粉末冶金技術(shù)簡(jiǎn)述

1、粉末冶金技術(shù)簡(jiǎn)述powder metallurgy technology主講：王燁2015年12月院系：海洋學(xué)院機(jī)械設(shè)計(jì)、制造及其自動(dòng)化專業(yè)atalogatalog什么是粉末冶金技術(shù)？2/20/2022粉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(guò)成形和燒結(jié)，制造金屬材料、復(fù)合材料以及各種類型制品的工藝技術(shù)。粉末冶金包括制粉和制品。其中制粉主要是冶金過(guò)程，和字面吻合。而粉末冶金制品則常遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出材料和冶金的范疇，往往是跨多學(xué)科（材料和冶金，機(jī)械和力學(xué)等）的技術(shù)。 早在五千年前，古埃及人就用此法制造鐵器件。（技術(shù)雛形） 1700年前，印度人采用類似的方法制造了重

2、達(dá)6.5T的“DELI柱。（含硅鐵合金，耐腐蝕性好） 19世紀(jì)初，由于化學(xué)實(shí)驗(yàn)使用鉑坩堝的需要，俄羅斯人、英國(guó)人采用粉末壓制、燒結(jié)和熱鍛的方法制造致密鉑。（現(xiàn)代粉末冶金的技術(shù)基礎(chǔ)）前世今生現(xiàn)代粉末冶金的重要標(biāo)志1. 1.克服了難熔金屬熔鑄過(guò)程中產(chǎn)生的困難?？朔穗y熔金屬熔鑄過(guò)程中產(chǎn)生的困難。 1909年制造電燈鎢絲，推動(dòng)了粉末冶金的發(fā)展;1923年粉末冶金硬質(zhì)合金的出現(xiàn)被譽(yù)為機(jī)械加工中的革命。2. 2.三十年代成功制取多孔含油軸承三十年代成功制取多孔含油軸承 繼而粉末冶金鐵基機(jī)械零件的發(fā)展，充分發(fā)揮了粉末冶金少切削甚至無(wú)切削的優(yōu)點(diǎn)。3. 3.向更高級(jí)的新材料和新工藝發(fā)展。向更高級(jí)的新材料和新工

3、藝發(fā)展。 四十年代，出現(xiàn)金屬陶瓷、彌散強(qiáng)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);利用粉末冶金鍛造及熱等靜壓已能制造高強(qiáng)度的零件。應(yīng)用領(lǐng)域 多孔材料，顧名思義就是有很多孔的材料，是由材料實(shí)體與孔隙構(gòu)成的相互貫通或封閉的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。如果孔隙之間是相互相通的，則稱為開孔；如果孔隙與孔隙之間是完全隔開的，則稱為閉孔；也有些孔隙則是半開半閉的。 粉末冶金多孔材料，又稱多孔燒結(jié)材料，由金屬或合金粉末(球狀或不規(guī)則形狀)，或短纖維，經(jīng)成形、燒結(jié)制成。材料內(nèi)部孔道縱橫交錯(cuò)、互相貫通，一般有 30%60% 的孔隙度，孔徑 1100 m。常用的金屬或合金 有青銅、不銹鋼、鐵、鎳、鈦、鎢

4、、鉬以及難熔金屬化合物等。做成的制品有坩堝狀、碟狀、管狀、板狀、薄膜等。粉末冶金多孔材料導(dǎo)熱、導(dǎo)電性能好，透過(guò)性能好，耐高溫與低溫，抗熱震，抗介質(zhì)腐蝕?？捎糜谥圃爝^(guò)濾器、多孔電極、滅火裝置、防凍裝置等。多孔材料含油軸承 含油軸承，即多孔質(zhì)軸承(PorousBearing)，以金屬粉末為主要原料，用粉末冶金法制作的燒結(jié)體。利用燒結(jié)體的多孔性,使之含浸10%40%(體積分?jǐn)?shù))潤(rùn)滑油,于自行供油狀態(tài)下使用。 含油軸承在非運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)，潤(rùn)滑油充滿其孔隙，運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，軸回轉(zhuǎn)因摩擦而發(fā)熱，軸瓦熱膨脹使孔隙減小，于是，潤(rùn)滑油溢出，進(jìn)入軸承間隙。當(dāng)軸停止轉(zhuǎn)動(dòng)后，軸瓦冷卻，孔隙恢復(fù)，潤(rùn)滑油又被吸回孔隙。汽車工業(yè)汽車發(fā)動(dòng)

