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◆ 粉末冶金简介
    粉末冶金是门制造金属粉末和以金属粉末（包括混入有非金属粉末者）为原料，用成形——烧结制造材料或制品的技术学科，用粉末冶金技术制造的金属材料或制品叫做粉末冶金材料或制品，现在用粉末冶金技术制造的材料或制品，大体上可分为以下几类： 
　　1、粉末冶金机械零件 
　　2、铁氧体磁性材料 
　　3、硬质合金材料与制品 
　　4、难熔金属或高熔点金属材料与制品 
　　5、精细陶瓷材料与制品 
　　以上五大类材料与制品都是以粉末为基本原料。 
粉末冶金制品的本征特点： 
　　用粉末冶金工艺生产零件具有质优、价廉、节能、省材等特点，而且机械设备中的一些零件只能用粉末冶金法制造，使用粉末冶金零件的主要理由也是节能、省材、质优、价廉、生产效率高，也就是社会效益和经济效益好，目前粉末冶金用于汽车和摩托车、电动工具、含油轴承、家用电器、屏蔽等高科技产品。
◆ 粉末冶金发展历史 
   粉末冶金方法起源于公元前三千多年。制造铁的第一个方法实质上采用的就是粉末冶金方法。而现代粉末冶金技术的发展中共有三个重要标志： 
1、克服了难熔金属熔铸过程中产生的困难。1909年制造电灯钨丝，推动了粉末冶金的发展；1923年粉末冶金硬质合金的出现被誉为机械加工中的革命。 
2、三十年代成功制取多孔含油轴承；继而粉末冶金铁基机械零件的发展，充分发挥了粉末冶金少切削甚至无切削的优点。 
3、向更高级的新材料、新工艺发展。四十年代，出现金属陶瓷、弥散强化等材料，六十年代末至七十年代初，粉末高速钢、粉末高温合金相继出现；利用粉末冶金锻造及热等静压已能制造高强度的零件。 
粉末冶金方法起源于公元前三千多年。制造铁的第一个方法实质上采用的就是粉末冶金方法。而现代粉末冶金技术的发展中共有三个重要标志： 
1、克服了难熔金属熔铸过程中产生的困难。1909年制造电灯钨丝，推动了粉末冶金的发展；1923年粉末冶金硬质合金的出现被誉为机械加工中的革命。 
2、三十年代成功制取多孔含油轴承；继而粉末冶金铁基机械零件的发展，充分发挥了粉末冶金少切削甚至无切削的优点。 
3、向更高级的新材料、新工艺发展。四十年代，出现金属陶瓷、弥散强化等材料，六十年代末至七十年代初，粉末高速钢、粉末高温合金相继出现；利用粉末冶金锻造及热等静压已能制造高强度的零件。 
◆ 粉末冶金工艺的优点 
1、绝大多数难熔金属及其化合物、假合金、多孔材料只能用粉末冶金方法来制造。 
2、由于粉末冶金方法能压制成最终尺寸的压坯，而不需要或很少需要随后的机械加工，故能大大节约金属，降低产品成本。用粉末冶金方法制造产品时，金属的损耗只有1-5%，而用一般熔铸方法生产时，金属的损耗可能会达到80%。 
3、由于粉末冶金工艺在材料生产过程中并不熔化材料，也就不怕混入由坩埚和脱氧剂等带来的杂质，而烧结一般在真空和还原气氛中进行，不怕氧化，也不会给材料任何污染，故有可能制取高纯度的材料。 
4、粉末冶金法能保证材料成分配比的正确性和均匀性。 
5、粉末冶金适宜于生产同一形状而数量多的产品，特别是齿轮等加工费用高的产品，用粉末冶金法制造能大大降低生产成本。
◆ 粉末冶金工艺的基本工序 
1、原料粉末的制备。现有的制粉方法大体可分为两类：机械法和物理化学法。而机械法可分为：机械粉碎及雾化法；物理化学法又分为：电化腐蚀法、还原法、化合法、还原-化合法、气相沉积法、液相沉积法以及电解法。其中应用最为广泛的是还原法、雾化法和电解法。 
2、粉末成型为所需形状的坯块。成型的目的是制得一定形状和尺寸的压坯，并使其具有一定的密度和强度。成型的方法基本上分为加压成型和无压成型。加压成型中应用最多的是模压成型。 
3、坯块的烧结。烧结是粉末冶金工艺中的关键性工序。成型后的压坯通过烧结使其得到所要求的最终物理机械性能。烧结又分为单元系烧结和多元系烧结。对于单元系和多元系的固相烧结，烧结温度比所用的金属及合金的熔点低；对于多元系的液相烧结，烧结温度一般比其中难熔成分的熔点低，而高于易熔成分的熔点。除普通烧结外，还有松装烧结、熔浸法、热压法等特殊的烧结工艺。 
