应用颜炼 李森蓉 (50)

欧美高氮不锈钢开发和应用现状 (5)

日本粉末冶金工业协会2009年年度报告 (22)

Intrinsiq材料有限公司获得新型低温制造纳米颗粒技术孙世杰 (23)

Federal-Mogul有限公司开发高温环境中使用的粉末冶金新产品孙世杰 (23)

钢泡沫可望被应用于生物移植 (55)

循环经济项目将获投融资支持 (14)

环保部推进三大环保科技工程 (32)

总理提出六项政策措施确保“十一五”节能减排目标实现 (37)

国际AcuPowder有限公司恢复铜粉生产 (18)

统计数字显示粉末冶金行业出现了明显的复苏迹象路讯 (27)

比利时优美科公司贵金属销售收入大幅增长路讯 (55)

赫格纳斯公司推出一系列自行车驱动电机路讯 (55)

Russell Finex公司向中国企业提供新型筛粉设备路讯 (42)

第六届中国国际钢铁大会在京召开 (42)

专利信息 (56)

均匀沉淀法制备超细钼粉陈敏 郝俊杰 覃慧敏 (1)

抗坏血酸还原制备微细银粉的研究刘书祯 谈定生 吕超君 (5)

针织圆机用粉末冶金长滑块的研制丁华堂 (10)

钨粉粒度和烧结工艺对高比重钨合金组织结构和力学性能的影响王季林 (16)

铝电解用铜基连杆材料的烧结致密化及其抗氧化性徐磊 周涛 李志友 (22)

硬质合金中大孔洞群形成原因分析张立 余贤旺 王振波 王元杰 (28)

粉末注射成形催化脱脂工艺研究郑礼清 李笃信 李昆 赵莉 王田军 白锋 (32)

低温燃烧法合成纳米MgO粉体工艺的研究陈爽 严红革 陈超 李红艳 (36)

Al含量对燃烧合成Ti3AlC2的影响陈秀娟 马淑芬 徐桂强 李军库 王思谦 (41)

Al2O3-CeO2-ZrO2-Ni系球磨过程中的分散性和相变研究何秋梅 (45)

我科学家开发出可吸收电磁波材料 (9)

“2009年全国粉末冶金学术会议”即将召开赵慕岳 (21)

中国奇瑞汽车有限公司与美国麦特达因公司开展合作孙世杰 (21)

2008年北美地区粉末冶金行业发展报告孙世杰 (15)

美国金属粉末工业联合会颁发2008年度粉末冶金设计竞赛奖孙世杰 (31)

日本住友电子烧结合金有限公司开发出高效齿轮泵转子 (27)

德国EOS公司将展示激光烧结新技术 (27)

瑞典鲍迪克公司投资大型热等静压系统 (27)

英国GKN烧结金属公司看好金属注射成形技术 (40)

国家将修订资源节约与综合利用标准921项 (51)

科技部四大举措力促科学发展 (51)

我国首个企业知识产权管理规范颁布 (51)

专利信息刘曼朗 (52)

粉末冶金材料技术篇4

关键词：卓越工程师；粉末冶金学；教学改革

中图分类号：G642.0 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2016）30-0093-03

引言：

“卓越工程师教育培养计划”是为贯彻落实党的十七大提出的走中国特色新型工业化道路、建设创新型国家、建设人力资源强国等战略部署、贯彻落实“国家中长期人才发展规划纲要（2010―2020年）”和“国家中长期教育改革和发展规划纲要（2010―2020年）”而提出的高等教育重大改革计划。“卓越计划”旨在培养卓越工程师后备人才；高等学校实施“卓越计划”将为培养学生成为卓越工程师打下坚实的基础和完成卓越工程师需要的基本训练[1]。

2011年年初教育部出台了《教育部关于实施卓越工程师教育培养计划的若干意见》（教高[2011]1号文），进一步明确了“卓越计划”的主要目标、指导思想、实施领域和基本原则[2]。“卓越计划”实施以来，各参与高校在培养观念、培养模式、学校企业联合培养等方面都取得了很大进展。

“粉末冶金学”课程是新材料科学中最具发展活力的重要分支，也是冶金和材料科学的分支学科，备受工业界重视，相关材料和制品已被广泛应用于交通、机械、电子、航空航天、兵器、生物、新能源、信息和核工业等领域[3]。粉末冶金学课程与实际的生产实践紧密相关，属于工程实践性比较强的课程，在理论学习的基础上能够有效地培养学生的工程能力和创新能力，与“卓越计划”的培养目标一致，为了配合“卓越计划”的实施，对这门课程的培养目标和培养观念、教学改革与创新的思路、课程建设与新型教学模式、课程改革的质量保障等方面进行了思考和探索。

一、确立正确的培养观念和培养目标

“卓越计划”的宗旨是培养和造就一大批能够适应社会经济发展需要、创新能力强的优秀工程技术人才，为国家实施人才强国战略、走新型工业化道路和建设创新型国家服务。从“卓越工程师教育培养计划”的三个特点出发，树立课程的培养观念：一是强调课程内对学生创新以及工程能力的培养；二是注重学校和企业相结合，加大企业参与培养高级工程技术人才的深度；三是加强对国家战略需求、行业和企业的需求的认识，课程进行有目标的、主动的培养。

新形势下，面向“卓越工程师教育培养计划”的“粉末冶金学”课程从培养目标上必须对原有的课程体系与教学内容进行调整，使之更具有全面性；加大课程工程实践能力的培养，使之更具有实用性。确立理论学习与实践操作相结合、全面发展的人才培养目标，重视培养大学生的科学探索精神、工程创新意识和工程实践能力。

二、教学改革与创新的思路

1.课程特点及教学现状。“卓越工程师教育培养计划”的基本要求是学生在学习并具备课程理论基础知识的基础上，能够有效地利用学习到的课程基础知识解决实际工程问题。粉末冶金技术是一个复杂、影响因素诸多的材料成型过程，从制粉、成形、烧结到后处理每一道工序都会影响粉末冶金成品的质量。能够完全掌握并灵活运用粉末冶金技术，即要有扎实的理论知识储备和丰富的工程实践经验。笔者通过长期的粉末冶金教学发现，传统的课程教学方式有一定的局限性，主要体现在：教师以教材为中心，教学方法比较单一，以灌输式的教学方法为主，学生缺乏积极有效的参与，不利于学生工程能力的培养；教学内容陈旧、更新缓慢，在课时、学制的影响下，无法兼顾新兴的粉末冶金技术；课内实验一方面是简单的验证性基础实验，学生兴趣不浓，另一方面由于设备少人数多等条件的限制，学生参与的程度不够，难以培养学生的创新能力；课程仍以书面考试的形式评定，考试内容大多以基础知识的考察为主，这种简单的评定方式不能满足“卓越计划”对创新能力和工程能力培养的要求，不利于优秀工程人才的培养。

