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收藏词条   编辑词条 粉末冶金

创建时间:2008-08-02

制取金属粉末以及将金属粉末或金属粉末与非金属粉末混合料经过成形和烧结来制造粉末冶金材料或粉末冶金制品的技术。

粉末冶金工艺最基本的工序包括粉末制取、粉末成形和粉末烧结。烧结的成品,也可不须进一步的加工就能使用,也可根据需要进行各种烧结制品的后处理。粉末制取的方法是多种多样的,大体上可归纳为两大类,即机械法和物理化学法。广义来说,随着粉末冶金技术的发展,金属粉末作为原料,已扩大到难熔金属化合物粉末、陶瓷粉和包覆粉等。这些方法的实质是使金属、合金或者金属化合物呈固态、液态或气态,通过机械法或物理化学法转变成粉末状态;粉末成形的方法也很多,可归纳为两大类,即粉末压制成形(简称压制)和粉末特殊成形。粉末成形的过程是在一定压力下使粉末由松散体转变为粉末颗粒的聚集体,它是粉末冶金材料或粉末冶金制品能够形成一定形状坯块的前提;粉末烧结的过程是在烧结温度下使粉末坯块由粉末颗粒的聚集体转变为晶体的结合体,它是粉末冶金技术能够制成材料或制品的关键工序。粉末冶金技术粉末冶金技术各种流程的各种流程如图所示。

简史粉末冶金的发展史可以追溯到史前久远时期,远在公元前3000年,埃及人就在一种风箱中用碳还原氧化铁得到海绵铁,经高温锻造制成致密块,再锤打成铁器。3世纪初,印度的铁匠用此种方法制造了“德里柱”,重达6.5t。19世纪初,几乎在同一时期,在俄国和英国,科学工作者将铂粉经冷压、烧结、再进行热锻得到致密铂并加工成铂制品。19世纪50年代出现了铂的熔炼法,此种粉末冶金工艺便停止应用于工业上,但是,它对现代粉末冶金工艺奠定了良好的基础。

现代粉末冶金发展中具有3个重要的标志:

(1)克服了难熔金属熔炼过程中产生的困难。1909年美国工程师库利奇(w.D.Coolidge)用粉末冶金方法制得了可锻钨(钨粉成形,预烧结,高温烧结,旋锻,拉丝)来制造白炽灯丝取代碳灯丝,这是粉末冶金用于工业迈出的第一步;继之,1923年又成功地制造了硬质合金,硬质合金的出现被誉为金属切削加工中的工业革命。

(2)20世纪30~40年代,用粉末冶金方法制取多孔含油轴承取得成功;继之,发展到生产铁基机械零件,发挥了粉末冶金少切削、无切削工艺的优越性。

(3)向更高性能的新材料、新工艺发展,诸如粉末冶金弥散强化材料、粉末7台金高速钢、粉末冶金高温合金材料、粉末热锻高强度机械零件等具有划时代意义的新材料相继问世,使粉末冶金作为现代冶金的先进技术发挥它愈来粉fen愈大的作用。

特点粉末冶金在技术上和经济上具有一系列特点。粉末冶金不仅是一门材料制造技术,又是一门材料加工技术。

对材料制造而言,粉末冶金能制取用普通熔铸法无法生产的,具有特殊性能的材料:

(1)能控制材料和制品的孑L隙度,例如,粉末冶金多孔材料、含油轴承等;

(2)难熔金属材料和制品,主要靠粉末冶金方法制取,例如,钨、钼和钽等难熔金属及其合金;

(3)对金属与金属液态不互溶体系,能制取金属与金属假合金型材料,例如,钨一铜假合金型电触头材料等;

(4)利用金属与非金属的组合效果制取组合型材料,例如,制作粉末冶金摩擦制品的摩擦材料、粉末;台金金属一石墨电刷等;

(5)能制取各种金属陶瓷材料和复合材料,例如,前者有硬质合金、金属陶瓷等,后者有粉末冶金弥散强化材料、粉末冶金纤维强化材料等。

对材料加工而言,粉末冶金是制造机械零件的一种少切削、无切削的新工艺,可以大量减少切削加工量而节省机床,节约金属材料,例如,粉末冶金机械结构零件、粉末冶金减摩制品等。

粉末冶金的主要不足之处是

(1)金属粉末的价格还较贵;

