粉末冶金特殊高性能材料的应用与发展

粉末冶金特殊高性能材料的应用 与发展

概述:

粉末冶金技术是指用几种金属粉末或金属与非金属粉末作原料, 通过配料、压制成型、烧结等工艺得到所需产品的生产技术.

定义：

高性能粉末冶金材料是采用传统的或特殊的粉末冶金方法所制备的性能更高的粉末冶金材料。

常用粉末冶金高性能材料有：

1) 硬质合金2) 减摩材料

3) 结构材料

5) 难熔金属材料4) 摩擦材料6) 过滤材料

7) 金属陶瓷

这些先进的材料的性能大大超越了传统技术生产材料, 为会的发展提供了必需的先进材料物质基础.

1) 硬质合金

硬质合金的原料是以一种或几种难熔碳化物的粉末为主要成分, 并加入起粘接作用的金属钴粉末通过粉末冶金方法生产的材料. 硬质合金硬度、热硬性高, 耐磨性好, 具有优良的耐蚀性和抗氧化性.

1) 硬质合金

用此种材料生产的刀具切削速度比高

速工具钢高4~ 7 倍, 寿命高5~ 80倍

此种硬质合金还被用来制作模具、量

具以及各种耐磨零件.

2) 减摩材料

根据基体材料的不同, 粉末冶金减摩材料分为铁基材料和铜基材料.

粉末冶金减摩材料一般用于制造中速、轻载荷的轴承, 尤其适宜制造不能经常加油的轴承,如纺织机械、电影机械、食品机械、家用电器等的轴承, 在汽车、拖拉机、机床、电机中也得到广泛应用.

3) 结构材料

粉末冶金结构材料分为铁基和铜基两种.

铁基结构材料制成的结构零件精度较高、表面粗糙度小、不需或只需少量切削加工、节省材料、生产率高, 制品多孔、可浸润滑油, 具有减摩、减振、消声等优点,广泛应用于制造机械零件.

铜基结构材料的塑性、韧性较高, 具有良好的导电、导热和耐腐蚀性能, 可进行各种喷涂处理, 常用于制造体积较小、形状复杂、尺寸精度较高的仪表仪器零件及电器、机械产品零件.

4)

摩擦材料

粉末冶金摩擦材料主要有铁基和铜基两种, 在配料时加入起摩擦作用的摩擦剂和起润滑作用的润滑剂, 并通过改变润滑剂和摩擦剂的比例来达到所需的摩擦性能.

和传统的摩擦材料相比, 粉末冶金摩擦材料具有较高的承载能力、热稳定性及耐磨性, 并具有适中的摩擦系数和长的使用寿命. 广泛应用于机床、拖拉机、汽车、矿山车辆、工程机械和飞机的离合器及制动器中.

5)

难熔金属材料

N18等温锻造件

由于钨、钼、铌、钽

、锆、钒、铬等金属的熔点高, 具有高强度

, 高温性能好等优点而

被称为难熔金属材料.粉末高温合金的发展历程

FGH4095MERL76全尺寸锻造盘件

FGH4096

LSHR盘件EP741NPHIP件

6) 过滤材料

粉末冶金多孔材料的孔径和孔

隙度都可控制, 具有优良的透过性能, 且使用后可以再生, 耐高温, 抗介质腐蚀, 它的综合性能比传统的陶瓷、金属丝、化纤织品好得多。

被广泛用作过滤材料, 利用

其多孔的特性来过滤、净化

液体和气体

7)

金属陶瓷

金属陶瓷是非均质的复合材料,它是将高熔点金属铬、钼、钨、钛等的粉末与耐高温的氧人铝、氧化锆或它们的固溶体粉末在惰性气氛中烧结制得.

金属陶瓷具有金属和陶瓷的优点: 密度小、硬度高、耐磨、导热性好. 和硬质合金相比, 金属陶瓷化学稳定性及抗氧化性好, 硬度较高, 有高的热硬性、耐磨性和韧性.

