粉末冶金的优势范文

粉末冶金的优势篇1

关键词：粉末冶金；汽车零件；金属粉末；高性能

粉末冶金材料是指用若干种金属粉末或是金属粉末与非金属粉末作原料， 通过按比例配料、压制成形、烧结等工艺过程而制成的材料。这种生产工艺过程也就是粉末冶金法， 它属于一种不同于熔炼和铸造的方法。由于其生产工艺过程与陶瓷制品工艺极为相似， 所以粉末冶金法又被称为金属陶瓷法。粉末冶金法不仅是制造某些具有特殊性能材料的方法， 同时也是一种无切屑或少切屑的加工方法。它具有生产效率高、材料利用率高、节省机床和生产占地面积等特点。但其也存在一定的缺陷，如金属粉末和模具费用高， 制品大小和形状受到一定限制， 制品的韧性也较差。粉末冶金法常被用于制作硬质合金材料、结构材料、减磨材料、难熔金属材料、摩擦材料、过滤材料、无偏析高速工具钢、金属陶瓷、耐热材料、磁性材料等。

一、粉末冶金技术的含义及其特点

粉末冶金技术附属于材料制备和成形的加工技术，而作为粉末冶金的雏形就是块炼铁技术，块炼铁技术也是人类最初制取铁器的唯一手段，其对人类社会进步作出了巨大贡献。

1、 粉末冶金技术的含义

粉末冶金的方法其实诞生已久。人类早期通过机械粉碎法来制取金、银、铜和青铜的粉末，用来当作陶器等的装饰涂料。早在200年前，一些欧洲国家，如俄、英等国就曾大规模的制取海绵铂粒，并经过热压、锻和模压、烧结等加工工艺来制造钱币和一些贵重器物。1890 年，美国的库利吉发明用粉末冶金方法制造灯泡用钨丝，从而奠定了现代粉末冶金技术的基础。直到1910年左右，人们已经开始用粉末冶金法来大量制造了钨钼合金制品、青铜含油轴承、硬质合金、集电刷、多孔过滤器等，并逐步形成了一整套粉末冶金相关技术。上世纪30年代，旋涡研磨铁粉和碳还原铁粉技术问世后，从而为粉末冶金法制造铁基机械零件较快的发展机遇。从第二次世界大战后，粉末冶金技术得到了较快的发展，新型的生产工艺和技术装备、新的材料和制品不断出现，开拓出一些能制造特殊材料的领域，成为现代工业中的重要组成部分。

2、 粉末冶金技术的主要作用

由于粉末冶金技术的具有特殊优点，使其已成为解决新材料问题的有效途径，而且在新材料的发展中历程中发挥着举足轻重的作用。

粉末冶金技术由于其可以在最大限度地来减少合金成分发生偏聚，消除粗大且不均匀的铸造组织。在制备高性能稀土永磁材料、稀土发光材料、稀土储氢材料、高温超导材料、稀土催化剂、新型金属材料上具有独特的作用。同时还可以制备非晶、纳米晶、准晶、微晶以及超饱和固溶体等一系列高性能非平衡材料，这些材料由于具有优异的电学、光学、磁学和力学性能。因此可以较容易地实现多种功能类型的复合，充分发挥各组元材料各自的特性，是一种低成本生产高性能金属基和陶瓷复合材料的工艺技术。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、高性能结构陶瓷和功能陶瓷材料等。可以实现净近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。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。

二、粉末冶金技术的发展趋势

随着汽车和飞机零件以及切削和成形工具发展的需要，粉末冶金制造零部件的强度和质量都得到了较好的改善和提高。汽车制造业作为粉末冶金零件的最大用户，1996 年汽车行业占有美国粉末治金零件的市场份额的69%，成为美国粉末冶金零件的最大市场。发展粉末冶金需要制取新技术、新工艺及其过程理论。

1 、向全致密化发展

粉末冶金的重点是超细粉末和纳米粉末的相关制备技术，机械合金化技术，快速冷凝制备非晶、微晶和准晶粉末制备技术，粉末粒度、结构、形貌、成分控制技术，自蔓延高温合成技术。粉末冶金技术发展的总趋势是向超细、超纯、粉末特性可控方向发展，从而建立以“净近形成形”技术为中心的各种新型固结技术及其过程模过程理论，如粉末注射成形、挤压成形、喷射成形、温压成形、粉末锻造等。建立以“全致密化”为主要目标的新型固结技术及其过程模拟技术。

2 、向高性能化、集成化和低成本等方向发展

粉末冶金制造零部件相关的新的成形技术层出不穷，如：粉末注射成形、温压成形、流动温压成形、喷射成形、高速压制成形等新技术不断涌现。目前， 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。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；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；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；制造非均匀材料、非晶态、微晶或者亚稳合金；加工独特的和非一般形态或成分的复合零部件。

3 、粉末冶金产业化发展

由于相邻学科和相关技术的相互渗透和结合.更赋予了粉末冶金新的发展活力。粉末冶金新工艺层出不穷。粉末冶金产业化是指这些技术已比较成熟。甚至在一些国家已有生产规模，但主流还处于研究成果向产业化转化的过程之中。其工艺、设备、市场等已为产业化准备了条件，可以产业化，取得社会效益和经济效益。主要是指该技术实现产业化、集群化、模块化发展。其主要应用领域有汽车用粉末冶金零部件，汽车制造业仍是粉末冶金（PM）发展的牵引力；粉末注射成（PowderInjection Molding（PIM））温压成形技术（Warm Compaction）在众多为提高PM 件密度的生产方法中。温压成形技术被认为是最为经济的一种新工艺。本文将重点介绍以下产业化技术：

① 温压技术

温压技术在上世纪90 年代被誉为粉末冶金技术上重大突破，并于1990年取得了第一项采用一次压制烧结工艺制备高密度铁基（P / M）零件的美国专利。该技术可以使烧结钢中的孔隙度降低到6 %左右，而传统技术的孔隙度为10%以上，产品的密度能达到7.3g/cm3或以上，因此较大程度的拓宽了高密度、高强度烧结钢零件在工业上广泛应用的可能性。

② 模壁

模壁和温压是两个平行的提高铁基结构零件密度的方法。近年来，发展最迅速的是干模壁技术，即采用静电的方法，从而将干剂粉末吸附到模壁上进行，从而很好的避免了湿模壁在制备过程中压坯表面易于粘粉的缺点。

③注射成形

金属注射成形（MIM）是一种将塑料注射成形与粉末冶金技术结合而成的近净成形技术，此技术也是国内外公认的21 世纪粉末冶金的主流技术，被称为“第五代加工技术”。而且该技术也最适于用来大批量生产一些三维复杂形状的零件，同时还可以实现自动化连续作业，从而大大提高生产效率。目前，在一些发达国家，MIM技术已经成为一项最具竞争力的金属成形技术，而且开始大量用于不锈钢粉末冶金生产。

三、粉末冶金机械零件的制造现状与挑战

我国粉末冶金技术起步较晚，自1958年诞生以来，一直是处在蹒跚学步的状态中，而且一直不被人们重视，被当做是一个没有前景的小行业来对待。然而从世界粉末冶金行业发展状况来看，粉末冶金行业却是一个最具市场活力，发展速度极快，同时应用范围也是最广的冶金技术，尤其是日本在粉末冶金技术方面发展飞快，每年生产烧结含油轴承十几亿只。直到上世纪80年年代初，在我国体制改革的大潮中，粉末冶金零件行业正式划归当时的“基础件工业局”进行管理，并结束了粉末冶金零件行业自身自灭的状态，从而得到相应的发展机遇。我国自上世纪90年代至今约20多年间，粉末冶金零件得到迅猛发展，同时也经受住了金融危机的不利影响。

表1是我国自2007-2011年间粉末冶金分会53家会员企业的数据进行统计的结果，虽然我国粉末冶金行业目前显示出盎然生机，但也面临着各方面的挑战。现笔者将自己的针对其中的一些问题以及看法和相应的意见提供给大家参考：

