粉末冶金是一項(xiàng)集材料制備與零件成形于一體,，節(jié)能,、節(jié)材,、高效、最終成形,、少污染的先進(jìn)制造技術(shù),，在材料和零件制造業(yè)中具有不可替代的地位和作用,，已經(jīng)進(jìn)入當(dāng)代材料科學(xué)的發(fā)展前沿,。
目前粉末冶金技術(shù)正向著高致密化、高性能化,、低成本方向發(fā)展,，本文著重介紹幾種近十年來(lái)粉末冶金零件的成形新技術(shù)。
一,、溫壓技術(shù)
溫壓技術(shù)是粉末冶金領(lǐng)域近幾年發(fā)展起來(lái)的一項(xiàng)新技術(shù),，可生產(chǎn)出高密度、高強(qiáng)度,，具有非常廣泛的應(yīng)用前景,。所謂溫壓技術(shù)就是采用特制的粉末加溫、粉末輸送和模具加熱系統(tǒng),，將加有特殊潤(rùn)滑劑的預(yù)合金粉末和模具等加熱至130～150℃,，并將溫度波動(dòng)控制在±2．5℃以?xún)?nèi)，然后和傳統(tǒng)粉末冶金工藝一樣進(jìn)行壓制,、燒結(jié)而制得粉末冶金零件的技術(shù),。其技術(shù)關(guān)鍵：一是溫壓粉末制備，二是溫壓系統(tǒng),。
與傳統(tǒng)工藝相比,，溫壓成形的壓坯密度約有0.15～0.30g／cm3的增幅，其密度可達(dá)7.45g／cm3,。在相同的壓制壓力下,，溫壓材料的屈服強(qiáng)度比傳統(tǒng)工藝平均高11％，極限拉伸強(qiáng)度平均高13．5％,，沖擊韌性可提高33％,。另外，溫壓零件的生坯強(qiáng)度高,，可達(dá)2O～30MPa,，比傳統(tǒng)方法提高50—100％，不僅降低生坯搬運(yùn)過(guò)程中的破損率而且能對(duì)生坯進(jìn)行機(jī)加工,，表面光潔度好,。此外，溫壓工藝的壓制壓力低和脫模力小,，同時(shí)零件性能均一,，產(chǎn)品精度高,，材料利用率高。
溫壓工藝還有一個(gè)特點(diǎn)是工藝簡(jiǎn)單,，成本低廉,。研究表明，假如一次壓制,、燒結(jié)的普通粉末冶金工藝的成本為1.0,，則粉末鍛造的相對(duì)成本為2.0，復(fù)壓復(fù)燒的相對(duì)成本為1.5,，滲銅的相對(duì)成本為1.4,，而溫壓技術(shù)的相對(duì)成本為1．25。目前,，采用溫壓技術(shù)生產(chǎn)的粉末冶金零件已達(dá)200多種,，零件重量在5—1200g。例如,，德國(guó)SinterstahlGmbH公司用溫壓技術(shù)生產(chǎn)復(fù)雜的摩擦傳動(dòng)用同步齒環(huán),，在美國(guó)新奧爾蘭舉行的PM2TEC
2001國(guó)際會(huì)議上獲獎(jiǎng)。該零件的齒部密度超過(guò)7.3g／cm ,，環(huán)體密度超過(guò)7.1g／cm,，生坯強(qiáng)度達(dá)到28MPa。采用了擴(kuò)散合金化的燒結(jié)硬壓粉末,，最低抗拉強(qiáng)度為850MPa,。由于使用了溫壓技術(shù)和采用粉末冶金零件，使得綜合成本降低了38％,。
二,、流動(dòng)溫壓技術(shù)
流動(dòng)溫壓技術(shù)(Warm Flow Compaction,，簡(jiǎn)稱(chēng)WFC)是在粉末壓制,、溫壓成形工藝的基礎(chǔ)上,，結(jié)合了金屬粉末注射成形工藝的優(yōu)點(diǎn)而提出來(lái)的一種新型粉末冶金零部件近凈成形技術(shù)。其關(guān)鍵技術(shù)是提高混合粉末的流動(dòng)性,。它通過(guò)提高了混合粉末的流動(dòng)性,、填充能力和成形性，從而可以在8O～130~C溫度下,，在傳統(tǒng)壓機(jī)上精密成形具有復(fù)雜幾何外形的零件,，如帶有與壓制方向垂直的凹槽、孔和螺紋孔等零件,，而不需要其后的二次機(jī)加工,。WFC技術(shù)既克服了傳統(tǒng)粉末冶金在成形復(fù)雜幾何形狀方面的不足，又避免了金屬注射成形技術(shù)的高成本，是一項(xiàng)極具潛力的新技術(shù),，具有非常廣闊的應(yīng)用前景,。
WFC技術(shù)作為一種新型的粉末冶金零部件近凈成形技術(shù)，其主要特點(diǎn)如下：(1)可成形具有復(fù)雜幾何形狀的零件,；(2)壓坯密度高,、密度均勻；(3)對(duì)材料的適應(yīng)性較好,；(4)工藝簡(jiǎn)單,，成本低。
