粉末冶金機(jī)械零件在汽車(chē)上的應(yīng)用

摘要：粉末冶金汽車(chē)零件由于其質(zhì)量的均一性，成本的低廉性等原因，廣受市場(chǎng)親睞。本文主要討論了粉末冶金的概念、特點(diǎn)，粉末冶金的發(fā)展趨勢(shì)，還有粉末冶金汽車(chē)零件的發(fā)展現(xiàn)狀與挑戰(zhàn)，最后對(duì)粉末冶金汽車(chē)零件進(jìn)行了展望，望對(duì)粉末冶金行業(yè)健康持續(xù)發(fā)展提供參考借鑒意義。

關(guān)鍵詞：粉末冶金；汽車(chē)零件；金屬粉末；高性能

粉末冶金材料是指用若干種金屬粉末或是金屬粉末與非金屬粉末作原料， 通過(guò)按比例配料、壓制成形、燒結(jié)等工藝過(guò)程而制成的材料。這種生產(chǎn)工藝過(guò)程也就是粉末冶金法， 它屬于一種不同于熔煉和鑄造的方法。由于其生產(chǎn)工藝過(guò)程與陶瓷制品工藝極為相似， 所以粉末冶金法又被稱(chēng)為金屬陶瓷法。粉末冶金法不僅是制造某些具有特殊性能材料的方法， 同時(shí)也是一種無(wú)切屑或少切屑的加工方法。它具有生產(chǎn)效率高、材料利用率高、節(jié)省機(jī)床和生產(chǎn)占地面積等特點(diǎn)。但其也存在一定的缺陷，如金屬粉末和模具費(fèi)用高， 制品大小和形狀受到一定限制， 制品的韌性也較差。粉末冶金法常被用于制作硬質(zhì)合金材料、結(jié)構(gòu)材料、減磨材料、難熔金屬材料、摩擦材料、過(guò)濾材料、無(wú)偏析高速工具鋼、金屬陶瓷、耐熱材料、磁性材料等。

一、粉末冶金技術(shù)的含義及其特點(diǎn)

粉末冶金技術(shù)附屬于材料制備和成形的加工技術(shù)，而作為粉末冶金的雛形就是塊煉鐵技術(shù)，塊煉鐵技術(shù)也是人類(lèi)最初制取鐵器的唯一手段，其對(duì)人類(lèi)社會(huì)進(jìn)步作出了巨大貢獻(xiàn)。

1、粉末冶金技術(shù)的含義

粉末冶金的方法其實(shí)誕生已久。人類(lèi)早期通過(guò)機(jī)械粉碎法來(lái)制取金、銀、銅和青銅的粉末，用來(lái)當(dāng)作陶器等的裝飾涂料。早在200年前，一些歐洲國(guó)家，如俄、英等國(guó)就曾大規(guī)模的制取海綿鉑粒，并經(jīng)過(guò)熱壓、鍛和模壓、燒結(jié)等加工工藝來(lái)制造錢(qián)幣和一些貴重器物。1890 年，美國(guó)的庫(kù)利吉發(fā)明用粉末冶金方法制造燈泡用鎢絲，從而奠定了現(xiàn)代粉末冶金技術(shù)的基礎(chǔ)。直到1910年左右，人們已經(jīng)開(kāi)始用粉末冶金法來(lái)大量制造了鎢鉬合金制品、青銅含油軸承、硬質(zhì)合金、集電刷、多孔過(guò)濾器等，并逐步形成了一整套粉末冶金相關(guān)技術(shù)。上世紀(jì)30年代，旋渦研磨鐵粉和碳還原鐵粉技術(shù)問(wèn)世后，從而為粉末冶金法制造鐵基機(jī)械零件較快的發(fā)展機(jī)遇。從第二次世界大戰(zhàn)后，粉末冶金技術(shù)得到了較快的發(fā)展，新型的生產(chǎn)工藝和技術(shù)裝備、新的材料和制品不斷出現(xiàn)，開(kāi)拓出一些能制造特殊材料的領(lǐng)域，成為現(xiàn)代工業(yè)中的重要組成部分。

2、粉末冶金技術(shù)的主要作用

由于粉末冶金技術(shù)的具有特殊優(yōu)點(diǎn)，使其已成為解決新材料問(wèn)題的有效途徑，而且在新材料的發(fā)展中歷程中發(fā)揮著舉足輕重的作用。

