粉末冶金材料技术范文1
[关键词]粉末冶金 热等静压
中图分类号：TF124.3 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2015）47-0054-02
1、概述
粉末冶金（Powder Metallurgy）是采用金属、金属间化合物、金属-非金属粉末通过成形-烧结制造工程材料、功能材料及其异型制件的工艺技术，粉末冶金能制造出传统熔铸和其它加工方法所不能制备的具有独特性能的材料和制件。而采用传统粉末冶金工艺生产的制件中存在大量的孔隙和缺陷，密度低，制件的强度比相同材料的铸件或锻件要低约20%-30%，极大限制了大规模推广和使用。热等静压是在高温高压下同时实现粉末的成型和烧结，一次制备成品。用热等静压制得的制件晶粒细小均匀，密度接近理论密度，并且组织分布均匀，且具有优异的机械性能和物理性能；克服了传统粉末冶金制件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更加广泛的推广和应用。
2、热等静压技术及烧结致密化机理
热等静压技术是将封装包套放置到密闭的高压容器中，向包套施加各向均等静压力的同时施以高温，在高温高压作用下，使得包套软化并收缩，挤压内部粉末使其经历粒子靠近及重排、塑性变形、扩散蠕变三个阶段后，实现粉末体的烧结致密。
（1）粒子靠近及重排阶段
处理前，包套中粉末随机堆叠，存在大量孔隙，密度低。在处理时，包套在高温高压下软化收缩，粉末粒子受压力作用下发生平移或转动而相互靠近，同时某些粉末粒子被挤进临近空隙之中，而且一些较大的搭桥孔洞出现坍塌；这样一来，粒子的临近配位数明显增大，从而使得粉末体的空隙大大减少，相对密度迅速提高。
（2）塑性变形阶段
当第一阶段结束后，在高温高压继续作用下，粉末粒子接触面上的压应力增加、塑性流动的临界切应力降低，当粉末体承受的压应力超过其屈服切应力时，将以滑移方式产生塑性变形；粉末粒子发生大量塑性流动后，粉末体的相对密度迅速接近理论密度值，粉末粒子基本上连成一片整体，残留的气孔已经不再连通，而是弥散分布在粉末基体之中。
（3）扩散蠕变阶段
当塑性变形的机制不再起主要作用时，残存不规则的狭长气孔在高温高压继续作用下，将其球化成圆形，所占体积分数也将不断减小，直至消除；同时弥合界面存在着浓度梯度、温度梯度、高压所产生的压力梯度，致使在弥合界面处会进行扩散蠕变，粉末体最终得以烧结致密。
3、热等静压技术在粉末冶金领域中的应用及研究
热等静压工艺在粉末冶金成形工艺中占有十分重要的地位，在现代工业生产中得到广泛的应用。可以对难加工材料（如钛合金、高温合金、粉末钢、硬质合金、金属陶瓷等材料）成形和致密化；同时能生产基本不需要机加工的近终形部件，可提高原材料的使用率和机加工效率，常用于整体成形许多常规方法难以成形的零件，特别适合于航空航天、船舶、武器设备、核设施、发电设备等关系国计民生的重大应用领域。
3.1在粉末冶金钛及钛合金方面的应用研究
钛合金因具有高强度、高韧性、抗氧化及耐腐蚀的特性，广泛应用于航天航空、舰船和化工等领域。用热等静压技术制备的粉末钛合金，不仅简化了熔炼工艺和切削工序，而且合金组织更趋均匀，性能明显改善。钛合金的热等静压粉末冶金技术有如下优点： （1）与传统的锻材加工技术相比，二者材料性能接近，但粉末冶金技术易于制备形状复杂的部件，且所制备的部件基本为近净形，可节省大量原材料，减少机械加工，降低成本；视形状复杂程度，与传统方法相比，成本可降低20%-50%[1-3]。（2）与钛合金的铸造技术相比，二者都是近净形工艺，但粉末钛合金具有更优良的性能，热等静压固结的粉末钛合金可100 %致密，具有良好的微观结构，晶粒细小，组织均匀，无织构、偏析现象，性能可达到不低于锻件的水平[1，2]。（3）用钛合金粉末冶金技术可制备高性能钛基复合材料[3]。
航天材料及工艺研究所王亮等人研究了热等静压技术制备Ti-6Al-4V 粉末钛合金材料；温度为900℃，氩气压力大于110MPa，保持时间为1h的工艺，制备的粉末钛合金性能已全面超过TC4锻棒的性能标准。抗拉强度最大为1040MPa，屈服强度最大为981MPa，延伸率最大为15.4%，断面收缩率最大为39.6%[4]。航天材料及工艺研究所郎泽保等人研究了热等静压技术制备Ti-Al系金属间化合物材料；温度为900-1000℃，氩气压力大于100MPa，保持时间为3-5h，制备的Ti3Al基合金（ Ti-23Al-17Nb）具有良好的综合性能，其抗拉强度达到815MPa，并且在900℃具备了良好的力学性能和出色的高温抗氧化性能[5]。北京航空材料研究院刘娜等人研究了热等静压技术制备粉末冶金TiAl合金的热变形行为；制备的粉末冶金TiAl合金的最终氧含量为720ppm，致密度为99.6%，具有良好的热加工性，在温度≥1050℃和应变速率≤0.1s-1 的范围下加工可以保证变形不开裂[6]。中国科学院金属研究所徐磊等人研究了热等静压技术制备粉末冶金Ti-5Al-2.5Sn合金；温度为940℃，氩气压力为150MPa，保持时间为30min，合金性能已接近锻造合金的水平，粉末冶金Ti-5Al-2.5Sn合金晶粒细小均匀，无孔隙缺陷[7]。中国科学院金属研究所王刚等人采用热等静压技术Ti-47Al-2Cr-2Nb-0.2W-0.15B 合金板材；温度为1260℃，氩气压力为150MPa，保持时间为4h，获得显微组织细小均匀、无宏观偏析和热加工性能得到改善的轧制坯，细小均匀的组织有利于降低韧性-脆性转变温度，从而降低板材的轧制温度；简化了采用铸态TiAl 基合金所需要的均匀化和锻造等加工步骤，节约成本和能源[8]。
3.2 在粉末高温合金方面的应用研究
作为高性能航空发动机的涡、压气机盘、鼓筒轴和环形件等热端转动部件的材料及其制造技术始终受到国内外航空工程界的特别关注。随着合金化程度的提高，合金的宏观组织偏析愈加严重，工艺性能恶化，传统工艺制造的高温合金在高推比发动机上的应用受到制约；一般说来，当合金中A1+Ti≥9%时是很难进行锻造的，用锻造方法生产强度更高的高温合金已不现实。粉末高温合金具有组织均匀、晶粒细小、屈服强度高、疲劳性能好等优点，已得到广泛应用。热等静压是粉末高温合金成形不可缺少的工序，是航空发动机用粉末涡研制中的一道关键工艺，对盘件最后的组织、性能具有重要的影响。
