粉末冶金材料技術精選(九篇)

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第1篇：粉末冶金材料技術范文

【關鍵詞】粉末冶金歷史 基本工序 粉末冶金優(yōu)勢與不足 趨勢

1 粉末冶金的歷史

粉末冶金發(fā)展經(jīng)歷三個階段：

20世紀初，通過粉末冶金工藝制得電燈鎢絲，被譽為現(xiàn)代粉末冶金技術發(fā)展的標志。隨后許多難熔金屬材料如鎢、鉭、鈮等都可通過粉末冶金工藝方法制備。1923年粉末冶金硬質合金的誕生更被譽為機械加工業(yè)的一次革命；20世紀30年代，粉末冶金工藝成功制得銅基多孔含油軸承。繼而發(fā)展到鐵基機械零件，并且迅速在汽車、紡織、辦公設備等現(xiàn)代制造領域廣泛應用；20世紀中葉以后，粉末冶金技術與化工、材料、機械等學科互相滲透，更高性能的新材料、新工藝發(fā)展進一步促進粉末冶金發(fā)展。并使得粉末冶金技術廣泛應用到汽車、航空航天、軍工、節(jié)能環(huán)保等領域。

2 粉末冶金的基本工序

（1）粉末的制取。目前制粉方法大體可分為兩類：機械法和物理化學法。機械法是將原材料機械地粉碎，化學成分基本不發(fā)生變化。物理化學法是借助化學或物理作用，改變原材料的化學成分或聚集狀態(tài)而獲得粉末。目前工業(yè)制粉應用最為廣泛的有霧化法、還原法和電解法；而沉積法（氣相或液相）在特殊應用時也很重要。

（2）粉末成型。成型是使金屬粉末密實成具有一定形狀、尺寸、孔隙度和強度坯塊的工藝過程。成型分普通模壓成型和特殊成型兩類。模壓成型是將金屬粉末或混合料裝在鋼制壓模內，通過模沖對粉末加壓，卸壓后，壓坯從陰模內壓出。特殊成型是隨著各工業(yè)部門和科學技術的發(fā)展，對粉末冶金材料性能及制品尺寸和形狀提出更高要求而產(chǎn)生。目前特殊成型分等靜壓成型、連續(xù)成型、注射成型、高能成型等。

（3）坯塊燒結。燒結是粉末或粉末壓坯，在適當?shù)臏囟群蜌夥諚l件下加熱所發(fā)生的現(xiàn)象或過程。燒結可分單元系燒結和多元系固相燒結。單元系燒結，燒結溫度比所用的金屬及合金的熔點低；多元系固相燒結，燒結溫度一般介于易熔成分和難熔成分的熔點之間。除普通燒結外，還有活化燒結、熱壓燒結等特殊的燒結方法。

（4）產(chǎn)品的后處理。根據(jù)產(chǎn)品的性能要求不同，一般會對燒結品再進行加工處理。如浸油、精整、切削攻牙、熱處理、電鍍等。

3 粉末冶金的優(yōu)勢與不足

粉末冶金的優(yōu)勢：粉末冶金燒結是在低于基體金屬的熔點下進行，因此目前絕大多數(shù)難熔金屬及其化合物都只能用粉末冶金方法制造；粉末冶金壓制的不致密性，有利于通過控制產(chǎn)品密度和孔隙率制備多孔材料、含有軸承、減摩材料等；粉末冶金壓制產(chǎn)品的尺寸無限接近最終成品尺寸（不需要機械加工或少量加工）。材料利用率高，故能大大節(jié)約金屬，降低產(chǎn)品成本；粉末冶金產(chǎn)品是同一模具壓制生產(chǎn)，工件之間一致性好，適用于大批量零件的生產(chǎn)。特別是齒輪等加工費用高的產(chǎn)品；粉末冶金可以通過成分的配比保證材料的正確性和均勻性，此外燒結一般在真空或還原氣氛中進行，不會污染或氧化材料，可以制備高純度材料。

粉末冶金的不足：粉末冶金零件部分性能不如鍛造和一些鑄造零件，如延展性和抗沖擊能力等；產(chǎn)品的尺寸精度雖然不錯，但是還不如有些精加工產(chǎn)品所得的尺寸精度；零件的不致密特性會對后加工處理產(chǎn)生影響，特別在熱處理、電鍍等工藝必須考慮這一特性的影響；粉末冶金模具費用高，一般不適用于小批產(chǎn)品生產(chǎn)。

4 國內粉末冶金行業(yè)的趨勢

隨著我國工業(yè)化快速發(fā)展，高附加值的零部件需求將加速增長。此外，隨著全球化采購的產(chǎn)業(yè)鏈形成，帶給國內零部件企業(yè)商機顯而易見。因此，如何把握當前機遇，目前粉末冶金行業(yè)應該從以下四方面發(fā)展。

（1）進一步提高鐵基粉末冶金產(chǎn)品的密度，擴大粉末冶金件對傳統(tǒng)鍛件的替代范圍。當前，鐵基粉末冶金零件的密度為7.0-7.2g/cm3，而國內某企業(yè)通過技術改進，用傳統(tǒng)的粉末燒結和鍛造工藝相結合的辦法，用較低的成本把鐵基粉末冶金零件密度提高至7.6g/cm3，在這種密度前提下，鐵基粉末冶金已經(jīng)可替代機械、汽車等行業(yè)的大多數(shù)連接件和部分功能件?？紤]粉末冶金工藝本身對材料的節(jié)省和高效特征，此類鐵基粉末冶金件的潛在價值空間可達至千億元。

（2）提高粉末冶金產(chǎn)品的精度、開發(fā)形狀更復雜的產(chǎn)品。為機械制造、航天汽車、生活家電等行業(yè)的產(chǎn)業(yè)結構升級服務。此方向主要以降低機械重量、節(jié)能減耗及將設備小型化、普及化為導向。如使用注射成型零件幾乎不需要再進行機加工，減少材料的消耗，材料的利用率幾乎可以達到100%。

（3）進一步合金化，目標為輕量化和功能化。在鐵基粉末中，混入鋁、鎂及稀土元素等合金粉末，可實現(xiàn)其超薄、輕量化等性能，可廣泛地應用電子設備及可穿戴設備等與生活密切相關的領域中。

（4）改善粉末冶金零件的電磁性，目標是對硅鋼和鐵氧體、磁介質等材料的取代。以取向硅鋼材料為例，硅鋼的導電原理是加入硅元素后，材料通過減少晶界的方式降低鐵損，特別是取向硅鋼，導向方向是一個單一粗大的晶粒。相比取向硅鋼的一維導電方向，粉末冶金零件可以實現(xiàn)多維導電（各個方向）。目前此技術已被少數(shù)企業(yè)實現(xiàn)突破，只要不斷完善，最終達到工業(yè)要求。這種技術將會廣泛在電機設備、汽車及機器人智能控制系統(tǒng)等領域應用。

參考文獻：

[1]黃培云.粉末冶金原理.[M].北京：冶金工業(yè)出版社，1997（2006.1重?。?1.

第2篇：粉末冶金材料技術范文

關鍵詞：雙聯(lián)齒輪；粉末冶金；模具

雙聯(lián)齒輪就是兩個齒輪連成一體，這種雙聯(lián)齒輪在輪系中（變速器）被稱為滑移齒輪，它的作用就是改變輸出軸的轉速或速度。齒輪箱里，有滑移齒輪就可以有多種轉速或速度，沒有滑移齒輪就只有一種轉速或速度。對于高強度鐵基粉末冶金的雙聯(lián)齒輪應用更是廣泛。下面我們就來探討一下它的設計和開發(fā)問題。

一、產(chǎn)品分析

隨著粉末冶金技術的迅速發(fā)展，使得制造高性能低成本的齒輪制品成為可能?？梢姴捎酶咝阅芊勰┮苯鸩牧夏軡M足齒輪的彎曲疲勞強度與接觸疲勞強度的要求。雙聯(lián)齒輪產(chǎn)品見下圖1。根據(jù)雙聯(lián)齒輪的使用情況分析其失效模式，其主要失效形式是輪齒折斷和齒面磨損。解決此問題的主要措施是采用粉末冶金材料或合金鋼熱處理及表面處理技術，進行齒輪強度校核，分別計算齒輪的彎曲應力與接觸應力，并確定高性能粉末冶金材料齒輪的許用彎曲應力與接觸應力。