2.探索多元化的培养模式。面向“卓越计划”高级工程人才培养的方向为：服务于企业需求和国家发展战略，加大学校和行业、企业合作培养的力度，强调学生理论基础和工程实践能力并重的培养，重视高级工程技术人才培养的国际化。因此，面向“卓越计划”的课程改革要以教师为导向；以学生为主体；以项目为依托；以企业为载体。以教师为导向，教师做好引导作用，通过丰富多样的教学方法培养学生的兴趣，激发学生的潜能，加强师生互动，教学相长；以学生为主体，构建“专业性强、知识面宽”的课程学习体系，扎实学生理论知识的学习和实践能力、综合能力的锻炼，培养学生积极思考、大胆创新的科学作风；以项目为依托，让学生积极参与到粉末冶金类的科研项目中，实施本科生提前进入毕业设计、科研平台或课题组制度，培养学生学以致用，学中用、用中学的学习方法；以企业为载体，学校要加强同行业、企业联系与合作，让学生参与到企业中去，建设校企优质资源共享平台，建立学校与企业联合培养的长效机制。

三、课程建设与新型教学模式探讨

1.课程教学内容改革。从“卓越计划”的培养目标与要求出发，根据工程实际，“粉末冶金学”课程组进行了广泛调研，在多次讨论和修改的基础上，制订了新的课程教学大纲，明确了教学体系和教学内容。根据这门课程的特点，为了能够让学生在很好的学习粉末冶金理论基础知识的基础上，开拓思路、学以致用，按照课程体系对课程内容进行了模板化设计，把课程内容分为不同板块。比如：掌握粉末制取及其性能测定；压坯成形规律；粉末冶金材料的烧结原理；粉末冶金材料制备的质量控制；了解粉末冶金材料及其研究的新进展等等。

2.课程教学方法和教学手段改革。在教学方法上，围绕“以教师为导向，以学生为主体”的教学方针，遵循“课内与课外相结合”、“理论与实践相结合”、“课堂教育与创新思维相结合”的原则，通过实物法、启发法、课堂讨论等教学方法。如在讲粉末的成形时，可以向学生展示一套粉末成形的模具，让学生了解成形时基本概况，让学生在学习粉末成形时可以获得最大的感官认识；在讲粉末制备工艺时，根据制备粉末的特点以启发和诱导的方式让学生了解粉末制备工艺，以及为什么要选择这种制备方式；在讲压力与粉末成形样品密度之间的关系时，可以展开课堂讨论，充分调动学生学习的热情、主动性和创造性，提高教学的实效性和教学质量。

在教学手段上，要摆脱传统的板书或者照着ppt宣读等学生积极性不够强的手段，采取多元化的教学方法和手段。多媒体集成、动画模拟仿真和丰富的图像信息扩展了学生认知的深度与广度，也使教师摆脱了时间和空间对讲授内容的束缚，清楚地显示某些复杂的过程，有利于激发学生的观察力、发现力、想象力、逻辑联想力，有利于认知思维的深化与发展，有利于增强工程设计能力，提高教学效率和教学质量[4]。通过搜集课程知识点相关的图片和制作简单直观的动画，丰富课程的课件，提高学生的兴趣和理解。比如，在讲等静压成形时，向学生展示等静压机的原理示意图，可以让学生充分直观地了解等静压的工作原理；在讲机械合金化法制备粉末时，可以通过Flas的方式，让学生可以清晰地看到机械制备的过程和原理；在讲粉末冶金工艺时，可以结合网络上企业的现场视频，让学生能够轻易地接受粉末冶金工艺方面的知识，同时获得工程实践中的一些直观信息。

3.课内实验的改革与工程实践能力的拓展。在课内实验方面，改善了原有的简单的验证性的实验，丰富了课内实验的内容。具体的实验包括：球磨法制粉；粉末粒度和表面性质的测定；金属粉末的压制成形；粉末冶金样的烧结；烧结样抗弯强度的测试；粉末冶金样品的密度测定等等。通过这些课内实验培养学生具有合理选择使用粉末冶金材料和初步设计、制备粉末冶金材料的能力，激发学生的创新意识，提高工程能力。对课内实验的改革，可有效地激发学生的学习兴趣，提高动手和思考能力，为学生的工程实践能力的提高和创新能力的培养打下了很好的基础。

面向“卓越计划”的课程改革，重点是培养学生的工程实践能力，要围绕“以项目为依托，以企业为载体”的方针。为了强化学生的工程实践能力，应该注重从以下几个方面进行培养：一是对校内资源进行整合，建立校内课程实习、实训基地。利用学校已有的材料产业化中心、工程训练中心、新能源材料研究中心等研究实践单位，建立“粉末冶金学”课程的实践基地，让学生可以在校内尽可能地进行工程基础实践能力的锻炼。二是以企业为载体，校企合作，吸纳企业资源。培养工程师是“卓越计划”的目标，而企业环境是工程师培养的摇篮。除了进行实践教学环节改革，更重要的是让学生进入企业、融入企业，学习和了解企业的技术，感受企业的环境和文化。培养方案应该把适合在企业开展的相关教学环节和实践活动（专业课程、课程设计和毕业设计等）尽可能放到企业去。三是以项目为依托，开展大学生创新性实验计划。高校的教师在进行本科教学的同时，进行广泛的科研项目的研究。在校内的有关粉末冶金类的科研项目可以和粉末冶金课程建立联系，让本科生在进行课程学习的同时，进入科研团队，参与到科学研究中去，了解学科的发展状况和学科前沿。在科研项目的带动和熏陶下提高学生学习的积极性和工程能力。四是通过学科科技竞赛来提高学生的综合素质。开展以学科为基础的各类科技竞赛，扩大学生受益面；鼓励学生在学习课程理论基础的同时，积极参加省级、全国级别的相关科技竞赛，培养学生的学习兴趣、创新能力和综合能力；课内课外营造科技创新氛围，对于学生积极参加科技竞赛和科技竞赛获奖给予奖励或者在学科考评中加分。

4.建立全新的考核评价制度。粉末冶金学传统的考核方式是以书面闭卷的方式进行，考查的都是学生对基础理论知识的学习情况，缺乏对工程实践技能的考核。传统的学生学习效果的考核评价机制在面向“卓越计划”的课程体系中就不再适宜。在教学中应该采用全新的考核评价机制，除了对学生理论部分的考核之外，要把学生整个学习过程中的工程实践能力、创新能力和自主学习能力纳入到考核体系中。结合卓越工程师的培养工程性和全面性的特点，采用多部分考评相结合的考核方式。考核分为理论部分的笔试考核、理论与实践相结合的课内实验考核、工程实践能力考核、科技创新活动考核等几个部分，其中参与科研项目、参加科技竞赛等属于科技创新活动部分。笔试考试、实验考核、工程实践能力考核、科技活动考核等几个模块各部分的比例可根据课程开展和改革的具体情况，课程组的成员讨论协商决定。这种考核评价机制充分体现公平、合理，学生也努力争先、争取获得各类奖励使自己的努力获得承认。