4、产品的后序处理。烧结后的处理，可以根据产品要求的不同，采取多种方式。如精整、浸油、机加工、热处理及电镀。此外，近年来一些新工艺如轧制、锻造也应用于粉末冶金材料烧结后的加工，取得较理想的效果。
◆ 粉末冶金材料和制品的今后发展方向 
1、具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。 
2、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。 
3、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。 
4、制造非均匀材料、非晶态、微晶或者亚稳合金。 
5、加工独特的和非一般形态或成分的复合零部件。 
◆ 粉末冶金术语
1、粉末术语
粉末 powder：通常是指尺寸小于1mm的离散颗粒的集合体。 
粉浆 slurry：粉末在液体中形成的可浇注的粘性分散体系。 
坯料 feedstock：用作注射成形或粉末挤压原料的塑化粉末。 
雾化粉 atomized powder：熔融金属或合金分散成液滴并凝固成单个颗粒的粉末。（分散介质通常是高速气流或液流) 
羰基粉 carbonyl powder：热离解金属羰基化合物而制得的粉末。 
电解粉 electrolytic powder：用电解沉积法制得的粉末。 
2、成形术语
成形 forming：将粉末转变成具有所需形状的凝聚体的过程。 
压制 pressing：在模具或其他容器中，在外力作用下，将粉末密实成具有规定形状和尺寸的工艺过程。 
压坯 compact,green compact：将粉末通过冷压或注射成形而制成的坯件。 
毛坯 blank：没达到最终尺寸和形状的压坯、预烧结坯或烧结坯。 
骨架 skeleton：为熔浸用的多孔性压坯或烧结体。 
冷压 cold pressing：粉末在室温下的单轴向压制。 
温压 warm pressing：通常在环境温度和可能发生扩散的温度之间的温度下所进行的单轴向粉末压制，旨在增强致密化。 
热压 hot pressing：粉末或压坯在高温下的单轴向压制，从而激活扩散和蠕变现象。 
等静压制 isostatic pressing：对粉末（或压坯）表面或对装粉末（或压坯）的软模零件表面施以各向大致相等压力的压制。 
冷等静压制 cold isostatic pressing(CIP)：在室温下的等静压制，压力传递媒介通常为液体。 
热等静压制 hot isostatic pressing(HIP)：在高温下的等静压制，从而可激活扩散和蠕变现象发生。压力传递媒介通常为气体。 
金属粉末注射成形 metal injection moulding(MIM)：将金属粉末与其粘结剂的增塑混合料注射于模型中的成形方法。 
粉末轧制 powder rolling：将粉末引入一对旋转轧辊之间使其亚实成粘聚的连续带坯的方法。 
容积装粉法 volume filling：通过设定装粉深度来计量装入阴模中的粉末的方法。 
重量装粉法 weight filling：通过称取粉末重量来计量装入阴模的粉末的方法。 
（辅助）振动装粉法 vibration-assisted filling：将粉末装入受振动的模型或阴模中的一种装粉方法。 
保压时间 dwell time：成形时压坯于恒定压力下保持的时间。 
模架 tool set：利用压制或复压生产特定粉末制品用的整套模具。 
阴模 die：于其中压制粉末或复压烧结件而形成型腔的压模零件。 
下模冲 lower puncher,upper and lower：压模中用以从下部密封阴模、自下向上给粉末或烧结件传递压力的部件。 
上模冲 upper punch：压模中用以从上部密闭阴模、从上向下给粉末或烧结件传递压力的部件。 
芯棒 core rod：用于在压制方向在压坯或烧结体内成形轮廓面的模具的部件。 
装粉靴 feed shoe：模架中用于将粉末送入阴模型腔中的压制成形压机的部件。 