二、工藝設計

產(chǎn)品的開發(fā)工藝為：混料――壓制――燒結――浸――機加工――熱處理――機加工――油浸。根據(jù)工況分析此產(chǎn)品必須具有高強度與良好的耐磨性。

1）材料設計：根據(jù)產(chǎn)品的使用情況選用具有高強度的鐵基粉末冶金材料Fe-1.3Cu-0.8C-1.7Ni-0.5Mo。因本產(chǎn)品要進行切削加工，考慮對加工刀具的磨損，加入質量分數(shù)為0.35%的MnS。銅與鐵的濕潤性很好有利于提高材料的密度和強度；鎳主要提高材料的強度與硬度，并明顯改善其沖擊韌性，鎳銅同時進行合金化以穩(wěn)定燒結品尺寸；鉬主要是提高材料的強度與淬透性，有效地減少回火脆性；硫化錳主要提高燒結品的切削加工性能。原料粉末混合后要具有良好的流動性和壓制性能，以保證具有復雜結構的齒輪制品在成形時的密度分布均勻。

2）壓制與燒結：采用60t的全自動成形壓機進行產(chǎn)品的壓制，必須保證壓制品的密度分布均勻且分割密度小于0.1g/cm3。燒結工藝：在有快速脫脂裝置的網(wǎng)帶式燒結爐中1120度的溫度，90%氮和10%氫的氣氛下燒結25分鐘，燒結時嚴格控制燒結氣氛的碳勢，以免脫碳影響齒輪的燒結性能。

3）表面熱處理：網(wǎng)帶爐進行滲碳熱處理。具體工藝為：860度下在碳勢0.8%的保護氣體中奧氏體化30～60分鐘，10#油中淬火至80度，冷卻到室溫后再在100～200度下回火1小時，以減小淬火應力、降低脆性并保持高強度。

4）后續(xù)機加工：一次機加工是根據(jù)產(chǎn)品圖對雙聯(lián)齒輪的燒結體進行機加工，二次機加工主要是在熱處理后加工其柱面外圓保證其裝配精度。

三、成型模具設計

根據(jù)不等高粉末冶金制品模具以及齒輪模具的設計原理，結合所研制產(chǎn)品的結構特征采用“上二下三”模具成形方案，成形結構示意圖如圖2所示，壓制成形狀態(tài)圖如圖3所示?！吧隙氯蹦＞叱尚畏桨?，采用兩個上模沖與三個下模沖成形。

此成形方案有如下特點：

1）產(chǎn)品的成形性：此方案更有利于壓制時粉末的移動送粉，從而獲得密度分布較均勻的壓制品，使大小齒輪部位具有很高的結合強度。

2）產(chǎn)品的機加工：此方案凹槽直接成形，大齒輪端面凸起部位便于機加工。

3）模具的結構：此方案模具結構復雜，三個下模沖成形加大了模具的磨損，影響其使用壽命以及壓制品的精度。通過上述成形方案的分析可知，為了得到密度分布均勻且合理的產(chǎn)品和便于機加工并降低成本，可采用先進的全自動粉末冶金壓機來保證具有復雜結構的制品壓坯的成形。所研制的粉末冶金齒輪的精度主要由粉末冶金模具保證。粉末冶金模具的服役條件非常苛刻，陰模受到摩擦與交變拉應力作用，失效形式是磨損。模沖不僅受到摩擦作用，還承受沖擊和傳遞很大的壓應力，因此失效形式主要是崩裂、劇烈磨損以及斷裂。復雜的模具結構決定必須選擇較好的模具材料以滿足其韌性和耐磨性要求。成形陰模采用硬質合金YG8，成形上下模沖采用進口的高速鋼SKH9。

四、研制結果

齒輪材料的金相組織是：燒結態(tài)組織主要由片狀珠光體、殘余奧氏體、鐵素體和孔隙組成；熱處理態(tài)組織主要由回火馬氏體和殘余奧氏體組成。對此成形方案的燒結品、熱處理品分別進行齒輪抗壓強度測試和尺寸檢驗。齒輪強度測試在萬能材料試驗機上進行齒輪抗壓試驗，要求齒輪與壓塊以線接觸形式在齒面上均勻接觸，齒輪A與齒輪B分別跨14與2齒測試齒輪抗壓強度。所研制的鐵基粉末冶金雙聯(lián)齒輪裝機進行. 萬次負載耐久試驗，齒輪齒部無明顯的凹陷、擦傷和點蝕，滿足使用要求。

五、結語

1）通過產(chǎn)品分析、材料成分設計、制備工藝確定以及成形模具設計，詳述了高性能鐵基粉末冶金汽車雙聯(lián)齒輪制品的研制過程，裝機試驗表明成功開發(fā)應用于汽車上鐵基粉末冶金雙聯(lián)齒輪。

2）產(chǎn)品研制過程中采用自主開發(fā)的高性能低成本的鐵基粉末冶金材料Fe-1.3Cu-0.8C-1.7Ni-0.5Mo-0.35MnS，產(chǎn)品性能測試、尺寸檢測以及裝機試驗結果表明，所研制的齒輪達到使用要求，尺寸的穩(wěn)定性可滿足批量生產(chǎn)的需要。

參考文獻

[1] 朱孝錄主編.齒輪傳動設計手冊[M]. 化學工業(yè)出版社， 2005

[2] 上海市新材料協(xié)會粉末冶金分會，上海汽車股份有限公司粉末冶金廠編，張華誠主編.粉末冶金實用工藝學[M]. 冶金工業(yè)出版社， 2004

第3篇：粉末冶金材料技術范文

風雨求學，毅然回國

黃培云，1917年8月23日生于北京市，祖籍福建省閩侯縣（今福州市）。其父在海關工作，經(jīng)常易地任職，全家隨行。因此，黃培云小學讀于北京，初中讀于煙臺，高中讀于蘇州。但這并沒有影響他的學業(yè)，反而使他開闊了眼界，增長了不少見識。

由于勤奮好學，1934年，他以優(yōu)異的成績考入了清華大學化學系。1935年，為了挽救民族危亡，他毅然參加“一二?九”運動。1937年，日本侵略軍進占北平，清華大學遷至長沙，與北京大學、南開大學組成西南臨時大學，不久又西遷昆明成立西南聯(lián)合大學。1938年2月，黃培云參加由聞一多等教授率領的步行團，并擔任學生小組長，風雨兼程，歷時兩個多月，從長沙步行到昆明。這次步行對黃培云一生影響極大。在憶及這段往事時，他說：“它不但鍛煉了我的身心，更重要的是深入窮鄉(xiāng)僻壤，了解到不少民間實際情況與疾苦，使我進一步向進步與革命靠攏?！蓖?月，黃培云大學畢業(yè)，在清華大學金屬學研究所任助教。

1940年，黃培云考取清華大學第五屆公費留美生，在麻省理工學院研究生院攻讀博士學位。1945年獲科學博士學位后，他繼續(xù)在該院從事博士后科學研究工作。

為了中華民族的振興，黃培云毅然偕同已入美國籍的夫人于1946年底回到了祖國，以圖科學救國。1947年春，他受聘到武漢大學礦冶系任教授和系主任。

建校不是做好桌子板凳就行

1952年，國家對高等學校進行教學改革與院系調整，決定將武漢大學、湖南大學、廣西大學、南昌大學的礦冶系，中山大學的地質系，以及北京工業(yè)學院的選礦系進行調整合并，成立獨立的中南礦冶學院。該學院定位為以培養(yǎng)有色金屬工業(yè)需要的人才為主，時任武漢大學礦冶系主任的黃培云參與了籌建工作。

校址最后選定在湖南長沙。“建校時最困難的是沒有人，我們就在長沙即將畢業(yè)的學生中找?guī)讉€能干的。”黃培云生前回憶道。他們先對學校的桌椅板凳、實驗臺需要多少木頭進行估算，再去買木頭，并且總能買到最好的木頭。之后，他們又買了馬達和鋸片，自己裝了鋸木頭的機器。很快木工廠建起來了。“說是木工廠，實際上除了那臺鋸以外，什么都沒有。但學生們就是用它制作了一大批小板凳。”黃培云生前回憶起建校情景時娓娓地說道。