四、课程改革的质量保障

1.师资保障。“卓越工程师教育培养计划”要取得成功，其标志在于培养造就出一大批卓越工程师后备人才，而关键在于建设一支胜任这一使命的工科教师队伍[5]。卓越工程师培养的质量很大程度上取决于参与到“卓越计划”的教师的整体素质。所以，面向“卓越计划”的课程改革，在师资上要进行调整和改革，以保证面向“卓越计划”的课程改革顺利进行。

根据“卓越计划”的培养目标和特点，参与“卓越计划”的教师需要具备扎实的专业基础知识、丰富的工程实践经验、优秀的教育教学水平和崇高的职业道德和敬业精神等等。同时，教师也必须具备相应工程科学研究、工程设计开发、工程技术创新和工程实践能力。

当然，不论通过何种渠道招聘的教师，在理论教育教学、工程实践、科学研究、设计开发、技术创新这五个方面都可能存在某项或几项能力的不足或缺失，都需要高校加强对教师的培养力度，将理论知识丰富的教师送进企业进行工程培养，将企业的工程师送进高校进行专业的全面和深入学习，通过这些培养方式，打造一支既具备专业基础知识又有工程实践技术能力的高水平师资队伍，适应“卓越计划”在高校的顺利开展。

2.经费保障。从上述的课程教学改革措施来看，面向“卓越工程师教育培养计划”的优秀工程技术人才的培养在经费上相较传统的培养模式要高出很多，所以高校在工程人才培养计划中应当保障有足够的经费来支撑“卓越计划”的实施，建立一套完整、长效的资金机制。高校在经费方面可以采用的办法[6]有：一是提高人均教育财政拨款标准，具体的拨款数额与学校实际实施“卓越工程师教育培养计划”的在校学生数挂勾；二是为了确保“卓越工程师教育培养计划”的培养需要，学校经费投入向卓越工程师培养方面倾斜；三是采取定向的办法，学校和企业联合培养工程技术人才，企业补贴学生的学习费用，学生毕业后到企业定向工作；四是争取社会各界包括企业及校友的资助。

五、结语

本文就面向“卓越工程师教育培养计划”的“粉末冶金学”课程改革与建设，从培养目标和培养观念、教学改革与创新的思路、课程建设与新型教学模式、课程改革的质量保障等方面进行了思考和探索。通过课程的改革和建设的措施，将有效地提高学生的理论水平，提高创新能力和工程实践能力，为卓越工程师人才的培养奠定基础。

参考文献：

[1]林健.“卓越工程师教育培养计划”通用标准诠释[J].高等工程教育研究，2014，（1）：12-23.

[2]教育部关于实施卓越工程师教育培养计划的若干意见[Z].教高[2011]1号文.

[3]李成栋.粉末冶金课程教学改革实践[J].中国冶金教育，2014，（6）：22-24.

[4]顾文斌，王怡，庄曙东.基于卓越工程师计划的“机械原理”课程改革与创新[J].中国电力教育，2013，（16）：100-101.

[5]林健.胜任卓越工程师培养的工科教师队伍建设[J].高等工程教育研究，2012，（1）：1-14.

粉末冶金材料技术篇5

关键词：粉末冶金 组合模具 压制成形 改进

0 引言

在粉末冶金工艺中，对于模具的应用范围非常广泛。而组合模具是综合了多种结构特征而形成的综合性模具。它克服了普通模具和单一压制方式的缺陷，解决了以往在粉末冶金工业中存在的难题，是粉末冶金工艺的一项突破。但是，随着技术水平的不断发展，组合模具存在的问题也随着暴露出来，成为我们当下需要解决的难题。

1 粉末冶金概述

1.1 粉末冶金工艺 粉末冶金，是通过制取金属粉末或金属粉末与非金属粉末的混合物作为生产原材料，通过过压制成形、烧结等工艺过程，制造出各种粉末冶金制品的工艺技术。现在，这种工艺已经成为我们在新材料研制领域内的重要工艺技术。

1.2 粉末冶金组合模具 在粉末冶金过程中，在压制成形、烧结以及后处理等制作工序中都会用到模具。在复杂零件的压制成形工序中，常会将模具设计成多种形状的组合模具，这样便可以在压制过程中综合运用多种压制方式，以保障压坯的质量。

2 粉末冶金压制成形过程中存在的问题

在粉末冶金整个制造工艺中，模具的使用在很多工序中都常常会看到。例如，在粉末冶金的压制成形阶段、烧结阶段、复压阶段、精整阶段都会用到粉末冶金模具。而其中最常用且应用最广泛的还是压制成形阶段。在粉末冶金的压制成形阶段，组合模具是形式最多且应用最广泛的模具。目前，组合模具还存在着一些不足之处，其对于粉末冶金工业具有较大的危害。

2.1 压坯密度分布不均匀 在粉末冶金压制成形过程中，常会出现压坯密度分布不均匀的现象。在压制过程中，在垂直方向上，上层粉末的密度比下层粉末密度大；在水平面上，接近上模冲的断面密度分布是两边大，中间小；远离上模冲的段面密度分别是中间大，两边小。造成这一问题主要是由于组合模具的内壁摩擦力较大、组合模具设计的高径比较大、以及压制方式不当等原因造成的。

2.2 粉末粘结组合模具盖板内壁 在粉末冶金压制成形过程中，会出现粉末粘结组合模具盖板内壁的现象。这主要是由于模具内压制密度较低和盖板内壁摩擦力较大等原因造成的。粉末粘结于盖板内壁，一方面，会造成原料的浪费，并对组合模具形成污染；另一方面，会对粉末冶金制品的质量造成严重影响。另外，由于组合模具设计上存在的一些不足之处，还会使粉末冶金制品出现制品的形状偏斜、产品对角开裂等问题，这些问题严重影响了粉末冶金工业的生产效率和产品质量，同时也造成了严重的经济损失。

3 粉末冶金中组合模具的改进办法

3.1 增强组合模具内壁的光洁度 在组合模具制造过程中，提高与粉末存在直接接触的压板内壁、盖板内壁等的光洁度，降低其与粉末之间的摩擦力，将在一定程度上有效的避免模具内壁对粉末压制造成不良影响。其具体改进办法如下：①在模具内壁打磨过程中要提高内壁的光洁度；②对于某些与粉末接触处，可酌情采取局部打磨的方式增加其光洁程度，以提高模具的性能；③在使用过程中，为了提高模具内壁的光洁度，还可以采用向模具内壁涂抹油的方法达到所需的效果。

