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1、 Powder Metallurgy粉末冶金学 绪论 第一章：粉末的制取 第二章：粉末的性能及测定 第三章：成形 第四章：烧结 第五章：粉末冶金材料和制品 第六章：粉末冶金中的安全知识 绪论：1.粉末冶金定义2.粉末冶金生产流程3.粉末冶金制品后处理4.粉末冶金的优缺点5.粉末的应用6.我国粉末冶金的现状及发展前景1. 粉末冶金定义定义：把先制取金属或合金粉末，并将这些粉末装 入模具里加压成形，然后在低于熔点的温度下烧结固化，即烧结成金属制品或金属坯的制造工艺。2.粉末冶金生产流程图1 粉末冶金工艺流程2.粉末冶金生产流程u 制备粉末 (podwer preparation)制备方法：化学法、
2、物理法及机械法粉末种类：铁粉、不锈钢粉、低碳钢粉、合金粉、铜粉、铝粉、非金属粉等粉末形状：光滑形、不规则形u 粉末混合 (mixing)混合：不同种类的金属或合金粉末与非金属粉末混合自润滑轴承：铜粉和锡粉混合多孔材料：金属粉和有机物粉混合硬质合金：金属粉与碳化物粉合批：将相同种类而粒度不同的粉末混合u 压制成形 (pressing and forming)定义：将混合均匀的粉末按一定量（体积或质量）装入模具后，用压力机压制成所希望的形状、尺寸的坯块。模具：耐高压压机：吨位大(粉末在15-600MPa压力下，压成所需形状。)坯块：各种形状u 烧结 (sintering)定义：把坯块或松装粉末体加
3、热到基本组元熔点以下温度，并在此温度下保温，从而使粉末颗粒相互粘结在一起，改善其性能，这种热处理过程叫烧结。烧结温度：主成分金属熔点的三分之二或 0.70.8T（绝对温度）保护气氛：氮气、碳氢气体等，防止制品氧化或发生反应。2.粉末冶金生产流程3.粉末冶金制品后处理u再加工(reworking)定义： 将烧结件再施以大吨位压力加压（精整或整形）。目的：使制品的加工面和尺寸精度更好。u浸渍(impregnation)定义：采取一定方法使液态润滑剂或非金属物质或金属渗入到多孔烧结制品的孔隙内，以提高制品性能的一种方法。目的：得到耐腐蚀、耐磨损、高密度，能润滑的制品。方法：将烧结制品与浸渍剂置于高压
4、釜内，在一定温度下施加一定压力，浸渍剂渗透到制品的孔隙中。3.粉末冶金制品后处理u熔渗(infiltration)定义：采取一定方法使低熔点金属或合金渗入到多孔烧结制品的孔隙，以改善制品性能的一种方法。目的：提高密度、硬度、塑性和韧性。方法：将小片状低熔点金属或合金放在坯块上，达到一定温度后小片熔化，然后借毛细管现象渗入到坯块孔隙内，同时与坯块一起烧结。u其他方法电镀、涂层、机加工或蒸气处理。4.粉末冶金的优缺点u 优点1.经济烧结后制品可直接应用；金属损耗低（15%），大规模生产更经济。2. 可制备其他方法不能生产或虽能生产但很困难的制品（1）高熔点金属或化合物（2）高纯材料粉末冶金不熔化材
5、料，在保护气氛或真空中烧结，只要粉末纯度高即可生产高纯产品。（3）互不相溶的粉末制品碳粉与铜粉互不相溶，但将碳粉与铜粉均匀混合后压制烧结成电机用电刷。（4）多孔材料金属粉末中预先混入少量低温下挥发的有机物粉末或易挥发低熔点金属粉末，控制一定的压制压力、烧结温度、时间，易挥发金属或有机物挥发形成孔隙。5.粉末冶金的优缺点u缺点1.昂贵的粉末要控制粉末形状、粒度、粒度分布等。2.昂贵的模具要承受更大的压力。3.压机吨位要足够大。5.粉末冶金的优缺点6.粉末的应用u直接应用颜料、油墨、试剂、炸药、燃料、食品添加剂；u结构件烧结铁基零件、不锈钢零件，烧结铜、铝及其合金零件u特殊材料及制品多孔、磁性、超