然而，建校不是把桌子板凳做好就行了。幾所學校的師生加起來有好幾百人，加上當時交通不便，從四面八方趕到長沙來這個過程就不簡單。修整校舍時實在買不到瓦，他們就自己動手做瓦；建房子需要大量的磚，他們就自己建窯壓胚燒磚，還因為用水的問題，他們辦了一個小型自來水廠，甚至為了開出一條運輸路，他們用鋤頭一點點地把羊腸小道鏟平、開通。

面臨6所學校所用教材差別很大的問題時，他們把6個學校的教材擺在一塊兒，強中選優(yōu)，最后確定以武大、湖大、北京工業(yè)學院的教材為主。

他們秉著革命的精神為建校出謀獻力，終于學校在1952年11月如期開學，黃培云被任命為副院長。

黃培云倡導的“三嚴”作風――嚴肅對待教學工作、嚴密組織教學過程、嚴格要求學生在建校后起了很大作用。“我們一方面不斷改善教學物質條件，一方面大力培養(yǎng)師資。學院成立時只有兩萬多平方米，實驗室、教室、宿舍等都非常缺乏?！秉S培云生前接受記者采訪時說，用了大概3年時間，教學樓、實驗樓相繼建立，實驗室設備不斷補充，教學質量也有了提高。

從1954年開始，學院在蘇聯(lián)專家的指導下，改組了院務會議，調整教研組，修訂教學計劃及教學大綱，對教學法展開研究。1956年，中南礦冶學院培養(yǎng)出第一批畢業(yè)生，較強的專業(yè)能力和綜合素質使這些畢業(yè)生受到用人單位的歡迎。

填補我國粉末冶金學科空白

不僅是奠基粉末冶金學科、培養(yǎng)學科人才，黃培云更是見證了它的發(fā)展。

粉末冶金是一門制取金屬、非金屬和化合物粉末及其材料的高新科學技術，它能滿足航空、航天、核能、兵器、電子、電氣等高新技術領域各種特殊環(huán)境中使用的特殊材料的要求。一些發(fā)達國家早在20世紀初就開始了該領域的研究，而中國在1950年代還是一片空白。

當冶金部把設立粉末冶金專業(yè)的任務下達給中南礦冶學院時，誰都不知道粉末冶金是怎么一回事。黃培云說他在麻省理工學院學過一門30學時的粉末冶金選修課，有點概念，但當時并不太重視這門課程。從那以后，黃培云在學術和專業(yè)方面由一般有色金屬冶金研究轉向集中研究粉末冶金與粉末材料。

“回想起來，我們那時候什么都沒有，真是從零開始。學生、講課教師、教材、實驗室都還沒有。我們首先在冶金系里成立了粉末冶金教研室，我兼任教研室主任，成員有冶金系主任何福煦、助教曹明德?！秉S培云說。上世紀60年代他培養(yǎng)了第一批粉末冶金專業(yè)的研究生，到80年代，培養(yǎng)了這個專業(yè)的第一批博士生。至今他已培養(yǎng)碩士生、博士生80余人，其中很多人已經(jīng)成長為我國粉末冶金領域的骨干力量。在培養(yǎng)人才之外，黃培云領導的粉末冶金專業(yè)還接受完成國防部門下達的任務。

第4篇：粉末冶金材料技術范文

【關鍵詞】 熱等靜壓 粉末冶金 擴散連接

熱等靜壓（hot isostatic pressing，簡稱HIP）是粉末冶金領域等靜壓技術的一個分支，現(xiàn)已成為一種重要的現(xiàn)代材料成型技術。該技術將制品放置到密閉的容器中，以密閉容器中的惰性氣體或氮氣為傳壓介質，向制品施加各向同等壓力的同時施以高溫（加熱溫度通常為1000～2000℃，工作壓力可達200MPa。），使得制品在高溫、高壓的作用下得以燒結和致密化。

隨著熱等靜壓設備性能的不斷改進完善，HIP技術現(xiàn)已在硬質合金燒結、鎢鋁鈦等難熔金屬及合金的致密化、產(chǎn)品的缺陷修復，大型及異形構件的近凈成形，復合材料及異種材料擴散連接等方面得到了廣泛應用，已經(jīng)發(fā)展成為一種極其重要的材料現(xiàn)代成型技術。

1 熱等靜壓設備的結構

熱等靜壓設備主要由高壓容器、加熱爐、壓縮機、真空泵、冷卻系統(tǒng)和計算機控制系統(tǒng)組成。圖1為典型熱等靜壓系統(tǒng)的示意圖。

高壓容器是由無螺紋、底部封閉鋼絲纏繞的預應力筒體和鋼絲纏繞及預應力框架組成。加熱爐提供熱等靜壓所必需的熱量，通常為電阻式加熱爐，可視不同溫度檔的要求，采用不同的電阻材料，如最高工作溫度為1450℃條件時可用鉬絲加熱爐，為2000℃條件時可用石墨加熱爐。HIP設備通常采用非注入式電動液壓壓縮機可給熱等靜壓提供高達200MPa的高壓氣體。真空泵采用旋轉葉輪，在產(chǎn)品燒結中用于真空抽吸，同時抽除容器內的氧、水汽和其它雜質。冷卻系統(tǒng)采用內外循環(huán)回路設計；內循環(huán)通過管道內冷卻水的流動與壓力容器外殼間進行熱交換，為了保護冷卻系統(tǒng)，冷卻水的質量很重要，需采用去離子水，管路也需進行防銹處理；外循環(huán)則通過換熱器將內循環(huán)的熱量帶出。計算機控制系統(tǒng)實現(xiàn)溫度、壓力、真空的程序控制，并顯示所有工作狀態(tài)，可編制控制器提供安全可靠的聯(lián)鎖。

2 熱等靜壓技術的應用領域

2.1 粉末冶金領域

粉末冶金是用粉末作為原材料，經(jīng)過成形、燒結和后處理將粉末固結成產(chǎn)品的工藝，能生產(chǎn)特殊性能的多孔制件、復合材料、復雜結構件，其產(chǎn)品具有組織成分均勻、力學性能優(yōu)越的特點。采用熱等靜壓（HIP）進行粉末固結是將粉末采用金屬、陶瓷包套（低碳鋼、Ni、Mo、玻璃等）或不采用包套置于熱等靜壓設備中，以高壓氮氣、氬氣作傳壓介質對粉末施加各向均等靜壓力，在高溫高壓作用下熱等靜壓爐內的包套軟化并收縮，擠壓內部粉末使其經(jīng)歷粒子靠近及重排階段、塑性變形階段擴散蠕變階段三個階段實現(xiàn)制品的致密化。

圖2為粉末熱等靜壓固結工藝。粉末填充一般在真空或惰性氣體氛圍中進行。為了提高填充粉末的密度，包套要不停的振動。為了得到統(tǒng)一的收縮，則需要填充粉末的密度應不低于理論密度的68%，填充后包套要抽真空并密封，這是因為熱等靜壓過程是通過壓差來固結被成型粉末和材料的，一旦包套密封不嚴，氣體介質進入包套，將影響粉末的燒結成型。另外，真空密封可以去除空氣和水，防止氧化反應和阻礙燒結過程。

熱等靜壓是在高溫下對工件施加各向均等靜壓力，與傳統(tǒng)粉末冶金工藝相比有如下優(yōu)點；

（1）制件密度高。通過金屬粉末HIP致密化成形的制件密度分布均勻，可以消除材料內部的孔隙，制造出理論密度的致密體零件。

（2）晶粒細小。包套受到等靜壓力的作用，可抑制粉末的晶?？焖僭鲩L，得到良好晶粒尺寸的制件。

（3）力學性能好。由于通過金屬粉末HIP致密化成形的制件晶粒各向同性且均勻細小，能閉合材料內部孔隙和疏松等缺陷，提高材料的性能可提高制件宏觀力學性能的均勻性，有助于提高制件的疲勞壽命，增強延展性、抗沖擊強度及蠕變性能。

（4）實用范圍廣?？梢詫﹄y加工材料（如鈦合金、高溫合金、鎢合金、金屬陶瓷等材料）以粉末HIP的方式成形和致密化。

（5）材料利用率高。包套與粉末在HIP過程中均勻變性，可以實現(xiàn)復雜零部件的近凈成形，減少昂貴材料的浪費，達到節(jié)約成本的目的。

HIP成形能得到全致密的粉末冶金制品，其抗拉強度、延伸率、疲勞強度等力學性能優(yōu)于燒結制品，因而HIP成形工藝在粉末冶金成形工藝中占有十分重要的地位，在現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)中得到廣泛的應用。

