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剖析粉末冶金技術的前世今生

點擊量：1869 發布（bù）時間：2017-05-03 作（zuò）者：快猫视频APP下载安装（mài）（上海）增材製造技術（shù）有限公（gōng）司（sī）

粉（fěn）末（mò）冶金曆史

粉末冶金是一門古老的冶金技術。在2500多年前就已用海綿鐵（tiě）鍛（duàn）造法製造鐵器了。19世紀後期（qī）至20世紀初，用粉末冶金方法製取了鉬、鉭、铌等難熔金屬。20世紀初，用粉末冶（yě）金技術研製成功了硬質合金、多孔性金屬含油軸承、鎢-銅、鎢（wū）-銅-鎳複合（hé）材料等。隨著20世紀（jì）40年代，歐洲開始工業生產鐵粉。含（hán）油軸承的發明、硬質（zhì）合金的生產推動了粉末冶金（jīn）在機械製造業（yè）的發（fā）展。

2.粉末冶金原（yuán）理

粉末（mò）成形是指將金屬粉末或非金屬粉末(或混合粉末（mò）)通。生產金屬粉末和（hé）用金屬粉末（mò）（也包括（kuò）非金屬粉末）作為原料經過過壓製、燒結，製成具有一定（dìng）形（xíng）狀、尺寸、強度的金屬材料（liào）、複合材料和各種類型製品的冶金工程與材料科學和機械零件製造技術。

粉末冶金技術具有如下特點（diǎn）：

·某些特殊性能材（cái）料的唯一製造方法；

·可直接製出尺寸準確，表麵光（guāng）潔的零件；

·能夠（gòu）大量節約材料、無切削、少切（qiē）削（xuē），普通鑄造合金切削量在30-50%，粉末冶金產品可少（shǎo）於5%；

·節約（yuē）材料（liào）和加（jiā）工工時（shí），成本低；

·製品強度較低；流動性較差，形狀受限製；

·壓製成形的壓強較高，製（zhì）品尺寸較小；

·壓模成本較高。

粉末冶金技術主要包括原始粉末製備、成型和燒結等幾個主要工序，如圖1所示。

▲ 圖1 粉末冶金技術流程圖

2.1粉末製備

①機械法：通過機械破（pò）碎、研磨或氣流研磨方法將大塊材料或粗大顆粒細化的方法；

②物理法：采用蒸發凝聚成粉或液體霧化的方法使材料的聚集狀態發生改變，獲得（dé）粉末；

③化學法：依靠（kào）化學反應或電化學反應過程，生成新的粉態物質（zhì）。

2.2成（chéng）型技術

粉末成形技（jì）術是（shì）粉末冶金工藝的重要步驟，其粉末成（chéng）形的目的是製得具有一定形狀、尺寸、密度（dù）和強度的壓坯。粉末冶金技術常用的成形方（fāng）法如圖2所示。其中模壓成型是最基本的方法。

▲ 圖2 粉末冶金技術（shù）主要成型方法

2.3燒結技術

粉末燒結是（shì）將壓坯置於基體金屬熔點以下溫度（dù）（約0.7~0.8T，單位（wèi）K）加熱保溫，粉（fěn）末顆粒（lì）之（zhī）間產生原子擴散、固溶、化合和熔（róng）接，致使壓坯收縮並強化；依靠熱激活作用，原子發（fā）生（shēng）遷移，粉末顆粒形成冶金結合，最終獲得所需材料。

燒結技術和（hé）成型技術是粉末冶金技（jì）術的二個關鍵步驟。

粉末燒結技術定義（yì）：壓坯置（zhì）於基體金屬熔點以下溫度（約0.7~0.8T，單（dān）位K）加熱保溫，粉末顆粒（lì）之間產生原子（zǐ）擴散、固溶（róng）、化合和熔接，致使壓坯收縮並強化，這一過程稱為燒結；

粉末冶金技術目的：依靠熱激活作用，原子發（fā）生遷移，粉末顆粒形成冶金結（jié）合；提高燒（shāo）結體的強度；

粉末（mò）冶金技術原理：粉末（mò）在熱激活狀態下，表麵能（néng）降低，導致空（kōng）隙減（jiǎn）小，密度增大，強度增加；

粉末（mò）冶金技術影響（xiǎng）因素：燒（shāo）結溫度、保溫（wēn）時間、加熱和冷卻速度。

2.4後處理（lǐ）技（jì）術

後處（chù）理（lǐ）技術是對粉末冶金工藝獲得的零部件進行如精整、浸油、機加工、熱處理及電（diàn）鍍處理，從而獲得（dé）滿足實際要求的粉末冶（yě）金零部件（jiàn）。目前主流的後處理技術包括熱處理、熔滲及浸漬工（gōng）藝等。

金屬粉末3D打印

3D打印技術，就是在計算機（jī）中將3D CAD模型分成若幹（gàn）層，通過3D打印設備在一個平麵上按照3D CAD層圖形（xíng），將塑料、金屬甚至生（shēng）物組織活性細胞（bāo）等材料燒結或者黏合在一起，然後再一層一層的疊加起來。通過每一層不同的圖（tú）形的累積，最後形成一個三維物體金屬零（líng）件3D打印技術作為整個3D打印體係中最（zuì）為（wéi）前沿和最有潛力的技術，是先進製造技術（shù）的重要發展方向。

金（jīn）屬粉末3D打印技術具有如下技術特點：

·數字製造：由零件數字模型直接驅（qū）動材料的堆積過（guò）程（chéng），可快速、高效和精確地再（zài）現三維模型（xíng）；

·降維製造（分層製造）：在（zài）三維空間中進行二維（wéi）加工、三（sān）維堆疊，加工柔性極高、可加工極為複雜的零件；

·堆積製造：零件所有部分都通過材料的受控堆積成形（xíng），可對各個位置的（de）材料和微結構進行控製；

·直接製造：材（cái）料的製備（bèi）過（guò）程可與零件（jiàn）的成形過程一體化，可解決難加工材料（liào）的成形問題；

·快速製造：省去了鑄錠（dìng）、開坯（pī）、鍛造、初加工等傳統工序，快速獲得近淨成形的零件。圖3為采用金屬粉末3D打印技術製備的金（jīn）屬材料零部件。