北京航空材料研究院王旭青等人研究了采用热等静压制备FGH96粉末高温合金时，热等静压温度对对其显微组织的影响；采用了四种温度分别为1150℃、1170℃、1190℃、1210℃，氩气压力为130MPa，保持时间为3h的工艺，经过实验，提高热等静压温度可以促进FGH96合金消除残余枝晶，促进再结晶及再结晶晶粒长大。到1190℃时，枝晶完全消除，再结晶组织较为均匀；可以促进一次γ′相溶解和二次γ′相形核和长大，获得良好的综合性能[9]。北京航空材料研究院何峰等人研究了热等静压技术制备粉末Udimet720合金；温度为1130℃，氩气压力为103MPa，保持时间为4h，合金的性能与变形（挤压加锻造）合金的相当，可用于发动机涡[10]。航天材料及工艺研究所常健等人研究了热等静压技术制备粉末镍基高温合FGH4586；温度为1200℃，氩气压力为140MPa，保持时间为3h，合金完全致密，密度达到8.38g/cm3，能够使碳化物在合金晶内和晶界均匀析出，获得均匀的组织和较佳综合力学性能[11]。钢铁研究总院国为民等人研究了热等静压技术制备FGH95合金；温度为1130℃，氩气压力为103MPa，保持时间为4h的工艺，合金具有良好的综合力学性能，其中拉伸、蠕变、持久和疲劳等主要力学性能指标都达到或超过了A 级技术标准的要求。抗拉强度最大为1673MPa，蠕变最小为0.037%，持久最长为140h，疲劳大于5000次[12]。
3.3 在粉末钢方面的应用研究
热等静压制备粉末冶金钢在国外已经非常广泛，已经有大量专业制备粉末钢的国际知名的企业，如奥地利的Bohler、美国的Carpenter、法国Erasteel以及瑞典的Uddeholm等，产品涉及到工具钢、模具钢、双相不锈钢等多种牌号，每年有2万吨左右的产量。而国内发展较慢，只有少数专业机构在对其进行研究和小批量的生产。
钢铁研究总院况春江等人研究了热等静压技术制备粉末高氮无镍不锈钢；温度为1150℃，氩气压力为130MPa，保持时间为3h的工艺，所得制件抗拉强度高于850 MPa，屈服强度在500到580 MPa之间，延伸率为40%-50%，显示出优异的耐蚀性能，性能远高于304和316L不锈钢[13]。安泰科技股份有限公司卢广锋等人研究了热等静压技术制备粉末高速钢T15合金材料；温度为1100-1150℃，压力为110MPa，保持时间为3h的工艺，制得无疏松、孔洞等缺陷，碳化物均匀细小，致密度达到100%的坯料；通过有效工艺控制，获得了氧含量小于150×10-6，晶粒度大于1l级，碳化物尺寸2-4μm，硬度67 HRC，抗弯强度4400 MPa的性能[14]。安泰科技股份有限公司李小明等人通过气雾化制粉-热等静压工艺成功制备了含钒9.75%冷作模具钢；温度大于1100℃，压力大于110MPa，保持时间为3h的工艺，制备的样品相对密度达到100%[15]。上海日硝保温瓶胆有限公司王恩权等人研究热等静压技术制备AISI304不锈钢；温度为1100℃，压力为196MPa，保持时间为1h的工艺，制备的样品具备良好塑性，伸长率达到了75%-85%[16]。
3.4 在WC-Co硬质合金的应用研究
硬质合金是以高硬度、耐高温、耐磨的碳化钨为主要成分，用抗机械冲击和热冲击好的金属作粘结剂，经粉末冶金方法烧结而成的一种多相复合材料。传统的制备工艺是低压烧结方法，但碳化物颗粒易长大，且内部存在孔隙和缺陷。近年来热等静压应用于WC-Co硬质合金的制备中，可有效降低烧结温度，致使碳化物颗粒细小，同时对大尺寸硬质合金制件的制备中大大降低了制件内部缺陷和孔隙，近年来研究也非常活跃。
辽宁科技大学齐志宇等人采用高压热等静压法对超细 WC-10Co复合粉烧结体进行烧结实验研究。实验结果表明 ，在1360℃的温度，压力140MPa，其抗弯强度较真空烧结的提高19.95 %，致密度最高达到了97.92% ，同时细化了碳化物晶粒，提高了合金的机械性能[17]。钢铁研究总院陈飞雄等人研究了热等静压法制取大尺寸复合硬质合金轧辊，温度为1200℃， 压力为100 MPa， 保持时间为2h的工艺，所制备的复合辊中硬质合金层致密度达到100%，无明显孔洞和缺陷，且硬质合金外层与铁基复合材料内层获得良好的冶金结合，结合强度达900MPa[18]。安泰科技股份有限公司贾佐诚等人研究了热等静压技术制备WC-15Co、WC-22Co 硬质合金；温度1350℃，保温30 min ，氩气气氛，压力5MPa ，保压60min的工艺，所得制品几乎没有孔隙，相对密度接近100%，抗弯强度分别为3200 MPa、3300 MPa，比传统工艺分别提高了7%、30%[19]。
3.5 在其它粉末冶金材料方面的应用研究
除了上述方面的应用，热等静压技术还在粉末冶金工艺制备的难熔金属、金属铍、高性能陶瓷和金属陶瓷复合材料等方面也得到广泛应用。
北京航空航天大学机械工程及自动化学院郎利辉等人研究了热等静压技术制备高比重合金（93W-4.45Ni-2.2Fe-0.35Co-0.05Mn ）合金；温度为1300℃，压力为140MPa，保持时间为4h的工艺，所得的材料力学性能最优， 屈服强度提高16.5%， 抗拉强度提高16.1%， 断裂应力提高85.3%，同时，延伸率和断面收缩率分别提高了46.7%和43.7%[20]。热等静压成形法是近年刚新起的一种制备钒及钒合金的粉末冶金方法，制备的产品具有组织成分均匀、性能稳定、近净成形等优点，是制备钒的理想工艺之一，中国工程物理研究院鲜晓斌等人研究了热等静压技术制备纯钒材料；温度为1100-1350℃，压力为150±10MPa，保持时间为2h的工艺，结果表明：热等静压温度在1250℃以上可以实现全致密，采用1250℃温度处理的材料综合性能最佳，抗拉、屈服强度为701MPa、634MPa，延伸率为22.4%[21]。H.V.A tkinson利用直接热等静压工艺成功制备出15vol%SiC增强A357铝合金复合材料，通过热等静压可以显著减少该类制品的气孔率，同时其弯曲强度也得到提高[22]。热等静压技术用于陶瓷材料的生产，改善了成型和烧结条件，使材料的孔隙度明显降低，从而提高了材料的性能，并为制造陶瓷材料提供了有效方法。如SeanE.Landwehr等人研究热等静压制备的ZrC-Mo金属陶瓷复合材料的显微结构和机械性能，在1800℃，200MPa和1h的条件下，密度可以达98%以上，具有较高的硬度、弹性模量、抗弯强度、断裂韧性[23]。