粉末冶金技術(shù)由于其可以在最大限度地來(lái)減少合金成分發(fā)生偏聚，消除粗大且不均勻的鑄造組織。在制備高性能稀土永磁材料、稀土發(fā)光材料、稀土儲(chǔ)氫材料、高溫超導(dǎo)材料、稀土催化劑、新型金屬材料上具有獨(dú)特的作用。同時(shí)還可以制備非晶、納米晶、準(zhǔn)晶、微晶以及超飽和固溶體等一系列高性能非平衡材料，這些材料由于具有優(yōu)異的電學(xué)、光學(xué)、磁學(xué)和力學(xué)性能。因此可以較容易地實(shí)現(xiàn)多種功能類(lèi)型的復(fù)合，充分發(fā)揮各組元材料各自的特性，是一種低成本生產(chǎn)高性能金屬基和陶瓷復(fù)合材料的工藝技術(shù)。可以生產(chǎn)普通熔煉法無(wú)法生產(chǎn)的具有特殊結(jié)構(gòu)和性能的材料和制品，如新型多孔生物材料，多孔分離膜材料、高性能結(jié)構(gòu)陶瓷和功能陶瓷材料等。可以實(shí)現(xiàn)凈近形成形和自動(dòng)化批量生產(chǎn)，從而，可以有效地降低生產(chǎn)的資源和能源消耗。可以充分利用礦石、尾礦、煉鋼污泥、軋鋼鐵鱗、回收廢舊金屬作原料，是一種可有效進(jìn)行材料再生和綜合利用的新技術(shù)。

二、粉末冶金技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)

隨著汽車(chē)和飛機(jī)零件以及切削和成形工具發(fā)展的需要，粉末冶金制造零部件的強(qiáng)度和質(zhì)量都得到了較好的改善和提高。汽車(chē)制造業(yè)作為粉末冶金零件的最大用戶(hù)，1996 年汽車(chē)行業(yè)占有美國(guó)粉末治金零件的市場(chǎng)份額的69%，成為美國(guó)粉末冶金零件的最大市場(chǎng)。發(fā)展粉末冶金需要制取新技術(shù)、新工藝及其過(guò)程理論。

1 、向全致密化發(fā)展

粉末冶金的重點(diǎn)是超細(xì)粉末和納米粉末的相關(guān)制備技術(shù)，機(jī)械合金化技術(shù)，快速冷凝制備非晶、微晶和準(zhǔn)晶粉末制備技術(shù)，粉末粒度、結(jié)構(gòu)、形貌、成分控制技術(shù)，自蔓延高溫合成技術(shù)。粉末冶金技術(shù)發(fā)展的總趨勢(shì)是向超細(xì)、超純、粉末特性可控方向發(fā)展，從而建立以“凈近形成形”技術(shù)為中心的各種新型固結(jié)技術(shù)及其過(guò)程模過(guò)程理論，如粉末注射成形、擠壓成形、噴射成形、溫壓成形、粉末鍛造等。建立以“全致密化”為主要目標(biāo)的新型固結(jié)技術(shù)及其過(guò)程模擬技術(shù)。

2 、向高性能化、集成化和低成本等方向發(fā)展

粉末冶金制造零部件相關(guān)的新的成形技術(shù)層出不窮，如：粉末注射成形、溫壓成形、流動(dòng)溫壓成形、噴射成形、高速壓制成形等新技術(shù)不斷涌現(xiàn)。目前， 粉末冶金技術(shù)正向著高致密化、高性能化、集成化和低成本等方向發(fā)展。有代表性的鐵基合金，將向大體積的精密制品，高質(zhì)量的結(jié)構(gòu)零部件發(fā)展；制造具有均勻顯微組織結(jié)構(gòu)的、加工困難而完全致密的高性能合金；用增強(qiáng)致密化過(guò)程來(lái)制造一般含有混合相組成的特殊合金；制造非均勻材料、非晶態(tài)、微晶或者亞穩(wěn)合金；加工獨(dú)特的和非一般形態(tài)或成分的復(fù)合零部件。

