粉末冶金法在金屬制備中的應用

1、 題 目： 粉末冶金法在金屬制備中的應用 姓 名： 李 文 廷 學 號： 201201020446 年 級： 2012級 專 業(yè)： 化學 學 院： 理學院 成 績： 目錄1粉末冶金的定義.12粉末冶金工藝.2 3粉末冶金技術(shù)的特點 .2 3.1低的生產(chǎn)成本.2 3.2高的性能.24粉末冶金材料的應用.3 4.1應用于機械零件的制造.3 4.2應用于合金性能的改進.3 4.2.1鋁合金.3 4.2.2高合金材料.3 4.2.3高溫合金.4 4.2.4磁性材料.4 4.3應用于新型材料的研制.4 4.3.1金屬基復合材料.4 4.3.2彌散強化高溫材料.4 4.4梯度功能材料.4 4.5其他方法的

2、應用.4 4.5.1超塑性材料.4 4.5.2高抗蝕性材料.4 4.6粉末冶金材料在國民經(jīng)濟各部門的應用.45.主要不足之處.66.粉末冶金的發(fā)展前景.6 6.1向全致密化發(fā)展.6 6.2向高性能化、集成化和低成木等方向發(fā)展.7 6.3粉木治金產(chǎn)業(yè)化發(fā)展.77. 展望.78. 參考文獻.7粉末冶金法在金屬制備中的應用摘要: 從機械零件的制造、合金性能的改進及新型材料的研制及制備工藝等方面綜述了粉末冶金技術(shù)的應用與發(fā)展。粉末冶金作為一種獨特的零件制造技術(shù)，向高致密化、高性能化、集成化和低成木等方向發(fā)展，木文分析了粉末冶金的定義涵和該技術(shù)的主要功能，重點對粉末冶金技術(shù)的應用進行慨括。關(guān)鍵詞：粉末冶

3、金、制備工藝、應用、發(fā)展近30 年來,粉末冶金技術(shù)獲得了飛速的發(fā)展,許多“后致密化”技術(shù)(即在傳統(tǒng)的粉末冶金方法的燒結(jié)工序之后增加一些致密化工序,如復壓、復燒、鍛造、拉制、擠壓等) 、熱等靜壓、注射成型以及機械合金化等工藝的研制成功,克服了傳統(tǒng)粉末冶金制品由于致密性低而導致使用上的技術(shù)障礙,使粉末冶金技術(shù)得以推廣應用。到目前為止,粉末冶金技術(shù)既是高強度、高密度、形狀復雜、無切削、少切削零件的制造工藝,又是生產(chǎn)新型材料的加工方1.粉末冶金的定義：末冶金是制取金屬粉末或用金屬粉末(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)，制取金屬材料、復合材料以及各種類型制品的工業(yè)技術(shù)。目前，粉末

4、冶金技術(shù)已被廣泛應用于交通、機械、電子、航空航天、兵器、生物、新能源、信息和核工業(yè)等領(lǐng)域，成為新材料科學中最具發(fā)展活力的分支之一。粉末冶金技術(shù)具備顯著節(jié)能、省材、性能優(yōu)異、產(chǎn)品精度高且穩(wěn)定性好等一系列優(yōu)點，非常適合于大批量生產(chǎn)。2.2 粉末冶金工藝 粉末冶金技術(shù)的大致工藝過程如下 原料粉末+添加劑合金元素粉末、潤滑劑、成形劑成形模壓、CIP、粉漿澆注、軋制、擠壓、溫壓、注射成形等燒結(jié)加壓燒結(jié)、熱壓、HIP等粉末冶金材料或粉末冶金零部件 后續(xù)處理3 粉末冶金技術(shù)的特點 3.1低的生產(chǎn)成本低的生產(chǎn)成本能耗小 生產(chǎn)率高 材料利用率高設備投資少。 工藝流程短和加工溫度低 加工工序少 少切削、無切削 粉