4 结语及展望
随着近年来热等静压技术的飞速发展，热等静压技术成为高性能粉末冶金材料制备的一项新技术。但在将来还亟待对以下问题进行研究和探索：（1）加强对不同粉末材料热等静压数据的积累，建立热等静压粉末冶金材料数据库。（2）从理论上确定粉体材料性能在热等静压条件下与成分、组织结构的新关系。这些新关系的确立具有重大理论价值与实际应用价值。（3）加快热等静压近终成形技术的研究，将计算机模拟引入到热等静压粉末冶金材料尺寸的精确控制，真正实现复杂材料的热等静压近终成形。（4）将喷射成型、注射成型等其他粉末冶金技术与热等静压技术相结合，开发更多高性能、低成本粉末冶金材料及制品。
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粉末冶金材料技术范文2
【关键词】高速压制；粉末冶金；应用
粉末冶金工业可以说是一种高精尖的工业，虽然是在近几年才兴起，但是已经对很多领域都产生了非常重大的影响。而高速压制技术可以说是伴随此工业发展而来的一项技术。首先，粉末冶金工业本身就需要较高的技术和设备才能完成，硬件设备更新速度比较慢，但技术比较灵活，因此更新速度快。其次，很多的大型工程需要粉末冶金工业帮助，并且都是定制产品，这样一来就在客观上提高了难度，给高速压制技术的应用创造了平台。总的来说，由于粉末冶金工业的迅速发展，需要通过高速压制技术的应用来获得一个更大的进步。在此，本文主要对高速压制技术在粉末冶金工业中的应用进行一定的研究。
1 高速压制技术的特点
1.1 高密度、高性能
高速压制技术在现阶段的研究当中，突破了原有的瓶颈，从客观的角度来说，此种技术的高密度和高性能达到了一个理想的效果。首先，高速压制技术通过强烈的冲击波进行压制，使P/M零件达到高密度。在过去的生产工作中，虽然应用的技术并不落后，但是在高密度和高性能当中，只能选择一个。而高速压制技术却能够达到两项要求。其次，在粉末冶金工业当中应用高速压制技术，不仅可以使零件高致密化，还能够将零件的密度均匀化。这种效果是以前达不到的。零件加工是粉末冶金工业的重要考量性产品，如果能够强化零件的致密化，同时在均匀化方面达到一个较高的水准，势必能够充分促进粉末冶金工业的大幅度进步。
1.2 弹性后效低
除了上述的特点以外，高速压制技术在很多方面都能够得到一个理想的效果。比方说，这种技术的弹性后效低。在使用高速压制技术成型的压坯，其径向弹性后效要比传统的压制低。经过详细的研究以后，科研人员发现，对于水雾化普通铁基粉末ASC100.29，高速压制成形的直径为31mm的圆柱体生坯径向弹性后效比传统压制的减少 40%。但是，这种情况和粉末材料的本身有关，所以在日后应用高速压制技术的时候，必须考虑到粉末的实际情况。比方说，在对电解铜粉使用高速压制技术的时候，就会减小脱模力。
1.3 生产成本低
从现阶段的经济发展来看，粉末冶金工业之所以能够表现出较强的发展状态，主要原因在于其经济收入非常可观，并且收支平衡，对市场的掌控能力也较强。这其中的很大一部分功劳都要归功于高速压制技术，这种技术经过不断的强化和改良，其生产成本非常低，并且在很多方面都做到了同领域当中的最优。比方说，P/M零部件在小轿车当中的用量较多，并且呈现出不断增加的态势。但是，此种零部件的性价比不是很高，常常因为其性能不高导致修理次数增加。在应用高速压制技术以后，P/M零部件的性能有所提高，并且在很多的硬性指标方面，都达到了一个较高的水准。通过应用高速压制技术，在成本和性能之间找到了一个平衡点，因此降低成本、提高质量和经济效益，成为了可能。
2 高速压制技术在粉末冶金工业中的应用
2.1 Astaloy Mo+2%Ni+0.6%C
对于高速压制技术来说，在实际的应用当中，对粉末冶金工业产生了很大的积极意义。其中，Astaloy Mo+2%Ni+0.6%C具有很强的代表性。这种材料的硬度、抗拉强度和屈服强度与烧结密度是成正比关系的。因此，选取此种材料来作为对比，效果是最明显的。另一方面，此种材料的最大密度能够达到7.7g/cm3。自从应用高速压制技术以后，随着密度的不断加大，此种材料的最大疲劳极限也在增大。由此可见，通过应用高速压制技术，粉末冶金工业当中的很多材料都能够在硬性指标上有所上升，同时在很大程度上能够提高零部件的性价比。另一方面，高速压制技术的效果非常明显，在与低密度的零部件或者材料相比以后，总体的应用效果也更加理想。因此，日后的粉末冶金工业可以进一步推广此种技术。
2.2 Astaloy CrM+0.4%C和D.DH1+0.6%C
从客观的角度来说，单纯的从一种材料来证明高速压制技术的有效性，并不是最理想的。因此，本文对Astaloy CrM+0.4%C和D.DH1+0.6%C在使用高速压制技术以后的效果进行阐述。这两种材料在经过高速压制技术以后，不仅充分提高了粉末冶金齿轮的性能，同时提高了硬度和各方面的强度。总体来说，材料本身的性能和加工以后的零部件性能，都有了明显的提高。另一方面，高速压制技术在应用到Astaloy CrM+0.4%C和D.DH1+0.6%C以后，保证了加工零部件的使用寿命，进一步节省了成本。
3 总结
本文对高速压制技术在粉末冶金工业中的应用进行了一定的研究，从现有的情况来看，高速压制技术的效果是毋庸置疑的，但是我们需要从实际的情况出发。由于各个地区的经济差异较大，因此在实际的应用当中，必须结合客户的需求和当地的未来发展，只有这样才能保证在日后的发展当中，取得一个更加理想的结果。相信在日后的应用当中，高速压制技术一定能够创造更大的经济效益。
【参考文献】
[1]果世驹，迟悦，孟飞，杨霞.粉末冶金高速压制成形的压制方程[J].粉末冶金材料科学与工程，2006（01）.