组合模冲 segmented punch：当压制两台面或多台面压坯时，用来控制不同装粉与压制高度的一组模冲。 
生坯 green：压制或注射成形但未烧结的压坯。 
分层 lamination：在压坯或烧结体中形成层状结构缺陷或指缺陷本身。 
弹性后效 spring back：压坯脱模后尺寸增大的现象。
3、烧结术语 
烧结 sintering：粉末或压坯在低于主要组分熔点的温度下的热处理，目的在于通过颗粒间的冶金结合以提高其强度。 
填料 packing material：在预烧或烧结过程中为了起分隔和保护作用而将压坯埋入其中的一种材料。 
预烧 presintering：在低于最终烧结温度的温度下对压坯的加热处理。 
加压烧结 pressure：在烧结同时施加单轴向压力的烧结工艺。 
松装烧结 loose-powder sintering,gravity sintering：粉末未经压制直接进行的烧结。 
液相烧结 liquid-phase sintering：至少具有两种组分的粉末或压坯在形成一种液相的状态下烧结。 
过烧 oversintering：烧结温度过高和（或）烧结时间过长致使产品最终性能恶化的烧结。 
欠烧 undersintering：烧结温度过低和（或）烧结时间过短致使产品未达到所需性能的烧结。 
熔渗 infiltration：用熔点比制品熔点低的金属或合金在熔融状态下充填未烧结的或烧结的制品内的孔隙的工艺方法。 
脱蜡 dewaxing,burn-off：用加热排出压坯中的有机添加剂（粘结剂或润滑剂）。 
网带炉 mesh belt furnace：一般由马弗保护的网带将零件实现炉内连续输送的烧结炉。 
步进梁式炉 walking-beam furnace：通过步进梁系统将放置于烧结盘中的零件在炉内进行传送的烧结炉。 
推杆式炉 pusher furnace：将零件装入烧舟中，通过推进系统将零件在炉内进行传送的烧结炉。 
烧结颈形成 neck formation：烧结时在颗粒间形成颈状的联结。 
起泡 blistering：由于气体剧烈排出，在烧结件表面形成鼓泡的现象。 
发汗 sweating：压坯加热处理时液相渗出的现象。 
烧结壳 sinter skin：烧结时，烧结件上形成的一种表面层，其性能不同于产品内部。 
相对密度 relative density：多孔体的密度与无孔状态下同一成分材料的密度之比，以百分率表示。 
径向压溃密度 radial crushing strength：通过施加径向压力测定的烧结圆筒试样的破裂强度。 
孔隙度 porosity：多孔体中所有孔隙的体积与总体积之比。 
扩散孔隙 diffusion porosity：由于柯肯达尔效应导致的一种组元物质扩散到另一组元中形成的孔隙。 
孔径分布 pore size distribution：材料中存在的各级孔径按数量或体积计算的百分率。 
表观硬度 apparent hardness：在规定条件下测定的烧结材料的硬度，它包括了孔隙的影响。 
实体硬度 solid hardness：在规定条件下测定的烧结材料的某一相或颗粒或某一区域的硬度，它排除了孔隙的影响。 
起泡压力 bubble-point pressure：迫使气体通过液体浸渍的制品产生第一气泡所需的最小的压力。 
流体透过性 fluid permeability：在规定条件下测定的在单位时间内液体或气体通过多孔体的数量。
4、烧结后处理术语 
复压 re-pressing：为了提高物理和（或）力学性能，通常对烧结制品施加压力。 
精整 sizing：为了达到所需尺寸而进行的复压。 
整形 coining：为了达到特定的表面形貌而进行的复压。 
粉末锻造 powder forging：由粉末制造的未烧结的、预烧结的或烧结的预成形坯用锻造进行热致密化，同时伴随着形状的改变。 
浸渍 impregnation：用非金属物质（如油、石蜡或树脂）填充烧结件的连通开孔孔隙的方法。 