3 、粉末冶金產(chǎn)業(yè)化發(fā)展

由于相鄰學(xué)科和相關(guān)技術(shù)的相互滲透和結(jié)合.更賦予了粉末冶金新的發(fā)展活力。粉末冶金新工藝層出不窮。粉末冶金產(chǎn)業(yè)化是指這些技術(shù)已比較成熟。甚至在一些國(guó)家已有生產(chǎn)規(guī)模，但主流還處于研究成果向產(chǎn)業(yè)化轉(zhuǎn)化的過(guò)程之中。其工藝、設(shè)備、市場(chǎng)等已為產(chǎn)業(yè)化準(zhǔn)備了條件，可以產(chǎn)業(yè)化，取得社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益。主要是指該技術(shù)實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化、集群化、模塊化發(fā)展。其主要應(yīng)用領(lǐng)域有汽車(chē)用粉末冶金零部件，汽車(chē)制造業(yè)仍是粉末冶金（PM）發(fā)展的牽引力；粉末注射成（PowderInjection Molding（PIM））溫壓成形技術(shù)（Warm Compaction）在眾多為提高PM 件密度的生產(chǎn)方法中。溫壓成形技術(shù)被認(rèn)為是最為經(jīng)濟(jì)的一種新工藝。本文將重點(diǎn)介紹以下產(chǎn)業(yè)化技術(shù)：

①溫壓技術(shù)

溫壓技術(shù)在上世紀(jì)90 年代被譽(yù)為粉末冶金技術(shù)上重大突破，并于1990年取得了第一項(xiàng)采用一次壓制燒結(jié)工藝制備高密度鐵基（P / M）零件的美國(guó)專(zhuān)利。該技術(shù)可以使燒結(jié)鋼中的孔隙度降低到6 %左右，而傳統(tǒng)技術(shù)的孔隙度為10%以上，產(chǎn)品的密度能達(dá)到7.3g/cm3或以上，因此較大程度的拓寬了高密度、高強(qiáng)度燒結(jié)鋼零件在工業(yè)上廣泛應(yīng)用的可能性。

②模壁潤(rùn)滑

模壁潤(rùn)滑和溫壓是兩個(gè)平行的提高鐵基結(jié)構(gòu)零件密度的方法。近年來(lái)，發(fā)展最迅速的是干模壁潤(rùn)滑技術(shù)，即采用靜電的方法，從而將干潤(rùn)滑劑粉末吸附到模壁上進(jìn)行潤(rùn)滑，從而很好的避免了濕模壁潤(rùn)滑在制備過(guò)程中壓坯表面易于粘粉的缺點(diǎn)。

③注射成形

金屬注射成形（MIM）是一種將塑料注射成形與粉末冶金技術(shù)結(jié)合而成的近凈成形技術(shù)，此技術(shù)也是國(guó)內(nèi)外公認(rèn)的21 世紀(jì)粉末冶金的主流技術(shù)，被稱(chēng)為“第五代加工技術(shù)”。而且該技術(shù)也最適于用來(lái)大批量生產(chǎn)一些三維復(fù)雜形狀的零件，同時(shí)還可以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化連續(xù)作業(yè)，從而大大提高生產(chǎn)效率。目前，在一些發(fā)達(dá)國(guó)家，MIM技術(shù)已經(jīng)成為一項(xiàng)最具競(jìng)爭(zhēng)力的金屬成形技術(shù)，而且開(kāi)始大量用于不銹鋼粉末冶金生產(chǎn)。

三、粉末冶金機(jī)械零件的制造現(xiàn)狀與挑戰(zhàn)

我國(guó)粉末冶金技術(shù)起步較晚，自1958年誕生以來(lái)，一直是處在蹣跚學(xué)步的狀態(tài)中，而且一直不被人們重視，被當(dāng)做是一個(gè)沒(méi)有前景的小行業(yè)來(lái)對(duì)待。然而從世界粉末冶金行業(yè)發(fā)展?fàn)顩r來(lái)看，粉末冶金行業(yè)卻是一個(gè)最具市場(chǎng)活力，發(fā)展速度極快，同時(shí)應(yīng)用范圍也是最廣的冶金技術(shù)，尤其是日本在粉末冶金技術(shù)方面發(fā)展飛快，每年生產(chǎn)燒結(jié)含油軸承十幾億只。直到上世紀(jì)80年年代初，在我國(guó)體制改革的大潮中，粉末冶金零件行業(yè)正式劃歸當(dāng)時(shí)的“基礎(chǔ)件工業(yè)局”進(jìn)行管理，并結(jié)束了粉末冶金零件行業(yè)自身自滅的狀態(tài)，從而得到相應(yīng)的發(fā)展機(jī)遇。我國(guó)自上世紀(jì)90年代至今約20多年間，粉末冶金零件得到迅猛發(fā)展，同時(shí)也經(jīng)受住了金融危機(jī)的不利影響。