粉末冶金材料技术范文3
关键词：粉末冶金 温压技术 流动温压技术 模壁技术 高速压制技术 动磁压制技术 放电等离子烧结技术 爆炸压制技术
1 温压技术
虽然温压技术只是一项新技术，在近几年才取得了一些发展，但是由于它生产出来的粉末冶金零件具有高密度、高强度的特点，现阶段已经得到了大量的应用。这项技术和传统的粉末冶金工艺不同，它可以采用特制的粉末加温、粉末输送和模具加热系统，将加有特殊剂的预合金粉末和模具等加热至130～150℃，并将温度波动控制在±2.5℃以内，之后的压制和烧结工序和传统工艺是一样的。与传统工艺相比，区别点就集中在温压粉末制备和温压系统两个方面。采用这项技术不管是从压坯密度方面来说，还是从密度方面来说，都比采用传统工艺要好很多。在同样的压制压力下，使用温压材料比采用传统工艺不管是屈服强度、极限拉伸强度，还是冲击韧性都要高。此外，由于温压零件的生坯强度比传统方法下的生坯强度要高很多，可达20～30MPa，如此一来，既降低了搬运过程中生坯的破损率，也保证了生坯的表面光洁度。另外，采用该技术生产出来的零件不仅性能均一，精度高，而且材料的利用率很高。温压工艺的成本不高，而且工艺并不复杂。与传统的工艺相比，温压工艺下的粉末冶金的利用率高，耗能低，经济效益高，是节能、节材的强有力手段。
2 流动温压技术
流动温压粉末冶金技术（Warm Flow Compaction，简称WFC）是一种新型粉末冶金零部件成形技术，目前国外还处于研究的初试阶段，它的核心价值就是能够提高混合粉末的流动性、填充能力和成形性。
WFC技术有效利用了金属粉末注射成形工艺的优点并在粉末压制、温压成形工艺的基础上被发现。这项技术可以将混合粉末的流动性提高，这样就使混合粉末可以在80～130℃温度下，只需要在传统的压机上经过精密成形就可以形成各种各样外形的零件，省掉了二次加工的步骤。WFC技术在成形复杂几何形状方面具有很大的优势，是传统工艺无法比的，而且成本不高，具有非常广阔的应用前景。
综上所述，我们可以归纳出WFC技术具有以下四个优势：一是能够制造出各种各样外形的零件；二是有着很好的材料的适应性；三是工艺简单，成本低；四是压坯密度高、密度均匀。
3 模壁技术
模壁技术是在解决传统工艺面临的一系列难题的基础上应运而生。传统工艺是采用粉末来减少粉末颗粒之间和粉末颗粒与模壁之间的摩擦，然而现实往往是由于加进去的剂因密度低，使得粉末冶金零件的密度也得不到有效的保证。此外，剂的烧结不仅会给环境造成很大的不利影响，还可能会影响到烧结炉的寿命和产品的性能。现阶段，有两个渠道可以进行模壁：一是由于下模冲复位时与阴模及芯杆之间的配合间隙会出现毛细作用，利用这个作用可以把液相剂带到阴模及芯杆表面。二是选择带着静电的固态剂粉末利用喷枪喷射到压模的型腔表面上，就是安装一个剂靴在装粉靴的前部。在开始成形时，压坯会被剂靴推开，此时带有静电的剂会被压缩空气从靴内喷射到模腔内，但是此时得到的极性和阴模的是不一致的，在电场牵引下粉末会撞击在模壁上，同时粘连在上面，之后装靴粉装粉，只需进行常规压制即可。采用该项技术可使粉末材料的生坯密度达到7.4g/cm3，大大提高了粉末材料的生坯密度，并且采用该方法比采用传统的方法还能够大大提高铁粉的生坯强度。有研究结果结果表明，利用温压、模壁与高压制压力，使铁基粉末压坯全致密也是有可能的。
4 高速压制技术
瑞典的Hoaganas公司曾经推出过一项名叫高速压制技术（Hjgh Velocity Compaction）的新技术，简称HVC。虽然这项新技术生产零件的过程和过去的压制过程工序是一样的，但是这项新技术的压制速度比过去的压制速度提高了500-1000倍，同时也大大增加了液压驱动的锤头重量，提高了压机锤头速度，在这种情况下，粉末利用高能量冲击只需0.02s就可以进行压制，在压制的过程中会出现明显的冲击波。要想达到更高的密度，通过附加间隔0.3s的多重冲击就能做到。HVC技术具有很多优势，比如高密度、低成本、可成形大零件、高性能和高生产率等。现阶段该技术已经得到了广泛的应用，很多产品都采用了该项技术，比如制备阀门、气门导筒、轮毂、法兰、简单齿轮、齿轮、主轴承盖等。有了这项技术，未来将会出现更多更复杂的多级部件。
5 动磁压制技术
动力磁性压制技术（dynamic magnetic cornpaction）是一种新型的压制技术，简称DMC，它能够使高性能粉末最终成形，这项技术固结粉末的方式主要是通过利用脉冲调制电磁场施加的压力。虽然这项技术和传统的压制技术一样都是两维压制工艺，但是不同的是传统的压制技术是轴向压制，而这项技术是径向压制。利用该项技术进行压制只需1ms，整个过程非常的迅速，只需把粉末放入一个具有磁场的导电的容器（护套）内，护套就会产生感应电流。利用磁场和感应电流之间的相互作用，就可以完成粉末的压制工作。DMC具有成本低廉、不受温度和气氛的影响、适合所有材料、工作条件灵活、环保等优点。DMC技术适于制造柱形对称的零件，薄壁管，高纵横比部件和内部形状复杂的部件。现可以生产直径×长度：12.7mm×76.2mm到127.0mm×25.4mm的部件。