3.2 在组合模具的设计上加设脱模弹簧 在组合模具的侧板与盖板的连接面上，以及模具侧板和压机的侧缸之间增加一个脱模弹簧。这样的设计改进看似简单，但会解决粉末冶金压制成形过程中存在的很多问题。由于脱模弹簧的存在，在压制和脱模时便会存在一定的缓冲力，这样压制成形的制品外表形状就会比较规则，而且也会有效避免制品对角开裂的问题发生。另外，这一设计上的改进对于减少压制成形过程中的加粉量、加工量也具有明显的效果。

3.3 在外模冲上安装保护套 在粉末冶金压制成形过程中，组合模具的外模冲由于受到的压力复杂，再加之对于热处理硬度难以把握，因此，外模冲易于受损、开裂，使用寿命较短，同时也增加了粉末冶金的压制成本。经过设计实验后发现，在外模冲上安装一个保护套将有效改善外模冲的使用环境，克服其受到直接磨损等威胁，这样就可有效的延长外模冲的使用寿命，降低压制成本。另外，由于保护套易于安装、替换，且生产成本低，因此，增加保护套是解决外模冲受损最为合适的办法。

4 结语

在粉末冶金工艺中，组合模具的应用非常广泛，对于粉末冶金制品的质量也起到一定的决定作用，于是，对于组合模具的设计、制造具有较高的要求。目前，对于组合模具的设计、制造仍然具有很大的发展空间，有时对于组合模具一点小小的改进，就可能为粉末冶金工业带来巨大的收获。因此，我们仍需不断对组合模具乃至整个粉末冶金工艺进行发展、改进，逐渐缩小我国粉末冶金工业与发达国家的差距。

参考文献：

[1]孙国勋.粉末冶金多台面零件压制组合模具探讨[J].粉末冶金工业，1998（2）.

[2]耿锁俊.粉末冶金中组合模具的改进[J].内蒙古石油化工，2006（2）.

[3]孙国勋，彭世超.粉末冶金杆座成形模具设计探讨[J].粉末冶金工业，1998（02）.

粉末冶金材料技术篇6

飞机刹车副潜力无限

新材料享受政策红利

当前股价：

今日投资个股安全诊断星级：

公司简介

博云新材是国内领先的先进复合材料制品生产企业，公司军用、民用飞机刹车副（粉末冶金飞机刹车副、炭/炭复合材料飞机刹车副）、航天用炭/炭复合材料、环保型高性能汽车刹车片、高性能模具材料等四大产品类具有自主知识产权，技术领先。公司在先进复合材料领域“基础研究-应用研究-产业化”链条较为完善、竞争力强，自主开发的炭/炭复合材料性能达到甚至超过国际先进水平。

主营收入。公司营业收入和营业毛利主要来自四大类产品。2009年前三季度，公司实现主营业务收入和归属于母公司的净利润分别为15753.97万元、1971.46万元，分别比2009年同期增长27.22%、13.83%。

经营情况：国外企业在先进复合材料领域具有绝对的优势，国内市场份额主要由外资把持。公司产品的价格仅仅约为国外同类产品价格的60%，具有较高的性价比优势和巨大的进口替代需求。随着国内军用、民用航空的快速发展和汽车工业（尤其是国产品牌）的高速增长，市场对公司产品需求旺盛，公司主要的产品供不应求。从盈利能力来看，公司销售毛利率和销售净利率比较稳定，即使在金融危机期间也没有明显的下滑趋势。公司稳定的期间费用率展示了良好的三费控制能力，近年来销售费用率、管理费用率比较稳定，财务费用率在公司募集资金到位后大幅下降。

核心竞争力：博云新材核心竞争力来自在粉末冶金复合材料领域强大的研发实力，其炭/炭复合材料是具有全球竞争力的产品。公司成功开发的飞机刹车副、航天用炭/炭复合材料等产品技术含量高，打破了国外竞争对手长期垄断的格局，确保了国家航空战略安全，在国防上具有重要的战略意义。由于航空航天产品对材料的安全和性能有极高的要求，各国政府均实施许可证（PMA）式生产方式，公司拥有俄罗斯图波列夫设计局颁发的生产许可证，还是国内企业取得波音系列飞机刹车副PMA证书数量最多的企业，而且空客部分机型飞机刹车副PMA项目已批准立项且取得部分PMA证书，这些资源也是公司的核心竞争力。

产品技术先进 潜在市场巨大

粉末冶金复合材料是以传统的粉末冶金技术为基础，结合先进复合材料技术制备的材料，产品广泛应用于航空、航天、交通运输、工程机械和能源等领域，在国际上仅有少量的国家拥有核心生产技术。博云新材的产品包括军用、民用飞机刹车副（粉末冶金飞机刹车副、炭/炭复合材料飞机刹车副）、航天用炭/炭复合材料、环保型高性能汽车刹车片、高性能模具材料四大类。

飞机刹车副：飞机刹车副在重要性上是和发动机媲美的A类消耗性部件，是飞机安全运行的重要保证。博云新材是南方航空、厦门航空、上海航空、海南航空等公司和军用刹车副合格供应商，其中，图-154飞机刹车副全面出口前苏联各国，空客320系列飞机刹车副已成功试飞并取得PMA证书。在国内民用飞机刹车副市场上，国外厂商在粉末冶金刹车副和炭/炭复合材料刹车副的市场份额都超过80%。公司生产的炭/炭复合材料刹车副的部分性能已经超过国外同类产品，又具有绝对的价格优势，已经发展成为最大的国产供应商，目前在两个领域的市场份额分别为10%和6%。国内民用航空的快速发展，公司产品性价比优势将使公司产品有更多的进口替代需求。我们预计未来随着我国航空业高速增长，公司产品的市场空间逐渐扩大、市场份额将不断上升。目前，公司拥有2500套粉末冶金材料飞机刹车副和2000套炭/炭复合材料飞机刹车副产能，募投项目产能为4000套炭/炭复合材料飞机刹车副，增长200%，我们预计该项目2011年将开始贡献业绩。

航天用炭/炭复合材料：在航空航天领域，炭/炭复合材料广泛应用于航天飞机的机翼前缘、火箭发动机尾喷管等超高温部位，是火箭发动机的关键技术之一。国内航天火箭发动机喷管均采用炭/炭复合材料，公司已有多个型号的产品定型批产。我国将大力发展航空航天技术，公司将是我国航天产品做大做强的最大受益者之一。目前公司拥有2000公斤的产能，募投项目2000公斤产能将于2011年达产，产能增长幅度为100%。