四、粉末冶金机械零件制造技术在汽车行业的应用现状与前景

近年来，由于人们生活观念的改变，同时人们的环保意识也不断提高，因而轻量化的汽车也越来越受人们的亲睐，从而汽车工业也开始大量使用轻质合金材料，如铝合金、镁合金来生产汽车零部件。也正是由于粉末冶金能够很好的避免成分偏析，又可以满足具有各种特定性能的零部件一次性成型的要求。

目前粉末冶金汽车零件主要有两个市场，一个为汽车生产商市场，另一个为汽车维修服务点，即维修配件市场。而汽车生产商市场则是粉末冶金零件的主要市场，通常情况下，汽车生产商会与粉末冶金零件制造企业进行定向合作，从而导致其他零件制造企业难以插足获利。而维修配件市场相对来说则要开放的多，而且需求量也较大，但大多都是存在某些质量问题的货物。从表2可知，我国在汽车制造行业中对粉末冶金技术制造的零件的使用量只有日本的2/3左右，但我国的粉末冶金制造的零件的总量却要比日本的多，可见粉末冶金汽车零件的市场潜力是巨大的。

我国目前汽车行业正处于蓬勃发展期，因此也给我国粉末冶金零件制造企业带来了难得市场机遇。同时根据美国一家信息分析中心预测，2020年我国汽车销量将达到2000万辆，届时中国将超过美国成为全球汽车销量第一的国家。而我国粉末冶金汽车零件的主要制造企业有三十多家，且其主要生产的零部件为汽车所使用的一些轴承或者是小配件，总体呈现出还是处于相对来说较为低端的位置，而关于发动机或调速箱等关键部位的零部件则基本上是整体通过国外进口，同时随着全球经济一体化趋势的不断加速，我国粉末冶金企业毕竟面对国际化市场，这对我们来说既是机遇也是挑战。因此就需要我国粉末冶金企业把握机遇，迎难而上，主动积极的溶于国际化市场当中。

参考文献

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粉末冶金的优势篇2

关键词：粉末冶金 温压技术 流动温压技术 模壁技术 高速压制技术 动磁压制技术 放电等离子烧结技术 爆炸压制技术

1 温压技术

虽然温压技术只是一项新技术，在近几年才取得了一些发展，但是由于它生产出来的粉末冶金零件具有高密度、高强度的特点，现阶段已经得到了大量的应用。这项技术和传统的粉末冶金工艺不同，它可以采用特制的粉末加温、粉末输送和模具加热系统，将加有特殊剂的预合金粉末和模具等加热至130～150℃，并将温度波动控制在±2.5℃以内，之后的压制和烧结工序和传统工艺是一样的。与传统工艺相比，区别点就集中在温压粉末制备和温压系统两个方面。采用这项技术不管是从压坯密度方面来说，还是从密度方面来说，都比采用传统工艺要好很多。在同样的压制压力下，使用温压材料比采用传统工艺不管是屈服强度、极限拉伸强度，还是冲击韧性都要高。此外，由于温压零件的生坯强度比传统方法下的生坯强度要高很多，可达20～30MPa，如此一来，既降低了搬运过程中生坯的破损率，也保证了生坯的表面光洁度。另外，采用该技术生产出来的零件不仅性能均一，精度高，而且材料的利用率很高。温压工艺的成本不高，而且工艺并不复杂。与传统的工艺相比，温压工艺下的粉末冶金的利用率高，耗能低，经济效益高，是节能、节材的强有力手段。

2 流动温压技术

流动温压粉末冶金技术（Warm Flow Compaction，简称WFC）是一种新型粉末冶金零部件成形技术，目前国外还处于研究的初试阶段，它的核心价值就是能够提高混合粉末的流动性、填充能力和成形性。

WFC技术有效利用了金属粉末注射成形工艺的优点并在粉末压制、温压成形工艺的基础上被发现。这项技术可以将混合粉末的流动性提高，这样就使混合粉末可以在80～130℃温度下，只需要在传统的压机上经过精密成形就可以形成各种各样外形的零件，省掉了二次加工的步骤。WFC技术在成形复杂几何形状方面具有很大的优势，是传统工艺无法比的，而且成本不高，具有非常广阔的应用前景。

综上所述，我们可以归纳出WFC技术具有以下四个优势：一是能够制造出各种各样外形的零件；二是有着很好的材料的适应性；三是工艺简单，成本低；四是压坯密度高、密度均匀。

3 模壁技术

模壁技术是在解决传统工艺面临的一系列难题的基础上应运而生。传统工艺是采用粉末来减少粉末颗粒之间和粉末颗粒与模壁之间的摩擦，然而现实往往是由于加进去的剂因密度低，使得粉末冶金零件的密度也得不到有效的保证。此外，剂的烧结不仅会给环境造成很大的不利影响，还可能会影响到烧结炉的寿命和产品的性能。现阶段，有两个渠道可以进行模壁：一是由于下模冲复位时与阴模及芯杆之间的配合间隙会出现毛细作用，利用这个作用可以把液相剂带到阴模及芯杆表面。二是选择带着静电的固态剂粉末利用喷枪喷射到压模的型腔表面上，就是安装一个剂靴在装粉靴的前部。在开始成形时，压坯会被剂靴推开，此时带有静电的剂会被压缩空气从靴内喷射到模腔内，但是此时得到的极性和阴模的是不一致的，在电场牵引下粉末会撞击在模壁上，同时粘连在上面，之后装靴粉装粉，只需进行常规压制即可。采用该项技术可使粉末材料的生坯密度达到7.4g/cm3，大大提高了粉末材料的生坯密度，并且采用该方法比采用传统的方法还能够大大提高铁粉的生坯强度。有研究结果结果表明，利用温压、模壁与高压制压力，使铁基粉末压坯全致密也是有可能的。

4 高速压制技术

瑞典的Hoaganas公司曾经推出过一项名叫高速压制技术（Hjgh Velocity Compaction）的新技术，简称HVC。虽然这项新技术生产零件的过程和过去的压制过程工序是一样的，但是这项新技术的压制速度比过去的压制速度提高了500-1000倍，同时也大大增加了液压驱动的锤头重量，提高了压机锤头速度，在这种情况下，粉末利用高能量冲击只需0.02s就可以进行压制，在压制的过程中会出现明显的冲击波。要想达到更高的密度，通过附加间隔0.3s的多重冲击就能做到。HVC技术具有很多优势，比如高密度、低成本、可成形大零件、高性能和高生产率等。现阶段该技术已经得到了广泛的应用，很多产品都采用了该项技术，比如制备阀门、气门导筒、轮毂、法兰、简单齿轮、齿轮、主轴承盖等。有了这项技术，未来将会出现更多更复杂的多级部件。

5 动磁压制技术

动力磁性压制技术（dynamic magnetic cornpaction）是一种新型的压制技术，简称DMC，它能够使高性能粉末最终成形，这项技术固结粉末的方式主要是通过利用脉冲调制电磁场施加的压力。虽然这项技术和传统的压制技术一样都是两维压制工艺，但是不同的是传统的压制技术是轴向压制，而这项技术是径向压制。利用该项技术进行压制只需1ms，整个过程非常的迅速，只需把粉末放入一个具有磁场的导电的容器（护套）内，护套就会产生感应电流。利用磁场和感应电流之间的相互作用，就可以完成粉末的压制工作。DMC具有成本低廉、不受温度和气氛的影响、适合所有材料、工作条件灵活、环保等优点。DMC技术适于制造柱形对称的零件，薄壁管，高纵横比部件和内部形状复杂的部件。现可以生产直径×长度：12.7mm×76.2mm到127.0mm×25.4mm的部件。

6 放电等离子烧结技术

早在1930年美国科学家就提出了这项放电等离子烧结技术（Spark Plasma Sintering），简称SPS，然而该技术直到近几年才得到世人的关注。SPS技术独到之处就在于无需预先成形，也不需要任何添加剂和粘结剂，是集粉末成形和烧结于一体的新技术。这项技术主要是通过先把粉末颗粒周围的各种物质清除干净，如此一来粉末表面的扩散能力会得到提高，然后再利用强电流短时加热粉末就可以达到致密的目的，注意加热时应在较低机械压力情况下。有研究结果显示，采用该项技术由于场活化等作用的影响，不仅有效降低了粉体的烧结温度，也大大缩短了烧结时间，再加上粉体自身可以发热的影响，不仅热效率很高，加热也很均匀，所以采用该技术只需一次成形就可以得到质量上乘的、符合要求的零件。现阶段，该技术大范围应用的主要是在陶瓷、金属间化合物、纳米材料、金属陶瓷、功能材料及复合材料等。另外，该技术在金刚石、制备和成形非晶合金等领域也得到了不错的发展。