高速鋼是一種化學成分復雜的高合金鋼。在采用傳統(tǒng)的熔煉-鍛造法生產(chǎn)高速鋼時，由于鑄錠尺寸大，冷卻緩慢、不可避免的產(chǎn)生碳化物偏析。這種偏析組織不僅給鍛、軋等熱加工造成困難，損害了產(chǎn)品的各種性能，而且限制了合金含量的進一步增加，阻礙了高速鋼的發(fā)展。HIP技術的問世，使許多高速鋼可以采取粉末冶金工藝來制造，從而克服了熔鑄鋼中碳化物偏析這類缺陷，把粉末冶金技術成功引入了致密鋼材和合金鋼的生產(chǎn)領域。

硬質合金是粉末冶金產(chǎn)品的代表作，通常采用氫氣燒結或者真空燒結進行合金化；相比之下引入HIP技術制備硬質合金具備以下優(yōu)點；1）殘余孔隙幾乎完全消除，相對密度達到99.999%；2）制造大型或長徑比大的制品時，廢品率低，表面缺陷大幅降低，拋光后可得到光潔度極高的表面；3）制品性能大幅度提高。

鈦合金因具有高強度、高韌性、抗氧化及耐腐蝕的特性，廣泛應用于航天、航空、航母和化工等領域。鈦制品的傳統(tǒng)制造工藝復雜，二次加工材料損失大。用HIP技術制備的粉末鈦合金，不僅簡化了熔煉工藝和切削工序，而且合金組織更趨均勻，性能明顯改善。

陶瓷材料的特點是熔點高、彈性模量大、硬度高、密度低、熱膨脹小及耐磨、耐腐蝕等。通常采用粉末壓制成型和燒結或熱壓，通常制品孔隙度較大，性能較差。HIP工藝提供了生產(chǎn)高性能、高均勻程度、高致密度陶瓷或陶瓷金屬復合材料的手段。在加工過程中，由于原料粉末直接進入包套，不再添加傳統(tǒng)工藝所需的有機成型劑，所以原材料在整個工藝過程中不受污染，這樣生產(chǎn)的材料是一種純潔的勻質材料，具有均勻的細晶粒和接近100%的密度。而且，等靜壓技術將高壓惰性氣體和高溫同時作用于產(chǎn)品，能夠有效地去除內部空隙，并在整個材料中形成強的冶金結合，極大地解決了陶瓷或陶瓷金屬復合材料制備的困難，特別在制備大尺寸、復雜形狀的陶瓷材料方面有較大的優(yōu)勢。

另外，HIP工藝能生產(chǎn)基本不需要機加工的近終形部件。一個熱等靜壓的近終形部件，由于可做成最終尺寸或接近最終的制品尺寸，因此用料少。據(jù)統(tǒng)計，采用HIP近終成形工藝制得的產(chǎn)品，其材料的利用率一般可達到80%～90%，其價格比常規(guī)工藝制得的產(chǎn)品低20%以上，同時顯著減少了機加工的時間和成本。HIP近終成形技術中使用的模具已經(jīng)可以用鋼板焊接而成，其形狀可以任意變化，部件的設計自由度較大。由于可制作各種異型體及整體部件，減少了焊接的數(shù)目，也提高了制品整體的可靠性。HIP近終成形技術可提高原材料的使用率和機加工效率，常用于整體成形許多常規(guī)方法難以成形的零件，特別適合于航空航天、船舶、武器設備、核設施、發(fā)電設備等關系國計民生的重大應用領域。

CFM國際公司生產(chǎn)的CFM56發(fā)動機中有2個擋板通過粉末HIP近凈成形，截止2007年12月31日，有17532臺CFM56發(fā)動機在役，已裝備7150架飛機。俄羅斯使用EI1698P鎳基高溫合金粉末HIP近凈成形，為地面渦輪裝置生產(chǎn)大尺寸盤型零件，其強度和塑形比鑄、鍛件提高了10%～15%，近凈成形的盤類零件直徑可達1100mm（圖3）。Bjurstrom等利用HIP近凈成形方法成功制造了高壓泵體，并將泵的支撐、關口、凸緣等部位與泵體一起整體成形，不僅顯著縮短了部件的制造周期，且明顯提高了制件的力學性能。瑞典Stephen等將板材焊接拼合成復雜包套的外殼與內部模芯，對APM2218粉末HIP近凈成形，成功制造了復雜的蒸汽管路系統(tǒng)。他們還以超級雙相不銹鋼粉末為原料，采用HIP近凈成形技術制備出深海下使用的高壓閥體，完全克服了傳統(tǒng)鑄、鍛件的缺陷，綜合性能明顯提高。法國Baccino等采用HIP近凈成形技術制備出鎳基高溫合金、鈦合金、不銹鋼類非常復雜的零件，如直升飛機發(fā)動機的渦輪軸、葉輪等制件，還制造出尺寸達1m的大型不銹鋼件。

我國在粉末HIP近凈成形領域的研究工作開展較少，目前主要由北京航空材料研究院、航天材料及工藝研究所、中南大學、北京科技大學、西北有色金屬研究院等單位開展了相關研究工作，尚處于研究初期，與國外先進水平相比，還有很大差距。

2.2 擴散連接

擴散連接是一種新型的焊接工藝，對于難于焊接的金屬以及異種材料之間進行固態(tài)連接具有很大的應用價值。熱等靜壓擴散連接是將兩種材料表面磨平和拋光后，用某種液體或氣體介質在各個方向加力將兩種材料緊密地壓在一起，然后加熱到熔點以下的某個溫度，并保溫保壓一段時間，使材料通過原子間相互擴散實現(xiàn)連接。熱等靜壓擴散連接涉及到的材料可以是金屬-金屬、金屬-非金屬、非金屬-非金屬，在核工業(yè)、航天等多個領域方面值得應用推廣的一項較好技術。

從上世紀70年代以來，國內外采用熱等靜壓擴散連接的方法對鈹/鋼，鈹/銅合金，銅合金/鋼，銅合金/銅合金，銅合金/Al合金連接進行了大量的研究，實現(xiàn)了鈹/ HR-1不銹鋼、Al-Si合金/HR-2不銹鋼、Be/CuCrZr合金W/Cu、V-4Cr-4Ti/HR2鋼的熱等靜壓擴散連接。

王錫勝等采用熱等靜壓（HIP）技術實現(xiàn)了進行擴散連接，研究表明中間過渡層及連接工藝參數(shù)對接頭性能存在明顯影響。在580℃，140MPa下Be與CuCrZr直接擴散連接以及采用Ti（Be上PVD鍍層）/Cu（CuCrZr上PVD鍍層）作過渡層的間接擴散連接均達到了較好的連接效果。表面采用Ti鍍層的間接擴散連接，可有效阻止Be與Cu形成脆性相。另外，中間層或擴散阻礙層材料對連接成功與否或質量高低有著重要的影響，其選擇原則是在設定的溫度下，盡可能阻止Be的擴散，減少脆性金屬間化合物的生成，同時又能緩和接頭的內應力。國內外研究了多種材料作為Be/Cu連接的中間層或阻礙層，如Ag、Ti、Cu、Al、BeCu合金以及復合層Ti/Ni、Ti/Cu、Cr/Cu、Al/Ni/Cu等。

在核聚變反應裝置中，偏濾器面對等離子一面的材料要求有很好的耐高溫性能和良好的熱傳導性能。現(xiàn)有的單一材料不能同時滿足兩種需要，因而設計了W-Cu復合材料。鎢具有很高的熔點，可作為面對等離子一側的耐高溫材料，銅具有很好的導熱性能，作為基體材料能滿足導熱和冷卻的要求。吳繼紅等采用熱等靜壓實現(xiàn)了核聚變反應裝置中偏濾器面對等離子一面的銅和鎢進行連接，焊接性能滿足了偏濾器工作需要。

釩合金作為聚變堆結構材料的候選材料，在作為結構材料應用時，須與不銹鋼等金屬進行連接。冷邦義等以AuNi合金作為過渡層材料，采用熱等靜壓（HIP）方法進行V-4Cr-4Ti/HR2鋼擴散連接。

