粉末冶金是制取金屬或用金屬粉末(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),製造金屬材料、複合材料以及各種類型製品的工藝技術(shù)。在現(xiàn)代粉末冶金技術(shù)的發(fā)展中有三個重要標誌:
1、克服了難熔金屬熔鑄過程中產(chǎn)生的困難,1923年粉末冶金硬質(zhì)合金的出現(xiàn)被譽為機械加工中的革命。
2、三十年代成功制取多孔含油軸承,繼而粉末冶金鐵基機械零件的發(fā)展,充分發(fā)揮了粉末冶金少切削甚至無切削的優(yōu)點。
3、四十年代出現(xiàn)了金屬陶瓷、彌散強化等材料,六十年代末至七十年代初,粉末高速鋼、粉末高溫合金相繼出現(xiàn),並利用粉末冶金鍛造及熱等靜壓技術(shù)逐漸大規(guī)模製造高強度且形狀複雜的零件。
一、工藝特點:
1、絕大多數(shù)難熔金屬及其化合物、假合金、多孔材料只能用粉末冶金方法來製造。
2、由於粉末冶金方法能壓制成最終尺寸的壓坯,而不需要或很少需要隨後的機械加工,所以大大節(jié)約金屬,降低產(chǎn)品成本。
3、由於粉末冶金工藝在材料生產(chǎn)過程中並不熔化材料,也就不怕混入由坩堝和去氧劑等帶來的雜質(zhì),進而不會給材料任何污染。
4、粉末冶金法能保證材料成分配比的正確性和均勻性。
5、粉末冶金適宜於生產(chǎn)同一形狀而數(shù)量多的產(chǎn)品,特別是齒輪等加工費用高的產(chǎn)品。
二、工藝基本流程
1、制粉:制粉是將原料製成粉末的過程,常用的制粉方法有氧化物還原法和機械法。
2、混料:混料是將各種所需的粉末按一定的比例混合,並使其均勻化製成坯粉的過程。分幹式、半幹式和濕式三種,分別用於不同要求。
3、成形:成形是將混合均勻的混料,裝入壓模重壓制成具有一定形狀、尺寸和密度的型坯的過程。成型的方法基本上分為加壓成型和無壓成型。加壓成型中應(yīng)用最多的是模壓成型。
4、燒結(jié):燒結(jié)是粉末冶金工藝中的關(guān)鍵性工序。成型後的壓坯通過燒結(jié)使其得到所要求的最終物理機械性能。燒結(jié)又分為單元系燒結(jié)和多元系燒結(jié)。除普通燒結(jié)外,還有松裝燒結(jié)、熔浸法、熱壓法等特殊的燒結(jié)工藝。
5、後處理:燒結(jié)後的處理,可以根據(jù)產(chǎn)品要求的不同,採取多種方式。如精整、浸油、機加工、熱處理及電鍍。此外,近年來一些新工藝如軋製、鍛造也應(yīng)用於粉末冶金材料燒結(jié)後的加工,取得較理想的效果。
三、粉末冶金技術(shù)的發(fā)展趨勢
1、具有代表性的鐵基合金,將向大體積的精密製品,高品質(zhì)的結(jié)構(gòu)零部件發(fā)展。
2、製造具有均勻顯微組織結(jié)構(gòu)、加工困難而完全緻密的高性能合金。
3、用增強緻密化過程來製造一般含有混合相組成的特殊合金。
4、製造非均勻材料、非晶態(tài)、微晶或者亞穩(wěn)合金。
5、加工獨特的和非一般形態(tài)或成分的複合零部件。
四、粉末冶金技術(shù)應(yīng)用
1、金屬射出成形的應(yīng)用:金屬射出成形的技術(shù),原料為塑膠等高分子材料與微細的金屬粉末,使用類似於注塑設(shè)備的成型設(shè)備生產(chǎn)需要的零件。金屬射出成形後的零件不像塑膠產(chǎn)品那樣可以立即被使用,必須經(jīng)過脫脂及燒結(jié)的工程,在具備強度後,整個制程才告一段落。
2、微型軸承(Micro-Bearing):粉末冶金微型軸承的主要用途在於各式各樣的微型馬達(電機),IT產(chǎn)業(yè)如手機、投影儀、雷射印表機、DVD、遊戲機 PS2、X-BOX、車用電子等,我國臺灣所生產(chǎn)的粉末冶金微型軸承產(chǎn)量世界第一。
3、溫壓成形(Warm Compacting):利用將模具及粉末加溫的技術(shù),使材料降伏強度降低,而于加壓成形時,部品的密度可達7.2g/cm3以上,使強度大幅提升。
4、CNC油壓成形技術(shù):CNC油壓成形技術(shù)經(jīng)過多年的開發(fā)已經(jīng)進入量產(chǎn)階段,雖然其購入成本較高但仍有多項優(yōu)點,值得注意與重視。臺灣保來得已有四臺機器加入生產(chǎn)行列;亞洲其他國家的粉末冶金廠,如中國大陸、韓國、日本也都進行相同的設(shè)備的投資。
5、快速冷卻(Rapid Cooling):快速冷卻爐其主要原理是在一般燒結(jié)爐的後段加上冷卻段之結(jié)構(gòu),產(chǎn)品在經(jīng)過燒結(jié)本體後,以附加的快速冷卻設(shè)備,利用高壓馬達輸出強烈的冷風,加速冷卻的原理,使粉末冶金產(chǎn)品獲得理想的金屬組織與硬度,而不需再度熱處理。此技術(shù)的優(yōu)點有:(1)具高強度及硬度;(2)節(jié)省熱處理制程;(3)外觀清潔度佳;(4)尺寸控制安定。
6、微波燒結(jié)(Microwave sintering):微波燒結(jié)在學術(shù)界及研究單位已經(jīng)研究多年,美國 Spheric Technologies,Inc.,首先建造了可以用於小量生產(chǎn)的高溫微波燒結(jié)爐,此設(shè)備適用於金屬及陶瓷產(chǎn)品的雛型產(chǎn)品開發(fā),但是受限於設(shè)備的開發(fā)及成本,該項技術(shù)還沒有真正實現(xiàn)大規(guī)模應(yīng)用。