7 爆炸压制技术

爆炸压制（Explosive Compaction）是一种利用化学能的高能成形方法，也被叫做冲击波压制。一般情况下，它都是通过在一定结构的模具内对金属粉末材料施加爆炸压力，在爆炸过程中产生的化学能可以转化为四周介质中的高压冲击波，然后利用脉冲波就可以实现粉末致密。整个过程只需10-100us，其中粉末成形时间只有大约1ms。这种压制方式最大的优势是可以解决传统的压制方式一直无法解决的难题，即可以使松散材料达到理论密度，比如金属陶瓷材料、低延性金属等采用传统的压制方法无法使其致密，一直是一个未解的难题，随着爆炸压制技术的出现，我们发现采用这项技术就可以把其压制成复合材料，并制造成零件。

我国的粉末冶金技术带来的前景是非常广阔的，作为一种新工艺、新技术，与国外先进水平相比，它还有很多地方需要改进、需要提高。

参考文献：

[1]张建国，冯湘.粉末冶金成形新技术综述[J].济源职业技术学院学报，2006-03-30.

[2]郭峰.火电厂等离子点火装置中高性能阴极材料的制备与实验研究[D].华北电力大学，2006-03-01.

[3]刘双宇.高强度铁基粉末冶金材料复合制备方法及组织性能研究[D].吉林大学，2007-10-25.

[4]冯鹏发，孙军.钼及钼合金粉末冶金技术研究现状与发展[J].中国钼业，2010-06-30.

粉末冶金的优势篇3

1粉末冶金技术应用于钢铁循环经济的意义

1.1提升资源利用率

粉末冶金是制取金属粉末或用含有金属的混合粉末作为原料，通过化学方法、物理方式进行加工，制造金属材料、复合材料以及其他各种类型制品的一种生产、加工技术。在钢铁工业的生产活动中，会产生许多金属粉末和混合粉末，对其进行二次加工可以有效提升铁资源的利用率[1]。

1.2提升经济效益

钢铁循环经济的重要追求之一即是对经济效益的提升，而粉末冶金技术则是钢铁循环经济的重要组成部分，其可以通过对金属粉末的二次利用达到提升企业经济效益的目的[2]。

2粉末冶金技术在钢铁循环经济中的应用

2.1含铁粉末产生的环节

一般来说，钢铁企业的含铁粉末主要是来自于两个生产环节，即炼铁原料系统和出铁口系统，以武汉钢铁集团为例，其部分产生含铁二次资源的统计如表1所示。

2.2制取铁粉的方式和要求

2.2.1利用固体碳制取铁粉

固体碳还原法是目前使用较为广泛的铁粉制取方法，其具有操作简单、技术成熟、经验丰富的优势，其基本原理是将还原剂、脱硫剂加入含铁粉末中，再进行粉碎筛选，直到所获铁粉达到合格要求，具体流程是，在各生产车间放置收集设备，对含铁粉末进行收集，之后对其进行简单加热，使粉末中的水分蒸发，放入反应容器中，加入固体碳还原剂，初步将铁粉和其他杂质脱离，再加入脱硫剂，去除铁粉中的硫化物，之后通过磁化设备进行精选，得到质量较高的铁粉后，通过专业设备进行检测，如果其质量达标，则属于合格产品，可以用于正常使用，如果质量不达标，则需进行二次制取，重新筛选，直到合格为止，利用固体碳回收的铁粉，其品质较高，利用粉末冶金技术，可以将其加工成复合材料和金属材料，用于相关领域[3]。

2.2.2固体碳回收法对含铁粉末的要求

一般来说，含铁粉末是在加工过程或者出铁时产生，由于加工技术、钢铁用途的差异，含铁粉末往往也不尽相同，比如含硫量、其他杂质含量的不同等。主要标准为粉末的铁含量，铁含量在70％以上的混合粉末回收价值较大，由于我国目前对含铁粉末二次加工的技术并不是特别先进，如果混合粉末中铁含量较低，那么加工所需花费和消耗将大于回收的铁粉的价值，二次利用就没有意义了，通常来说，如果混合粉末中铁粉含量低于20％，就不适合通过固体碳方式进行回收，同时，如果混合粉末中盐酸等不溶物的含量大于1％、硫含量大于0.5％，也要考虑更合适的回收方式，比如磁化装置回收法。

2.2.3磁化装置回收法

磁化装置回收法是最简单的铁粉回收法，其基本原理是利用铁元素同极相斥、异极相吸的原理，通过对较大型的装置进行磁化，使其将铁粉从混合粉末中分离出来。磁化装置回收法的基本流程是，在车间、出铁口周围安置混合粉末回收装置，大量收集混合粉末，之后提取部分粉末送检，研究其铁含量，如果铁含量较高，则可以通过固体碳等方式回收，如果其铁含量在30％以下，则表明这部分混合粉末适合通过磁化装置回收法进行回收[4]。

2.3铁粉的压制

通过固体碳、磁化装置等方式完成铁粉收集工作后，需要对铁粉进行压制处理，将其加工成具有一定规格和形状的铁坯，压制处理的方式通常为加压式，即通过物理方法向铁粉增加压力，将颗粒之间的空气挤压出去，使其最终成型[5]。

2.4铁坯的烧结

烧结是压制过后的进行粉末冶金的关键技术。压制成型后的铁坯，往往依然含有较多的杂质、碳化物、硫化物等，通过烧结，可以使铁坯在高温中发生变化，最终将杂质去除。通常来说，烧结分为元烧结和多元烧结，一些特殊的领域也会采用熔浸、热压等烧结方法。烧结环节需要重点注意的是温度，其基本流程是，将铁坯输入烧结设备中，如果采取的是固相烧结，需保持烧结温度低于铁坯的熔点，铁坯只发生纯金属的组织变化，同时铁粉颗粒间黏结、致密化，金属组织间的不会出现溶解，也不出现合金等新型金属。烧结过后的铁坯，基本上可以满足各行业所需，其杂质等经过铁粉制取、烧结已经基本被清除，此时可以根据所要加工的工件对铁坯进行热处理、电镀、轧制等，将其制成工件或者使其符合下一步加工的要求[6]。

2.5回收铁粉的应用

调查显示，利用回收的铁粉进行机械加工，材料利用率往往在90％以上，而直接使用金属材料进行加工，利用率只有50％左右，一个值得注意的现象是，大部分的回收铁粉都被应用于汽车制造行业，日本80％的回收铁粉应用于汽车零部件制造，其行业利润也远大于我国，如何将回收铁粉应用于汽车制造领域或者其他领域，是目前我国相关行业需要考虑的问题。

3总结

对资源进行二次利用，是社会进步的体现，也是时展的要求，在钢铁循环经济中应用粉末冶金技术，充分了解铁粉回收、铁坯压制、铁坯烧结等关键环节并对其进行有效把控，有利于粉末冶金技术的发展、进步，也有利于其在钢铁循环经济中的进一步应用。

作者:胡沙 潘友发 单位:商丘阳光铝材有限公司

参考文献

[1]郭志猛，杨薇薇，曹慧钦.粉末冶金技术在新能源材料中的应用[J].粉末冶金工业，2013，（3）：10-20.

[2]江涛，吕巧飞，张维娜，等.粉末冶金技术在材料科学与工程专业教学实践中的研究和讨论[J].人力资源管理，2014，（4）：182-183.

[3]任朋立.浅析粉末冶金材料及冶金技术的发展[J].新材料产业，2014，（9）：17-20.

[4]陈晓华，贾成厂，刘向兵.粉末冶金技术在银基触点材料中的应用[J].粉末冶金工业，2009，（4）：41-47.

