粉末冶金法在金属制备中的应用.docx

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粉末冶金法在金属制备中的应用

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HONGHEUNIVERSITY

题目：

粉末冶金法在金属制备中的应用

姓名：

李文廷

学号：

201201020446

年级：

2012级

专业：

化学

学院：

理学院成绩:

1粉末冶金的定义1

2粉末冶金工艺2

3粉末冶金技术的特点2

3.1低的生产成本2

3.2高的性能2

4粉末冶金材料的应用3

4.1应用于机械零件的制造3

4.2应用于合金性能的改进3

4.2.1铝合金3

4.2.2高合金材料3

4.2.3高温合金4

4.2.4磁性材料4

4.3应用于新型材料的研制4

4.3.1金属基复合材料4

4.3.2弥散强化咼温材料4

4.4梯度功能材料4

4.5其他方法的应用4

4.5.1超塑性材料4

4.5.2高抗蚀性材料4

4.6粉末冶金材料在国民经济各部门的应用4

5.主要不足之处6

6.粉末冶金的发展前景6

6.1向全致密化发展6

6.2向高性能化、集成化和低成木等方向发展7

6.3粉木治金产业化发展7

7.展望7

8.参考文献7

粉末冶金法在金属制备中的应用

摘要：

从机械零件的制造、合金性能的改进及新型材料的研制及制备工艺等方

面综述了粉末冶金技术的应用与发展。

粉末冶金作为一种独特的零件制造技术，向高致密化、高性能化、集成化和低成木等方向发展，木文分析了粉末冶金的定义涵和该技术的主要功能，重点对粉末冶金技术的应用进行慨括。

关键词：

粉末冶金、制备工艺、应用、发展

近30年来,粉末冶金技术获得了飞速的发展，许多“后致密化”技术（即在传统的粉末冶金方法的烧结工序之后增加一些致密化工序，如复压、复烧、锻造、拉制、挤压等）、热等静压、注射成型以及机械合金化等工艺的研制成功，克服了传统粉末冶金制品由于致密性低而导致使用上的技术障碍，使粉末冶金技术得

以推广应用。

到目前为止，粉末冶金技术既是高强度、高密度、形状复杂、无切削、少切削零件的制造工艺，又是生产新型材料的加工方

1.粉末冶金的定义：

末冶金是制取金属粉末或用金属粉末（或金属粉末与非金属粉末的混合物）作为原料，经过成形和烧结，制取金属材料、复合材料以及各种类型制品的工业技术。

目前，粉末冶金技术已被广泛应用于交通、机械、电子、航空航天、兵器、生物、新能源、信息和核工业等领域，成为新材料科学中最具发展活力的分支之一。

粉末冶金技术具备显著节能、省材、性能优异、产品精度高且稳定性好等一系列优点，非常适合于大批量生产

2..2粉末冶金工艺

粉末冶金技术的大致工艺过程如下

原料粉末+添加剂合金元素粉末、润滑剂、成形剂

成形模压、CIP、粉浆浇注、轧制、挤压、温压、注射成形等

烧结加压烧结、热压、HIP等

粉末冶金材料或粉末冶金零部件一后续处理

3粉末冶金技术的特点

3.1低的生产成本

能耗小

低的生产成本

生产率咼材料利用率咼设备投资少。

工艺流程短和加工温度低

加工工序少少切削、无切削粉末冶金原理补充完整版

材料成分设计灵活、微观结构可控由工艺特征决定

能制造普通熔练法不可能生产的材料如W-CuSn02-AgWC-CoCu-石墨、金属陶瓷TiC-NiCr,AI2O3-Ni或Cu,TiB2-Cu等、弥散强化材料Al2O3-Cu

AI2O3-AI丫2O3-Fe基合金、粉末超合金非相图成分、难熔金属及其合金如钨钼、含油轴承、过滤材料等。

.3.2高的性能

粉末高速钢、粉末超合金因无成分偏析和稳定的组织细的晶粒而性能优

于熔炼法制备的合金纳米材料金属陶瓷梯度复合材料梯度硬质合金。

4粉末冶金材料的应用

4.1应用于机械零件的制造

现代粉末冶金技术在机械零件制造中的应用范围正沿两个方向扩展：

一是制取承受高负荷的零件；二是制取几何尺寸复杂、尺寸精度高的零件，并使最终机械加工量减至最小限度。

在承受高负荷零件的制造中，后致密化技术中的锻造（以下简称粉末锻造）和热等静压起到了非常重要的作用。

4.2应用于合金性能的改进

随着对材料要求的不断提高，传统的铸锭冶金（IM）方法对合金的性能改进已趋于顶峰，粉末冶金（PM）技术成为改进和研制合金的一种手段

4.2.1铝合金

到目前为止，用PM方法改进或研制的铝合金按性能可分为4类:

高强度,高弹性模量，低密度，热强和功能铝合金。

7090,7091,MR61MR64CW67IN9021和IN9052属PM高强度铝合金。

前5种是RSP快冷合金粉末）合金,是在7Xxx系合金的基础上添加少量的Co,Zr或Cr作为附加剂和稳定剂而制得的；后两种是用机械合金化方法制得的，它们在抗拉强度、抗蚀性、断裂韧性等方面具有良好的综合性能。

PM高弹性模量、低密度铝合金大多数是在IN2024合金的基础上（也有降低Cu,Mg含量及用Zr取代Cr的）添加1%〜3%Li的铝锂合金。

Al-Cu-Li-Zr,AI-Li-Zr及Al-Cu-Mg-Li-Zr是发展

高弹性模量、低密度铝合金的主要方向

4.2.2高合金材料

高合金材料如高速钢采用PM方法生产，可得到碳化分布均匀的细晶粒组织

具有较高的抗弯强度和冲击强度，韧性可提高50%,热处理变形约为IM高速钢的1/10。

还大大提高了耐磨削性能，用它制造的刀具寿命可提高3〜5倍。

此外,粉末冶金制品的工序较少,材料利用率可由50%〜60%提高到95%。

423高温合金

采用先进的粉末冶金技术可以制得纯净的合金粉末，并且合金组织均匀，无偏析。

采用PM技术,可使现有的高温合金的工作温度提高100°C,疲劳寿命提高100倍,蠕变强度大约提高20%

4.2.4磁性材料

与熔铸方法相比，PM磁性材料有如下优点：

可以生产出具有特殊性能的磁性材料,如铁氧体、磁介质等；能用单畴粉末制造出优质永磁材料；材料晶粒细、强度大、无缩孔及偏析等弊病。

用PM方法制造体积小、形状复杂的小型磁体具有极大的竞争力。

采用PM方法生产材料最显著的一个特点是材料设计的自由度高通过改变材料的成分或工艺方法以改变材料的晶体结构，可获得不同功能的材料。

4.3应用于新型材料的研制

4.3.1金属基复合材料

用于制造金属基复合材料的工艺方法有：

PM法、压铸法和搅拌铸造法。

与搅拌铸造法相比，PM法制取复合材料的温度低，减轻了基体与增强体之间的界面反应,减少了界面上硬质化合物的生成，从而得到较好力学性能的材料；PM法可以制造用搅拌铸造法不能制取的材料，如用搅拌铸造法制造碳化硅钛基复合材料时,碳化硅晶须溶于钛合金基体，采用PM法可避免这一现象发生。

4.3.2弥散强化咼温材料

近年来弥散强化铝合金研究的有：

AI-C,AI-TiC,AI-ZrC,AI-NbC,AI-Cr2O3,AI-MoC,AIWC等，其中Al-C材料已用于内燃机活塞，它的强化相是AI4C。

属间化合物的研究主要采用机械合金化方法，

4.4梯度功能材料

目前,梯度功能材料的开发仅有热功能梯度材料。

它是基于航宇结构、核聚变反应堆和未来高速飞行的需要而研制的。

它的一面是高强度的金属材料，另一

面为耐高温粉末材料（如高温结构陶瓷、金属间化合物），中间层为高强度的纤维（如氧化锆、碳化硅纤维等）和微粒（如陶瓷或金属间化合物粉末，碳粒或玻璃微粒等）。

这种结构既保证了高强度和高耐热性，又保证了材料的组织与工作的温度梯度相适应，减小了在高温下受热表面和金属材料层间的热膨胀失配而引起的应力

4.5.其他方法的应用

4.5.1超塑性材料

采用PM法可获得极细的晶粒，合金界面上的氧化物质点和析出相均能起钉扎晶界的作用，使材料具有高的组织稳定性。

另外，PM法制备的超塑性材料还可实现高应变速率的超塑性，高的应变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技术受到了极大的关注并取得了可喜的成果。