粉末冶金工业在现代高技术领域的应用日益广泛, 受到世界的关注与重视, 各国政府和工业界也加大了对粉末冶金新技术、新工艺、新材料的开发和研究.尽管粉末冶金零件的产量只占用传统方法生产的零件总量的很小一部分, 但其总产量每隔6~ 7 年增长一倍, 并且有进一步加快的趋势. 发达国家粉末冶金零件的80% 用于汽车工业, 而我国粉末冶金零件用于汽车工业的比较低, 2003 年才达到48% . 尽管我国的汽车产量居世界第4 位, 但汽车行业对粉末冶金制品的使用和发达国家相比有很大差距.

从我国粉末冶金行业的整体情况看, 虽然在个别方面达到了世界先进水平,但由于粉末冶金企业开发新产品和新材料的能力差, 整个产品的规模和装备水平与发达国家相比差距较大, 科研投入不足, 使我国与日本、美国、德国等国家有着较大差距.

粉末冶金工艺和材料方面的创新也是层出不穷, 各种先进的加工方法相互交叉应用, 极大地推动了新材料和优质特殊制品的生产. 世界粉末冶金工业的发展主要体现在制品性能的提高和新工艺方面.

1.提高致密度的新技术

2.成型新技术

1.提高致密度的新技术

减少粉末冶金制品的内部孔隙度可提高粉末冶金制品的强度, 近年来出现了许多提高致密度的新方法.

1) 温压技术

2) 高速压制

1)

温压技术

1) 温压技术. 1994 年5 月, 美国首先发布了温压技术. 通过在成型粉末中加入润滑粘接剂, 在较低的温度下一次压制成型, 压制压力小, 制品强度高, 由于在低温下压制, 对模具损伤小, 生产成本低, 制品的密度达到了复压和复烧工艺所能达到的密度. 温压技术极大地推进了粉末冶金技术的发展.

温压装置及其温度分布系统示意图

2) 高速压制

瑞典开发出的粉末冶金高速压制技术采用液压冲击机, 使压制速度提高了500~1 000 倍, 在0. 02 s 的时间内使制品致密化, 可以用小型设备生产大型零件, 模具寿命至少可达10万次, 制品的抗拉强度提高20%~ 25%, 可生产齿轮、连杆、轮毂、轴套等受力件. 高速压制是粉末冶金工业的一项重大进步.

此外, 流动温压、AncorMax D 等压制技术也具有高效、经济、制品性能优良的优势.

2.成型新技术

先进的成型技术提高了生产率和产品的质量, 以下是最近几年出现的粉末冶金成型新技术.

1) 动磁压制2) 喷射成形3) 三维印刷法4)其他新方法

1) 动磁压制

1995 年美国开始研究动磁压制, 现已成为新的先进粉末压制技术. 通过在容器壁中不足1 ms 的时间内产生高强度电流, 电流产生的磁力作用于粉末使其成型的方法. 此方法不使用模具, 极大地降低了成本, 在任何环境和温度下均可进行压制, 对所有材料都适用. 由于压制时间不足1 ms, 材料显微结构没有改变, 这对材料的性能保持稳定和提高非常有利.

2) 喷射成形

自20世纪80年代初出现的喷射成形(Spray Forming)工艺，近年来也得到了长足进步。

该工艺最大特点

是直接将液态金

属制取整体致密、

组织细化、成分

均匀和结构完整

并接近零件实际

形状的坯件，工

序简单、成本较

低，相当或高于

粉末冶金工艺的

强度与持久寿命

等。

美国麻省理工学院发明了这个方法, 该方法使用计算机辅助设计, 利用印刷原理, 将粘接剂精确沉积到有确定形态的金属粉末上, 反复逐层沉积直到堆积成型出所需要的几何形状的产品, 再经烧结成型出制品. 此方法生产的制品密度高, 可生产任意形状的零件, 生产效率高.

本文来源：https://www.bwwdw.com/article/egu4.html