[5]亓家钟.粉末冶金技术的最新进展[J].粉末冶金材料科学与工程，1999，（2）：113-117.

粉末冶金的优势篇4

【关键词】 少无切屑加工技术 汽车传动零部件 加工方式

现有的少无切屑这一类别工艺，包含有精密框架下的锻造技巧、速率很高的切削制造等。在这之中，塑性压力层级内的加工，搭配着粉末冶金、各类别的冷挤压、精密框架下的锻造等。选取出精准的成形路径，去除掉冗余的那些切削。这样的技术，即可节约材料，又可节约工序，且成效凸显，因此，适和汽车配件制造的、尤其是规模较大的批产加工。伴随汽车整体的轻量化发展，这样的加工技术，在汽车传动零部件中，运用也越来越广泛。

1 新颖的楔横轧

入世后，我国既有的制造业，面临了全球框架下的新市场新机遇，尤其是汽车制造这一行业，近年来可谓如日中天迅速发展。而这一行业的发展重心，归结成各类别零部件的制造技术。零部件制造技术，正朝向低耗材、高效率的方向发展，也凸显了轻量化的总态势。这样的趋势，对原有的锻造业，带来了的进步时机。新颖的制造工艺，可以缩减原有的材料耗费，还可增添原有的产出成效，提升配件的内外部质量。

精密框架下的楔横轧，属于传动轴的成形工艺之一。这一工艺带有的规则是：机器含有的两个轧辊，搭配着楔形模具；它们朝向同向去转动，以便带动机器配有的圆形坯件，朝向反向去转动。轧件在这种模型的促动下，被塑造成独有的阶梯轴；它会沿着压缩轴去延展。机器配有的轧辊，每次的转动，都会产出一对新坯件。

这种新工艺，特别适合制造尺寸落差的较大轴类零件，如我厂猎豹、金杯等重卡变速器的中间轴。楔横轧可替换掉陈旧的锻造技巧以及粗车产出的毛坯，还可替换掉精车产出的坯件。具体而言，楔横轧会把原有的产出成效，延展到5倍左右；零部件带有的综合机械特性，会延展35%左右；原有的制造能耗，会被缩减30%左右；均衡框架下的产出成本，会被缩减32%左右；各类别的投资，会被缩减一半。楔横轧工艺的种种优势，正逐步开发应用到各类别的零件坯件轧制中，也带来了楔横轧这一新颖技术的迅速发展。

2 新颖的粉末冶金

粉末冶金框架下的成形技术，应用的范围也很广。这一精密技术，含有少无切削、配料运用层级高、制造流程很洁净、产出成本偏低的独有优点，可用来制造形状偏复杂的、很难经由机械切削的那些零配件，如汽车变速器箱体外壳体及离合器壳体等。粉末冶金，附带着偏高的科技量，也含有很高层级内的附加值。汽车制造工业发展越来越壮大，对异形配件现有的需求也会越来越大。因此，粉末冶金技术的带来的成效也会越来越显著。

新颖的粉末冶金，选取的是灵活的多样原料，经由独有配方，可增添部件原有的性能。这样的粉末冶金不但可以制造外壳体等大型零件，还可以制造出强度偏高、很精密的部件。粉末冶金后经由精整、复压以及关联的复烧制造出来的齿轮，可升至IT5这样的精度层级，等同于滚齿加工的水平，然而，生产效率却高出滚齿许多。由于这种新颖冶金的独有优势，最近几年，它越来越受到注重。

3 传动部件搭配的冷摆碾

汽车附带有扁盘特性的配件制造，可采用冷摆碾这样的加工路径。经由冷摆碾，能制造出垫圈、齿轮或花键。新颖的冷摆碾，与齿形配件整合而产出的加工效果，就归属于转向器配有的变速比齿条。这样的比齿条，涵盖着可被更替的齿形模数，以及可变更的独有压力角。因此，若选取了陈旧的切齿路径，不但制造工序复杂，且会耗费掉偏多的原料。而冷摆碾附带着的模具，在数控系统的精密控制下，因此，化解掉了原有的加工疑难。变速箱上轴类零件的花键大都采用冷摆碾工艺，效果显著。

惯用的冷锻技术，在制造偏长的齿条时，要添加预成型这样的工序；同时，制造出来的齿顶，也很难与既有尺寸契合，这就缩减了模具年限。新颖的摆碾机，可以经由摆头的事先调和，而获取到精准的摆动轨迹，这就促动了齿条慢慢的成形。从现状看，精密框架下的冷摆碾，可制造出很精准的独有齿条；同时模具寿命也延长了。因此，这种传动配件的关联工艺，非常适合精益化生产的需求。

4 传动部件搭配的冷挤压

新颖的冷挤压，也划归为现有的少无切削类技术。这种技术可缩减原有能耗及原有材料，增添产出效率。冷挤压成型过程，是将现有的金属坯件，在特定的压力之下，更替了原有的形态。这样制造出来的齿轮或轴类零件，含有很致密的组织架构，含有连续状态下的金属纤维；且部件带有的耐磨特性以及关联着的疲劳强度，都会超出陈旧的切削配件。在很频繁的冲击态势下，以及荷载偏高的那种工况之下，很适宜选用这样的加工路径。还可根据加工零件的需要，选用特有的冲头，予以反挤压，以便促动它成形，增添配件强度。

在目前原料成本不断上升的态势下，冷挤压这一技术，很适宜用到规模批产的传动部件制造中，我厂的变速箱传动主轴均采用多工位冷挤压工艺，不但省料、余量小，而且精度高、径向跳动小，表面也光滑。

5 结语

规模偏小的、分散态势下的传动零部件制造，没能与其他简单高效的配件规模契合。这样的状态，造成汽车制造中的生产瓶颈。伴随竞争态势的递增，汽车配件这一行业，应着力去缩减原有成本、凸显出优良的配件质地。少无切削这样的配件加工，既含有期待中的经济成效，又能整合起了各类别的冷热工艺，并选取了复合属性的加工原料。经由这种程序，制造出来的传动零件，能与既有尺寸契合，同时又经济高效。

参考文献

[1]牛永生，于海云，孟令军.少无切屑加工技术在汽车传动零部件中的应用[J].机械传动，2005（08）.

[2]李先广，刘飞，曹华军.齿轮加工机床的绿色设计与制造技术[J].机械工程学报，2009（11）.

粉末冶金的优势篇5

关键词：新型；铸造工艺；航空发动机；成本；应用；

中图分类号：O434文献标识码： A

1 前言

航空发动机被认为是迄今为止最为精密和复杂的机械系统（图1，英国罗.罗公司的遄达900涡扇发动机），它也是一个国家的科技和工业水平标志之一，航空发动机的恶劣工况对在中低温条件下工作的低压涡轮叶片、整体叶盘和涡轮机匣等高温铸件的低周疲劳寿命提出了更高要求，目前它的关键热端部位如机匣、燃烧室、涡、叶片等都采用高温合金制作，占到航空发动机重量的40-60%。由于机匣、涡、叶片等零件主体结构大多为薄壁回转体，且内型、外型复杂，因此零件的设计难度大、周期长【1】。

在制作工艺上，普通精铸形成的等轴晶铸件已经很少用于航空发动机的零部件，源于于机匣等部件的形状结构复杂化、大型化和高精度要求、壁厚差大，这些要求均对铸造过程构成巨大挑战，传统铸造易于形成晶粒粗大、偏析严重、缩孔、疏松等缺陷。其次，涡等复杂铸件在普通熔铸生产工艺条件下，一般为粗大的树枝晶或柱状晶,由于晶粒粗大及组织、性能上的各项异性，很容易导致铸件在使用过程中疲劳裂纹的产生和发展[2]。因此，为保证发动机零部件的使用寿命，采用常规的“铸造+锻造+机加工”工艺制作的零部件才能满足使用寿命，但此工艺的原材料浪费多，不利于节约资源。