环保型高性能汽车刹车片：汽车刹车片是汽车安全行驶的可靠保证，在汽车零部件名录上被列为A类关键性安全部件，具有易损耗、更换快的特点。目前，无石棉环保型刹车片是市场的主体，其中陶瓷基摩擦材料和非金属（无钢纤维）摩擦材料占据了高端汽车刹车片市场。公司的汽车刹车片技术已经达到国际顶尖水平，完全掌握陶瓷基刹车片的关键技术和生产工艺、具有非金属刹车片的技术和生产能力、全陶瓷刹车片、炭/陶刹车片和炭/炭刹车片也已进入开发验证阶段。公司产品已成为中国一汽集团、东风汽车、上汽通用五菱、长丰捷报等汽车主机厂的主要配套厂家，公司还积极介入国外汽车主机企业采购链，为美国通用汽车（GM）、德国博世（BOSCH）、美国德尔福（DELPHI）、澳大利亚泛太集团（PBR）和全俄汽车制造股份有限公司等国外汽车主机厂开发的汽车刹车片项目进展顺利，与美国H.M.公司合作开发的高性能刹车片已批量供货。

高性能模具材料：模具材料是模具工业生产的基础工艺材料，高性能模具材料产品主要应用于级进冲压模等高端模具领域。我国在高性能模具材料制备技术和模具加工技术等方面与发达国家存在较大的差距，国内市场主要由外国品牌控制。公司的高性能模具材料制备技术达到了国际先进水平，而产品价格仅为国外产品的55%左右。凭借卓越的性价比优势，公司目前已经打入国内高性能模具材料市场，向国内电机定转子级进冲模模具前两位企业宁波震欲和慈溪鸿达批量供货，产品销量逐渐扩大。公司目前拥有80吨高性能模具材料产能，募投的120吨已基本建设完毕，产能增长幅度为150%，预计今年开始贡献业绩。

公司正在大力开发纳米晶粒高性能模具材料、风电机组用刹车片、高铁刹车材料、磁悬浮列车磨耗材料和工程机械摩擦材料等。公司产品在航空航天、汽车、高端冲压模具三个领域的成功应用，为公司拓展高性能粉末冶金复合材料其他应用领域提供了良好的示范效应。未来公司产品将有潜力应用于高铁、风电、工程机械等领域，这些项目是我国“十二五”规划重点建设的领域，产品的潜在市场空间广阔。

投资建议

粉末冶金材料技术篇7

1高速压制成形技术最新研究进展

1．1成形装备

成形设备是实现粉末冶金高速压制成形的硬件基础，是发挥高速压制成形技术优势的前提条件，因此成形设备的研究进展也是高速压制技术研究人员关注的重点。为使冲击锤头获得高速度和高能量脉冲，目前可以采用的技术包括压缩空气、燃烧汽油－空气混合气、爆炸、电容器放电、叠并磁场、磁力驱动和机械弹簧等［2］。目前，基于液压驱动、重力势能驱动、机械弹簧蓄能驱动的高速压制成形设备进展较快。Hydropulsor公司以专利技术液压动力单位控制油路系统实现锤头的高速下降和提升，可实现高速的冲击压制和在极短时间间隔内多次高速压制，该公司已经成功开发出第四代HVC压机，可供应2　000t、900t、350t、100t等不同规格的机型，并销往多个国家和地区，对高速压制成形技术的研究起到积极的推动作用。但该类HVC成形设备成本较高、售价高昂，且压制速度通常在10m／s以下，无加热等辅助装置，在一定程度上限制了它的普及。重力势能驱动的HVC成形装置具有成本低廉，压制速度调节范围大等优势引起了研究人员的高度重视，华南理工大学肖志瑜教授等人［3］自行设计制造了一种重锤式温粉末高速压制成形试验装置。该装置采用独特的冲击结构，直接利用重力势能获得压制能量，通过调节重锤下落高度获得不同的冲击速度，最大理论速度可达18．78m／s，与Ku－mar［4］等人采用的重锤式试验装置冲击速度只能达到10m／s相比，具有明显的优势。该装置通过加热圈直接对模具进行加热，替代了热油加热，简化了加热元件的安装，加热温度可以精确控制，通过测温仪可以读出模具温度。同时，拿掉加热圈，就可以进行传统的高速压制，从而进行高速压制和温高速压制的对比实验，为研究提供了极大的方便。华南理工大学邵明教授等人［5］，自行设计和制造了一种基于机械弹簧蓄能的粉末冶金高速压制压力机，并用于基础探索研究。该设备可以将气动、液压或其他动力机构能量储蓄在机械弹簧中，通过一个锤柄锁紧释放机构将压缩弹簧的机械势能瞬间释放，驱动冲击锤头达到10m／s以上的高速度，使压制瞬间的重锤冲击速度达到HVC技术的要求，并将冲击波通过上模冲传递给金属粉末颗粒，使其在极短时间内致密成形。

1．2模具结构优化

模具的稳定性和寿命影响着高速压制技术的工业化应用，而改善高速压制模具寿命的手段不外乎于合理选材和优化模具结构设计。在高速压制过程中，上模冲要承受剧烈的冲击，因此宜选用韧性好的材料；而模具结构优化方面，一般认为冲锤与模冲直径相等且均为等截面杆时，对模冲寿命和撞击效率来说 都 是 最 佳 选 择，但 这 势 必 会 缩 小 高 速 压 制（HVC）技术的应用范围，因此需要对模具进行进一步的结构优化，目前利用高速压制技术除已成功制备了圆柱体、环形、棒体和凸轮等单层零件外，还可以成功制备轴承盖、牙齿冒等复杂多级产品。如Hinzmann［6］等人即成功设计出可用于多级零部件高速压制成形的模具，他指出模具设计时采用单个上模冲和每级一个下模冲的结构更有利于模具寿命和冲击能量的传递；Le［7］等人用高速压制的方法将WC－Fe等材质成功压制成多级试样，并对界面的凝聚力和界面几何尺寸进行了分析；法国机械工程技术中心（CETIM）采用HVC技术成功制备了多阶零件和有内齿或沿高度方向有外齿的复杂形状部件［8］；Eriksson等人［9］采用HVC和弹性模相结合的方法，使冲击能量通过弹性模以准等静压方式转移至零件的不同部位进行压制，成功制备了形状复杂的3D齿帽零件。