4.5.2高抗蚀性材料

高的抗腐蚀和抗应力腐蚀能力是粉末冶金的主要特性，洛克希德-乔治亚公司已用PM铝合金设计和制造了3个试验性飞机零件，其中两个是挤压梁，一个是锻造襟翼滑轨加强缘条。

这些零件安装在3架洛克希德C-141运输机上进行试验。

它的寿命比用IM法加工的零件长得多，使更换费用大大减少。

4.6粉末冶金材料在国民经济各部门的应用

由于粉末冶金材料及其零部件较其它加工方法制造的零部件的成本低以

及其性能能满足特种要求因而粉末冶金零部件和材料在国民经济各部门的应

用十分广泛：

汽车制造业的各种粉末冶金零部件、机加工工业中的切削用硬质

合金和粉末高速钢刀具、电子工业用粉末冶金磁性材料和电触头、计算机的原器件用电子封装材料、机械制造业的减磨零件和结构部零件、航天航空业

中的耐热材料及结构零部件、家用电器中的微型轴承、原子能材料、武器系统和作战平台高效、低成本、建材工业用金刚石工具材料等、环保与化工用催化剂及过滤器件等。

总之粉末冶金材料与人们的生活密不可分在国民经济和国防建设中发

挥重大作用。

而且随着粉末冶金新技术和新工艺的开发与应用粉末冶金的技术

上的优越性也更加显著应用领域不断扩大。

如温压成形技术的出现使粉末冶金

零部件在轿车上的应用水平由原来的13.2Kg/辆增加到22Kg/辆大大扩大了粉末冶金零部件的应用范围。

5.主要不足之处

.由于受设备容量的限制传统粉末冶金工艺制造的粉末冶金零部件的尺寸较其它加工方法铸造机加工等材料韧性不高零部件的形状复杂程度和

综合力学性能有限等。

正被新型成形技术如无模成形技术温压成形注射成形逐步克服。

6.粉末冶金的发展前景

6.1、向全致密化发展

粉末冶金的重点是超细粉末和纳米粉的制备技术，快速冷凝制备非晶、准晶和微晶粉末技术，机械合金化技术，自蔓延高温合成技术，粉末粒度、结构、形貌、成分控制技术。

总的趋势是向超细、超纯、粉末特性可控方向发展。

建立以

“净近形成形”技术为中心的各种新型固结技术及其过程模过程理论，如粉末注射成形、挤压成形、喷射成形、温压成形、粉末锻造等。

建立以“全致密化”为主要目标的新型固结技术及其过程模拟技术

6.2向高性能化、集成化和低成木等方向发展

粉末冶金新的成形技术层出不穷，如：

粉末注射成形、温压成形、流动温压成形、喷射成形、高速压制成形等新技术不断涌现。

近目前，粉末冶金技术正向着高致密化、高性能化、集成化和低成木等方向发展。

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；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；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；制造非均匀材料、非晶态、微晶或者亚稳合金；加工独特的和非一般形态或成分的复合零部件。

6.3、粉木治金产业化发展

由于相邻学科和相关技术的相互渗透和结合•更赋予了粉末冶金新的发展活力。

粉末冶金新工艺层出不穷，粉末冶金产沿产业化发展。

8.展望

末冶金作为一种独特的零件制造技术，因其制品少、无切削，成木低，效率高，越来越受到设计和制造人员的重视。

特别是近几十年来，汽车工业的飞速发

展，带动了铁基粉末冶金行业的快速发展。

同时，由于一些新技术的兴起，如机械合金化、粉末注射成形、温压成形、喷射成形、微波烧结、放电等离子烧结、自蔓延高温合成、烧结硬化等，使得粉末冶金材料和技术得到了各国的普遍重视，其应用也越来越广泛。

粉末冶金作为一种加工方法主要从成本和性能上弥补其他加工技术上的

不足。

与其它加工技术一样同属材料科学与工程的范畴为人类社会的文明和进

步不断提供物质基础。

特别是在新材料的研制和开发过程中粉末冶金技术因

其独特的工艺优势将继续发挥先导作用。

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