6 放电等离子烧结技术
早在1930年美国科学家就提出了这项放电等离子烧结技术（Spark Plasma Sintering），简称SPS，然而该技术直到近几年才得到世人的关注。SPS技术独到之处就在于无需预先成形，也不需要任何添加剂和粘结剂，是集粉末成形和烧结于一体的新技术。这项技术主要是通过先把粉末颗粒周围的各种物质清除干净，如此一来粉末表面的扩散能力会得到提高，然后再利用强电流短时加热粉末就可以达到致密的目的，注意加热时应在较低机械压力情况下。有研究结果显示，采用该项技术由于场活化等作用的影响，不仅有效降低了粉体的烧结温度，也大大缩短了烧结时间，再加上粉体自身可以发热的影响，不仅热效率很高，加热也很均匀，所以采用该技术只需一次成形就可以得到质量上乘的、符合要求的零件。现阶段，该技术大范围应用的主要是在陶瓷、金属间化合物、纳米材料、金属陶瓷、功能材料及复合材料等。另外，该技术在金刚石、制备和成形非晶合金等领域也得到了不错的发展。
7 爆炸压制技术
爆炸压制（Explosive Compaction）是一种利用化学能的高能成形方法，也被叫做冲击波压制。一般情况下，它都是通过在一定结构的模具内对金属粉末材料施加爆炸压力，在爆炸过程中产生的化学能可以转化为四周介质中的高压冲击波，然后利用脉冲波就可以实现粉末致密。整个过程只需10-100us，其中粉末成形时间只有大约1ms。这种压制方式最大的优势是可以解决传统的压制方式一直无法解决的难题，即可以使松散材料达到理论密度，比如金属陶瓷材料、低延性金属等采用传统的压制方法无法使其致密，一直是一个未解的难题，随着爆炸压制技术的出现，我们发现采用这项技术就可以把其压制成复合材料，并制造成零件。
我国的粉末冶金技术带来的前景是非常广阔的，作为一种新工艺、新技术，与国外先进水平相比，它还有很多地方需要改进、需要提高。
参考文献：
[1]张建国，冯湘.粉末冶金成形新技术综述[J].济源职业技术学院学报，2006-03-30.
[2]郭峰.火电厂等离子点火装置中高性能阴极材料的制备与实验研究[D].华北电力大学，2006-03-01.
[3]刘双宇.高强度铁基粉末冶金材料复合制备方法及组织性能研究[D].吉林大学，2007-10-25.
粉末冶金材料技术范文4
关键词：粉末冶金；钕铁硼；专利
引言
随着经济社会的发展，作为第三代永磁材料的钕铁硼因良好的磁性能而在信息、通讯、计算机、风力发电、家用电机等领域的应用越来越广泛。我国凭借稀土资源优势和生产成本优势大力发展钕铁硼产业，已成为世界第一生产大国和消费大国[1]。文章就粉末冶金法（即烧结法）制备钕铁硼磁体材料中国专利申请的情况进行分析。
1 专利申请概况
经过统计，截止2016年4月12日（以公开日为准），向中国国家知识产权局提交的涉及钕铁硼磁性材料的专利申请共计1037件，其中发明792件，占比76.4%，实用新型245件，占比23.6%。一般而言发明专利的技术含量和创新性要高于实用新型专利，也最具有经济价值和社会价值，而该领域的发明专利申请的数量远高于实用新型的数据量，说明在该领域专利申请的平均技术含量较高。
图1为近30年来，向中国提交的专利申请数量的趋势图，其中以5年为一个统计时间段，考虑到专利申请到公开需要一定的时间，图1的数据统计到2014年底（以申请日为准）。从图1中可以看出，2000年以前的专利申请量很少，2000-2010年间，粉末冶金制备钕铁硼的出现了快速增长，说明该技术发展较快，在2010年以后，专利申请的数量出现了大幅度的增长，这说明粉末法制备钕铁硼磁体进入了蓬勃发展的时期，从业者的专利意识不断加强，专利布局在企业的市场竞争中作用凸显。
2 申请人分析
从申请人所在国/地区分析，以中国最多，占比92.09%，其他为国外申请。在国外申请中以日本申请的最多，占比6.46%，其次为美国，占比1.06%，韩国申请2件、法国和香港地区各1件。从中可以看出，日本在粉末法制备钕铁硼磁体领域技术研究较多，而且注意在中国进行专利布局。
经过统计分析得出该领域排名前10的申请人（含共同申请人）为：北京中科三环高技术股份有限公司、安徽大地熊新材料股份有限公司、日立金属株式会社、北京工业大学、沈阳中北通磁科技股份有限公司、中国科学院宁波材料技术与工程研究所、北京科技大学、浙江大学、中磁科技股份有限公司、宁德市星宇科技有限公司。从中可以看出，重要申请人中既有企业，也有大学、研究所，可见该领域的产学研发展模式较为合理。值得注意的是，在重要申请人中有日本企业，加之日本在钕铁硼磁体领域研究、生产上的重要地位，国内相关企业应更加重视前沿技术的研发、专利的申请，以免处于被动局面。
3 发明人分析