5、機(jī)汽車發(fā)動(dòng)機(jī) 為了提高燃油利用率與控制排放，汽車發(fā)動(dòng)機(jī)的工作條件變得更加嚴(yán)酷。使用粉末冶金的閥座、閥導(dǎo)向、VCT和鏈輪等，能夠具備高強(qiáng)度、高耐磨性和優(yōu)良的耐熱性。 汽車發(fā)動(dòng)機(jī)中利用粉末冶金制造的部件有：傳動(dòng)系統(tǒng)零部件（氣門座、氣門導(dǎo)管和閥），可變閥門定時(shí)零部件、控制桿等。減振部件減振部件 汽車、摩托車的減振器中，活塞桿及活塞導(dǎo)向閥等都是重要部件?？紤]到減振器的穩(wěn)定阻尼力，使用粉末冶金零件，具有高精密薄板表面，能減少摩擦、保障操縱的穩(wěn)定性，提高乘坐的舒適性變速器部件變速器部件 將近終成形的同步器齒環(huán)與雙重摩擦材料和高強(qiáng)度材料相結(jié)合，制作了世界上第一個(gè)離合器剎。此外，通過(guò)高溫?zé)Y(jié)的方法，制造了高強(qiáng)

6、度的零部件，如手柄式換檔齒輪和換擋撥叉。 汽車中使用粉末冶金方法制造的變速部件有：同步汽輪轂（gu）、同步器環(huán)、泊車部件、列移位部件和控制桿等。粉末冶金與元器件封裝 集成電路封裝是為芯片提供一個(gè)可靠的工作環(huán)境，保護(hù)芯片不受外部環(huán)境影響，使電路具有穩(wěn)定正常的功能。 集成電路的封裝要求用于封裝的材料具有一定的機(jī)械強(qiáng)度、良好的電氣性能能、散熱性能和化學(xué)穩(wěn)定性，并更具集成電路類別和使用場(chǎng)所的不同，選用不同的封裝結(jié)構(gòu)和材料。 據(jù)統(tǒng)計(jì)現(xiàn)在目前一個(gè)集成芯片的成本和封裝的成本已基本相當(dāng)，而高性能的封裝材料多采用粉末冶金工藝生產(chǎn)元器件封裝常見的材料工藝流程混合-壓制-燒結(jié)粉末制取和混合 現(xiàn)有的制粉方法大體可分為

7、兩類：機(jī)械法和物理化學(xué)法。而機(jī)械法可分為：機(jī)械粉碎及霧化法；物理化學(xué)法又分為：電化腐蝕法、還原法、化合法、還原-化合法、氣相沉積法、液相沉積法以及電解法。其中應(yīng)用最為廣泛的是還原法、霧化法和電解法。 電解法是生產(chǎn)工業(yè)銅粉的主要方法，即采用硫酸銅水溶液電解析出純高的銅。還原法是生產(chǎn)工業(yè)鐵粉的主要方法，采用固體碳還原鐵磷或鐵礦石粉的方法。還原后得到得到海綿鐵，經(jīng)過(guò)破碎后的鐵粉在氫氣氣氛下退火，最后篩分便制得所需要的鐵粉。 機(jī)械破碎法中最常用的是球磨法。該法用直徑1020mm鋼球或硬質(zhì)合金對(duì)金屬進(jìn)行球磨，適用于制備一些脆性的金屬粉末（如鐵合金粉）。對(duì)于軟金屬粉，采用旋渦研磨法。粉末所有性能的總稱。它

8、包括：粉末的幾何性能(粒度、比表面、孔徑和形狀等)；粉末的化學(xué)性能(化 學(xué)成分、純度、氧含量和酸不溶物等)；粉體的力學(xué)特性(松裝密度、流動(dòng)性、成形性、壓縮性、堆積角和剪切角等)；粉末的物理性能和表面特性(真密度、光 澤、吸波性、表面活性、電位和磁性等)。粉末性能往往在很大程度上決定了粉末冶金產(chǎn)品的性能。粉末性能(property of powder)壓制成型 壓模壓制是將置于壓模內(nèi)的松散粉末施加一定的壓力后，成為具有一定形狀、尺寸和一定密度、壓強(qiáng)的壓坯。在壓制的過(guò)程中會(huì)涉及壓坯密度壓坯燒結(jié) 燒結(jié)是粉末冶金工藝中的關(guān)鍵性工序。成型后的壓坯通過(guò)燒結(jié)使其得到所要求的最終物理機(jī)械性能。燒結(jié)又分為單元系