3 結語

熱等靜壓設備和工藝日益改善，應用領域不斷擴大，目前熱等靜壓技術已廣泛應用于航空、航天、能源、運輸、電工、電子、化工和冶金等行業(yè)。熱等靜壓技術能使粉末冶金件在高溫高壓的作用下實現(xiàn)全致密化，晶粒細小，大幅度提高制品的宏觀力學性能的均勻性，有助于提高制件的疲勞壽命，增強延展性、抗沖擊強度及蠕變性能，而且能夠實現(xiàn)近凈成型，是制備新型材料的重要手段。

對于難以焊接或材料性能相差較大的異種材料，熱等靜壓方法能夠通過異種材料間的原子擴散形成性能較為滿意的連接接頭。因此，熱等靜壓擴散連接是一種可在多個領域推廣的技術方法。

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第5篇：粉末冶金材料技術范文

【關鍵詞】材料成型；控制工程；金屬材料

1機械加工成型

現(xiàn)在的金屬材料加工成型，主要是使用機械加工，加工機械的關鍵部位是加工刀具，現(xiàn)在使用的刀具很多是金剛石成分的刀具[1]。使用這種刀具對鋁基復合材料進行加工比較廣泛，鋁基復合材料使用金剛石刀具加工主要可以分成三種，分別是鉆銷形式、銑銷形式和車銷形式。鉆銷形式使用的是鑲鉆麻花鉆頭，對鋁基復合材料加工，一般情況下使用B4C顆粒鉆銷，而且在加工的過程中還需要添加切銷液，這種液體可以增加鋁基復合材料的強度。銑銷形式使用材料有2.0%的粘接劑，還要8.5%的端面銑刀，這樣的加工方法能強化鋁基復合材料。車銷形式主要使用刀具是硬合金刀具，而且在使用這種加工模式中還需要添加乳化劑，使用這種液體的目的是起到冷卻效果。

2擠壓和鍛模塑性成型

金屬材料在實際成型加工時，可以在模具的表面涂抹一層劑，所選用的壓力成型方法里要能有效控制壓力，以減小在制造時產(chǎn)生的摩擦系數(shù)[2]。有研究表明，使用有效壓力和涂抹劑，能夠使加工過程中擠壓壓力減少至少35%。擠壓力的減少能減少對模具的損傷，減少對金屬塑性的削弱，還能防止金屬變形中抵抗力減弱，從而有效提高成型效率。除了使用上述方法進行加工，還可以在金屬基材料中增加適量的增強顆粒，降低其可塑性，增強金屬材料的變形抗力，再在加工過程中增加一定的溫度，使增強顆粒和金屬材質加快融合，加強金屬基材料的可塑性[3]。一般來說，在金屬基材質中使用增強顆粒會影響擠壓的速度，如果在加工的材料中使用的增強顆粒較多，加工時就要嚴格控制擠壓速度。如果擠壓速度過快，很容易造成材料成型以后便面出現(xiàn)橫向裂紋。總之，在使用擠壓和鍛模塑性成型技術對金屬基材質加工的過程中，不僅需要在模具上涂抹劑，還需要控制加工中擠壓的速度，提高相應的溫度，并對這些技術嚴格控制，只有這樣，才能夠保證加工的質量。

3鑄造成型

使用復合材料的加工成型技術中，最常用的一種方法就是使用鑄造成型技術。實際加工過程中，對金屬復合型材料添加增強顆粒以后，這樣的情況下熔體粘度會有增強，同時流動性也會增強，在加上增加增強顆粒的過程中會使用熔體的方法使其融合在一起，同時因為經(jīng)過高溫作用會產(chǎn)生一些化學反應，這種時候會改變金屬材質的基礎性質。為了控制金屬材質基本性能，在熔化金屬材質過程中要對溫度嚴格控制，同時在保溫時間上也要采用嚴格控制方法。在高溫情況下對增強顆粒的添加容易發(fā)生界面反應，比如在添加的增強顆粒是碳化硅顆粒容易出現(xiàn)這種現(xiàn)象。出現(xiàn)界面反應以后熔體的粘度會增強，會出現(xiàn)難以澆筑現(xiàn)象，而且還會影響到材質本質。解決問題的方法是使用精煉法，同時還要添加一定量的變質添加劑，使用這種方法在鍛造成型是不適合使用在添加了增強顆粒的鋁基復合材料中。

4粉末冶金成型

粉末冶金成型技術使用最為早，因此這項技術在實際經(jīng)驗比較豐富，該技術使用在成型制造主要是對金屬基復合材料使用，還可以對顆粒復合材料零部件和制造晶須中使用。同時粉末冶金技術在后期也使用在一些尺寸較小，造型比較簡單，或者是一些高精密要求的零部件生產(chǎn)加工中。使用粉末冶金技術加工零部件，有著很多方面的優(yōu)點：（1）成型的組織細密；（2）產(chǎn)品加工成型以后增強相分布均衡；（3）成型以后增加相可調節(jié)；（4）界面的反應減少。隨著不斷對該技術的研究，現(xiàn)在可以把粉末冶金技術使用到更多成型加工中。比如自行車架加工，管材加工、自行車零部件加工等。使用粉末冶金技術加工的產(chǎn)品有著較強的耐磨性。在加工時使用該技術在汽車的產(chǎn)品生產(chǎn)，飛機零部件生產(chǎn)和航天器材零部件生產(chǎn)。

第6篇：粉末冶金材料技術范文

[關鍵詞] CNTs；鎂基；復合材料；制備方法

[中圖分類號] TB331 [文獻標識碼] A 文章編號：1671-0037（2014）01-66-1.5

鎂及鎂合金具有密度低，比強度、比剛度高，鑄造性能和切削加工性好等優(yōu)點，被廣泛應用于汽車、航空、航天、通訊、光學儀器和計算機制造業(yè)。但鎂合金強度低，耐腐蝕性能差嚴重阻礙其廣泛應用。

碳納米管不僅具有極高的強度、韌性和彈性模量，而且具有良好的導電性能，還是目前最好的導熱材料。這些獨特的性能使之特別適宜作為復合材料的納米增強相。近年來，碳納米管作為金屬的增強材料來強度、硬度、耐摩擦、磨損性能以及熱穩(wěn)定性等方面發(fā)揮了重要作用。

近些年，鎂基復合材料成為了金屬基復合材料領域的新興研究熱點之一，碳納米管增強鎂基復合材料的研究也逐漸成為材料學者研究重點之一。本文就目前有關碳納米管增強鎂基合金復合材料的制備技術做綜述，以供研究者參考。

1 熔體攪拌法

熔體攪拌法是通過機械或電磁攪拌使增強相充分彌散到基體熔體中，最終凝固成形的工藝方法。主要原理是利用高速旋轉的攪拌器攪動金屬熔體，將CNTS加入到熔體漩渦中，依靠漩渦的負壓抽吸作用使CNTS進入金屬熔體中，并隨著熔體的強烈流動迅速擴散[1]。

周國華[2]等人采用攪拌鑄造法制備了CNTs/AM60鎂基復合材料。研究采用機械攪拌法，在精煉處理后，在機械攪拌過程下不斷加入碳納米管到鎂熔體中，攪拌時間20 min，然后采用真空吸鑄法制得拉伸試樣。研究結果顯示，碳納米管具有細化鎂合金組織的作用，在拉伸過程中，能夠起到搭接晶粒和承載變形抗力的作用。

C.S.Goh[3]等采用攪拌鑄造法制備了CNTS / Mg基復合材料時，金屬熔化后采用攪拌槳以450 r / min的轉速攪拌，然后用氬氣噴槍將熔體均勻地噴射沉積到基板上，從而制得CNTS / Mg基復合材料。力學性能測試表明，復合材料具有較好的力學性能。

李四年[4]等人采用液態(tài)攪拌鑄造法制備了CNTS/Mg基復合材料。CNTS加入前首先經(jīng)過了化學鍍鎳處理，研究采用了正交實驗，考察了CNTS加入量、加入溫度和攪拌時間對復合材料組織和性能的影響。研究結果表表明，CNTS加入量在1.0%、加熱溫度在680 ℃、攪拌3 min時，能獲得綜合性能較好的復合材料。