分析发明人发现，排名前10的发明人为：孙宝玉、衣晓飞、陈静武、熊永飞、岳明、严密、严阿儒、刘卫强、张东涛、李东，其中孙宝玉是重要申请人沈阳中北真空磁电科技有限公司、沈阳中北真空设备有限公司、沈阳中北通磁科技股份有限公司的员工，衣晓飞、陈静武、熊永飞为安徽大地熊新材料股份有限公司的员工，岳明为北京工业大学的老师，严密为浙江大学的老师。可见，该领域的重要发明人主要集中在企业员工和高校从事研究的老师，而且重要发明人大多分布在申请人单位。
4 重点技术分析
粉末冶金制备钕铁硼的专利申请主要分为产品和方法两类，其中产品主要包括粉末法制备的钕铁硼磁体材料、制粉装置和粉末成型装置，而方法主要涉及制备钕铁硼产品的系统工艺流程、烧结工艺方法、改善组织性能的方法等，其中尤以提高钕铁硼永磁材料的磁能积、矫顽力、改善磁性材料的晶粒、晶界等方法居多。
5 结束语
粉末冶金制备钕铁硼磁体材料时当前制备永磁材料的热点，也是当前专利申请聚焦的一个重点领域，申请人应该在充分了解国内专利申请状况的基础上，找准前沿技术的研究方向，围绕技术研发的热点进行深入研究探索，并采用合理的专利申请进行布局，充分利用知识产权保护研究成果。
粉末冶金材料技术范文5
大马士革钢兴衰史
用现代术语来说，只含一种成分的钢称为单体钢，含两种以上成份的钢称为复合钢，大马士革钢可以看作是呈现出明显纹路的复合钢。大马士革钢在古代是高档优质钢材的代表，因为对于单体钢来说，其硬度和韧性永远是一对不可调和的矛盾――钢材的含碳量越高，硬度越高，而韧性则越低，韧性低则易折、易崩口；含碳量越低，韧性越高，硬度低则使制成的兵器易弯、易卷刃。而大马士革钢由于是以两种钢材复合而成，因此在硬度和韧性上取得了很好的平衡。此外，大马士革钢所呈现的特殊纹路也是其独有的身份特征，不仅从外观上与其他钢材区分开来，其千姿百态的纹路还具有相当高的艺术效果，体现了不同地区乃至不同制作者的独特风格。
到了近现代以后，现代工业炼钢技术飞速发展，人们不仅能够控制钢材中碳元素的含量，还可以随心所欲地控制铬、钼、钒、锰、钨、硫、磷等元素的含量，这在古代是很难做到的。这些元素对钢材的性能起到至关重要的作用，如铬可提高钢材的硬度、强度，并提高其抗氧化性，形成不锈钢，而硫、磷是有害元素，在钢材中的含量越少越好。现代技术可使化学元素含量达到最佳状态，从而使得现代单体钢的性能远远超过了古代的水平。这种情况令大马士革钢日趋没落，在很多人眼里，大马士革钢已成为一种“中看不中用”的奢侈品，只能作为单纯观赏性的工艺品把玩。
那么，假如使用两种现代单体钢结合制成大马士革钢，是不是性能更加优异呢?理论上说这是肯定的，但在实际操作当中，则面临着似乎无法克服的困难：由于现代优质钢材都是合金不锈钢，在高温条件下，钢材表面必然发生氧化，而现代优质钢中的铬、钨等元素的氧化物熔点高于钢的熔点，这些氧化物夹在欲锻合的两片钢材中间，使它们无法合为一体，即使勉强锻合，也会有“夹灰”的现象，层间结合得非常不紧密。因此，合金元素能使单体钢的性能大大提高，但同时又给折叠锻打技术制造了严重的障碍。有人采用的解决方法是在无氧环境下锻造，虽然可以成功，但这种方式成本太高，过程过于繁琐，操作难度非常高，难以得到广泛应用。
粉末冶金 峰回路转
正所谓“山重水复疑无路，柳暗花明又一村”。20世纪后期，瑞典发展起来的粉末冶金炼钢技术，为大马士革钢带来了新的转机。
上文说，现代炼钢技术可使化学元素达到最佳配比，但这种技术并非完善。传统的炼钢方法，是在炼钢炉中将液态钢水通过吹氩处理、真空脱气、炉外脱硫、直接加入某种金属等方法达到所需的各种元素的配比，然后进入由耐火砖或耐火水泥制成的钢包中，再由钢包中倒入铸模中冷却，得到钢锭。在这个过程中，炼钢炉中的各种化学元素分布是最均匀的理想状态，而进入钢包以后，温度开始降低，这时钢水中的同种成分就会发生聚集现象，等到进入铸模中完全冷却，聚集现象更加严重，化学成分就远不及在炉中时均匀了。有一句俗语说“炉中是金，包里是银，冷却是石”，就是这个意思。
而粉末冶金技术，是当钢还完全是液态时，在无氧环境中从炉口中倒出，同时以高压氮气把钢水吹成雾化状态，使其化学元素来不及聚集就迅速固化成粉末，这样才得以保持其均匀的元素分布。此后在持续高温、高压的密闭容器中，将金属粉末重新焊接为成型钢材。由于元素分布均匀，这种技术炼出的钢材明显优于普通炼钢法生产的钢材。
过去，人们最喜欢用154CM钢材制作刀具，它本来是用于制造飞机螺旋桨的，后来由机螺旋桨不再使用钢材，154CM就停产了。但刀具行业仍有需求，日本企业根据154CM元素含量的数据，用传统技术重新炼出了新的钢材，并将其命名为ATS34。瑞典Erasteel公司同样参照154CM的元素含量标准，但采用粉末冶金技术生产出了一种名为RWL34的钢材，通过对比，其性能明显优于日本的ATS34。
