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第四章粉末冶金成形

粉末冶金是采用成形和烧结等工序将金属粉末，或金属与非金属粉末的混合物，制成金属制品的工艺技术。由于粉末冶金的生产工艺与陶瓷的生产工艺在形式上类似，此工艺方法又被称为金属陶瓷法。

粉末冶金工艺的根本工序是：

〔1〕原料粉末的制取和准备。粉末可以是纯金属或它的合金、非金属、金属与非金属的化合物以及其它各种化合物等；

〔2〕将金属粉末及各种添加剂均匀混合后制成所需形状的坯块；

〔3〕将坯块在物料主要组元熔点以下的温度进行烧结，使制品具有最终的物理、化学和力学性能。

粉末冶金工艺过程如图4-1所示。

图4-1粉末冶金工艺过程示意图

近代粉末冶金技术的开展有三个重要标志：一是克服了难熔金属〔如钨、钼等〕熔铸过程中的困难，如电灯钨丝和硬质合金的出现；二是多孔含油轴承的研制成功，继之是粉末冶金机械零件的开展，发挥了粉末冶金少、无切削的特点；三是向新材料、新工艺开展。

粉末冶金方法与液态成形方法相比，其优点主要是：

〔1〕可防止或者减少偏析、机加工量大等缺点。用粉末冶金法生产零件制品时，金属的总损耗只有1%~5%。

〔2〕材料某些独特的性能或者显微组织也只能用粉末冶金方法来实现。例如，多孔材料、氧化物弥散强化合金、硬质合金等。另外，这种方法也有可能用来制取高纯度的材料而不给材料带来污染。

〔3〕一些活性金属、高熔点金属制品用其它工艺成形是十分困难的。这些材料在普通工艺过程中，随着温度的升高，材料的显微组织及结构受到明显的损害，而粉末冶金工艺却可防止。

由于粉末成形所需用的模具加工制作比拟困难，较为昂贵，因此粉末冶金方法的经济效益往往只有在大规模生产时才能表现出来。粉末冶金工艺的缺乏之处是粉末本钱较高，制品的大小和形状受到限制，烧结件的抗冲击性较差等。但是，随着粉末冶金技术的开展，新工艺不断出现与完善，这些缺乏正被逐步克服。

应用：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，从采矿到化工，从民用工业到军事工业，从一般技术到尖端高科技，几乎没有一个工业部门不在使用着粉末冶金材料或制品。金属粉末和粉末冶金制品、材料在工业部门的应用举例见表4-1。

表4-1金属粉末和粉末冶金材料、制品的应用

工业部门

金属粉末和粉末冶金材料、制品应用举例

机械加工

汽车、拖拉机、机床制造

电机制造

精密仪器

电气和电子工业

计算机工业

化学、石油工业

军工

航空

航天和火箭

原子能工程

硬质合金，金属陶瓷，粉末高速钢

机械零件，摩擦材料，多孔含油轴承，过滤器

多孔含油轴承，铜—石墨电刷

仪表零件，软磁材料，硬磁材料

电触头材料，电真空电极材料，磁性材料

记忆元件

过滤器，防腐零件，催化剂

穿甲弹头，军械零件，高比重合金

摩擦片，过滤器，防冻用多孔材料，粉末超合金

发汗材料，难熔金属及合金，纤维强化材料

核燃料元件，反响堆结构材料，控制材料

用粉末冶金法大量生产机械零件时，生产效率高、能耗低、材料省、价格低廉。其经济效益比照见表4-2。

表4-2用粉末冶金法制造机械零件与仪表零件的经济效益比照

零件名称

1吨零件的金属消耗量/t

相对劳动量

1000个零件的相对本钱

机械加工

粉末冶金

机械加工

粉末冶金

机械加工

粉末冶金

油泵齿轮

钛制巩固螺母

黄铜制轴承保持架

飞机导线用铝合金固定夹

1.80~1.90

1.85~1.95

1.75~1.85

1.85~1.95

1.05~1.10

1.10~1.12

1.15~1.13

1.05~1.09

1.0

1.0

1.0

1.0

0.30

0.50

0.45

0.35

1.0

1.0

1.0

1.0

0.50

0.50

0.35

0.40

第一节粉末冶金工艺

〔一〕粉末制备

制取粉末：主要取决于该材料的性能及制取方法的本钱。粉末的形成是将能量传递到材料，从而制造新生外表的过程。例如，一块1m3的金属可制成大约2×1018个直径为1μm的球形颗粒，其外表积大约为6×106m2。要形成这么大的外表，需要很大的能量。

制取方法：机械法和物理化学法两大类。机械法制取粉末是将原材料机械地粉碎，而化学成分根本不发生变化的工艺过程；物理化学法那么是借助化学或物理的作用，改变原材料的化学成分或聚集状态，而获得粉末的工艺过程。

但是，在粉末冶金生产实践中，机械法和物理化学法之间并没有明显的界限，而是相互补充的。例如，可使用机械法去研磨复原法所得粉末，以消除应力、脱碳以及减少氧化物。

1．机械粉碎法机械粉碎是靠压碎、击碎和磨削等作用，将块状金属、合金或化合物机械地粉碎成粉末。依据物料粉碎