攪拌鑄造法優(yōu)點是工藝簡單、成本低、操作簡單，因此在研究CNTS增強鎂基復合材料方面得到廣泛應用。但攪拌鑄造法在熔煉和澆鑄時，金屬鎂液容易氧化，CNTS均勻地分散到基體中也存在一定難度。

2 消失模鑄造法

消失模鑄造是將與鑄件尺寸形狀相似的石蠟或泡沫模型黏結組合成模型簇，刷涂耐火涂料并烘干后，埋在干石英砂中振動造型，在負壓下澆注，使模型氣化，液體金屬占據(jù)模型位置，凝固冷卻后形成鑄件的新型鑄造方法。

周國華[5]等人就通過消失模鑄造法制備CNTs / ZM5鎂合金復合材料。將PVC母粒加入到二甲苯中溶解，把CNTs加入上述溶液中超聲分散10 min后過濾、靜置20 h，裝入發(fā)泡模具發(fā)泡成型，用線切割機加工制得消失模。把制得的含碳納米管的消失模具放入砂箱內，填滿砂并緊實，將自行配制的ZM5鎂合金熔體澆注制得復合材料。實驗結果表明，碳納米管對鎂合金有較強的增強效果，對ZM5合金的晶粒有明顯的細化作用。

3 粉末冶金法

粉末冶金法是把CNTS與鎂合金基體粉末進行機械混合，通過模壓等方法制坯，然后加入到合金兩相區(qū)進行燒結成型的一種成型工藝。粉末冶金法的優(yōu)點在于合金成分體積分數(shù)可任意配比而且分布比較均勻，可以避免在鑄造過程中產(chǎn)生的成分偏析現(xiàn)象，而且由于燒結溫度是在合金兩相區(qū)進行，能夠避免由于高溫產(chǎn)生的氧化等問題。

沈金龍[6]等人采用粉末冶金的方法制備了多壁碳納米管增強鎂基復合材料。試驗采用CCl4作為分散劑將鎂粉和CNTS混合，在室溫下將混合粉末采用雙向壓制成型后進行真空燒結，制成碳納米/強鎂基復合材料。研究結果表明：碳納米管提高了復合材料的硬度和強度，鎂基復合材料的強化主要來自增強體的強化作用、細晶強化和析出強化。

Carreno-Morelli[7]等利用真空熱壓燒結粉末冶金法制備了碳納米管增強鎂基復合材料。研究發(fā)現(xiàn)，當CNTs含量為2%時，復合材料的彈性模量提高9%。

楊益利用利用粉末冶金法，制備了碳納米管增強鎂基復合材料，研究了碳納米管制備工藝和含量對復合材料組織和性能的影響。研究采用真空熱壓燒結技術，通過研究發(fā)現(xiàn)，在熱壓溫度為600 ℃、保壓時間20 min、保壓壓力在20MPa、CNTS含量為1.0%時，制得的復合材料具有強度最高值。TEM分析CNTS與鎂基體結合良好，增強機理主要有復合強化、橋連強化和細晶強化。

4 熔體浸滲法

熔體浸滲法是先把增強相預制成形，然后將合金熔體傾入，在熔體的毛細現(xiàn)象作用下或者一定的壓力下使其浸滲到預制體間隙而達到復合化的目的。按施壓方式可以分為壓力浸滲、無壓浸摻和負壓浸滲三種。

Shimizu等采用無壓滲透的方法制備了碳納米管增強鎂基復合材料，隨后進行了熱擠壓，力學性能測試顯示，抗拉強度達到了388MPa、韌性提高了5%。

5 預制塊鑄造法

周國華等人采用碳納米管預制塊鑄造法制備了CNTS / AZ91鎂基復合材料。將AL粉、Zn粉、CNTs按比例混合分散后，用50目不銹鋼網(wǎng)篩過濾后在模具中壓制成預制塊。然后利用鐘罩將預制塊壓入鎂熔體并緩慢攪拌至預制塊完全溶解，采用真空吸鑄法制得復合材料試樣。研究結果表明，預制塊鑄造法能夠使CNTs均勻分散到鎂合金熔體中，復合材料的晶粒組織得到細化，力學性能明顯提高。

6 結語

近年來，CNTs在增強鎂基復合材料的研究越來越多，目前存在的主要問題是CNTs的分散和與基體界面的結合等問題。由于但碳納米管具有高的比表面能，使其在與其他材料的復合過程中易形成團聚，導致復合材料性能不甚理想，最終起不到納米增強相的效果，同時碳納米管屬輕質納米纖維，與各類金屬的比重相差太大，不易復合。目前有關碳納米管增強鎂基合金復合材料的研究還處于初期階段，隨著技術的不斷發(fā)展，新工藝和新方法不斷出現(xiàn)，CNTs的分散及與基體的界面結合等問題將逐漸被解決，開發(fā)出性能優(yōu)異的CNTs / Mg基復合材料將有著重要的意義。

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收稿日期：2013年12月12日。

基金項目：鄭州市科技攻關項目（20130839），黃河科技學院大學生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)實踐訓練計劃項目（2013XSCX025）。

第7篇：粉末冶金材料技術范文

【關鍵詞】 納米增強 制備方法 優(yōu)缺點

隨著科技進步，各個領域對于相關材料的性能要求日益提高。納米增強技術是改善材料性能的重要方法之一，其在金屬材料領域尤其應用廣泛。在電子、汽車、船舶、航天和冶金等行業(yè)對高性能復合材料需求迫切， 選用最佳制備方法制備出性能更優(yōu)良的納米材料是當前復合材料發(fā)展的迫切要求。

1 納米增強技術概述

納米相增強金屬材料是由納米相分散在金屬單質或合金基體中而形成的。由于納米彌散相具有較大的表面積和強的界面相互作用，納米相增強金屬復合材料在力學、電學、熱學、光學和磁學性能方面不同于一般復合材料，其強度、導電性、導熱性、耐磨性能等方面均有大幅度的提高[1]。

1.1 機械合金化法

機械合金化法（MA）是一種制備納米顆粒增強金屬復合材料的有效方法。通過長時間在高能球磨機中對不同的金屬粉末和納米彌散顆粒進行球磨，粉末經(jīng)磨球不斷的碰撞、擠壓、焊合，最后使原料達到原子級的緊密結合的狀態(tài)，同時將顆粒增強相嵌入金屬顆粒中。由于在球磨過程中引入了大量晶格畸變、位錯、晶界等缺陷， 互擴散加強，激活能降低，復合過程的熱力學和動力學不同于普通的固態(tài)過程，能制備出常規(guī)條件下難以制備的新型亞穩(wěn)態(tài)復合材料。

1.2 內氧化法

內氧化法（Internal oxidation）是使合金霧化粉末在高溫氧化氣氛中發(fā)生內氧化，使增強顆粒轉化為氧化物，之后在高溫氫氣氣氛中將氧化的金屬基體還原出來形成金屬基與增強顆粒的混合體，最后在一定的壓力下燒結成型。因將材料進行內氧化處理，氧化物在增強顆粒處形核、長大，提高增強粒子的體積分數(shù)及材料的整體強度，這樣可以提高材料的致密化程度，且可以改善相界面的結合程度，使復合材料的綜合力學性能得到提高。

1.3 大塑性變形法

大塑性變形法（Severe plastic deformation）是一種獨特的納米粒子金屬及金屬合金材料制備工藝。較低的溫度環(huán)境中， 大的外部壓力作用下，金屬材料發(fā)生嚴重塑性變形， 使材料的晶粒尺寸細化到納米量級。大塑性變形法有兩種方法：等槽角壓法（ECA）和大扭轉塑性變形法（SPTS）。

1.4 粉末冶金法

粉末冶金法（PM）是最早制備金屬基復合材料的方法，技術相對比較成熟。其工藝為：按一定比例將金屬粉末和納米增強顆?；旌途鶆?、壓制成型后進行燒結。

1.5 液態(tài)金屬原位生成法

原位反應生成技術[2]（In-situ synthesis）是近年來作為一種突破性的金屬基復合材料合成技術而受到國內外學者的普遍重視。其增強的基本原理是在金屬液體中加入或通入能生成第二相的形核素，在一定溫度下在金屬基體中發(fā)生原位反應，形成原位復合材料。