5、末冶金原理補充完整版材料成分設計靈活、微觀結(jié)構(gòu)可控由工藝特征決定 能制造普通熔練法不可能生產(chǎn)的材料如W-Cu、SnO2-Ag、WC-Co、Cu-石墨、金屬陶瓷TiC-NiCr,Al2O3-Ni或Cu,TiB2-Cu等、彌散強化材料Al2O3-Cu Al2O3-AlY2O3-Fe基合金、粉末超合金非相圖成分、難熔金屬及其合金如鎢鉬、含油軸承、過濾材料等。 .3.2高的性能 粉末高速鋼、粉末超合金因無成分偏析和穩(wěn)定的組織細的晶粒而性能優(yōu)于熔煉法制備的合金納米材料金屬陶瓷梯度復合材料梯度硬質(zhì)合金。 4 粉末冶金材料的應用 4.1應用于機械零件的制造現(xiàn)代粉末冶金技術(shù)在機械零件制造中的應用范圍正沿兩個方

6、向擴展:一是制取承受高負荷的零件;二是制取幾何尺寸復雜、尺寸精度高的零件,并使最終機械加工量減至最小限度。在承受高負荷零件的制造中,后致密化技術(shù)中的鍛造(以下簡稱粉末鍛造) 和熱等靜壓起到了非常重要的作用。4.2應用于合金性能的改進隨著對材料要求的不斷提高,傳統(tǒng)的鑄錠冶金( IM) 方法對合金的性能改進已趨于頂峰,粉末冶金(PM) 技術(shù)成為改進和研制合金的一種手段4.2.1鋁合金到目前為止,用PM 方法改進或研制的鋁合金按性能可分為4 類:高強度,高彈性模量,低密度,熱強和功能鋁合金。7090 , 7091 , MR61 , MR64 , CW67 , IN9021 和IN9052 屬PM 高

7、強度鋁合金。前5 種是RSP(快冷合金粉末) 合金,是在7 ×××系合金的基礎(chǔ)上添加少量的Co ,Zr 或Cr 作為附加劑和穩(wěn)定劑而制得的;后兩種是用機械合金化方法制得的,它們在抗拉強度、抗蝕性、斷裂韌性等方面具有良好的綜合性能。PM 高彈性模量、低密度鋁合金大多數(shù)是在IN2024 合金的基礎(chǔ)上(也有降低Cu ,Mg 含量及用Zr取代Cr 的) 添加1 %3 %Li 的鋁鋰合金。Al - Cu -Li - Zr ,Al - Li - Zr 及Al - Cu - Mg - Li - Zr 是發(fā)展高彈性模量、低密度鋁合金的主要方向4.2.2高合金材料高合金材料如高速鋼

8、采用PM 方法生產(chǎn),可得到碳化分布均勻的細晶粒組織,具有較高的抗彎強度和沖擊強度,韌性可提高50 % ,熱處理變形約為IM 高速鋼的1/ 10 。還大大提高了耐磨削性能,用它制造的刀具壽命可提高35 倍。此外,粉末冶金制品的工序較少,材料利用率可由50 %60 %提高到95 %。4.2.3高溫合金采用先進的粉末冶金技術(shù)可以制得純凈的合金粉末,并且合金組織均勻,無偏析。采用PM 技術(shù),可使現(xiàn)有的高溫合金的工作溫度提高100 ,疲勞壽命提高100 倍,蠕變強度大約提高20%4.2.4磁性材料與熔鑄方法相比,PM 磁性材料有如下優(yōu)點:可以生產(chǎn)出具有特殊性能的磁性材料,如鐵氧體、磁介質(zhì)等;能用單疇粉末

9、制造出優(yōu)質(zhì)永磁材料;材料晶粒細、強度大、無縮孔及偏析等弊病。用PM 方法制造體積小、形狀復雜的小型磁體具有極大的競爭力。采用PM 方法生產(chǎn)材料最顯著的一個特點是材料設計的自由度高,通過改變材料的成分或工藝方法以改變材料的晶體結(jié)構(gòu),可獲得不同功能的材料。4.3應用于新型材料的研制4.3.1金屬基復合材料用于制造金屬基復合材料的工藝方法有: PM 法、壓鑄法和攪拌鑄造法。與攪拌鑄造法相比, PM 法制取復合材料的溫度低,減輕了基體與增強體之間的界面反應,減少了界面上硬質(zhì)化合物的生成,從而得到較好力學性能的材料; PM 法可以制造用攪拌鑄造法不能制取的材料,如用攪拌鑄造法制造碳化硅鈦基復合材料時,碳