6、导材料，自润滑轴承，金属陶瓷，电极，石墨电刷，硬质合金7.粉末冶金的发展史u海绵铁粉(sponge iron)时间：公元前3000年前，最早的粉末冶金技术，生产的粉末是海绵铁粉。生产方法：较纯的铁矿（Fe3O4）木炭还原（在木炭炉内） 海绵铁破碎成细粒清洗干净拣出脉石和渣压制烧结（或松散状态烧结）锻压产品u锻压铂（wrought platinum)熔点：1772 时间：17501850年生产方法：自然铂清洗干净压制成形烧结热锻 锻压铂生产国家：西班牙、英国、前苏联发展状况：随着科技的发展，合适的炉子和耐火材料出现。P.M生产锻压铂的工艺消失，现在采用F.M法。7.粉末冶金的发展史7.粉末冶金的
7、发展史u 钨丝(tungsten wire)熔点：3140时间：20世纪初开始，1913年获得专利生产方法：WO3氢还原W粉烧结低压高密度电流再烧结 密度90%的固态W 模锻 钨丝还原反应： WO3+3H2= W+3H2O烧结温度： 1200； 模锻温度： 2000u 高熔点金属（ refractory metal)Mo、Nb、Ti、Ta、Zr 时间：1940年前采用粉末冶金方法，1940年后采用真空电弧、电子束7.粉末冶金的发展史u自润滑轴承或含油轴承（self-lubricating bearing)时间：20世纪20年代特征：孔的体积占轴承体积的1530%，润滑剂贮存在孔内材料：90%C
8、u粉，10%锡粉，无机物粉生产方法：Cu粉+锡粉+无机物粉混合压制成轴承形状烧结多孔轴承浸渍（油） 含油轴承u 与自润滑轴承相关的产品多孔过滤器、金属电刷（Cu粉和石墨粉）、摩擦材料等。7.粉末冶金的发展史u硬质合金(cemented carbides)时间：20世纪20年代，1925年获得专利特征：硬度高、耐磨损，作为切割工具、模具或轧辊等材料：金属碳化物（TiC、TaC、WC）、金属粘结剂生产方法： WC粉+Co粉混合烧结硬质合金烧结温度：1400 ；烧结气氛：氢气微观结构：粘结剂基体中弥散着碳化物颗粒7.粉末冶金的发展史u结构件(structural parts)时间：20世纪30年代后
9、期最早的结构件：油泵齿轮，由铁粉和石墨粉混合烧结而成，基体为共析合金钢，有25%孔，性能类似于铸铁结构件种类：铁基零件、低碳钢、不锈钢、铜、青铜、黄铜、镍、 铝、钛、银等特点：数量大、用途广，自动压制、连续烧结炉烧结生产方法：传统方法再加工（浸渍、热锻、淬火和回火、渗碳、渗碳氮）结构件7.粉末冶金的发展史u最先进的技术热固结（hot consolidation)热固结：压制与烧结结合起来同时进行的一种技术时间：20世纪40年代后热固结方法：热压、热等静压、热挤压、热锻等热固结产品：工具钢、超合金、钛合金等产品特征：全密产品8.我国粉末冶金的现状及发展前景我国粉末冶金行业已经经过了近10年的高速
10、发展，但与国外的同行业仍存在以下几方面的差距：(1)企业多，规模小，经济效益与国外企业相差很大。(2)产品交叉，企业相互压价，竞争异常激烈。(3)多数企业缺乏技术支持，研发能力落后，产品档次低，难以与国外竞争。(4)再投入缺乏与困扰。(5)工艺装备、配套设施落后。(6)产品出口少，贸易渠道不畅。8.我国粉末冶金的现状及发展前景随着我国加入WTO以后，以上种种不足和弱点将改善，这是因为加入WTO后，市场逐渐国际化，粉末冶金市场将得到进一步扩大的机会；而同时随着国外资金和技术的进入，粉末冶金及相关的技术水平也必将得到提高和发展。近年来，通过不断引进国外先进技术与自主开发创新相结合，中国粉末冶金产业和技术都呈现出高速发展的态势，是中国机械通用零部件行业中增长最快的行业之一，每年全国粉末冶金行业的产值以35%的速度递增。