9、燒結(jié)和多元系燒結(jié)。對(duì)于單元系和多元系的固相燒結(jié)，燒結(jié)溫度比所用的金屬及合金的熔點(diǎn)低；對(duì)于多元系的液相燒結(jié)，燒結(jié)溫度一般比其中難熔成分的熔點(diǎn)低，而高于易熔成分的熔點(diǎn)。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。 燒結(jié)后的處理，可以根據(jù)產(chǎn)品要求的不同，采取多種方式。如精整、浸油、機(jī)加工、熱處理及電鍍。此外，近年來(lái)一些新工藝如軋制、鍛造也應(yīng)用于粉末冶金材料燒結(jié)后的加工，取得較理想的效果。后處理工藝優(yōu)點(diǎn) 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(lái)制造。 2、由于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后的機(jī)械加工，故能大大節(jié)約金屬，降低產(chǎn)品成本

10、。用粉末冶金方法制造產(chǎn)品時(shí)，金屬的損耗只有1-5%，而用一般熔鑄方法生產(chǎn)時(shí)，金屬的損耗可能會(huì)達(dá)到80%。 3、由于粉末冶金工藝在材料生產(chǎn)過(guò)程中并不熔化材料，也就不怕混入由坩堝和脫氧劑等帶來(lái)的雜質(zhì)，而燒結(jié)一般在真空和還原氣氛中進(jìn)行，不怕氧化，也不會(huì)給材料任何污染，故有可能制取高純度的材料。 4、粉末冶金法能保證材料成分配比的正確性和均勻性。 5、粉末冶金適宜于生產(chǎn)同一形狀而數(shù)量多的產(chǎn)品，特別是齒輪等加工費(fèi)用高的產(chǎn)品，用粉末冶金法制造能大大降低生產(chǎn)成本。工藝缺點(diǎn)1、總體上： 1）制品內(nèi)部總有孔隙； 2）普通粉末冶金制品的強(qiáng)度比相應(yīng)的鍛件或鑄件要低（約低20%30%）； 3）由于成形過(guò)程中粉末的流動(dòng)

11、性遠(yuǎn)不如液態(tài)金屬，因此對(duì)產(chǎn)品結(jié)構(gòu)形狀有一定的限制； 4）壓制成形所需的壓強(qiáng)高，因而制品受壓制設(shè)備能力等限制； 5）壓模成本高，一般只適用于成批或大量生產(chǎn)。2、金屬粉方面： 最終產(chǎn)品的品質(zhì)難以控制自如；金屬粉昂貴；粉末不順從水力學(xué)定律，而使產(chǎn)品結(jié)構(gòu)形狀有一定限制。3、制造設(shè)備、方法方面： 1）加壓機(jī)：常需使用昂貴的強(qiáng)力壓機(jī) 2）壓模：屬消耗品，成本較高 3）燒結(jié)爐 4）粉末易氧化，混合需長(zhǎng)時(shí)間 5）制品的尺寸及形狀受限制。發(fā)展方向粉末冶金技術(shù)正向著高致密化、高性能化、集成化和低成本等方向發(fā)展。具體如下：1、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。2、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。3、用增強(qiáng)致密化過(guò)程來(lái)制造一般含有混合相組成的特殊合金。4、制造非均勻材料、非晶態(tài)、微晶或者亞穩(wěn)合金。5、加工獨(dú)特的和非一般形態(tài)或成分的復(fù)合零部件。http:/ 電子封裝用粉末冶金材料電子封裝用粉末冶金材料http:/ 粉末冶金多孔材料粉末冶金多孔材料http:/ 粉末冶金原理粉末冶金原理http:/ 粉末冶金技術(shù)的應(yīng)用與發(fā)展粉末冶金技術(shù)的應(yīng)用與發(fā)展http