10、化硅晶須溶于鈦合金基體,采用PM 法可避免這一現(xiàn)象發(fā)生。4.3.2彌散強化高溫材料近年來彌散強化鋁合金研究的有:Al - C ,Al - TiC ,Al - ZrC ,Al - NbC ,Al - Cr2O3 ,Al - MoC ,Al WC 等,其中Al - C 材料已用于內(nèi)燃機活塞,它的強化相是Al4C。屬間化合物的研究主要采用機械合金化方法,4.4梯度功能材料目前,梯度功能材料的開發(fā)僅有熱功能梯度材料。它是基于航宇結(jié)構(gòu)、核聚變反應堆和未來高速飛行的需要而研制的。它的一面是高強度的金屬材料,另一面為耐高溫粉末材料(如高溫結(jié)構(gòu)陶瓷、金屬間化合物) ,中間層為高強度的纖維(如氧化鋯、碳化硅纖維

11、等) 和微粒(如陶瓷或金屬間化合物粉末,碳?；虿Ａ⒘５? 。這種結(jié)構(gòu)既保證了高強度和高耐熱性,又保證了材料的組織與工作的溫度梯度相適應,減小了在高溫下受熱表面和金屬材料層間的熱膨脹失配而引起的應力4.5.其他方法的應用4.5.1超塑性材料采用PM 法可獲得極細的晶粒,合金界面上的氧化物質(zhì)點和析出相均能起釘扎晶界的作用,使材料具有高的組織穩(wěn)定性。另外, PM 法制備的超塑性材料還可實現(xiàn)高應變速率的超塑性,高的應變速率能提高超塑性成形效率。因此,在材料的超塑性研究中, PM技術(shù)受到了極大的關(guān)注并取得了可喜的成果。4.5.2高抗蝕性材料高的抗腐蝕和抗應力腐蝕能力是粉末冶金的主要特性,洛克希德- 喬

12、治亞公司已用PM 鋁合金設計和制造了3 個試驗性飛機零件,其中兩個是擠壓梁,一個是鍛造襟翼滑軌加強緣條。這些零件安裝在3 架洛克希德C - 141 運輸機上進行試驗。它的壽命比用IM法加工的零件長得多,使更換費用大大減少。4.6粉末冶金材料在國民經(jīng)濟各部門的應用由于粉末冶金材料及其零部件較其它加工方法制造的零部件的成本低以及其性能能滿足特種要求因而粉末冶金零部件和材料在國民經(jīng)濟各部門的應用十分廣泛： 汽車制造業(yè)的各種粉末冶金零部件 、機加工工業(yè)中的切削用硬質(zhì)合金和粉末高速鋼刀具 、 電子工業(yè)用粉末冶金磁性材料和電觸頭 、計算機的原器件用電子封裝材料 、機械制造業(yè)的減磨零件和結(jié)構(gòu)部零件、 航天航

13、空業(yè)中的耐熱材料及結(jié)構(gòu)零部件、家用電器中的微型軸承、原子能材料、 武器系統(tǒng)和作戰(zhàn)平臺高效、低成本、建材工業(yè)用金剛石工具材料等 、 環(huán)保與化工用催化劑及過濾器件等。 總之粉末冶金材料與人們的生活密不可分在國民經(jīng)濟和國防建設中發(fā)揮重大作用。而且隨著粉末冶金新技術(shù)和新工藝的開發(fā)與應用粉末冶金的技術(shù)上的優(yōu)越性也更加顯著應用領(lǐng)域不斷擴大。如溫壓成形技術(shù)的出現(xiàn)使粉末冶金零部件在轎車上的應用水平由原來的13.2Kg/輛增加到22Kg/輛大大擴大了粉末冶金零部件的應用范圍。 5.主要不足之處 .由于受設備容量的限制傳統(tǒng)粉末冶金工藝制造的粉末冶金零部件的尺寸較其它加工方法鑄造機加工等 材料韌性不高 零部件的形狀

14、復雜程度和綜合力學性能有限等。 正被新型成形技術(shù)如無模成形技術(shù)溫壓成形注射成形逐步克服。 6.粉末冶金的發(fā)展前景6. 1、向全致密化發(fā)展粉末冶金的重點是超細粉末和納米粉的制備技術(shù)，快速冷凝制備非晶、準晶和微晶粉末技術(shù)，機械合金化技術(shù)，自蔓延高溫合成技術(shù)，粉末粒度、結(jié)構(gòu)、形貌、成分控制技術(shù)?？偟内厔菔窍虺?、超純、粉末特性可控方向發(fā)展。建立以“凈近形成形”技術(shù)為中心的各種新型固結(jié)技術(shù)及其過程模過程理論，如粉末注射成形、擠壓成形、噴射成形、溫壓成形、粉末鍛造等。建立以“全致密化”為主要目標的新型固結(jié)技術(shù)及其過程模擬技術(shù)6.2向高性能化、集成化和低成木等方向發(fā)展粉末冶金新的成形技術(shù)層出不窮，如:粉末