2 航空发动机零部件铸造工艺的形成及意义

2.1工艺形成基础

随着国防科技的发展，由于航空发动机工作温度提高，对叶片等合金的热强性能提出了进一步要求，使发动机零部件高温合金化程度不断提高，这就给压力加工过程带来很大的困难。因此针对复杂、高合金化航空发动机零部件的铸造工艺应运而生。本工艺利用国内现有生产设备优势，采用“真空感应+真空自耗+粉末冶金（PM）+热等静压（HIP）+热处理”的铸造工艺，有效地克服了零件大型化关、复杂关、质量关、资源浪费关。该工艺生产的制品性能与“冶炼+精密铸造”和“冶炼+铸造+机加工”等常规工艺的制品相比具有一系列优点：（1）材料无偏析，均匀性、稳定性、力学性能、抗腐蚀性能均好；（2）材料的晶粒比常规加工的细，因此可以方便地使用超声波无损探伤或100%的红外线探伤检测，故产品的可靠性高；（3）可直接做成最终尺寸的产品，因此比常规工艺可少用料50%以上，有效地节约了稀缺战略资源；（4）目前“PM+HIP”工艺中使用的模具可以用焊接组成，形状任意变化，部件的设计自由度较大，可制作各种异形体及整体部件，提高了制品整体的可靠性和成品铸件的力学性能和表面质量；（5）L.S.Ng等人用热等静压处理工艺处理M200高温合金粉末，结果表明：热等静压提高烧结试样的密度达到一个很好的值，这个值为99.6%。热等静压提高屈服强度，其平均数达到1123MPa，比真空烧结试样提高7.8%[3]。因此，用“真空感应+真空自耗+PM+HIP+热处理”工艺生产的发动机零部件，可使其力学性能、晶粒度、表面及内部质量均达到要求。

2.2工艺形成的战略意义

因此该铸造工艺的发展，将同时解决发动机生产周期长、产品质量不满足使用寿命、战略资源短缺等问题；目前我国新型战机对动力系统的需求主要依赖从俄罗斯、乌克兰进口，这样必将受制于人。该铸造工艺生产的发动机零部件将有效填补我国完全依赖进口的空白。同时，受到国内制造工艺水平以及理论基础等的限制，在某些关键材料使用寿命问题上与国外有较大程度的差距。因此开展航空发动机用关键铸造工艺开发，对解决我国重要型号研制的物资需求，对于推动我国新型航空飞机的研制乃至对国防建设具有重要意义。

3 新型铸造工艺路线具体方案

近十几年，国内外高温合金研究者经过大量的技术、工艺改进，使高温合金铸件的晶粒组织得到了明显改善，铸件整体趋于均匀、细化。然而，因为细晶工艺的凝固过程有很强的形成显微疏松的倾向，其内部一般都存在不同程度的疏松等缺陷，使其力学性能和使用可靠性降低。本工艺采用“真空感应+真空自耗+PM+HIP +热处理”能同时解决航空发动机零部件的力学性能、尺寸精度、异型尺寸、表面和内部质量问题。

3.1 新型铸造工艺路线

3.2工艺技术关键点

航空发动机零部件大部分采用高温合金钢制作而成，因其使用环境的特殊性，本工艺的关键技术是突破点：

3.2.1 航空发动机零部件质量的特殊要求

（1）公差等级：因发动机铸件为大型、复杂、异型零部件，同一截面尺不均匀、精度要求高；

（2）力学性能：航空发动机的零部件承受多种载荷如轴向力、扭矩、弯矩以及内压等，因此对于发动机零部件的力学性能要求极高；

（3）表面质量：航空发动机零部件具有精密的外形尺寸，因此铸件表面及内部质量不允许有裂纹、冷隔、欠铸、缩孔及高密度夹渣对应和穿透性的缺陷；表面粗糙度、尺寸公差等也有严格要求；

3.2.2工艺技术关键点

（1）母合金成分设计与试样力学性能的匹配，试样力学性能合格与否关系着成分设计的成熟性；

（2）粉末冶金制备技术的优化，根据零部件性能大小要求选择粉末制剂方法；

（3） 热等静压制备技术的理论和实际生产的结合成熟性；

（4） 铸件热处理：对于复杂形状铸件的热处理工艺将是一种新的探索；

（5）粉末冶金和热等静压成型模具材料的选择与尺寸公差的设计；

3.3具体实施方案

（1）、根据各钢中各元素的不同作用，缩小化学成分范围，设计出理论上能达到铸态组织下的性能要求；

（2）、制定初步冶炼技术条件，采用小真空炉（约25Kg）冶炼，浇铸成小试样，试样热处理后，分析力学性能；

（3）、试样性能如不符合标准要求，则重新调整化学成分和热处理工艺；

（4）、试样性能测试达到标准值，则将该工艺固化进行大生产；

（5）、氩气雾化法制造粉末（AA粉）【4】，采用粉粒度相对细小、夹杂物尺寸小的AA粉，可有效提高发动机零部件的低周疲劳寿命、可靠性和使用寿命；其次，对粉末进行双真空脱气和双韧化处理，可提高铸件的致密度和改善材料的强度和韧性；

（6）、用3D打印技术设计制造接近成品尺寸的钢模；

（7）、将制作好的高温合金粉末按照设计好机匣尺寸的模具包套，制造成与机匣尺寸接近的毛坯件；

（8）、将粉末铸件包套，装入HIP装备中，在1000-2000℃和≤200MPa压力下进行4小时热等静压工艺处理；

（9）、铸件热处理：因铸件结构复杂、尺寸不均匀等，毛坯热处理制度参照小试样的制度执行;

（10）、铸件毛坯表面局部处理后用红外线探伤，合格品交付；

4 应用与发展趋势

近几年来，随着国际技术交流合作不断加强，航空领域材料生产工艺制备也逐渐进入更深层次的合作研制，粉末冶金和热等静压技术在应用开发和设备改进方面的技术也得到了大幅度提高，产品质量走向高端成熟阶段。在未来几年，PM和HIP技术将向更高层次发展：

4.1 PM发展方向主要有：（1）纯净度冶炼和粉末粒度细小、非金属夹杂含量低；（2）先进的热处理技术和合金致密化程度；（3）开发新型高温、超高温难熔金属技术。

4.2 HIP发展方向：（1）成熟的计算机软件开发在HIP技术方面的研究；（2）开发大尺寸HIP设备以适用于更多领域；（3）提高我国HIP设备的设计制造水平、自动化水平。

5 仍需要解决的问题

在当前技术条件下，尽管“PM+HIP”技术能用于工业生产的各个领域，但随着产品质量的要求越来越高、稀缺金属锐减、航空发动机等产品产业化趋势增强等一系列问题，给现阶段的PM、HIP和装备带来严峻的考验，新型铸造工艺的开发和大型精密装备的研制将是科技工作者下一步需要解决的工作重点。

6结语

21世纪，科技进步已进入稳定增长轨道，但国内航空发动机的研究水平和国外相差约10年，性能与国外航空强国相比还存在一定的差距，还难以满足我国第四、第五代新型战机研制及产业化需要。而作为航空高端装备制造产业中的项目之一，突破航空发动机关键工艺技术、加快推进航空发动机产业化，自主研制新型发动机，对提升我国的国际影响力和军事威慑力具有重要战略意义。因此PM和HIP技术以其先进的技术特点、低成本优势和高质量的生产制品应用于航天航空等制作复杂备件的各个领域，将是国内外关注和研发的热点。

参考文献

【1】刘林，高温合金精密铸造技术研究进展 . 铸造杂志2012,11:1273-1274.

【2】刘林，高温合金精密铸造技术研究进展 . 铸造杂志2012,11:1274-1275.

【3】施辉献等，热等静压技术的若干应用及发展趋势.云南冶金2013（42）:52-57.