除上述幾種常用的納米增強制備方法外，還有真空混合鑄造法、納米復合鍍法等[3]。

2 納米增強制備工藝優(yōu)缺點比較

對以上幾種納米增強制備技術在工藝及質量性能方面的優(yōu)缺點進行分析：

2.1 工藝復雜性及成本和產(chǎn)量方面

機械合金法：制備成本低、產(chǎn)量高、工藝簡單易行，但是能耗高；內氧化法：制備工藝簡單、有利于規(guī)模生產(chǎn)，但是生產(chǎn)成本高；大塑性變形法：制備工藝簡單、成本低、不可規(guī)模生產(chǎn)；粉末冶金法：制備工藝復雜但成熟、生產(chǎn)成本高、效率低；原位生成法：工藝性差、制備成本高、不適于規(guī)?；a(chǎn)。

2.2 制備材料質量和性能

機械合金法：各項性能良好，硬度提高明顯，能制備常規(guī)條件難以制備的亞穩(wěn)態(tài)復合材料，但增強粒子不夠細化，粒徑分布寬，易混入雜質；內氧化法：提高增強粒子的體積分數(shù)，改善相界面結合程度，綜合力學性能得到提高，但內部氧化劑難以消除，易造成裂紋、空洞、夾雜等組織缺陷；大塑性變形法：組織晶粒顯著細化，無殘留孔洞和夾雜，粒度可控性好，但粒度不均勻，增強粒子產(chǎn)生范圍??；粉末冶金法：材料性能好，增強相含量可調，增強相分布均勻，組織細密，但材料界面易受污染；原位生成法：材料熱力學穩(wěn)定，力學性能優(yōu)良，且界面無雜質污染，但增強顆粒限于特定基體中，增強相顆粒大小、形狀受形核、長大過程影響。

上述分析可以得出，粉末冶金法技術最為成熟，機械合金法工藝最為簡單易行，內氧化法有利于大規(guī)模生產(chǎn)，金屬液態(tài)原位生成法最具有發(fā)展前景。王自東[4]等人應用金屬液態(tài)原位生成納米增強技術，使得金屬材料強度大幅度提高的同時，塑性也能大幅度提高，解決了增強同時增韌或增強同時塑性不下降這一世界難題。以錫青銅為例：強度從270Mpa提高至535Mpa，延伸率從12%提高至38%，沖擊韌性從14提高至39。這項技術成果獨立于國外，優(yōu)于國外，為我國原創(chuàng)。

3 結語

納米增強金屬材料在工程方面具有廣泛應用領域和前景，例如：我國目前建筑用鋼約4億噸，如采用該技術，至少可節(jié)約10%的用量，在節(jié)約資源，節(jié)能減排，提高效率等方面意義重大！其它主要應用領域有：鐵路應用的高鐵輸電電纜、高鐵車軸、軌道、車輛走行部分、車鉤等需要滿足強度要求又需滿足如導電性、韌性、耐疲勞性、減輕結構重量等特殊要求的領域。船舶中大量的銅合金泵、閥和管材，材料大幅增強、增韌后可減少用材10%-20%。軋制低于8μm的銅箔用于柔性印刷電路板的覆銅，減少用銅、減輕重量、降低成本等。武器裝備中裝甲用鋼、艦船殼體鋼、飛機起落架用鋼，以及航空、航天等領域都有著廣泛的應用前景。

我們要繼續(xù)開發(fā)新型的具有高性能價格比、工藝簡單、適于大規(guī)模生產(chǎn)且符合我國工業(yè)現(xiàn)狀的納米增強制備技術。

參考文獻：

[1]郝保紅，喻強，等.顆粒增強金屬基復合材料的研究（一）.北京石油化工學院學報，2003.

[2]王慶平，姚明，陳剛.反應生成金屬基復合材料制備方法的研究進展[J].江蘇大學學報，2003.

第8篇：粉末冶金材料技術范文

關鍵詞：VC鐵基復合材料 粉末冶金法 原位內生相法

隨著機械制造業(yè)的迅速發(fā)展，對于耐磨性材料提出了更高的要求：首先要求耐磨性材料具有一定的韌性和較大的強度；其次要求在常溫情況下具有較強的抗磨性和在高溫工作條件下仍能保持較高的抗磨性。使用一種材質已經(jīng)無法滿足要求，急需一種介于硬質合金和高速鋼的新型材料出現(xiàn)，兼有硬質合金的硬度、耐磨性和鋼的強度、韌性。硬質合金雖然技術上比較成熟，但其價格較貴，限制了它在大眾民用工業(yè)中的應用。此外，由于W，Co的資源缺乏，價格不要影響TiC顆粒的尺寸大?。晃⒘康腃u、Ni合金有利于TiC顆粒的形成；在合金熔體中，Ti和C原子合成TiC顆粒，形核并長大直到TiC與熔體達到平衡。

目前，在研究鐵基復合材料方面，國內外專家研究的主要是WC/Fe、TiC/Fe復合材料，另外也有以氮化物、硼化物及金屬間化合物增強體來增強鐵基材料，并不常見。目前應用最成熟最廣的鐵基復合材料是碳化鎢鋼結硬質合金、TiC鋼結硬質合金，這兩種合金各有優(yōu)缺點。TiC和VC均具有高硬度、高模量、高熔點、熱力學穩(wěn)定性高等特點，因而被廣泛用作復合材料的增強相。此外，釩在鋼中常被用來細化鋼的組織，提高晶粒粗化溫度，降低鋼的過熱敏感性，增強鋼的韌性、強度。國內應用最早，最廣泛的碳化鈦合金是GT35，在光學顯微鏡下，TiC粒子多是圓形的并且邊緣整齊，而在電子顯微鏡下TiC的粒子的邊緣不整齊，有很多細小的凸起，每個小的凸起的形狀均呈現(xiàn)針尖。WC是金屬碳化物間隙相，是具有簡單六方點陣的過渡族，大晶粒棱邊在電子顯微鏡下呈現(xiàn)形狀比較鋒銳，而小晶粒棱形狀角比較鈍。WC的尖角形態(tài)從鋼基硬質相的粒子形態(tài)上看容易降低合金的摩擦系數(shù)，但克服冷焊現(xiàn)象不如TiC有利。但WC與TiC相比有較強的塑性，因此對與鋼結硬質合金來說，WC型的韌性要比TiC型的韌性要強。根據(jù)硬質相在合金中的分布圖來看，在TiC鋼結硬質合金中，經(jīng)常發(fā)現(xiàn)使合金變脆的碳化鈦環(huán)形結構，有時候會占據(jù)合金結構的大部分面積。該結構是由于碳化鈦燒結溫度高，使得小的碳化鈦晶粒在鋼基體中溶解，然后在較大的碳化鈦上析出，長大，最后在鋼的基體周圍形成一個環(huán)行結構。與碳化鈦鋼結硬質合金相比，WC鋼結硬質合金的組織中有著較嚴重的碳化鎢晶?！皹蚪印爆F(xiàn)象，即把碳化物晶粒橋接起來的非鋼基體組織，它會導致合金機械性能、加工性能變差。上面兩種組織的缺陷都可以通過對合金鍛打使其增強。從碳化鎢的潤濕性來看能完全被鐵族金屬潤濕，在鐵中的溶解程度遠比TiC高，故而WC鋼結硬質合金可以在真空的條件下或在氫氣條件下燒結，降低生產(chǎn)成本、提高成品率、提高產(chǎn)品質量穩(wěn)定性、斷口的致密性，而碳化鈦合金燒結僅能在真空條件下燒結。鐵基復合材料現(xiàn)階段的制備工藝主要用的方法有兩種：粉末冶金法和鑄造原位合成法。鑄造原位合成法局限性：熔體的流動性隨著增強體量的增加會降低，從而使增強相所占的體積比例增加；由于熔體的密度和增強相差距較大使增強相在鑄造原位合成的過程中，造成不均勻的增強相分布，易偏析；而碳化物顆粒容易長大在高溫熔體中；碳化物的形態(tài)容易惡化在鑄造過程中，如生成些碳化物共晶等。

采用粉末冶金和原位內生相結合的方法，優(yōu)點是：使其增強體分布更加均勻；增加了增強相體積分數(shù)。而缺點是：在產(chǎn)生過程中存在著界面污染，從而使得鐵基體與增強體的潤濕性變差；燒結致密化較差，形成較差碳化物的形態(tài)，并且存在長大現(xiàn)象或者橋接現(xiàn)象。