1．3成形过程数值模拟

数值模拟能大幅度降低设计成本、缩短设计周期，因此对高速压制致密化过程的数值模拟也是近几年的研究热点。对于粉末压制成形的数值模拟，目前主要是基于金属塑性力学和广义塑性力学两种方法，但在低密度情况下，其假设条件与实际情况有出入，因此在实际应用中，粉末压制模型是以完全致密化材料的基本模型为基础，加上给定的一系列引起塑性流动的条件而建立的。Haggblad［10，11］等利用Hopkinson实验装置对硅胶和钛粉进行高速压制，根据所得数据分别建立了相应的数学模型，用有限元法模拟了硅胶模中压制钛粉的情况得出密度分布和最佳尺寸设计，其结果与实验结果一致。中南大学的郑洲顺教授［12］等对高速压制成形过程中应力波的传播特征和粉末流动过程进行了数学建模和数值模拟，其研究结果表明，高速压制过程中，应力波的传播会使粉末应力突跃到峰值，每层的应力峰值随时间以指数衰减，从上层到下层应力峰值呈指数下降；应力波作用后，铁粉压坯垂直方向的线密度值从上层到底层递减，中间各层的线密度均匀；压制过程开始后，密度最先变化的是底层的单元，它们之间的空隙迅速缩小（对应颗粒重排），顶层的单元继续往下运动（对应颗粒塑性变形），顶层颗粒受压继续往下运动而底层颗粒运动基本达到平衡，粉末的密度分布开始趋于均匀，这一过程与高速压制成形的试验结果相符［13］。Jerier等［14］建立了一种高密度粉体接触模型，并在YADE开源软件系统上进行了离散元（DEM）数值模拟，其结果与多粒子有限元数值模拟及试验结果吻合程度均较高，在一定程度上克服了离散元法（DEM）数值模拟不能正确推演高密度粉末压制过程应力演变的缺点，为金属粉末高密度压制的数值模拟拓展了新理论和新方法。秦宣云［15］等通过等效热阻法建立了粉末散体空间导热的并联模型，并考虑了热辐射的贡献，推导的有效导热率的计算公式表达了分形维数、温度对有效导热率的影响。

1．4致密化机理

高速压制技术已经成功用于生产实际，但高速压制的致密化机理目前尚无定论，HVC致密化机理的分 析 也 一 直 是 研 究 热 点 之 一。果 世 驹 教 授 等人［16］提出了“热软化剪切致密化机制”，据此给出了相应的压制方程，该方程可合理地定性与定量解释高速压制下粉末压坯的致密化行为与特性；Sethi等人［2］认为HVC过程中并无冲击波产生，粉末体受冲击时，应力波形是一种逐渐上升的波形，在冲击速度不是非常高的情况下，很难在粉末内产生真正的冲击波；北京科技大学曲选辉教授等人［17］对铁粉、铜粉、钛粉等多种粉末进行的压制中证明了HVC过程中温升现象的存在，但并未发现绝热剪切现象；易明军等［18］初步研究了HVC过程中应力波波形的基本特征和对压坯质量的影响，结果表明，应力波为锯齿波形，每一个加载波形上都有数个极值点，其持续时间受加载速率的影响，且应力波在自由端面反射后会造成拉应力，从而导致压坯表面分层和剥落。陈进［19］对高速压制致密化机理进行了初步探讨，他认为粉末剧烈的塑性变形和颗粒间的摩擦产生较大温升，对粉末致密化起到主导作用。此外在成形过程中，气体绝热压缩对致密化也起到了重要的作用，即在高速压制时，瞬间内气体难以逸出而产生绝热压缩，使温度升高，从而使孔隙中气体分子的热运动加速，使粉末散体的传热增强，能量沉积在颗粒界面而使其软化，有利于进一步致密化。此外，高速压制的压坯密度不仅取决于冲击能量，还与压坯质量有很大关系，因此应该采用既能体现冲击能量又能反映压坯质量的质量能量密度的概念，即单位质量的压坯在压制过程中所受到的冲击能量，单位为J／g。闫志巧等［20］通过钛粉高速压制试验得知，对外径60mm内径30mm圆环形压坯，质量能量密度为40．1J／g时相对密度达到76．2％；而对直径20mm的圆柱形压坯，质量能量密度为121．7J／g时相对密度达到96．0％；不同压坯形状的致密化机理有所不同，圆环形压坯主要以颗粒滑动和颗粒重排为主，而圆柱形压坯主要以塑性变形为主。目前HVC研究的压制速度一般在10m／s左右，其机理无法套用爆炸成形的致密化机理，需要进一步进行研究与探索，尤其是重点研究粉末颗粒的微观行为，如粉末塑性变形、粉末碎裂等，以及粉末颗粒界面的显微组织形成与演变，粉末颗粒边界的扩散、焊合过程，孔隙形状的演变等现象。

1．5　HVC的成分体系适应性

近几年，国内外研究人员已经对铁粉、铜粉、钛粉、合金钢粉末、软磁材料以及聚合物等成分体系的高速压制致密化行为进行了初步探索，如Bos［21］等人所在的SKF公司用HVC技术大规模制备高密度、高强度的铁基和316L不锈钢零件，所生产的铁基齿轮件密度可达7．7g／cm3；王建忠［22，23］等人对铁粉和铜粉的高速压制试验表明：单次压制铁粉时，当冲击能量增加到6　510J时生坯密度达到7．336g／cm3，相对密度约为97％；单次压制铜粉时，当冲击能量为6　076J时，试样的生坯密度达到最大，为8．42g／cm3，相对密度约为95％；Eriksson［24］等人采用HVC技术制备了致密度为98．5％的钛／羟基磷灰石复合压坯，在500℃的低温即可实现材料的烧结；闫志巧［25］等人的研究表明，高速压制可制备高密度的钛粉压坯，当冲击能量为1　217J时，直径为20 mm圆柱试 样的压坯密度 最 大，达 到4．38g／cm3，相对密度为97．4％；中南大学的王志法［26，27］教授等人在950℃高速压制获得了相对密度大于80．65％的W骨 架，从 而 为 高 温 熔 渗 制 备90W－10Cu复合材料奠定了基础；Andersson［28］等人指出，由于高速压制（HVC）技术能显著提高磁粉的压制密度，从而能大幅提高其磁性能，使软磁材料具有更强的竞争力和更广泛的应用范围；Poitou［29］等人对聚四氟乙烯进行高速压制，发现其密度、晶体质量分数、抗磨损性能等物理和力学性能相对常规压制有所提高；Jauffres［30，31］等人采用高速压制技术对超大分子量聚乙烯进行成形，研究发现其杨氏模量、延伸率、屈服强度、蠕变强度和耐磨性等各项性能指标均优于传统压制成形方法。在上述研究的基础上，应进一步拓展合金钢粉末、复合材料粉末、铜合金粉末、钨合金粉末、铝合金粉末、磁性材料及非晶合金材料等成分体系的高速压制技术，从而为制备高密度高性能粉末冶金制品提供新途径。