粉末冶金的优势篇6

【关键词】TiAl合金；抗氧化性能；高温结构材料

随着科学技术日新月异的发展和航空航天以及汽车工业对结构材料的需求，促进了新材料的诞生。作为传统的高温结构材料-钛基合金和镍基合金，其工作温度分别为600℃和1100℃，密度分别为4.5g/cm3和8.3cm3，他们的潜力已基本挖掘殆尽。因此，高温金属间化合物引起了人们的关注，金属间化合物因其金属键和共价键的存在，以及原子的长程有序排列，使其具有陶瓷不可比拟的韧性和一般金属无法达到的比刚度与比强度。其中最具有代表性的是TiAl基金属间化合物，其密度仅为镍基合金的一半，而且其抗氧化性能和抗蠕变性能优异。通过控制显微组织可以优化合金的综合力学性能，但TiAl合金的低室温塑性仍是一个问题关键，以及800℃以上的长时间应用，其抗氧化性能还不足。目前改善室温塑性的方法有：改善微观组织，细化晶粒尺寸；微合金化；合适的制备工艺等。

1、合金的成分设计研究进展

自20世纪50年代中期TiAl合金出现以来，其室温脆性这个难题一直难于解决。直到20世纪80年代，TiAl合金被美国宇航局定为优先发展的高温结构材料，并决定将此材料应用于军用飞机的发动机中，从而引起了TiAl合金研究的热潮。到目前为止，TiAl合金已经历了四代合金。第一代由美国空军材料研究所和Pratt-Whiney公司共同研发，但其断裂韧性和冲击韧性无法满足要求；第二代合金（Ti-48Al-2Cr-2Nb）由美国GE公司开发并应用到了压气机低压叶片；第三代与第四代合金是研究者近十年来的发展成果。但综合来看，微合金化主导者TiAl合金的发展方向，但是在制备方面没有出现很大的改变。经研究，现将合金元素对TiAl合金性能作用总结如下：

1）提高合金塑性：V，Mo，Cr，B，Mn，RE，Si，Ni；

2） 提高合金的抗氧化性能：Nb，Cr，W，Mo，Ta，Si，Sb；

3） 提高合金的抗蠕变性能：Si，Er，Nb，W，Ta，C，N，O；

4） 提高合金的强度：Nb，Mo，W，B，C，N；

5） 提高合金的断裂韧性：Cr，C，N；

6） 提高合金的显微硬度：W，Si，Nb；

目前所研究的TiAl合金均指的是α2-Ti3Al和γ-TiAl双相合金，因为它的综合机械性能均优于任何一种单相合金。娄贯涛等人通过实验研究了Al、Mo含量对钛合金的影响，发现Al、Mo含量的协同作用使得合金塑性得到了提高。魏强等人通过原子嵌入的方法研究了第三组元W、Cr、Mo对TiAl合金脆性的影响，发现掺杂后的TiAl合金其延展性得到了很好的改善；Cr的加入替代了Ti晶位，减弱了Mo和W对合金硬度的影响。林均品等人利用铸锭冶金方法制备了名义成分为Ti45Al8Nb（0，0.1，0.3，0.4，0.6，0.8，1.0）Y（at%）的合金，经多次熔炼后获得铸锭试样，然后对试样进行循环热处理发现，Y元素的加入，细化了合金晶粒，使氧化膜颗粒更加致密，提高了表面氧化膜和基体的结合性能；并且确定了当合金成分为Ti45Al8Nb0.3Y时，其抗氧化性能最佳。他的另一实验研究中，以Ti45Al8Nb，Ti45Al12Nb，Ti52Al8Nb， Ti52Al12Nb四种成分为研究对象，发现这四种含Nb合金的抗氧化性能均优于不含Nb的合金；高Al含量的合金氧化膜更为稳定，而且氧化膜下为贫Al区；Al和Nb协同作用提高着TiAl合金的抗氧化能力。自此以后，TiAl合金成分朝着高Nb低Al的方向发展。

我国的高Nb-TiAl合金研究已独具风格，国内几所高校重点实验室已全面彻底地对Ti-Al-Nb系合金展开了研究，如科技大学重点实验室、西北有色金属研究院等通过实验为高Nb-TiAl合金的发展提供了坚实的理论基础。北京科技大学重点实验室通过实验发展了Ti-45Al-10Nb和Ti-45Al-18Nb两种合金，其强度高于普通TiAl合金，比强度更是优于传统的镍基合金。而且他们还系统的分析了合金成分对高Nb-TiAl组织与性能的影响，还详细研究了W、Cr与合金组织的关系。中南大学与美国国家实验室联合研究了Ti-Al-Nb-W-B系合金，分别通过熔铸和粉末冶金工艺制备了综合力学性能良好的高Nb钛铝合金，并通过热处理进一步细化了合金晶粒，提高了合金性能。

2、TiAl合金的制备方法研究进展

TiAl合金的制备方法与传统的镍基很近相似，主要方法有铸锭冶金、铸造和粉末冶金。随着粉末冶金理论与技术的发展，这种制备方法有着巨大的潜力。TiAl合金制备方法如图2.1所示。

图2.1 TiAl合金制备方法

2.2.1铸锭冶金

合金通过熔炼，通常使用感应凝壳炉，也采用等离子冷坩埚炉来熔炼。然后对其进行锻造、挤压、热等静压或是热处理，均能得到成分均匀、组织细小的TiAl合金，然后经过轧制、塑性成形来获得所需要的合金材料。因合金中Nb、W的偏析严重，往往组织中含有β相的存在，又因Ti、Al在高温下活性极高，对间隙元素H、C、O、N等极为敏感，所以选择合适的熔炼工艺也极为重要。为了得到所需的微观组织，研究学着往往通过多种工艺进行复合处理，代替传统的加工手段，来获取均匀细小的组织。

2.2.2铸造

铸造作为一种传统的材料制备方法，有着成本低，甚至可实现近净成形的优点，但是铸造TiAl合金组织粗大，成分偏析严重，所以此成形方法发展前景有限。

2.2.3粉末冶金

粉末冶金方法主要有：真空热压烧结、热等静压、注射成形和无压烧结等，它可以解决熔铸中产生的成分偏析、组织粗大、铸锭中心孔洞等缺陷，而且粉末冶金的原材料为单质元素分或是预合金粉，所以这与TiAl微合金化的发展是极为适合的。但是，粉末冶金所需的合金粉制备工艺要求严格，成本高，很难实现大规模的工业生产。这就要求学者寻求一种最为合适的粉末制备工艺和合金的冶金工艺。

无论是微合金化或是先进的成形制备工艺，对制备出的TiAl合金进行适宜的热处理，在细化合金组织，稳定合金结构方面有着不可忽视的作用。根据人处理工艺的不同，可以得到四种不同的显微组织形貌：全片层组织（FL）、近全片层组织（NF）、双态组织（DL）和近γ（NG）组织。经学着分析，全片层组织的合金晶粒粗大、塑性差，但具有良好的断裂韧性和高温抗蠕变性能；近全片层组织的合金，其强度高，但塑性中等；双态组织的合金，除拉伸塑性优异外，其他性能均较差；近γ组织合金，各项性能均较差，科研学者已很少关注。

3、展望

TiAl作为航空航天领域及其重要的高温结构材料，学者们已定出了合金成发展方向为高Nb低Al，但是关于多数的单合金元素对其性能的影响，尤其是多种合金元素的协同作用对合金性能的影响机理还不够完善，需在这一方面进一步研究。另一方面，在TiAl合金的成形方面，需提高铸锭的质量，或通过合适的热处理工艺来使其组织均匀化；进一步研究粉末冶金在TiAl合金中的应用，有其是注射成形方面，寻求合适的成形工艺。

参考文献

[1]沈勇，丁晓非，王富岗，谭毅，Jenn-Ming Yang.高铌TiAl基合金高温抗氧化性能研究[J].中国腐蚀与防护学报，2004，24（4）：203-207.

[2]林有智，傅高升，曹睿，陈剑虹，胡大为.γ-TiAl 基合金压缩损伤与断裂行为的研究[J].稀有金属，2014，38（2）：334-339.

[3]王刚，郑卓等.TiAl预合金粉末的表征和后续致密化显微组织特点[J].金属学报，2011，47：1263-1269.

[4]赵晓红.粉末冶金TiAl基合金的制备与高温压缩变形行为研究[D].哈尔滨工业大学硕士学位论文，2008：14-17.

[5]李志强，韩杰才，郝晓东等.烧结合成TiAl金属间化合物的反应机制[J].稀有金属材料与工程，2002，1（1）：4-7.