那么，粉末冶金是如何用于制作大马士革钢的呢?1992－1995年间，瑞典Erasteel公司在粉末钢的生产工艺流程中，增加了一套粉末分模的设备，使两种钢材的粉末通过这套分模设备按一层层的方式排列起来，再进行下一步的高温高压焊接过程，就形成了平行纹路的粉末冶金大马士革钢。采用另外不同的分模设备，还可以制成同心圆、马赛克两种纹路的钢材。这种粉末冶金的大马士革钢材具有超高的强度、层间强度、韧性和弹性，因为其突破了传统的折叠锻打制造方法，所以可以使用最合适的钢材进行熔合，完全消除了折叠锻打过程常出现的“夹灰”、层间局部焊接强度低等缺陷。此外粉末冶金制造的大马士革钢抗腐蚀性强，易于保养。这一技术现已申请了专利，并基于此在母公司的基础上专门成立了一个新公司――Damasteel。
纹路形态 无限可能
经过上面的步骤所得到的是圆柱形的钢锭，通过轧辊，可变细变长，形成棒料。Damasteel公司的棒料产品有3种基本纹路――平行纹、同心圆纹和马赛克纹。平行纹和马赛克纹的棒料还可以通过以圆柱的中心线为轴扭转，以改变其内部的纹路状态，扭转的角度不同，效果也不一样。
以这3种棒料为基础，可以制成多种纹路的板材。最直接的方式是锤锻，即用气锤直接将棒料锻造成条型钢板。由于棒料的纹路是从横截面看的，而板材的纹路是从表面看的，因此即使是直接锤锻，板材的纹路形态也会与其棒材完全不同。如同心圆的棒料锤锻后形成完全没有规则的纹路，称为随机纹；扭转过的平行纹棒料锤锻，形成扭绞纹；马赛克纹的棒料经过扭转并锤锻，形成火焰纹的板材。
要想得到更复杂的纹路，还可以采用模锻技术，这需要先制作模具，经模锻后板材的表面部分凸出，再将凸出的部分磨平，其表面就形成了与模具相似的纹路。现在常见的大玫瑰、小玫瑰、奥丁眼、鱼骨等纹路都是以同心圆棒料锤扁后模锻而成的，而天梯纹是马赛克纹棒料锤扁后模锻而成。用这种方式，只要制作相应的模具，几乎可以得到任何想要的纹路。
熔合制造 何为最佳
从理论上说，利用粉末冶金制造大马士革钢，可以选取世界上任意两种钢材熔合，但实际操作还要有所把握的。原始钢材的选择一般要考虑以下几方面因素：性能互补――成分搭配应满足于特定的应用；热处理参数――两种钢材应该有相同或近似的热处理工艺参数；热工效应――两种钢材应有相同或近似的热工效应，以保证锻打或热处理时不影响钢材性能；腐蚀纹路――两种钢材中至少一种元素含量有足够差异，以保证纹路的清晰程度。
Dama steel公司采用RWL34与PMC27两种钢材熔合以制造刀具钢材。经酸洗后，RWL34发亮，而PMC27发黑，钢材表面形成条理清晰的纹路。它的硬度可达60HRc以上，并可保持极佳的韧性。Damasteel公司将其命名为“93x.y马氏体大马士革刀具不锈钢”(Damasteel生产的大马士革钢的名称都以数字9开头，以第二位数字区分种类，x.y表示是由两种钢材复合而成)。除此之外，Damasteel公司还有3种大马士革钢产品，分别为：95x.y奥氏体大马士革不锈钢，也称“首饰钢”，其抗腐蚀能力强，不能淬火，无磁，适于制作餐具、珠宝、表壳、手镯、家具五金件等；96x.y马氏体大马士革枪管不锈钢，硬度可达50HRc以上，特点是韧性高，机械加工性好，有磁性，抗腐蚀性在93、95系列之间，可用于制作高级猎枪、手枪枪管及部件等；92.x.y低合金高硬度大马士革钢，硬度达55HRc以上，其特点是热加工性能好，锻造焊接性好，但抗腐蚀性较差，可用于制作猎枪枪管(适合烤蓝等表面处理)、刀具、伐木斧等。
应用前景广泛
大马士革刀具钢主要用于制作各种形式的刀具：有人用它做猎刀，用来剥皮、割肉，都很好用；也可以做成小巧的折刀，随身携带，遇到割绳子、开纸箱等事情，都可以用它轻松搞定。虽然这些事用普通刀具也能完成，但用大马士革的感觉是不一样的。还有人用它制作传统的长剑，光是钢材成本就要几千元，极尽奢华之能事。
低合金大马士革钢适合制作高档礼品枪。传统的礼品枪往往采用景泰蓝工艺，但由于材质原因，景泰蓝与枪身的结合都不是特别坚固，常常经不起连续射击时的振动，会出现脱落的现象。而使用大马士革钢直接制造枪身的话，不仅使其艺术欣赏性大增，而且也是从冷兵器到热兵器的一种精神传承。
粉末冶金材料技术范文6
1. 激光熔覆技术
激光熔覆技术的研究始于20世纪70年代, 美国AVCO公司就汽车发动机许多易磨损件进行了激光熔覆技术的研究。1981年英国Rolls.Royce公司成功在喷气发动机叶片上涂覆钴基合金面并显着提高了其耐磨性。由于这一新技术具有巨大的发展潜力，并能产生较大的经济效益，因此，在生产中获得了广泛推广及应用。
激光熔覆技术在目前材料表面改性技术中应用较广泛。激光熔覆是在基体上添加不同成分的材料，利用高能激光束辐照基体，熔覆粉末和基体形成一薄层，这一薄层快速熔化并凝固成形，且基体对熔覆层稀释度极低，因此熔覆层与基体冶金结合良好，可以制备耐热、耐蚀、耐磨、抗氧化、抗疲劳或具有光、电、磁特性的表面保护涂层。
2. 激光熔覆工艺方法
按熔覆材料的供给方式不同，激光熔覆工艺方法分为两种：激光熔覆合金预置法和合金同步送粉法。科技论文。
2.1 合金预置法
合金预置法是在基体的表面上通过一些方法将预涂材料置于其上，然后采用高能激光束辐照，涂层表面吸收能量使熔覆部位迅速升温、气化和熔化，激光束离开后，熔覆层与基体呈现良好的冶金结合。