2高速压制成形技术的发展方向

高速压制是在传统模压中输入高速度机械能产生的新型压制技术，作为近十年才发展起来的一种新技术，其相关基础研究还不够系统和深入。此外，为了进行技术创新，可以考虑将高速压制技术与温压、模壁、复压复烧等工艺有机地结合起来，更深入、更全面地进行探索。尤其要深化以下几个方面的研究：

2．1温高速压制

华南理工大学肖志瑜教授等人［3］提出了一种高速压制和温压相结合的温高速压制（warm　high　ve－locity　compaction，简称WHVC）技术的思路，并设计制造出了实验装备，开展了相关基础研究，并取得一系列研究成果。其实验结果表明，温高速压制能否获得更高的压坯密度，取决于粉末的种类和特性。对于316L不锈钢粉末、混合铁粉、电解铜粉等粉末来说，温高速压制压坯密度高于传统高速压制，这是因为：（1）在温度场条件下，粉末中潮气得到充分挥发，同时粉末中气体也得到较好地排出；（2）在一定的加热温度下能够降低粉末的屈服强度，延缓其加工硬化程度并提高其塑性变形能力，塑性变形能力的改善为颗粒重排过程提供协调性变形，克服粉末颗粒之间的相互牵制，从而降低颗粒重排阻力，有利于颗粒重排的充分进行。而对于铝粉来说，温高速压制和传统高速压制致密化程度相差不大，这是因为铝是面心立方结构的金属，且具有12个滑移系，发生滑移的临界分切应力很小，塑性变形能力非常高，传统高速压制已经能够达到理想的压坯密度。在实验基础上，还对温高速压制的致密化机理和应力波特点进行了分析，认为在致密化过程中温升效应起了很大作用，致密化过程主要以剧烈塑性变形和颗粒冷焊为主。截止目前，温粉末高速压制成形技术的研究只有华南理工大学开展，其研究具有前瞻性和新颖性，有望在高密度成形中获得新的突破。

2．2条件对HVC结果的影响

由于高速压制自身的特点，HVC成形粉末时可在少量剂甚至无剂的条件下成形［32］，减少了脱脂和间隙元素引起的污染。如何在剂最少的前提下获得最理想的致密化程度是一个重要的研究目标。对于铁基、铜基等成形性较好的粉末通常采用模壁（即外），如邓三才等［33］研究了模壁对Fe－2Cu－1C粉末高速压制成形效果的影响，研究结果表明，模壁能有效降低粉末与模壁之间的摩擦，减少粉末颗粒与模壁冷焊的机会，相对提高有效压制压力，从而获得较高的生坯密度和生坯强度，以及较弱的弹性后效；此外，在相同压制速度时，有模壁时的最大冲击力要高于无模壁时的最大冲击力，且脱模力要小5～20kN。对于钛粉、钼粉等高硬化速率粉末的高速压制，通常采用内部添加剂的方式（即内），如闫志巧等人［34］研究了剂含量对钛粉高速压制性能的影响，结果表明，加入适量的剂，可以提高钛粉成形时的质量能量密度，从而获得更高密度的压坯。当剂加入量为0．3％（质量分数）时，钛粉成形的最大质量能 量 密 度 为0．192kJ／g，压 坯 密 度 为4．38g／cm3，相对密度为97．4％。此外，适量的剂能提高钛粉压制过程中的最大冲击力降低脱模力，但却会显著降低压坯的强度，密度较低的纯钛压坯的强度显著高于致密度较高的含剂压坯。对于不同剂含量的压坯，当密度接近时，其强度相差不大。在更广泛的成分体系内，研究方式、剂种类、剂添加量对高速压制成形效果的影响，开发适合高速压制条件下的新型剂，如高分子极性剂、大分子极性剂、无机层间化合物剂等都是今后较有价值的研究方向。

2．3复压复烧对HVC效果的影响

一般认为，与传统压制压坯密度只取决于压制压力而不随压制次数的增加而显著提高不同，高速压制的能量是可以累加的，即可以通过多次小冲击能量的压制得到与一次大冲击能量压制相同的效果，但王建忠等［35］对铁粉进行高速压制时发现，在总冲击能量相同的情况下，分两次压制制备的压坯密度最大，分三次压制的最小，一次压制的居中。Metec粉末冶金公司采用高速复压技术（HVR）制造出密度为7．7g／cm3的铁基粉末冶金制品，此外还通过高速压制316L不锈钢金属粉和1　385℃烧结工艺生产出高密度不锈钢零件，此类不锈钢制品在抗拉强度、冲击韧性和延展性等方面性能均较为突出。陈进等［36］在多次压制的基础上对铁粉进行了复压试验，即在两次高速压制之间引入预烧结工序，其研究结果表明，在冲击能量相同的条件下，复压比二次高速压制得到的生坯的密度更高，且随着复压冲击能量的增加生坯密度逐渐增大，在相同复压冲击能量下，预烧结温度为780℃时生坯密度最高，径向弹性后效最小。复压能大幅度提高生坯密度，主要是因为压坯经过预烧结阶段的回复与再结晶，粉末颗粒的强度和硬度下降，弹性储能得到一定的释放，再进行复压后，剂的去除促进更多的粉末颗粒发生塑性变形、微观焊接和熔合，颗粒界面得以消失，这有利于致密度的提高。此外，复压能量更多用于预压坯的塑性变形，弹性能量释放的少，一定程度上减轻了压坯尺寸的弹性膨胀，使得压坯与模具模壁的摩擦减小，从而导致复压时的脱模力较单次高速压制时显著降低。Fe－C粉末复压压坯经过复烧之后，密度高，孔隙少，珠光体较多且分布均匀，裂纹可能在晶粒内部沿着珠光体相或颗粒“烧结”界面展开，诱发了沿晶断裂，使得抗弯强度明显增强。复压复烧工艺是进一步发挥高速压制优越性的重要方向之一，需要进行更广泛、更细致、更深入的研究。

3结语

粉末冶金材料技术篇8

模具使用寿命取决于抗磨损和抗机械损伤能力，一旦磨损过度或机械损伤，须经修复才能恢复使用。目前可采用的修复技术有电镀、电弧或火焰堆焊、热喷涂(火焰、等离子)等。电镀层一般很薄，不超过0.3mm，而且与基体结合差，形状损坏部位难于修复，在堆焊、热喷涂或喷焊时，热量注入大，能量不集中，模具热影响区大，易畸变甚至开裂，喷涂层稀释率大，降低了基体和材料的性能。

