粉末冶金的現(xiàn)狀以及發(fā)展趨勢

時(shí)間：2022-10-06 05:31:08 本科畢業(yè)論文我要投稿

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　　粉末冶金的現(xiàn)狀以及發(fā)展趨勢

　　【摘要】粉末冶金是用金屬粉末(或金屬粉末與非金屬粉末的混合物)作為原料，經(jīng)過成形和燒結(jié)制成金屬材料、復(fù)合材料以及各種類型制品的工藝過程。

　　粉末冶金它具有低耗節(jié)能、材料利用率高、高效省時(shí)等優(yōu)點(diǎn)，但其也存在一定不足，如金屬粉末和模具費(fèi)成本高，產(chǎn)品尺寸的大小和形狀受限制，產(chǎn)品韌性較差等。

　　目前粉末冶金廣泛應(yīng)用在硬質(zhì)合金制作、多孔材料、難熔金屬材料、磁性材料、金屬陶瓷等。

　　【關(guān)鍵詞】粉末冶金歷史基本工序粉末冶金優(yōu)勢與不足趨勢

　　1 粉末冶金的歷史

　　粉末冶金發(fā)展經(jīng)歷三個(gè)階段：

　　20世紀(jì)初，通過粉末冶金工藝制得電燈鎢絲，被譽(yù)為現(xiàn)代粉末冶金技術(shù)發(fā)展的標(biāo)志。

　　隨后許多難熔金屬材料如鎢、鉭、鈮等都可通過粉末冶金工藝方法制備。

　　1923年粉末冶金硬質(zhì)合金的誕生更被譽(yù)為機(jī)械加工業(yè)的一次革命;20世紀(jì)30年代，粉末冶金工藝成功制得銅基多孔含油軸承。

　　繼而發(fā)展到鐵基機(jī)械零件，并且迅速在汽車、紡織、辦公設(shè)備等現(xiàn)代制造領(lǐng)域廣泛應(yīng)用;20世紀(jì)中葉以后，粉末冶金技術(shù)與化工、材料、機(jī)械等學(xué)科互相滲透，更高性能的新材料、新工藝發(fā)展進(jìn)一步促進(jìn)粉末冶金發(fā)展。

　　并使得粉末冶金技術(shù)廣泛應(yīng)用到汽車、航空航天、軍工、節(jié)能環(huán)保等領(lǐng)域。

　　2 粉末冶金的基本工序

　　(1)粉末的制取。

　　目前制粉方法大體可分為兩類：機(jī)械法和物理化學(xué)法。

　　機(jī)械法是將原材料機(jī)械地粉碎，化學(xué)成分基本不發(fā)生變化。

　　物理化學(xué)法是借助化學(xué)或物理作用，改變原材料的化學(xué)成分或聚集狀態(tài)而獲得粉末。

　　目前工業(yè)制粉應(yīng)用最為廣泛的有霧化法、還原法和電解法;而沉積法(氣相或液相)在特殊應(yīng)用時(shí)也很重要。

　　(2)粉末成型。

　　成型是使金屬粉末密實(shí)成具有一定形狀、尺寸、孔隙度和強(qiáng)度坯塊的工藝過程。

　　成型分普通模壓成型和特殊成型兩類。

　　模壓成型是將金屬粉末或混合料裝在鋼制壓模內(nèi)，通過模沖對粉末加壓，卸壓后，壓坯從陰模內(nèi)壓出。

　　特殊成型是隨著各工業(yè)部門和科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，對粉末冶金材料性能及制品尺寸和形狀提出更高要求而產(chǎn)生。

　　目前特殊成型分等靜壓成型、連續(xù)成型、注射成型、高能成型等。

　　(3)坯塊燒結(jié)。

　　燒結(jié)是粉末或粉末壓坯，在適當(dāng)?shù)臏囟群蜌夥諚l件下加熱所發(fā)生的現(xiàn)象或過程。

　　燒結(jié)可分單元系燒結(jié)和多元系固相燒結(jié)。

　　單元系燒結(jié)，燒結(jié)溫度比所用的金屬及合金的熔點(diǎn)低;多元系固相燒結(jié)，燒結(jié)溫度一般介于易熔成分和難熔成分的熔點(diǎn)之間。

　　除普通燒結(jié)外，還有活化燒結(jié)、熱壓燒結(jié)等特殊的燒結(jié)方法。

　　(4)產(chǎn)品的后處理。

　　根據(jù)產(chǎn)品的性能要求不同，一般會對燒結(jié)品再進(jìn)行加工處理。

　　如浸油、精整、切削攻牙、熱處理、電鍍等。

　　3 粉末冶金的優(yōu)勢與不足

　　粉末冶金的優(yōu)勢：粉末冶金燒結(jié)是在低于基體金屬的熔點(diǎn)下進(jìn)行，因此目前絕大多數(shù)難熔金屬及其化合物都只能用粉末冶金方法制造;粉末冶金壓制的不致密性，有利于通過控制產(chǎn)品密度和孔隙率制備多孔材料、含有軸承、減摩材料等;粉末冶金壓制產(chǎn)品的尺寸無限接近最終成品尺寸(不需要機(jī)械加工或少量加工)。