相對于其他材料VC與鐵的潤濕性較好，燒結溫度低，同時對于V、Ti資源十分豐富的攀西地區(qū)。因而以鐵為基體、VC顆粒為增強相的復合材料的研制和開發(fā)有著廣闊的的前景。由于屬于同一周期的過渡金屬V和Ti，且其原子序數(shù)相差1，它們能產(chǎn)生的碳化物都具有熔點高、硬度高和穩(wěn)定的化學性，因此VC可作為鐵基復合材料的理想增強體，目前國內外專家學者對VC鐵基復合材料的研究相對較少。世界上共生于釩鈦磁鐵礦的釩資源占己探明釩資源儲量的98%，釩鈦磁鐵礦資源儲量最多的在我國攀西地區(qū)，探明儲量大約100億噸，占我國儲量90.54%的攀鋼公司自投產(chǎn)以來，已累積了高鈦型爐渣大約5000多萬噸，釩鈦資源如何合理利用是攀鋼公司面臨的一個非常重要的課題，因而開展利用粉末冶金原位合成法制備Fe—VC復合材料研究對我國攀西地區(qū)釩鈦資源的合理發(fā)展，促進地區(qū)經(jīng)濟的騰飛發(fā)展具有重大意義。

參考文獻：

[1]尤顯卿，鋼結硬質合金硬質相種類與含量選擇[J]，硬質合金

[2]石建國，粉末冶金反應合成碳化釩顆粒增強鐵基復合材料制備工藝基礎研究

[3]游興河，WC在WC/鋼基復合材料中的溶解行為[J]，復合材料學報

第9篇：粉末冶金材料技術范文

關鍵詞：材料成型；控制工程；金屬材料；加工分析

金屬材料的成型發(fā)展受到諸多方面的要素影響，包括焊接、擠壓、鑄造等重點環(huán)節(jié)，同時實際工作中需要注意細節(jié)的重要性，否則小的失誤也會釀成大的失誤，不僅對材料的成型產(chǎn)生部分影響，同時在加工實行之前，也要深入的了解不同的材料性能和要求，結合材料狀況，做好技術評定，從問題可控性角度考慮。

1 材料選材的原則性要求

由于工程施工中企業(yè)產(chǎn)品的金屬材料有著較好的耐磨性，不僅硬度要求比較高，同時材料具有良好的工程性質量要求，并且為材料的成型帶來較大的難度。為了確保材料成型后的質量，要結合金屬材料的加工技術狀況，適應產(chǎn)品性能需求，滿足產(chǎn)品的使用要素。例如在使用時部分金屬復合型材料通過增強金屬材料的纖維性，實現(xiàn)成型加工的要求。同時其他的金屬材料在成型時為了滿足性能需求，更要在二次加工中因為材料性質的不同采用針對性的技術措施，做到有針對性的分析問題，真正的推進金屬材料的實踐進程[1]。

由于金屬材料在使用時會涉及到焊接和擠壓等相關技術，由此工作的細致性就變得更加重要，任何一個小小的失誤都會造成施工紕漏情況的出現(xiàn)，都會對材料的塑性形成關鍵要素影響，但是在加工之前，最好深入的研究物理和化學性能，通過深入和透徹的理解，在可塑性加工成型的基礎上滿足復合材料的質量要求。

2 金屬材料的常用加工方法

2.1 機械成型加工法

當前由于金屬材料在成型控制方面有新的要求，所以目前應用最為廣泛的道具是金剛石的刀具，這是由于金剛石的刀具硬度能夠達到預定的要求并且結合鋁基復合材料的應用，通過精細加工，在與其他材料結合的同時，形成新的使用工具例如鉆、銑、車等方面的應用，這些使用在金屬加工中應用比較多。如果鋁基復合材料的使用要做好詳細的劃分，那么可以詳細的劃分為三種，分別為車削形式、銑削形式和鉆銑形式，鉆削主要是是借助于鑲片的麻花鉆頭的形式加工復合材料，其中最為常見的鉆頭是B4C和SiC的鉆削形式，通過添加適量的外切削液，目的是強化鋁基復合材料[2]。由于銑削要通過1.5%到2.9%的粘合劑做好粘合，然后通過添加適當?shù)那邢饕鹤屍洳粩嗟睦鋮s，這樣就能保證使用性能，帶動具體的使用功效。車削主要的切割工具是硬合金的刀具，例如在使用A1車削復合材料的時候，需要運用適當?shù)娜橐簽橄嚓P的切割做冷卻性處理。

2.2 擠壓鍛模塑性成型

在金屬材料的實際成型中，各類相關人員要求通過模具的表面涂層做好相關技術性手段，實踐操作中要改善壓力狀況，降低加工中遭遇的摩擦阻力，根據(jù)相關的數(shù)據(jù)資料能夠獲悉，通過加工擠壓能夠讓壓力較好的釋放出來，釋放的比例能夠達到25%到35%左右，如果釋放的較好那么能夠釋放出來的壓力將會更多，通過降低加工的擠壓力，弱化增強顆粒對模具產(chǎn)生的損傷狀況，這樣能夠削弱金屬的材料塑性，讓金屬更能經(jīng)受變形阻力，最終成功的可能性將會大大提升。另外，相關人員為了加大擠壓的溫度，用以提升金屬的塑性狀況，通過在金屬材料中加入適度的顆粒狀況，弱化其可塑性狀況，最終有效的提升抗變形的能力，增強擠壓的溫度值，讓金屬基材料和顆粒兩者的融合速率發(fā)生變化，通過優(yōu)化兩者的具體融合效果，讓兩者的適用性逐步加大[3]。若從常規(guī)角度考慮問題，通過加大顆粒的含量狀況能夠提升擠壓的變形速率，但是由于金屬中復合材料的含量偏高，那么相關的人員就要嚴格的控制被壓縮的速度，但是在擠壓速度達到上限以后，由于金屬材料已經(jīng)形成自己的固有形狀，就會引發(fā)橫向的裂紋。

2.3 電切割技術法

電切割法主要是在成型加工的過程中結合材料的具體形狀決定運用何種切割狀況，但是在切割的途中需要運用正溶解的方式實現(xiàn)切割要求，但是在切割的過程中，由于材料組織之間的摩擦，就要形成殘存物或者粉末狀纖維，為了避免這些細小的纖維進入到空洞內，可以運用零件以及負極之間的間隙做好清洗，這種方式相較于傳統(tǒng)的放電加工的方式，最為重要的優(yōu)勢是將電流液全部侵入到移動的電極線內部，這樣就能借助于液體的局部壓力做好沖刷，確保局部的高溫狀況，讓零件加工效果更好[4]。

2.4 粉末冶金成型

由于粉末冶金作為成型較早的一項技術，所以在使用時要結合復合性材料制作零件和顆粒加工等金屬材料，并且成型加工要結合必要的前提完成，該技術適用的范圍比較廣，主要針對的使用群體是尺寸相對較小，形狀比較復雜的精密性零部件，但是在使用時需要了解由于粉末冶金的主要技術優(yōu)勢是集中在成型制造方面，那么就要在實際使用中多運用含量調整的方式做局部調整，如果顆粒含量在半數(shù)以上，那么制造中的精密度就要重點注意，其基本要求必然是組織嚴密，另外粉末冶金具有界面反應少等方面的優(yōu)勢，這是提升工作效率的必然前提[5]。

結語：金屬材料中最難的部分是材料的成型與控制，受到自身重要性能的影響，所以有著比較廣泛的應用前景，但是伴隨著科學技術的飛速前行，部分行業(yè)受到各個不同領域的青睞，所以金屬材料成型不僅要應用在一個領域內，其實是多領域的應用技術要求，我國在發(fā)展中需要給予高度的重視，通過科研確保自身的技術水平達到預定的水準，這對提升我國的競爭力有著極為重要的作用。

參考文獻：

[1]張凱.材料成型與控制工程中的金屬材料加工分析[J].山東工業(yè)技術，2016，05：21.

[2]胡國富.材料成型與控制工程模具制造技術分析[J].福建質量管理，2016，05：124.

[3]向緒敏.淺談材料成型與控制工程模具制造技術[J].福建質量管理，2016，05：151.