15、注射成形、溫壓成形、流動溫壓成形、噴射成形、高速壓制成形等新技術(shù)不斷涌現(xiàn)。近目前，粉末冶金技術(shù)正向著高致密化、高性能化、集成化和低成木等方向發(fā)展。有代表性的鐵基合金，將向大體積的精密制品，高質(zhì)量的結(jié)構(gòu)零部件發(fā)展;制造具有均勻顯微組織結(jié)構(gòu)的、加工困難而完全致密的高性能合金;用增強致密化過程來制造一般含有混合相組成的特殊合金;制造非均勻材料、非晶態(tài)、微晶或者亞穩(wěn)合金;加工獨特的和非一般形態(tài)或成分的復合零部件。 6. 3、粉木治金產(chǎn)業(yè)化發(fā)展 由于相鄰學科和相關(guān)技術(shù)的相互滲透和結(jié)合.更賦予了粉末冶金新的發(fā)展活力。粉末冶金新工藝層出不窮，粉末冶金產(chǎn)沿產(chǎn)業(yè)化發(fā)展。8. 展望末冶金作為一種獨特的零件制造技術(shù)

16、，因其制品少、無切削，成木低，效率高，越來越受到設計和制造人員的重視。特別是近幾十年來，汽車工業(yè)的飛速發(fā)展，帶動了鐵基粉末冶金行業(yè)的快速發(fā)展。同時，由于一些新技術(shù)的興起，如機械合金化、粉末注射成形、溫壓成形、噴射成形、微波燒結(jié)、放電等離子燒結(jié)、自蔓延高溫合成、燒結(jié)硬化等，使得粉末冶金材料和技術(shù)得到了各國的普遍重視，其應用也越來越廣泛。粉末冶金作為一種加工方法主要從成本和性能上彌補其他加工技術(shù)上的不足。與其它加工技術(shù)一樣同屬材料科學與工程的范疇為人類社會的文明和進步不斷提供物質(zhì)基礎(chǔ)。特別是在新材料的研制和開發(fā)過程中粉末冶金技術(shù)因其獨特的工藝優(yōu)勢將繼續(xù)發(fā)揮先導作用。9. 參考文獻 1 周智勇.粉末

17、冶金技術(shù)的作用和發(fā)展研究J.消費導刊，2007,(10)2 肖珍靜.實現(xiàn)冶金工業(yè)全面、協(xié)調(diào)、可持續(xù)發(fā)展J.現(xiàn)代企業(yè)，2005,(05)3 謝乾豐.國內(nèi)冶金史研究的現(xiàn)狀及其發(fā)展方向J經(jīng)濟與社會發(fā)展，2007, (07)4 劉榮佩，吳新光，左孝青，等.粉末冶金發(fā)泡法制備泡沫鋁工藝研究.有奮金屬加工.2004. (5): 8一105孫世杰，粘結(jié)劑處理改善粉末性能J.粉末冶金技術(shù), 2011, 29(6): 468-473.6朱勇剛，陳鋒，粱曉軍，等.粉末冶金發(fā)泡時泡沫鋁孔結(jié)構(gòu)及泡壁的微觀組織演變.中國有色金屬學報，2004, (7): 110711117 方玉誠，程海珊，楊東海+ 新型多孔燒結(jié)金屬催化材料的研制7+ 中國有色金屬學報，899;，6;（=8）：5898 黃堵云粉末冶金原理M第2版北京：冶金工業(yè)出版社19973773809 于洋，Linnea F表面致密化 一種提高燒結(jié)齒輪性能的有效方法J粉末冶金技術(shù)，2005，23(1)：627410張敬國， 汪禮敏， 張少明， 等銅及銅合金粉末應用及研究J現(xiàn)狀粉末冶金工業(yè)2013(1):52-5711 李世樂，彭厚斌粉末冶金鈦花管的研制J稀有金屬與硬質(zhì)合金，1996，(126)：333812黃培云粉末冶金原理M北京：冶金工業(yè)出版社，19821513鄒志強,