水蒸汽处理 steam treatment：将烧结铁基制品在过热水蒸汽中加热，使表层形成四氧化三铁保护膜，从而提高某些性能。  
5、粉末冶金材料术语  
重合金 heavy metal：密度不低于16.5g/cm3的烧结材料。如：含镍和铜的钨合金。 
金属陶瓷 cermet：由至少一种金属相和至少一种通常具有陶瓷性质的非金属相组成的烧结材料。 
烧结零件 sintered part：由粉末成形并经烧结强化的烧结制品，零件通常都具有精密的公差和便于安装的特点。 
烧结结构零件 sintered structural part：通常用于机械制造的烧结零件，不包括轴承、过滤器和摩擦材料。 
含油轴承 oiling-retaining bearing：其中的开孔浸渍以润滑油的烧结轴承。 
烧结金属过滤器 sintered metal filter：通常用于固液或固气分离的透过性烧结金属零件。 
烧结磁性零件 sintered magnetic part：可满足磁性要求的烧结零件。 
烧结摩擦材料 sintered friction material：这种烧结材料是由一种金属基与金属的或非金属的添加剂组成的复合材料，添加剂用于改变材料的摩擦与磨损特性。 
烧结电触头材料 sintered electrical contact material：具有高电导率和抗弧腐蚀的烧结材料，例如：钨－铜，钨－银，银－石墨和银－氧化镉复合材料
◆ 制品处理工艺（粉末冶金制品的硫化处理） 
(一)硫化处理的目的 
    硫化处理在粉末冶金制品中作为减摩材料应用时,以铁基含油轴承的应用最为广泛。烧结含油轴承（含石墨量1%—4%）制造工艺简单、成本低，在PV〈18～25公斤·米/厘米 ²·秒情况下，可代替青铜，巴氏合金等减摩材料。但在繁重的工作条件下，如摩擦表面上滑动速度过高和单位负荷较大时，则烧结零件的耐磨性能和寿命会迅速降低。为了提高多孔铁基减摩零件的减摩性能，降低摩擦系数，提高工作温度以扩大其使用范围，采用硫化处理是一种值得推广的方法。 
    硫及大部分硫化物都具有一定的润滑性能。硫化铁就是一种良好的固体润滑剂，特别是在干摩擦的条件下，硫化铁的存在，具有很好的抗咬合性。 
    粉末冶金铁基制品，利用其毛细孔可以浸渍相当多的硫，经过加热可使硫与孔隙表面的铁生成硫化铁，它均匀地分布于制品的各处，在摩擦表面上起着良好的润滑作用，并可以改善切削加工性能。硫化处理后的制品，其摩擦和切削表面都显得很光滑。 
    多孔烧结铁经硫化处理后，最突出的作用是具有很好的干摩擦性能。在无油润滑的工作条件下（即不准加油或无法加油），是一种令人满意的自润滑材料，并且有很好的抗咬合性，减少啃轴现象。此外，这种材料的摩擦特性与一般减摩材料不同。一般材料随着比压的增加，摩擦系数开始变化不大，当比压超过一定值后，摩擦系数急剧增加。而经过硫化处理后的多孔烧结铁，其摩擦系数在很大比压范围内随其比压增加反而下降。这就是减摩材料一种可贵的特性。 
    经硫化处理后的烧结铁基含油轴承，可在250℃以下顺利地工作。 
（二）硫化处理工艺 
    硫化处理的工艺比较简单，不需要专门的设备，其工艺为： 
    将硫放入坩埚中加热熔化，温度控制在120～130℃时，此时硫的流动性较好，若温度过高，则不利于浸渍。将需要浸渍的烧结制品先预热至100～150℃，然后将制品浸入熔化的硫液中，浸渍3～20分钟，未预热的制品浸渍25～30分钟。视制品的密度，壁厚及所需浸入量来决定浸渍时间。密度低、壁厚薄的浸渍时间可少；反之亦然。浸完后取出制品，流尽剩余的硫。最后，将浸渍过的制品放入炉内，通氢保护，亦可以用木炭保护，加热到700～720℃保温0.5～1小时，此时，浸入的硫与铁作用生成硫化铁。对于密度为6～6.2克/厘米³的制品，硫进入量约为35～4%（重量百分比）。加热焙烧是为了使浸入零件孔隙中的硫形成硫化铁。 
    硫化处理后的烧结制品，可进行浸油和精整等处理。 
（三）硫化处理的应用举例 
