淺談高密度粉末冶金零件制備技術現狀

李寶

摘要：近年來，隨著零件的成形技術不斷的改進，粉末冶金工業得到了快速發展，本文就是主要介紹了溫壓技術、動力磁性技術、爆炸壓制技術、粉末鍛造技術、快速全向壓制技術和高速壓制技術的基本原理，特點和應用情況，并指出了高速壓制技術是粉末冶金工程尋求低成本高密度加工技術的又一次新突破，具有廣闊的應用前景。

關鍵詞：零件；改進；溫壓技術；動力磁性技術

粉末冶金制品是基體和孔隙的復合體，孔隙是其固有特性，孔隙的存在降低了粉末冶金制品的有效承載面積，增加了應力集中的可能性，可能會引起裂紋，降低零件的韌性和疲勞強度，對鐵基粉末冶金零件而言，密度達到了一定的值數以后，其硬度、抗拉強度、疲勞強度，韌性等都會隨著密度的增加而呈現出幾何數增大，因此，這就要擴大粉末冶金零件的應用范圍。必須要實現制品的高致密化。

一、 高密度粉末冶金零件的制備新技術

（一） 溫壓技術

溫壓技術是20世紀90年代粉末冶金零件生產技術方面最為重要的一項技術進步，其基本原理為將加有特殊潤滑劑的預制金屬粉末和模具加熱至130度至150度。并將溫度波動控制在一定的溫度之內，然后和傳統的粉末壓制工藝一樣進行壓制、燒結、整形等工序制得粉末冶金零件，其關鍵的技術是新型潤滑劑和溫壓系統，該工藝只是通過一次壓制就可以生產出高密度、高強度、低成本的粉末冶金零件，基于非常廣闊的應用前景。

（二）動力磁性壓制技術

動力磁性壓制技術是采用脈沖調制電磁場施加壓力來固結粉末的一種新技術，將粉末裝入一個導電的容器內，置于高場強中心腔中，電容器放電在數微秒內對線圈通入高脈沖電流，線圈腔中形成磁場，護套內產生感應電流，感應電流與施加的磁場相互作用，產生了由外向內壓縮護套的磁力，使得粉末得到了壓制，整個壓制過程中是不足1M的，在采用DMC技術壓制的過程中，材料的密度和力學性都能得到提高，在目前DMC技術的研究主要集中在美國和日本，其他的國家鮮有報道，該技術的應用仍然停留在于強調磁力壓制的作用，而未涉及到磁場產生的感應電流對粉體的作用，同時相關設備和理論也是不完善的，這樣會極大的提高在工業上的推廣作用。

（三） 爆炸壓制技術

爆炸壓制是利用化學能的一種高能率成形的技術，將金屬粉末材料置于具有一定結構的模具中施加爆炸壓力，爆炸物質的化學能在極短時間內轉化為周圍介質中的高壓沖擊波，并以脈沖波的形式作用在粉末上獲得高密度坯體，爆炸壓制技術是一種獨特的加工方法，可以將傳統的不可壓縮的金屬陶瓷材料。低延性金屬等壓制成復合材料，典型應用是將高溫合金粉末成形為用于飛機發動機上的耐高溫零件。

（四）粉末鍛造技術

粉末鍛造是將金屬粉末先壓制預制坯，然后經過燒結、熱鍛成形或經過加熱直接鍛造成形，是將傳統的粉末冶金和精密模段結合起來的一種新工藝，兼有二者的優點，克服了普通粉末冶金零件密度低的缺點，可以獲得較均勻的細晶粒組織，并可以顯著提高強度和韌性，使得粉末鍛件的物理、力學性能接近、達到甚至是超過普通鍛件的水平，粉末鍛造技術為制取高密度、高強度、高韌性粉末冶金零件開辟了廣闊的市場，成為現代粉末冶金的重要技術之一，在目前，研發的材料會有一定的鋁合金粉末，制備的典型產品包括連桿、齒輪、軸承環、活塞。

（五）快速全向壓制技術

快速全向壓制是一種將高性能預合金粉末固結成全密實封好的廉價工藝，其基本原理是將裝好的粉末與密封好的流體模預熱到固結溫度，置于罐形模中，通過一緊密配合的沖頭成熟單軸壓頭的壓力，壓頭的力受到罐形模內表面的反作用，從而使得壓力從各個方面作用于粉末，利用好該技術可以制備完全致密化的粉末冶金合金復雜形狀零件的記憶合金。

（六） 高速壓制技術

高速壓制技術是一項以較低的生產成本、高效率制備高性能粉末冶金零件的新技術，其基本原理是通過液壓驅動的錘頭產生的應力波，在很短的時間將沖擊能量通過壓模傳遞到粉末上進行致密化，錘頭質量為5-1200kg，錘頭質量和沖擊瞬間的速度決定了沖擊能量的大小與材料的致密化程度，壓制過程實現了計算機控制，可以通過任意選擇沖擊能量來安排沖擊次序。

二、 溫壓粉末原料的制造技術

（一） 鐵組合金元素的部分預合金化技術

部分預合金化鐵粉兼有純鐵粉的高壓縮性，其燒結后，具有一定的合金鋼粉的合金元素擴散均勻的特性，是目前發展高性能鐵粉原料的重要方向，也是溫壓鐵粉原料制造的重要技術基礎之一，由于在固相燒結后，Ni與Mo兩合金元素在鐵中的擴散活能很高，采用元素混合粉作溫壓粉末原料時燒結后容易形成一定的富集區，不能發揮合金強化效果，提高燒結溫度不僅是造成零部件的嚴重變形，精度還降低，而且燒結能耗增大，進而進一步提高了零部件的制造成本。

（二）潤滑劑的設計

由于溫壓牙坯的密度一般開空隙很少，潤滑劑在脫除過程中和容易帶來壓坯膨脹，造成壓坯密度大幅度下降，在開發新型潤滑劑之前，當壓坯密度為一定的數值時候，，這樣燒結密度僅為7.08cm，開發聚合物潤滑劑避免了壓坯在燒結過程中因為分解產物在坯體內形成內壓而造成的膨脹可能性，采用水霧鐵粉作原料時，材質一般為粉末添加，這就說明新型聚合物潤滑劑是有效的，而對于以水霧化合金結構，采用了潤滑劑，這樣就可以通過在添加劑質量分數仍然為百分之零點六，這樣在一定的壓力下，溫壓密度也會上升。

小結：

近年來，隨著零件成形技術的發展，粉末冶金工業飛速發展，在介紹了幾種高密度粉末冶金零件的制備技術，其中高速壓制技術由于具有良好的性價比而備受關注，具備廣闊的應用前景，建議在高速壓制技術的基礎上，不斷開展新的工藝、新材料、新產品的研究，改進裝備，提高生產效率，以此降低生產成本，增強競爭能力，進一步推廣粉末冶金事業的快速發展。

參考文獻：

[1]王建忠，湯慧萍，曲選輝，李文華.高密度粉末冶金零件制備技術現狀[J].粉末冶金工業，2014，（03）：56-60.

[2]戴盈磊，王亞會.淺談高密度電法在隱伏斷裂探測中的應用[J].防災減災學報，2012，（04）：12-17.

[3]陳進添.淺談高密度電法探測土洞溶洞的效果[J].福建地質，2010，（03）：255-259.endprint