熔覆材料的加入形式通常有粉末、丝材、板材三种，其中以粉末的形式最为常用。预置法一般包括粘结法和热喷涂法。对于粉末类材料，预置的两种方法都可以。热喷涂主要优点是喷涂效率高、容易控制沉积厚度的均匀性，且与基材接合牢固，这种方法不足之处是粉末利用率低，受工件形状限制和成本相对较高。粘接法是利用粘结剂，在基底材料的表面上，将粉末调和成膏状涂上，这种方法的不足之处在于效率低，很难得到厚度均匀的涂层，可能会妨碍熔化或引起过渡稀释；同时由于沉积层的导热性不好，会消耗更多的能量；通常仅对熔覆面积较小的工件适用，这种方法在实验室里采用。对于丝类合金材料，既可利用预置粘结法，也可利用热喷涂法进行喷涂，但板类合金材料主要利用预置粘结法。科技论文。
2.2 合金同步送粉法
合金同步送粉法是将材料直接送入激光工作区，使供料和熔覆同时完成。利用激光作用，把熔覆材料和基体一起熔化，然后冷凝成熔覆层。这种方法可以把激光能量充分利用，大大降低了熔覆层的不均匀性，同时还减少了激光对基体的热作用。合金同步送粉法过程比较简单，而且耗材少，同步送粉法可控性好，在实际应用中是很好的方法。与预置法相比，同步送粉法是激光熔覆技术的发展趋势。
3. 激光熔覆材料体系现状
激光熔覆粉末按照材料成分构成不同，主要分为自熔性合金粉末、陶瓷粉末和复合粉末等。
3.1自熔性合金粉末
自熔性合金粉末指加入具有强烈脱氧和自熔作用的Si、B等元素的合金粉末。目前常用的是Ni基、Co基和Fe基自熔性合金粉末。
Ni基合金粉末：这种合金粉末应用广泛，具有合理性价比和良好材料性能，如具有良好的韧性、抗氧化性等性能，因而在激光熔覆材料中被研究的最多、应用的最广。Ni基自熔性合金粉末可分为Ni-B-Si和Ni-Cr-B-Si两个合金系列。Ni基自熔性合金粉末主要适用于局部要求耐磨、耐热腐蚀的构件, 熔覆Ni基的功率密度比铁基要高一些。Ni基合金粉末不足之处是耐高温性能较差。Ni基合金粉末中常用的是Ni60，Ni45。
Co基合金粉末：具有良好耐高温性能，耐磨耐蚀性能也比较强，经常被应用于石化和冶金等领域。另外，钴基粉末合金在熔化时有很好的润湿性，其熔点相比碳化物要低，受热后Co元素最先熔化，与合金凝固时最先形成新物相，得到光滑平整的熔覆涂层，提高熔覆层与基体的结合强度。目前，常用的Co基合金的主要元素是Ni、C、Cr 和Fe 等，其中Ni元素用来降低Co基合金熔覆层的热膨胀系数,减小合金的熔化温度区间，有效抑制熔覆层开裂现象,提高熔覆层对基体的润湿性。Co基合金粉末不足之处是价格较高。
Fe 基合金粉末：Fe基合金作为激光熔覆材料，适用于温度要求不高(温度小于400℃)的耐磨零件，基体多为铸铁和低碳钢,其最大优点是成本低耐磨性强。科技论文。Fe基合金的主要元素是Ni、B、Si及Cr 等元素，其中B、Si及Cr元素是用来提高熔覆层的硬度和耐磨性, Ni元素用来提高熔覆层的抗开裂能力。由于铁基合金成本低，经常代替镍基合金使用，与Ni基合金相比，铁基合金作为激光熔覆层的不足之处是熔覆层韧性稍差。
综上，Ni基或Co基合金具有良好的自熔性和抗氧化性，较高的耐蚀性能，Ni基或Co基合金粉末的自熔性比Fe基合金粉末要好，但价格也比Fe基自熔性合金粉末高； Fe基合金粉末虽然比Ni基或Co基合金粉末便宜，但自熔性差，抗氧化能力差。具体使用时，应合理选择自熔性合金粉末。
3.2陶瓷粉末
陶瓷粉末主要有两种：硅化物陶瓷粉末和氧化物陶瓷粉末,其中用的最多的是氧化物陶瓷粉末。陶瓷粉末作为熔覆层有很多优点，如耐磨耐蚀等性能都比较强，所以陶瓷粉末常被用于制备高性能熔覆层；目前，研究生物陶瓷材料也是一大热门。
激光熔覆金属陶瓷可以通过高能激光束作用，在金属表面熔覆一层陶瓷材料，结合区形成均匀、致密且与基体结合牢固的复合层。陶瓷材料作为熔覆层有耐磨耐蚀的优点，但陶瓷材料作为熔覆层也有不足之处，这种材料与基体的热膨胀系数、弹性模量及导热系数等差别较大,这些性能的不匹配造成熔覆层开裂现象和空洞现象。近年来，用激光的高能量熔覆涂层技术，可以得到高硬度和耐磨损的陶瓷涂层。
3.3复合粉末
复合粉末是指陶瓷材料和金属合金混合在一起的粉末，作为熔覆材料，这种粉末相比金属粉末具有更强的材料特性，在目前材料表面改性方面应用比较广泛。陶瓷材料包括碳化物、氮化物、硼化物、氧化物及硅化物等硬质材料。复合粉末和不同成分的合金粉末进行机械混合的粉末不同。不同点在于复合粉末中的单个粒子的组成成分，至少要有两种或两种以上不同成分的固相材料，而且不同成分的固相材料有明显的相界面，不同成分的固相组元之间一般为机械结合。利用激光熔覆技术，把复合粉末制备成陶瓷颗粒增强金属基复合涂层,这种熔覆层很好地将合金材料的高强度、高韧性和陶瓷颗粒相优异的耐磨、耐蚀和耐高温等性能结合在一起。
复合粉末能大大提高熔覆层的耐磨性能，应用最多的是钴包碳化钨和镍包碳化钨。在复合粉末中，碳化物颗粒的加入方式有两种：第一种方式是直接加入激光熔池；第二种方式是直接与金属粉末混合成粉末。其中第二种方式是比较有效的，因此用的比较多。
4 结论