1、面粉机轴套 该轴套安装在两根轧辊两端，共四个套。轧辊压力为280公斤，转速为700～1000转/分（P=10公斤/厘米²，V=2米/秒）。原采用锡青铜轴套，用甩油圈润滑。现改用密度为5.8克/厘米³、含S量为6.8%的多孔烧结铁代替，可不用原润滑装置，只需开车前滴几滴油，连续工作40小时，轴套温度才40℃左右；磨面粉12000公斤，轴套仍正常工作。 
2、牙轮钻小轴套 牙轮钻是石油钻探的重要工具，此钻油顶部有个滑转轴套，受压力极大（压力P=500公斤力/厘米²，速度V=0.15米/秒），并有强烈的震动和冲击。
◆ 制品处理工艺（粉末冶金制品的浸油处理） 
    粉末冶金多孔减摩制品浸油是一道重要的工序，可以增加粉末冶金制品的抗腐蚀性、提高耐磨性，延长其使用寿命。铁基含油轴承烧结后进行浸油处理，润滑油即进入制品孔隙中，当轴转动时，与套发生动摩擦，生热，使轴承温度上升，油遇热膨胀，从孔隙中流出到轴与轴套之间起到自动供油，形成的油膜起润滑减摩作用。浸油也能防止制品被氧化。 
    浸油方法可分普通浸油、加热浸油和真空浸油。 
a)普通浸油：把清洗干净的烧结制品放入机油（一般为20～30号机油）中浸泡。油在制品的毛细管力作用下，浸入到制品的孔隙中。此法浸油效率低、浸油时间长，需几小时，用在含油率不高的制品中。 
b)加热浸油：把清除干净的烧结制品放入80～120℃热油中浸泡1小时。由于制品受热，连通孔隙中的空气膨胀，使一部分空气被排除。冷却后，剩余部分的空气又收缩，把油吸入到孔隙中。由于热油的流动性好，润滑性高，因而可有更多的油浸入到制品中。该浸油方法效率比普通浸油率高。 
c)真空浸油：把清理干净的烧结制品放入真空箱内，密封抽空至-720毫米Hg，然后向真空箱内放入机油，再加热至80℃，保持20～30分钟。由于制品连通孔隙中的空气被抽出，机油可在10分钟之内浸入制品中。这种方法浸油效率高、速度快。 
  此法的另一种形式，是先把放有制品的真空箱内的空气抽出，然后把预热过的油通入真空箱中，将制品覆盖起来，再使真空箱与大气接通，油即较快地浸入到制品孔隙中。 
◆ 制品处理工艺（涂蜡）     
    一般粉末冶金制品均具有多孔特性，与空气等接触界面较大，容易发生锈蚀现象，特别是沿海多雨地区，空气湿度大，制品的腐蚀更为严重。在有些情况下，不仅制品表面受到腐蚀，连内部连通孔隙的表面也会受到腐蚀，严重地影响其使用性能，甚至造成报废。 
    为了防止和减少铁基制品的腐蚀，在浸油后还必须进行表面涂腊，以隔绝制品与外界的接触。这样，在制品长途运输或较长时间的保存（按规定，制品在六个月之内不得锈蚀），不致锈蚀。 
    粉末冶金制品的涂腊工艺是，把腊放入上腊筒内，加热到60～80℃，使腊熔化，将清理干净的制品浸入腊液中，并立即取出，即在制品表面上涂上一层均匀的腊，凉后方可包装。 
    腊液是由石蜡和凡士林组成，按季节不同有不同配比。加凡士林的目的是提高腊液干后的牢度，不致开裂。气温高时凡士林可少加，气温低时可适当提高凡士林的配比。一般采用凡士林20%，石蜡80%。 
◆ 粉末冶金工艺的基本工序   
1、原料粉末的制备。现有的制粉方法大体可分为两类：机械法和物理化学法。而机械法可分为：机械粉碎及雾化法；物理化学法又分为：电化腐蚀法、还原法、化合法、还原-化合法、气相沉积法、液相沉积法以及电解法。其中应用最为广泛的是还原法、雾化法和电解法。 
2、粉末成型为所需形状的坯块。成型的目的是制得一定形状和尺寸的压坯，并使其具有一定的密度和强度。成型的方法基本上分为加压成型和无压成型。加压成型中应用最多的是模压成型。 
3、坯块的烧结。烧结是粉末冶金工艺中的关键性工序。成型后的压坯通过烧结使其得到所要求的最终物理机械性能。烧结又分为单元系烧结和多元系烧结。对于单元系和多元系的固相烧结，烧结温度比所用的金属及合金的熔点低；对于多元系的液相烧结，烧结温度一般比其中难熔成分的熔点低，而高于易熔成分的熔点。除普通烧结外，还有松装烧结、熔浸法、热压法等特殊的烧结工艺。 
4、产品的后序处理。烧结后的处理，可以根据产品要求的不同，采取多种方式。如精整、浸油、机加工、热处理及电镀。此外，近年来一些新工艺如轧制、锻造也应用于粉末冶金材料烧结后的加工，取得较理想的效果。