[6]刘咏.元素粉末冶金TiAl基合金制备工艺及成形技术[D].湖南：中南大学，1999：38.

作者简介

粉末冶金的优势篇7

1. 激光熔覆技术

激光熔覆技术的研究始于20世纪70年代, 美国AVCO公司就汽车发动机许多易磨损件进行了激光熔覆技术的研究。1981年英国Rolls.Royce公司成功在喷气发动机叶片上涂覆钴基合金面并显着提高了其耐磨性。由于这一新技术具有巨大的发展潜力，并能产生较大的经济效益，因此，在生产中获得了广泛推广及应用。

激光熔覆技术在目前材料表面改性技术中应用较广泛。激光熔覆是在基体上添加不同成分的材料，利用高能激光束辐照基体，熔覆粉末和基体形成一薄层，这一薄层快速熔化并凝固成形，且基体对熔覆层稀释度极低，因此熔覆层与基体冶金结合良好，可以制备耐热、耐蚀、耐磨、抗氧化、抗疲劳或具有光、电、磁特性的表面保护涂层。

2. 激光熔覆工艺方法

按熔覆材料的供给方式不同，激光熔覆工艺方法分为两种：激光熔覆合金预置法和合金同步送粉法。科技论文。

2.1 合金预置法

合金预置法是在基体的表面上通过一些方法将预涂材料置于其上，然后采用高能激光束辐照，涂层表面吸收能量使熔覆部位迅速升温、气化和熔化，激光束离开后，熔覆层与基体呈现良好的冶金结合。

熔覆材料的加入形式通常有粉末、丝材、板材三种，其中以粉末的形式最为常用。预置法一般包括粘结法和热喷涂法。对于粉末类材料，预置的两种方法都可以。热喷涂主要优点是喷涂效率高、容易控制沉积厚度的均匀性，且与基材接合牢固，这种方法不足之处是粉末利用率低，受工件形状限制和成本相对较高。粘接法是利用粘结剂，在基底材料的表面上，将粉末调和成膏状涂上，这种方法的不足之处在于效率低，很难得到厚度均匀的涂层，可能会妨碍熔化或引起过渡稀释；同时由于沉积层的导热性不好，会消耗更多的能量；通常仅对熔覆面积较小的工件适用，这种方法在实验室里采用。对于丝类合金材料，既可利用预置粘结法，也可利用热喷涂法进行喷涂，但板类合金材料主要利用预置粘结法。科技论文。

2.2 合金同步送粉法

合金同步送粉法是将材料直接送入激光工作区，使供料和熔覆同时完成。利用激光作用，把熔覆材料和基体一起熔化，然后冷凝成熔覆层。这种方法可以把激光能量充分利用，大大降低了熔覆层的不均匀性，同时还减少了激光对基体的热作用。合金同步送粉法过程比较简单，而且耗材少，同步送粉法可控性好，在实际应用中是很好的方法。与预置法相比，同步送粉法是激光熔覆技术的发展趋势。

3. 激光熔覆材料体系现状

激光熔覆粉末按照材料成分构成不同，主要分为自熔性合金粉末、陶瓷粉末和复合粉末等。

3.1自熔性合金粉末

自熔性合金粉末指加入具有强烈脱氧和自熔作用的Si、B等元素的合金粉末。目前常用的是Ni基、Co基和Fe基自熔性合金粉末。

Ni基合金粉末：这种合金粉末应用广泛，具有合理性价比和良好材料性能，如具有良好的韧性、抗氧化性等性能，因而在激光熔覆材料中被研究的最多、应用的最广。Ni基自熔性合金粉末可分为Ni-B-Si和Ni-Cr-B-Si两个合金系列。Ni基自熔性合金粉末主要适用于局部要求耐磨、耐热腐蚀的构件, 熔覆Ni基的功率密度比铁基要高一些。Ni基合金粉末不足之处是耐高温性能较差。Ni基合金粉末中常用的是Ni60，Ni45。

Co基合金粉末：具有良好耐高温性能，耐磨耐蚀性能也比较强，经常被应用于石化和冶金等领域。另外，钴基粉末合金在熔化时有很好的润湿性，其熔点相比碳化物要低，受热后Co元素最先熔化，与合金凝固时最先形成新物相，得到光滑平整的熔覆涂层，提高熔覆层与基体的结合强度。目前，常用的Co基合金的主要元素是Ni、C、Cr 和Fe 等，其中Ni元素用来降低Co基合金熔覆层的热膨胀系数,减小合金的熔化温度区间，有效抑制熔覆层开裂现象,提高熔覆层对基体的润湿性。Co基合金粉末不足之处是价格较高。

Fe 基合金粉末：Fe基合金作为激光熔覆材料，适用于温度要求不高(温度小于400℃)的耐磨零件，基体多为铸铁和低碳钢,其最大优点是成本低耐磨性强。科技论文。Fe基合金的主要元素是Ni、B、Si及Cr 等元素，其中B、Si及Cr元素是用来提高熔覆层的硬度和耐磨性, Ni元素用来提高熔覆层的抗开裂能力。由于铁基合金成本低，经常代替镍基合金使用，与Ni基合金相比，铁基合金作为激光熔覆层的不足之处是熔覆层韧性稍差。

综上，Ni基或Co基合金具有良好的自熔性和抗氧化性，较高的耐蚀性能，Ni基或Co基合金粉末的自熔性比Fe基合金粉末要好，但价格也比Fe基自熔性合金粉末高； Fe基合金粉末虽然比Ni基或Co基合金粉末便宜，但自熔性差，抗氧化能力差。具体使用时，应合理选择自熔性合金粉末。

3.2陶瓷粉末

陶瓷粉末主要有两种：硅化物陶瓷粉末和氧化物陶瓷粉末,其中用的最多的是氧化物陶瓷粉末。陶瓷粉末作为熔覆层有很多优点，如耐磨耐蚀等性能都比较强，所以陶瓷粉末常被用于制备高性能熔覆层；目前，研究生物陶瓷材料也是一大热门。

激光熔覆金属陶瓷可以通过高能激光束作用，在金属表面熔覆一层陶瓷材料，结合区形成均匀、致密且与基体结合牢固的复合层。陶瓷材料作为熔覆层有耐磨耐蚀的优点，但陶瓷材料作为熔覆层也有不足之处，这种材料与基体的热膨胀系数、弹性模量及导热系数等差别较大,这些性能的不匹配造成熔覆层开裂现象和空洞现象。近年来，用激光的高能量熔覆涂层技术，可以得到高硬度和耐磨损的陶瓷涂层。

3.3复合粉末

复合粉末是指陶瓷材料和金属合金混合在一起的粉末，作为熔覆材料，这种粉末相比金属粉末具有更强的材料特性，在目前材料表面改性方面应用比较广泛。陶瓷材料包括碳化物、氮化物、硼化物、氧化物及硅化物等硬质材料。复合粉末和不同成分的合金粉末进行机械混合的粉末不同。不同点在于复合粉末中的单个粒子的组成成分，至少要有两种或两种以上不同成分的固相材料，而且不同成分的固相材料有明显的相界面，不同成分的固相组元之间一般为机械结合。利用激光熔覆技术，把复合粉末制备成陶瓷颗粒增强金属基复合涂层,这种熔覆层很好地将合金材料的高强度、高韧性和陶瓷颗粒相优异的耐磨、耐蚀和耐高温等性能结合在一起。

复合粉末能大大提高熔覆层的耐磨性能，应用最多的是钴包碳化钨和镍包碳化钨。在复合粉末中，碳化物颗粒的加入方式有两种：第一种方式是直接加入激光熔池；第二种方式是直接与金属粉末混合成粉末。其中第二种方式是比较有效的，因此用的比较多。

4 结论

除自熔性合金粉末、陶瓷粉末和复合粉末外，激光熔覆粉末材料还包括铜基、钛基、铝基、镁基等以及金属间化合物基材料等。这些材料多数是利用合金体系的某些特殊性质使其达到耐磨减摩、耐蚀、导电、抗高温、抗热氧化等多种功能。

