粉末冶金制品

粉末冶金制品是采用成形和烧结工艺将金属粉末（或金属粉末与非金属粉末的混合物）制成材料和制品的工艺技术。它是冶金和材料科学的一个分支学科。

粉末冶金制品的应用范围十分广泛，从普通机械制造到精密仪器；从五金工具到大型机械；从电子工业到电机制造；从民用工业到军事工业；从一般技术到尖端高技术，均能见到粉末冶金工艺的身影。

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。

粉末冶金材料和制品的今后发展方向：

1、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。2100433B

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。

粉末冶金工艺的的缺点：总体上的缺点：

1）制品内部总有孔隙；

2）普通粉末冶金制品的强度比相应的锻件或铸件要低（约低20%~30%）；

3）由于成形过程中粉末的流动性远不如液态金属，因此对产品结构形状有一定的限制；

4）压制成形所需的压强高，因而制品受压制设备能力等限制；

5）压模成本高，一般只适用于成批或大量生产。

金属粉方面：最终产品的品质难以控制自如；金属粉昂贵；粉末不顺从水力学定律，而使产品结构形状有一定限制。

制造设备、方法方面：

1）加压机：常需使用昂贵的强力压机

2）压模：属消耗品，成本较高

3）烧结炉

4）粉末易氧化，混合需长时间

5）制品的尺寸及形状受限制。

粉末冶金工艺的基本工序是：

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。

分类粉末冶金减摩制品所用的材料一般分为自润滑材料和致密减摩材料两大类。

自润滑材料包括多孔自润滑材料和固体自润滑材料。

(1)多孔自润滑材料。使用量大面广的一类粉末冶金多孔轴承材料，孑L隙中浸油作润滑剂。

(2)固体自润滑材料。以石墨、金属硫化物、玻璃等作润滑剂，主要用于高温、高真空、高速、高载荷以及低温、强腐蚀、强辐照等特殊场合。这类材料主要有高合金化和硫化的铁一石墨材料、硫化和硼化烧结不锈钢、金属一石墨(>10%～15%(体积分数))、镍基和银基固体自润滑材料、难熔金属及其化合物基减摩材料和金属一玻璃材料等。

致密减摩材料包括钢背双金属减摩材料和金属一塑料复合减摩材料。

(1)钢背双金属减摩材料。用钢带作基底，在其上烧结一层厚度均匀的多孔减摩合金(如铜铅合金、铝铅合金、铜镍铅合金等)所构成的一种复合材料。多孔减摩合金层或经轧制到致密；或补充熔浸低熔点减摩合金(如巴氏合金)。钢背双金属减摩材料可制成各种轴瓦和轴套，这类轴承又称为钢背轴承。钢背轴承可在重负荷、高转速条件下工作。使用温度范围也比含油轴承宽。同时可减小轴承的壁厚和减摩材料层的厚度，缩小制品尺寸，降低材料的消耗。

(2)金属一塑料复合减摩材料。一般为三层结构：底层为钢背，用以提高轴承的机械强度和承载能力；中间层为烧结球状青铜粉多孔层，用以提高材料的导热性，并作为润滑剂(塑料)的储库；表层为一薄层塑料。在工作过程中，当表面塑料密损后，青铜与轴发生摩擦使温度升高，因塑料的热膨胀系数远大于金属，而从多孔层中挤出来，不断地向摩擦界面补充，起自润滑作用。用氟塑料(聚四氟乙烯)作润滑剂的材料商品名称为DU材料，兼有高强度、良好的导热性和优异的减摩性能，属于无油润滑材料。在水和其他非润滑性介质中工作时，使用效果也很好，使用温度范围为-200～ 280℃。用聚甲醛作润滑剂的称Dx材料，属于少油润滑或预润滑材料。仅在装配时，在轴承的摩擦表面上涂一点润滑脂，其使用寿命甚至比Du材料还长。金属一塑料复合减摩材料于20世纪40年代末开始研制，已大量应用于各种机械、飞机和汽车等方面。

性能粉末冶金减摩制品的材料由具有一定强度的金属基体和起减摩作用的润滑剂所组成。基体主要有铁、铜、铝等金属及其合金；减摩剂主要有润滑油、石墨、铅、金属硫化物(如铁、钼、钨和锌的硫化物)、塑料和玻璃等。由于粉末冶金工艺的特点，可以根据需要在较大范围内调整基体和减摩剂的成分和含量，制造出不同组织和结构的复合材料，使得减摩制品性能稳定，磨合性、抗卡性良好，使得减摩制品可靠性高，使用寿命长。粉末冶金减摩制品的性能一般都优于铸造轴承材料。