表1是我國(guó)自2007-2011年間粉末冶金分會(huì)53家會(huì)員企業(yè)的數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)的結(jié)果，雖然我國(guó)粉末冶金行業(yè)目前顯示出盎然生機(jī)，但也面臨著各方面的挑戰(zhàn)。現(xiàn)筆者將自己的針對(duì)其中的一些問(wèn)題以及看法和相應(yīng)的意見(jiàn)提供給大家參考：

四、粉末冶金機(jī)械零件制造技術(shù)在汽車(chē)行業(yè)的應(yīng)用現(xiàn)狀與前景

近年來(lái)，由于人們生活觀(guān)念的改變，同時(shí)人們的環(huán)保意識(shí)也不斷提高，因而輕量化的汽車(chē)也越來(lái)越受人們的親睞，從而汽車(chē)工業(yè)也開(kāi)始大量使用輕質(zhì)合金材料，如鋁合金、鎂合金來(lái)生產(chǎn)汽車(chē)零部件。也正是由于粉末冶金能夠很好的避免成分偏析，又可以滿(mǎn)足具有各種特定性能的零部件一次性成型的要求。

目前粉末冶金汽車(chē)零件主要有兩個(gè)市場(chǎng)，一個(gè)為汽車(chē)生產(chǎn)商市場(chǎng)，另一個(gè)為汽車(chē)維修服務(wù)點(diǎn)，即維修配件市場(chǎng)。而汽車(chē)生產(chǎn)商市場(chǎng)則是粉末冶金零件的主要市場(chǎng)，通常情況下，汽車(chē)生產(chǎn)商會(huì)與粉末冶金零件制造企業(yè)進(jìn)行定向合作，從而導(dǎo)致其他零件制造企業(yè)難以插足獲利。而維修配件市場(chǎng)相對(duì)來(lái)說(shuō)則要開(kāi)放的多，而且需求量也較大，但大多都是存在某些質(zhì)量問(wèn)題的貨物。從表2可知，我國(guó)在汽車(chē)制造行業(yè)中對(duì)粉末冶金技術(shù)制造的零件的使用量只有日本的2/3左右，但我國(guó)的粉末冶金制造的零件的總量卻要比日本的多，可見(jiàn)粉末冶金汽車(chē)零件的市場(chǎng)潛力是巨大的。

我國(guó)目前汽車(chē)行業(yè)正處于蓬勃發(fā)展期，因此也給我國(guó)粉末冶金零件制造企業(yè)帶來(lái)了難得市場(chǎng)機(jī)遇。同時(shí)根據(jù)美國(guó)一家信息分析中心預(yù)測(cè)，2020年我國(guó)汽車(chē)銷(xiāo)量將達(dá)到2000萬(wàn)輛，屆時(shí)中國(guó)將超過(guò)美國(guó)成為全球汽車(chē)銷(xiāo)量第一的國(guó)家。而我國(guó)粉末冶金汽車(chē)零件的主要制造企業(yè)有三十多家，且其主要生產(chǎn)的零部件為汽車(chē)所使用的一些軸承或者是小配件，總體呈現(xiàn)出還是處于相對(duì)來(lái)說(shuō)較為低端的位置，而關(guān)于發(fā)動(dòng)機(jī)或調(diào)速箱等關(guān)鍵部位的零部件則基本上是整體通過(guò)國(guó)外進(jìn)口，同時(shí)隨著全球經(jīng)濟(jì)一體化趨勢(shì)的不斷加速，我國(guó)粉末冶金企業(yè)畢竟面對(duì)國(guó)際化市場(chǎng)，這對(duì)我們來(lái)說(shuō)既是機(jī)遇也是挑戰(zhàn)。因此就需要我國(guó)粉末冶金企業(yè)把握機(jī)遇，迎難而上，主動(dòng)積極的溶于國(guó)際化市場(chǎng)當(dāng)中。

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