粉末冶金的优势篇8

【关键词】药型罩；粉末；聚能破甲

0.引言

药型罩材料是聚能效应能量的载体，其性能直接影响着射流质量的优劣。在现代反装甲战争中，如何提高聚能射流的侵彻性能是世界各国竞相研究的课题。解决这一问题的关键在于控制射流或弹丸的长度、形状、质量等，而其中药型罩材料的选择是关键因素之一，合适的药型罩材料可不同程度地改善战斗部的侵彻性能[1]。本文介了近几年国内外药型罩材料的发展与现状，详细介绍了几种金属粉末在药型罩中的应用。

1.单金属粉末药型罩材料

根据侵彻流体动力学理论[2]，金属射流的侵彻深度H可用下式表示：

H=（v■-v■)t■(?籽■/?籽■)■ （1）

式中，v■为射流头部速度；v■为射流尾部速度；t■为射流断裂前持续时间；?籽■为药型罩材料密度；?籽■为目标靶材料密度。

由式（1）可知当药型罩材料的?籽■高、v■大、延展性好时，射流在侵彻之前就能充分拉长而不断裂，此时t■的时间就相对长，最终金属射流的侵彻深度H就随着增大。因此若想药型罩破碎性好，侵彻能力强，我们在选择材料时就要求材料的密度高，声速大，延展性好。常用的粉末药型罩材料有铜粉、钨粉等。

铜粉（Cu)具有密度较大(8.9g/cm3)、熔点适中(1083℃)、声速较高(4.7km/s)、塑性好、有一定的强度等特点，易于形成延展性好、不易断裂、不气化的金属射流，而且价格便宜，所以是制造药型罩的首选材料[5]。国内的铜粉主要有两种形貌的铜粉：枝形粉和球形粉。枝形粉的成形性好，粉末罩结合强度高，但是流动性差，易氧化，并且容易形成杵堵。而球形铜粉价格低，流动性好，保质期长，不易于形成杵堵;但成形性差，压制的粉末罩结合强度低，易破碎。因此在实际生产中可以合理的搭配使用，充分发挥两种粉末各自的优点。李如江[6]等对铜粉末药型罩进行了实验研究。得出孔隙度为11.4%和9.3%的铜粉末药型罩，聚能射流分别在1.1～3.0倍和1.1～2.2倍装药口径的炸高范围内，穿深要比密实的药型罩具有明显的优势。

钨（W）因具有高声速(常温下声速为4.03km/s)、高密度(19.3g/cm3)、高熔点（3400℃）、良好的延展性等优异性能，成为有前景的新型药型罩材料。高声速是获得高连续射流头部速度所必需的，而高的材料密度是提高侵彻威力所必需的。钨是体心立方金属，具有较高的动态性能。根据侵彻流体动力学理论，侵彻能力与材料密度的关系可用平方根定律描述。如果钨射流具有较高的头部速度，就能更有效地对抗反应装甲，缩短贯穿时间。在掠飞攻顶侵彻情况下更希望有尽可能快的射流速度。1996年英国国防研究局研究对比了重金属药型罩的射流性能，发现热压烧结锻造切削成形工艺制造的纯钨药型罩(晶粒直径约15μm)的射流断裂时间为221.5μs，射流长度为881.0mm，性能优于纯铜药型罩(晶粒直径约10μm，射流断裂时间142.0μs，射流长度671.0mm)。

2.多种金属复合粉末药型罩材料

从文献[5]可以看出单金属粉末药型罩的力学性能明显低于多种金属复合粉末罩的力学性能，说明了多种金属复合粉末罩的优越性。常用的复合粉末罩有：钨铜粉末药型罩、钨铜镍复合粉末型罩、钨铜铋复合粉末药型罩等。

钨铜复合材料（W-Cu）是由高熔点、高密度、高硬度、低膨胀系数的钨和高导电、导热率的铜所构成的假合金。由于钨铜不互溶，钨铜复合材料目前多采用粉末冶金方法制备。常规工艺的产品密度低，成分均匀性差，性能很难满足高要求。为改善该材料使用性能，国内外学者多年来对其制备工艺进行了大量研究[6~7]。Janet研究了钨铜药型罩烧结工艺对射流性能的影响，Jackowski研究了铜粉末药型罩再压对射流断裂时间的影响，Seong研究了锻压钨铜药型罩聚能射流的侵彻性能，王凤英[8]、王铁福等通过试验，研究了钨铜射流的侵彻性能。

钨-铜-镍合金粉（W-Cu-Ni）是广泛应用的一种用于制造粉末药型罩材料。该合金药型罩所形成的射流，具有高性能聚能装药射流的两种特性，即高密度和在射流断裂前的高延伸性。王凤英等人对钨-铜-镍合金粉末罩进行了详细的研究，对比研究了钨铜镍罩和紫铜罩的射流变化及破甲深度。从射流形态上看，钨铜镍罩射流粗，边缘不光滑，呈现各种形状的颗粒，但均未断开，而紫铜罩射流断裂颗粒呈蛋形。从破甲穿深看，钨-铜-镍合金粉末的侵彻性能比紫铜罩提高约38%，而且光滑无杵。

钨铜铋复合粉(W-Cu-Bi)是现用石油射孔弹药型罩的主要成分。通常，铜钨射流在形成后，会迅速弥散，形成较差的疏散性射流，这是不利于破甲的。铋粉的熔点较低，不能单独制备药型罩，但是添加铋可使金属射流保持连续性，从而减少杵堵的发生。铋起到射流改善剂的作用。在射流的形成和拉伸阶段，在冲击波作用下，药型罩内的空穴进行绝热压缩，理论估算其瞬时温度远高于铋的熔点（熔点为271.4℃），但这一时间极短，虽然不足以使铋大量气化，但可以使其全部或大部分处于熔融状态，当在粉末药型罩材料中添加适量的铋后，因为射流是处于固液混合态的，其中的液体部分可以利用表面张力约束射流，保持射流的表面光滑和轴对称性，推迟射流断裂的时间。根据侵彻流体动力学理论，加入铋后复合粉末罩的侵彻能力有很大提高。

3.存在的问题及发展前景

粉末药型罩虽然具有传统密实材料所不具有的力学性能，但是也存在一些问题。例如：

（1）如何合理的选择和搭配粉末材料。根据材料的不同性质，若选取搭配的好，可以增加粉末药型罩延展性，提高射流的速度和侵彻能力。在改善药型罩材料性能的同时降低材料的成本。

（2）如何利用先进的制造技术。复合粉中由于各成分的密度、粒度差别较大，在混粉和压制时极易形成成份偏聚，所压制的粉末罩质量分布不均匀而影响使用性能。

（3）粉末药型罩从本质上来说属于多孔材料，孔隙度是影响多孔射流稳定性的一个重要因素。合适的孔隙度可以延长聚能射流的断裂时间，提高射流的稳定性和侵彻能力。

（4）如何提高聚能射流的后效性能。由一些含能物质构成的药型罩所形成的射流在侵彻目标的过程中会发生剧烈的化学反应，发生爆炸，产生二次爆炸效应。

以上存在的问题是粉末药型罩要改进的地方，也是粉末药型罩发展的趋势。

【参考文献】

［1］Alistar Doig.Some Metallurgical Aspects of Shaped Charge Liners[J].Journal of Battlefield Technology,1998,1(1).

［2］Cowan K G,Bourne B,Dobison G.Characterisation of shaped charges containing heavy metal conical liners[C].16th Internation Symposium on Ballistics,1996:623.

［3］A dam Jackowsk i,Edward Wlodarczyk.The influence of repressing liners made from sintered copper on jet format ion [J].Journal of Materials Processing Techno logy,2006,171:21-26.

［4］李如江,沈兆武,刘天生.铜粉末药型罩试验研究[J].工程爆破,2008,14(3):18-22.

［5］Manfred Held. Liners for shaped charge [J]. Journal of Battlefield Technology, 2001,4 (3):2-11.

［6］范景莲,刘军,严德剑.细晶钨铜复合材料制备工艺的研究[J].粉末冶金技术,2004,22(2):83-86．

［7］杨明川,宋贞桢,卢柯．W-20％Cu纳米复合粉的制备[J]．金属学报,2004,40(6):639-642．