目前,，WFC技術(shù)在國(guó)外還處于研究的初始階段,，其關(guān)鍵制造技術(shù)及其致密化機(jī)理研究尚未見(jiàn)報(bào)道。
三,、模壁潤(rùn)滑技術(shù)
傳統(tǒng)粉末零件成形時(shí)，為了減少粉末顆粒之問(wèn)和粉末顆粒與模壁之間的摩擦,，在粉末混合料中需添加一定量的潤(rùn)滑劑,，但混進(jìn)的潤(rùn)滑劑因密度低不利于獲得高密度的粉末冶金零件；而且潤(rùn)滑劑的燒結(jié)會(huì)污染環(huán)境,，甚至?xí)档蜔Y(jié)爐的壽命和產(chǎn)品的性能,。模壁潤(rùn)滑技術(shù)的應(yīng)用則很好地解決了這一難題。近年來(lái),，采用模壁潤(rùn)滑取代粉末潤(rùn)滑技術(shù)已成為粉末成形研究和開(kāi)發(fā)的又一熱點(diǎn),。
目前，實(shí)現(xiàn)模壁潤(rùn)滑的主要途徑有兩個(gè)：一是利用下模沖復(fù)位時(shí)與陰模及芯桿之間的配合間隙所產(chǎn)生的毛細(xì)作用,，將液相潤(rùn)滑劑帶到陰模及芯桿表面,。二是用噴槍將帶有靜電的固態(tài)潤(rùn)滑劑粉末噴射到壓模的型腔表面上，即在裝粉靴的前部裝一個(gè)附加的潤(rùn)滑劑靴裝置,。
成形開(kāi)始時(shí),，潤(rùn)滑劑靴推開(kāi)壓坯，壓縮空氣將帶有靜電的潤(rùn)滑劑從靴內(nèi)噴射到模腔內(nèi),，因?yàn)闈?rùn)滑劑粉末所帶的極性與陰模相反,，粉末在電場(chǎng)牽引下撞擊并粘附在模壁上，然后裝靴粉裝粉,，進(jìn)行常規(guī)壓制成形,。
采用模壁潤(rùn)滑技術(shù)明顯提高粉末材料的生坯密度，密度可達(dá)到7.4g／cm3,，且模壁潤(rùn)滑與粉間潤(rùn)滑相比,，鐵粉的生坯強(qiáng)度可分別提高128—217％。日本豐田汽車(chē)中心研究人員利用溫壓,、模壁潤(rùn)滑與高壓制壓力使鐵基粉末壓坯幾乎達(dá)到全致密,。
四,、高速壓制技術(shù)
高速壓制技術(shù)(Hjgh Velocity Compaction，簡(jiǎn)稱(chēng)HVC)是瑞典的Hoaganas公司在2001年6月推介的一種新技術(shù),。高速壓制生產(chǎn)零件的過(guò)程和傳統(tǒng)的壓制過(guò)程工序相同,。混合粉末加進(jìn)送料斗中,，粉末通過(guò)送粉靴自動(dòng)填充模腔壓制成形,，之后零件被頂出并轉(zhuǎn)入燒結(jié)工序。所不同的是高速壓制的壓制速度比傳統(tǒng)壓制高500—1000倍,，壓機(jī)錘頭速度高達(dá)2—30m／s,，液壓驅(qū)動(dòng)的錘頭重達(dá)5—1200Kg，粉末在0.02s之內(nèi)通過(guò)高能量沖擊進(jìn)行壓制,，壓制時(shí)產(chǎn)生強(qiáng)烈的沖擊波,。通過(guò)附加間隔0.3s的多重沖擊能達(dá)到更高的密度。HVC技術(shù)具有高密度,、高性能,、低成本、高生產(chǎn)率和可成形大零件的特點(diǎn),。
該技術(shù)適用于制備閥門(mén),、簡(jiǎn)單齒輪、氣門(mén)導(dǎo)筒,、主軸承蓋,、輪轂、齒輪,、法蘭,、軸套宇軸承套圈和凸輪凸角機(jī)構(gòu)等產(chǎn)品。目前正在繼續(xù)研究生產(chǎn)更復(fù)雜的多級(jí)部件,。
五,、動(dòng)磁壓制技術(shù)
動(dòng)力磁性壓制技術(shù)(dynamic magneticcornpaction，簡(jiǎn)稱(chēng)DMC)是1995年美國(guó)開(kāi)始研究的一種新型的高性能粉末最終成形壓制技術(shù),。DMC是采用脈沖調(diào)制電磁場(chǎng)施加的壓力來(lái)固結(jié)粉末,。與傳統(tǒng)的粉末冶金壓制工藝一樣，動(dòng)力磁性壓制也是兩維壓制工藝,，但卻是徑向壓制而不是軸向壓制,。當(dāng)粉末裝入～個(gè)導(dǎo)電的容器(護(hù)套)內(nèi)，置于高場(chǎng)強(qiáng)的中心腔中,，線(xiàn)圈通入高電流脈沖,，線(xiàn)圈中形成磁場(chǎng)，護(hù)套內(nèi)因而產(chǎn)生感應(yīng)電流。