鐵基粉末冶金零件溫壓工藝及進展

李志輝 郝峰 唐曉民　李瑛

摘 要：溫壓工藝是利用溫壓工藝制備高性能的粉末冶金鐵基合金零部件的關(guān)鍵技術(shù)，采用溫壓工藝可以有效降低高性能粉末冶金零件的成本，并提高零件的硬度、疲勞強度、抗拉強度以及韌性等。將溫壓技術(shù)應(yīng)用于鐵基粉末冶金零件的加工，有利于零件技術(shù)性能的提高和加工成本的降低，是零件加工生產(chǎn)上的一項重要技術(shù)進步。

關(guān)鍵詞：溫壓工藝；鐵基粉末冶金；零件；進展；關(guān)鍵技術(shù)

1 溫壓工藝的國內(nèi)外進展

粉末冶金法是指以金屬粉末或金屬、非金屬粉末的混合物為原料，借助其他助劑，通過成形和燒結(jié)，制造出各種類型配件的工藝技術(shù)。從制備工藝來看，粉末冶金法與陶瓷工藝高度近似，是將陶瓷工藝移植到金屬材料加工當中的一種加工技術(shù)。

從目前來看，世界上的溫壓專利粉末技術(shù)主要為美國的Hoeganaes公司、瑞典的Hogannas AB公司和加拿大的QMP公司所掌握，德國和日本在這個領(lǐng)域也具有較高的水平；具有絕對領(lǐng)先優(yōu)勢的溫壓專利加熱設(shè)備主要是美國的EL-TEMP、Micro-VIet、TPP300、TOPS四大系統(tǒng)和瑞典的Linde Metal/teknik系統(tǒng)，兩國加熱裝備的區(qū)別在于加熱方法的不同，美國的裝備通過電阻加熱，而瑞典的裝備通過熱油加熱。當然，溫壓技術(shù)不可能實現(xiàn)室溫一次壓制成型，不斷地涌現(xiàn)出各種標志性的產(chǎn)品。

由于粉末冶金技術(shù)一直被國外的粉末冶金公司視為絕密技術(shù)，控制非常嚴格，通常情況下其他研究機構(gòu)是沒有機會對其密化機理進行系統(tǒng)研究的。我國的溫壓技術(shù)起步較晚，研究領(lǐng)域主要集中在粉末材料、潤滑劑、溫度和壓力對粉末冶金零件密度的影響上，國內(nèi)的生產(chǎn)線和預(yù)制粉末一般都源自于國外，仍未擺脫對國外的設(shè)備和原料的依賴。

2 溫壓工藝及其關(guān)鍵技術(shù)

所謂的溫壓工藝就是利用特殊的加熱系統(tǒng)對模具和加有特殊潤滑劑的金屬粉末進行加熱，使其溫度控制在預(yù)設(shè)溫度土2.5℃的范圍內(nèi)，以更好地保證粉末的流動性和充填行為，而后利用傳統(tǒng)的粉末壓制工藝完成零件加工生產(chǎn)。國外對溫壓工藝的專利保護主要集中在溫壓粉末技術(shù)（包括加入和未加入特殊高溫潤滑劑的金屬粉末）和溫壓工藝的主要技術(shù)與設(shè)備兩個方面，而這兩個方面都是最為關(guān)鍵的溫壓技術(shù)。

2.1 溫壓粉末技術(shù)及發(fā)展狀況

溫壓粉末的制作是溫壓工藝的基礎(chǔ)環(huán)節(jié)。用于溫壓工藝的混合粉末必須要滿足非常苛刻的要求，既要具有良好的流動性、壓縮性和持久不變的松裝密度，也要保證零件成本性能的一致性。溫壓工藝加工形成的材料的密度主要決定于潤滑劑、鐵粉的壓縮性和混合粉末的配方3個方面。

目前，世界各國的溫壓技術(shù)都申請了專利保護，世界上最先進的是AncordenseTM粉末（專利由Hoeganaes公司持有）、Densmix粉末（專利由瑞典Hogannaes AB公司持有）和FLOMET WPTM粉（專利由加拿大Quebec Metal Powder公司持有），我國中南大學曹順華領(lǐng)銜的國家重點實驗室對國產(chǎn)水霧化鐵粉、水霧化合金鋼粉和石墨新型聚合物潤滑劑進行了研究，形成了適合我國國情的低成本的溫壓粉末制造技術(shù)。

2.2 溫壓設(shè)備及發(fā)展狀況

溫壓設(shè)備就是溫壓工藝當中所用的粉末和模具加熱裝置與粉末輸送裝置，這也是溫壓成形工藝不同于傳統(tǒng)粉末冶金工藝的最大的區(qū)別。截止到現(xiàn)在，國內(nèi)還沒有企業(yè)具有這種設(shè)備的生產(chǎn)能力，而國際上最先進的溫壓設(shè)備有兩種，其專利都由美國人擁有，且都有美國Hoeganaes Compan的參與。

（1）EL-TEMP溫壓系統(tǒng)

這是由美國的Hoeganaes Compan和Cincinnati Incorp兩家公司共同開發(fā)的溫壓設(shè)備，該設(shè)備有效地將粉末的加熱傳輸和模具加熱融合在了一起，既保證了粉體溫度的均一穩(wěn)定，也實現(xiàn)了粉末的準確輸送與供給。但是，出于克服空氣在粉末中的隔熱作用，必須要將粉末放置在一系列控溫的加熱表面上。

（2）Micro-Met溫壓系統(tǒng)

這是由美國的Hoeganaes Compan與Gasbarre Incorporation兩家公司開發(fā)的溫壓設(shè)備，最大的優(yōu)點有兩點，一是利用微波實現(xiàn)快速、均勻加熱，可將粉末的溫度控制在士0.50℃的范圍之內(nèi)；二是可以更加方便地翻新和改造現(xiàn)有壓機，停機時清理和維護方便，粉末損失小，具有較強的移動性和適應(yīng)性。

國內(nèi)在溫壓設(shè)備上的研究步伐也在不斷地加快，華南理工大學的李元元等已經(jīng)研制出了具有自主知識產(chǎn)權(quán)的溫壓設(shè)備。

3 總結(jié)

總體來看，我國粉末冶金工業(yè)基礎(chǔ)薄弱，技術(shù)水平較低，工藝裝備落后，仍落后于國際先進水平。但是，由于國內(nèi)龐大的市場需求和眾多專家學者的關(guān)注，溫壓工藝進展較快，粉末冶金零部件的性能越來越高，產(chǎn)品和技術(shù)水平穩(wěn)步提升，與國外先進水平之間的差距越來越小，正逐步走上世界粉末冶金強國之路。

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（作者單位：1.赤峰工業(yè)職業(yè)技術(shù)學院；2.陜西能源職業(yè)技術(shù)學院）