　　材料利用率高，故能大大節(jié)約金屬，降低產(chǎn)品成本;粉末冶金產(chǎn)品是同一模具壓制生產(chǎn)，工件之間一致性好，適用于大批量零件的生產(chǎn)。

　　特別是齒輪等加工費(fèi)用高的產(chǎn)品;粉末冶金可以通過成分的配比保證材料的正確性和均勻性，此外燒結(jié)一般在真空或還原氣氛中進(jìn)行，不會污染或氧化材料，可以制備高純度材料。

　　粉末冶金的不足：粉末冶金零件部分性能不如鍛造和一些鑄造零件，如延展性和抗沖擊能力等;產(chǎn)品的尺寸精度雖然不錯(cuò)，但是還不如有些精加工產(chǎn)品所得的尺寸精度;零件的不致密特性會對后加工處理產(chǎn)生影響，特別在熱處理、電鍍等工藝必須考慮這一特性的影響;粉末冶金模具費(fèi)用高，一般不適用于小批產(chǎn)品生產(chǎn)。

　　4 國內(nèi)粉末冶金行業(yè)的趨勢

　　隨著我國工業(yè)化快速發(fā)展，高附加值的零部件需求將加速增長。

　　此外，隨著全球化采購的產(chǎn)業(yè)鏈形成，帶給國內(nèi)零部件企業(yè)商機(jī)顯而易見。

　　因此，如何把握當(dāng)前機(jī)遇，目前粉末冶金行業(yè)應(yīng)該從以下四方面發(fā)展。

　　(1)進(jìn)一步提高鐵基粉末冶金產(chǎn)品的密度，擴(kuò)大粉末冶金件對傳統(tǒng)鍛件的替代范圍。

　　當(dāng)前，鐵基粉末冶金零件的密度為7.0-7.2g/cm3，而國內(nèi)某企業(yè)通過技術(shù)改進(jìn)，用傳統(tǒng)的粉末燒結(jié)和鍛造工藝相結(jié)合的辦法，用較低的成本把鐵基粉末冶金零件密度提高至7.6g/cm3，在這種密度前提下，鐵基粉末冶金已經(jīng)可替代機(jī)械、汽車等行業(yè)的大多數(shù)連接件和部分功能件。

　　考慮粉末冶金工藝本身對材料的節(jié)省和高效特征，此類鐵基粉末冶金件的潛在價(jià)值空間可達(dá)至千億元。

　　(2)提高粉末冶金產(chǎn)品的精度、開發(fā)形狀更復(fù)雜的產(chǎn)品。

　　為機(jī)械制造、航天汽車、生活家電等行業(yè)的產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)升級服務(wù)。

　　此方向主要以降低機(jī)械重量、節(jié)能減耗及將設(shè)備小型化、普及化為導(dǎo)向。

　　如使用注射成型零件幾乎不需要再進(jìn)行機(jī)加工，減少材料的消耗，材料的利用率幾乎可以達(dá)到100%。

　　(3)進(jìn)一步合金化，目標(biāo)為輕量化和功能化。

　　在鐵基粉末中，混入鋁、鎂及稀土元素等合金粉末，可實(shí)現(xiàn)其超薄、輕量化等性能，可廣泛地應(yīng)用電子設(shè)備及可穿戴設(shè)備等與生活密切相關(guān)的領(lǐng)域中。

　　(4)改善粉末冶金零件的電磁性，目標(biāo)是對硅鋼和鐵氧體、磁介質(zhì)等材料的取代。

　　以取向硅鋼材料為例，硅鋼的導(dǎo)電原理是加入硅元素后，材料通過減少晶界的方式降低鐵損，特別是取向硅鋼，導(dǎo)向方向是一個(gè)單一粗大的晶粒。

　　相比取向硅鋼的一維導(dǎo)電方向，粉末冶金零件可以實(shí)現(xiàn)多維導(dǎo)電(各個(gè)方向)。

　　目前此技術(shù)已被少數(shù)企業(yè)實(shí)現(xiàn)突破，只要不斷完善，最終達(dá)到工業(yè)要求。

　　這種技術(shù)將會廣泛在電機(jī)設(shè)備、汽車及機(jī)器人智能控制系統(tǒng)等領(lǐng)域應(yīng)用。