感應(yīng)電流與施加的磁場(chǎng)相互作用,，產(chǎn)生由外向內(nèi)壓縮護(hù)套的磁力,，使粉末得到壓制，整個(gè)壓制過(guò)程時(shí)間不足1ms,。DMC具有以下特點(diǎn)：(1)由于不使用模具,，因而可達(dá)到更高的壓制力，維修與生產(chǎn)成本更低,；(2)在任何溫度與氣氛中均可施加壓力,，且適合所有材料，工作條件更靈活,；(3)不使用潤(rùn)滑劑與粘結(jié)劑,，有利于環(huán)境保護(hù)。目前,，許多動(dòng)磁壓制的應(yīng)用已接近工業(yè)化階段,。DMC適于制造柱形對(duì)稱(chēng)的終形件，薄壁管,，高縱橫比部件和內(nèi)部形狀復(fù)雜的部件�,，F(xiàn)可以生產(chǎn)直徑×長(zhǎng)度：12.7mm×76.2mm到127.0mm×25.4mm的部件。
六,、放電等離子燒結(jié)技術(shù)
放電等離子燒結(jié)技術(shù)(Spark Plasma Sintering，簡(jiǎn)稱(chēng)SPS)最早源于1930年美國(guó)科學(xué)家提出的脈沖電流燒結(jié)原理,，但直到日本于1988年研制出第一臺(tái)工業(yè)型SPS裝置,，該技術(shù)才真正引起世人的關(guān)注。該技術(shù)集粉末成形和燒結(jié)于一體,，不需要預(yù)先成形,，也不需要任何添加劑和粘結(jié)劑。主要是利用外加脈沖強(qiáng)電流形成的電場(chǎng)清除粉末顆粒表面氧化物和吸附的氣體,，凈化材料,，活化粉末表面，提高粉末表面的擴(kuò)散能力,，再在較低機(jī)械壓力下利用強(qiáng)電流短時(shí)加熱粉體進(jìn)行燒結(jié)致密,。_有關(guān)研究表明，該技術(shù)由于場(chǎng)活化等作用在較大程度上降低了粉體的燒結(jié)溫度,，縮短了燒結(jié)時(shí)間,，并充分利用了粉末自身發(fā)熱的作用，熱效率極高,，加熱均勻,，可通過(guò)一次成形獲得高精度、均質(zhì)、致密,、含氧量低和晶粒組織細(xì)小的零件,。
目前，SPS研究對(duì)象主要集中于陶瓷,、金屬陶瓷,、金屬間化合物、復(fù)合材料,、納米材料以及功能材料等,。在制備和成形非晶合金、形狀記憶合金,、金剛石等材料方面也作了不少?lài)L試,，并取得了較好的結(jié)果。
七,、爆炸壓制技術(shù) 參考文獻(xiàn)：
爆炸壓制(Explosive Compaction)又稱(chēng)沖擊波壓制,，是利用化學(xué)能的一種高能成形方法。它通常將金屬粉末材料置于具有一定結(jié)構(gòu)的模具中施加爆炸壓力,，爆炸物質(zhì)的化學(xué)能在極短的時(shí)間內(nèi)轉(zhuǎn)化為周?chē)橘|(zhì)中的高壓沖擊波,，并以脈沖波的形式作用粉末，使其獲得高密度,。作用時(shí)間僅為1O一100us,，粉末成形為1ms左右。爆炸壓制方法是一種獨(dú)特的加工方法,，可使松散材料達(dá)到理論密度,。能將不適合傳統(tǒng)壓力加工的材料制造成零件，可使傳統(tǒng)的不可壓縮的金屬陶瓷材料,、低延性金屬等壓制成復(fù)合材料,，典型的應(yīng)用是將高溫合金粉末用于成形飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)的耐高溫零件。
結(jié)束語(yǔ)
粉末冶金是一門(mén)重要的零件成形技術(shù),。粉末冶金新技術(shù),、新工藝的不斷出現(xiàn)，必將促進(jìn)高技術(shù)產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展,，也必將帶給材料工程和制造技術(shù)光明的前景,。目前，我國(guó)粉末冶金行業(yè)整體技術(shù)水平低下,、工藝裝備落后,，與國(guó)外先進(jìn)技術(shù)水平相比存在較大差距。因此,，大力發(fā)展粉末冶金新技術(shù)的研究,，對(duì)提高我國(guó)粉末冶金產(chǎn)品的檔次和技術(shù)水平,，縮短與國(guó)外先進(jìn)水平的差距具有非常重要的意義