利用激光熔覆的方法可实现对模具的修复。用高功率激光束以恒定功率p与热粉流同时入射到模具表面上，一部分入射光被反射，一部分光被吸收，瞬时被吸收的能量超过临界值后，金属熔化产生熔池，然后快速凝固形成冶金结合的覆层。激光束根据cad二次开发的应用程序给定的路线，来回扫描逐线逐层地修复模具。由于激光束的高能密度所产生的近似绝热的快速加热，对基体的热影响较小，引起的畸变可以忽略，特别是经过修复后的模具几乎不需再加工。

1 激光修复系统

激光修复技术是集高功率激光、计算机、数控机床、cad/ cam、先进材料、数控技术等多学科的应用技术。修复系统主要由硬件设备和制造过程软件组成。硬件设备包括激光器、数控系统及工作台、送粉装置、光路系统、水冷装置、保护气系统和在线控制所涉及的数据采集装置。软件系统包括制造零件成型软件擞据通讯和在线控制软件。激光修复过程如图2所示。co2激光器发出的激光经cnc数控机床z轴(垂直工作台)反射镜后，进入三维光束成形聚焦组合镜，再进入同轴送粉工作头，组合镜和工作头都固定在机床z轴上，由数控系统统一控制。载气式送粉器将粉末均匀输送到分粉器的同轴送粉工作头。

模具位于cnc数控工作台x-y平面上，根据cnc指令，工作台、组合镜和送粉头按给定的cad程序运动。同时加入激光和粉末，逐层熔敷。在温度检测和控制系统作用下，使模具恢复原始尺寸。为保证熔覆材料(金属粉末)和基体(模具)材料实现冶金结合，以及模具的尺寸精度、表面光洁度和材料性能，需将φ50mm圆形多模1kw-5kw高功率激光束变换成强度均匀分布的圆形光束，光斑尺寸可调(光路系统)，并配有水冷系统和光束头气体保护系统，同时需重点考虑同轴送粉装置和现场控制系统的设计。

1.1 同轴送粉装置

稳定可靠的粉末输送系统是金属零件修复质量的重要保证。粉末输送的波动将影响修复的质量。激光修复对送粉的基本要求是连续、稳定、均匀和可控地把粉末送入激光熔池。送粉装置由送粉器和同轴送粉嘴组成。在送粉器的粉斗下部，由于平衡气压的作用形成气固两相流化，并从导管开孔，随载气输送粉末。送粉量由输送气体的压力调节，拓宽了送粉范围，实现从5g/min-150g/min均匀连续可调送粉，送粉精度高达±5。设计的载气同轴粉嘴，消除了气体压力波动引起的4路送粉不均匀，并使工作距离加大，且连续可调。

1.2 模具修复过程的控制

在理论上，熔池温度场决定修复过程的宏观与微观质量，因此在激光熔覆层质量控制过程中，表征熔覆层熔池温度场的实时检测非常重要。采用红外测温技术来检测激光加工区域的温度场，结合温度场标定结果推导出实际的温度场信息，来控制激光器功率输出值以及cnc机床的运动速度，以保持熔池温度稳定，避免零件由于过热或温度不均产生裂纹气孔等缺陷。虚线范围内所示的是比色测温仪，光路系统选用单台相机，切换不同滤色片的单通道图像记录方式。滤光片及其控制保证两个滤光片(804.5nm和894.6n m)交替置于数字相机图像记录光路中，移动响应时间<10ms，由计算机控制的高精度步进电机实现准确定位。软件包括三部分：①控制滤光片转入记录光路机械控制部分;②进行实时的同步图像采集、处理以及温度场标定和计算;③用测量温度变化量所得到的过程参数，调节激光功率和机床运动速度。

1.3 激光修复模具工艺参数

激光修复伴随着传热、辐射、固化、分子取相及结晶等物理和化学变化，是个多参数过程。激光功率p、扫描速度、送粉量、熔池温度等都会对其产生影响。因此必须把参数合理地组合，以确保修复工作是在涂覆特性可知的情况下进行。在激光熔敷过程中，如果不采用特殊的工艺过程对基材的热输入量进行控制，将会使熔敷层与基体结合程度不理想，或在熔层表面和熔敷层与基材的过渡区产生裂纹。因此，合理地选择工艺参数是激光熔覆技术用于模具维修的关键因素。

根据物理冶金原理，熔敷材料和基体材料必须加热到足够高的温度才能满足实现冶金反应所无原则的条件，最终形成几何外形规则的熔敷层，见图1，根据经验，应尽可能使熔敷材料加热到较低的温度，这样可以减小熔敷裂纹、畸变倾向，也可避免熔敷材料的烧损和蒸发，需控制熔化材料的熔点(取基体、粉末材料两者最高熔点)tm+(50-100)℃。参考温度场计逄，理论上p取值为1kw-2kw、为2mm/s-4mm/s可满足上述要求，至于熔覆层表面不平度，可通过调节送粉量实现其最小化。

2.2 试验方法

试验用横流连续波5kw-co2激光器，光束模式为多模，光斑直径为4mm，基体材料(模具)为5crmnmo钢，试样尺寸80mm×60mm×10mm，由于ni合金粉流动性好，与基材相结合后表面光洁，价格适中，故选用了ni60镍基合金粉末材料。试验选定激光功率p为1.5kw 。

3 试验结果分析

3. 1工艺参数对模具修复性能的影响

从熔覆层组织可以看出，激光与粉末材料相互作用充分，稀释率适中，在熔覆层内各层间组织与层内组织稍有差别，层内组织均匀细小致密，层间组织较粗大。由此可知，激光修复可以在相当宽的范围内获得组织均匀、细小致密和性能优异的修复层。测量1~3层硬度变化为85hv0.2。

试验结果表明，粉末在与激光相互作用时，如果激光功率p>5kw且扫描速度<1mm/s，基体因加热温度过高而被烧损，表面出现折皱以及气孔等质量问题。究其原因熔覆过程熔池内搅拌加剧，基体元素与金属粉末元素相互扩散严重，熔覆层开裂、变形敏感性明显上升。当激光功率p=1kw~2kw、扫描速度=2mm/s~4mm/s范围内均可得到较理想的激光熔覆层。此外，若加热温度过低无法充分熔化，难于达到修复模具的目的。扫描速度过大时出现熔覆层不连续现象，其结合强度不够。稀释率随扫描速度的增加，呈减小的趋势，而随送粉量的增大使稀释率有增加的趋势。

3.2 工艺参数对模具修复宏观形貌的影响

试验表明，在p和变化不大时，激光熔覆表面宏观形貌与送粉量关系密切，在其它条件相同的情况下，随的增大，熔覆层宽度有所变化(有变小的趋势)，而熔覆层厚度明显增加，接触角加大。完全可以利用调节的方法改善熔覆层表面不平度。

4 结论