(2)成形设备投资较大,模具费用也较高。但是,随着粉末冶金科学技术的不断发展,某些缺点已在一定程度上逐步得到克服。

应用粉末冶金无论在国民经济中的地位,还是223fen粉在科学技术领域中的作用愈来愈重要。在科学技术领域,在新材料科学中的很多关键问题需要靠粉末冶金去解决。在国民经济中,可以说没有一个工业部门不使用粉末冶金材料和粉末冶金制品。从普通机械到精密仪器,从办公用具到大型机械,从电机到电子工业,从钻探工业到切削加工,从民用工业到国防工业,从一般技术到尖端技术,粉末冶金材料和粉末冶金制品都得到了广泛使用。

粉末冶金作为材料加工技术,它以少切削、无切削与机械加工竞争,汽车、拖拉机、机床、机车、冶金机械、化工机械、电机、精密仪器、办公用具、军械等都使用了粉末冶金机械零件、含油轴承等制品。粉末冶金制品的最大用户是汽车工业,20世纪90年代,北美用于汽车的粉末冶金机械零件达1000种以上,福持公司每辆车粉末冶金零件平均已达17.5kg,2000年将达到20kg;金属切削中使用硬质合金、超硬材料后,切削速度大幅度提高;特别是在航空、航天、火箭、原子能等尖端技术中,使用粉末冶金高温合金、粉末冶金弥散强化材料、粉末冶金纤维强化材料、粉末冶金核燃料元件、粉末冶金控制材料等更显示了粉末冶金特有的优越性。

展望随着科学技术的发展,粉末冶金新技术、新工艺和粉末冶金新材料也呈现日新月异的势头。高性能化、高功能化的粉末冶金材料在新材料技术领域中起着举足轻重的作用,而粉末冶金新技术、新工艺又是解决粉末冶金材料高性能化、高功能化的关键。

具有重要意义的新技术值得提出来的有:

(1)自蔓延高温合成。它是一种能合成、制造和加工处理各种材料的新技术,自蔓延高温合成技术是利用化学能而不是电能,用快速内部自燃而不是慢速外部加热,它的应用非常广泛,包括:自蔓延高温合成制粉;自蔓延高温合成烧结;自蔓延高温合成致密化;自蔓延高温合成焊接;自蔓延高温合成涂层等。

(2)快速冷凝技术。快速冷凝技术是雾化技术的发展。1960年在美国用液态喷雾冷淬法首次获得非晶态金硅合金的片状粉末,经过30多年的发展,现已进入工业发展阶段。非晶态材料具有优异的磁性能、电性能、力学性能和抗腐蚀性能。除了非晶软磁材料、微晶永磁材料外,在粉末冶金领域,成功研制出了具有优异性能的不锈钢,高速钢,镍基高温合金,铝、钛及其合金等。例如,快速冷凝铝一锂系合金,密度降低7%~10%,弹性模量提高10%~20%,是引人注目的下一代飞机上应用的粉末冶金铝合金;20世纪80年代末,美国普拉特一惠特尼航空公司研制成功的快速冷凝高温合金的性能比一般粉末冶金高温合金的性能提高了很多。

(3)快速多向成形。快速多向成形法是在陶瓷颗粒固结法的基础上发展起来的。美国用224快速多向成形法固结高温合金燃气涡轮零件、高速钢工具以及氮化硅发动机零件,其性能优于一般热等静压制造的材料的性能。(4)大气压力固结。大气压力固结的产品可作为热锻、热轧、热挤等的坯料而加工到全致密。

粉末冶金新材料值得提出来的有功能梯度材料和纳米材料。1990年在美国召开了第一届国际纳米科技会议,因而人们把1990年作为纳米科技诞生年。纳米科技是0.1~100nm尺度上研究和应用原子、分子现象并由此发展起来的多学科的科学技术。纳米材料科学是纳米科技的重要组成部分,含纳米微粒和纳米固体两个基本层次。当大块材料采用物理、化学、生物等方法细分成纳米微粒时,它的性质与大块材料便显著不同。例如,金、银细分为纳米微粒后却呈黑色,成为对可见光几乎全部吸收的太阳黑体,由此可研制成新的光热、光电转换材料,微波、光波吸收材料等。由纳米微粒制成的纳米固体,它表现异乎常规金属、陶瓷的特性,具有好的韧性、超塑性等。纳米微粒和纳米固体在电子、原子能、航天、化学、生物工程等领域具有很好的潜在应用的前景。

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