粉末冶金(十三)还原铁粉 粉末冶金新工艺

粉末冶金(十三)粉末冶金新技术

       随着粉末冶金行业的高速发展，技术也得到了快速提高，其主要集中在粉末制备，成形，烧结三个方面，出现了许多新的生产工艺和技术改进：

一，粉末制备

1. 快速冷凝技术 

       液态金属或合金直接或间接通过高冷凝速率制得的粉末。其颗粒具有亚稳的微观结构。

2.机械合金化 

       用高能研磨机或球磨机实现固态合金化的过程。机械合金化是一个通过高能球磨使粉末经受反复的变形、冷焊、破碎，从而达到元素间原子水平合金化的复杂物理化学过程。

3.自蔓延高温合成 SHS 

       自蔓延高温合成（self–propagation high–temperature synthesis，简称SHS），又称为燃烧合成（combustion synthesis）技术，是利用反应物之间高的化学反应热的自加热和自传导作用来合成材料的一种技术，当反应物一旦被引燃，便会自动向尚未反应的区域传播，直至反应完全，是制备无机化合物高温材料的一种新方法。

4.气体雾化制粉

       惰性气体雾化技术，主要应用于高等级、高技术要求金属粉末的生产，惰性气体雾化粉末主要有以下技术指标：球形度；高纯度；低含氧量；快速凝固；均匀微观结构。

二，成形

1.粉末注射成形 

        金属注射成形(Metal Injection Molding，简称MIM)是一种从塑料注射成形行业中引伸出来的新型粉末冶金近净成形技术，众所周知，塑料注射成形技术低廉的价格生产各种复杂形状的制品，但塑料制品强度不高，为了改善其性能，可以在塑料中添加金属或陶瓷粉末以得到强度较高、耐磨性好的制品。近年来，这一想法已发展演变为最大限度地提高固体粒子的含量并且在随后的烧结过程中完全除去粘结剂并使成形坯致密化。这种新的粉末冶金成形方法称为金属注射成形。

2.喷射沉积

       喷射成形，英文名(spray forming)；喷射成形是用高压惰性气体将合金液流雾化成细小熔滴，在高速气流下飞行并冷却，在尚未完全凝固前沉积成坯件的一种工艺。它具有所获材料晶粒细小、组织均匀、能够抑制宏观偏析等快速凝固技术的各种优点。

3.大气压力固结 

       烧结材料在负压下加热，使其生长；在常压下烧结，使其达到疲劳状态，从而使材料中的气孔达到封闭状态；最后在高压下烧结，进一步增加材料疲劳状态并迅速的消除材料中的应力，使材料进一步固结，从而除去剩余气孔。因此在高温高气压烧结工艺后，材料的各方面机械性能(硬度、弯曲强度、威布尔分布模式、断裂韧性等)都优于普通的烧结工艺。 

4.温压技术 

       将预热的混合粉末(还原铁粉、石墨粉、合金元素粉及高温润滑剂)在预热的封闭钢模中进行的加压成形。温压成形预热温度一般在100～150℃。由于压制的温度介于通常的室温和热压温度之间，因而被称之为温压。正确的温压工艺可以将铁基零件的生坯密度由室温压制(600～800MPa)的6．6～6．8g/cm提高到7．25～7．45g/cm，而工艺成本又低于复压、复烧，渗铜，热锻。因此，以ANCORDENSE工艺为代表的温压成形技术被誉为90年代钢铁粉末冶金零件生产工艺的一大突破。

5.流动温压工艺

       该技术以温压工艺为基础, 并结合了金属注射成形技术的优点, 通过加入适量的微细粉末和加大润滑剂的含量而大大提高了混合粉末的流动性、 填充能力和成形性, 从而可以在80~ 130 ℃温度下, 在传统压机上精密成形具有复杂几何外形的零件, 如带有与压制方向垂直的凹槽、 孔和螺纹孔等零件, 而不需要其后的二次机加工。流动温压成形技术既克服了传统粉末冶金在成形复杂几何形状方面的不足, 又避免了金属注射成形技术的高成本, 是一项极具潜力的新技术, 具有非常广阔的应用前景

三，烧结

1. 电场活化烧结 

        电场活化烧结技术 (FAST)在烧结时要施加电场。它有许多优点 :经场活化烧结后 ,显微结构可以细化 ,并提高钢的淬透性。在粉末烧结中 ,施加电场可固结难以烧结的粉末。

2. 等离子体活化烧结 

        放电等离子烧结(Spark Plasma Sintering,简称SPS)工艺是将金属等粉末装入石墨等材质制成的模具内，利用上、下模冲及通电电极将特定烧结电源和压制压力施加于烧结粉末，经放电活化、热塑变形和冷却完成制取高性能材料的一种新的粉末冶金烧结技术。
放电等离子烧结具有在加压过程中烧结的特点，脉冲电流产生的等离子体及烧结过程中的加压有利于降低粉末的烧结温度。同时低电压、高电流的特征，能使粉末快速烧结致密。

3. 微波烧结 

      微波烧结是利用微波具有的特殊波段与材料的基本细微结构耦合而产生热量，材料的介质损耗使其材料整体加热至烧结温度而实现致密化的方法。
      微波烧结是一种材料烧结工艺的新方法，它具有升温速度快、能源利用率高、加热效率高和安全卫生无污染等特点，并能提高产品的均匀性和成品率，改善被烧结材料的微观结构和性能，已经成为材料烧结领域里新的研究热点。

4. 低温烧结 

       低温烧结(low temperature sintering)是一种铁矿石烧结工艺。它以较低的烧结温度，产生一种强度高、还原性好的较理想的黏结相矿物——针状铁酸钙，并以此去粘结那些部分起反应或未起反应的残余矿石。