粉末冶金的烧结技术

粉末冶金的烧结技术作者：本站整理   文章来源：本站搜集   点击数：466   更新时间：2008-3-17 16:03:20      1.烧结的方法           不同的产品、不同的性能烧结方法不一样           ⑴ 按原料组成不同分类可以将烧结分为单元系烧结、多元系固相烧结及多元系液相烧结       单元系烧结是纯金属（如难熔金属和纯铁软磁材料）或化合物(Al2O3、B4C、BeO、MoSi2等)熔点以下的温度进行固相烧结多元系固相烧结是由两种或两种以上的组元构成的烧结体系，在其中低熔成分的熔点温度以下进行的固相烧结粉末烧结合金多属于这一类如Cu-Ni、Fe-Ni、Cu-Au、W-Mo、Ag-Au、Fe-Cu、W-Ni、Fe-C、Cu-C、Cu-W、Ag-W等多元系液相烧结以超过系统中低熔成分熔点的温度进行的烧结如W-Cu-Ni、W-Cu、WC-Co、TiC-Ni、Fe-Cu(Cu>10%、Fe-Ni-Al、Cu-Pb、Cu-Sn、Fe-Cu(Cu<10%)等           ⑵ 按进料方式不同分类分为为连续烧结和间歇烧结           连续烧结       烧结炉具有脱蜡、预烧、烧结、制冷各功能区段，烧结时烧结材料连续地或平稳、分段地完成各阶段的烧结。

连续烧结生产效率高，适用于大批量生产常用的进料方式有推杆式、辊道式和网带传送式等       间歇烧结       零件置于炉内静止不动，通过控温设备，对烧结炉进行需要的预热、加热及冷却循环操作，完成烧结材料的烧结过程间歇烧结可依据炉内烧结材料的性能确定合适的烧结制度，但生产效率低，适用于单件、小批量生产，常用的烧结炉有钟罩式炉、箱式炉等       除上述分类方法外按烧结温度下是否有液相分为固相烧结和液相烧结；按烧结温度分为中温烧结和高温烧结（1100～1700℃），按烧结气氛的不同分为空气烧结，氢气保护烧结（如钼丝炉、不锈钢管和氢气炉等）和真空烧结另外还有超高压烧结、活化热压烧结等新的烧结技术       2.影响粉末制品烧结质量的因素       影响烧结体性能的因素很多，主要是粉末体的性状、成形条件和烧结的条件烧结条件的因素包括加热速度、烧结温度和时间、冷却速度、烧结气氛及烧结加压状况等       ⑴ 烧结温度和时间       烧结温度的高低和时间的长短影响到烧结体的孔隙率、致密度、强度和硬度等烧结温度过高和时间过长，将降低产品性能，甚至出现制品过烧缺陷；烧结温度过低或时间过短，制品会因欠烧而引起性能下降。

       ⑵ 烧结气氛       粉末冶金常用的烧结气氛有还原气氛、真空、氢气氛等烧结气氛也直接影响到烧结体的性能在还原气氛下烧结防止压坯烧损并可使表面氧化物还原如铁基、铜基制品常采用发生炉煤气或分解氨，硬质合金、不锈钢常采用纯氢活性金属或难熔金属（如铍、钛、锆、钽）、含TiC的硬质合金及不锈钢等可采用真空烧结真空烧结能避免气氛中的有害成分（H2O、O2、H2）等的不利影响，还可降低烧结温度（一般可降低100～150℃）  粉末冶金基础知识作者：本站整理   文章来源：本站搜集   点击数：404   更新时间：2008-3-17 16:25:00      （一）粉末的化学成分及性能         尺寸小于1mm的离散颗粒的集合体通常称为粉末，其计量单位一般是以微米（μm）或纳米（nm）         1.粉末的化学成分         常用的金属粉末有铁、铜、铝等及其合金的粉末，要求其杂质和气体含量不超过1%～2%，否则会影响制品的质量         2.粉末的物理性能           ⑴ 粒度及粒度分布           粉料中能分开并独立存在的最小实体为单颗粒。

实际的粉末往往是团聚了的颗粒，即二次颗粒实际的粉末颗粒体中不同尺寸所占的百分比即为粒度分布         ⑵ 颗粒形状 即粉末颗粒的外观几何形状常见的有球状、柱状、针状、板状和片状等，可以通过显微镜的观察确定         ⑶ 比表面积         即单位质量粉末的总表面积，可通过实际测定比表面积大小影响着粉末的表面能、表面吸附及凝聚等表面特性      3.粉末的工艺性能         粉末的工艺性能包括流动性、填充特性、压缩性及成形性等         ⑴ 填充特性         指在没有外界条件下，粉末自由堆积时的松紧程度常以松装密度或堆积密度表示粉末的填充特性与颗粒的大小、形状及表面性质有关         ⑵ 流动性         指粉末的流动能力，常用50克粉末从标准漏斗流出所需的时间表示流动性受颗粒粘附作用的影响⑶ 压缩性         表示粉末在压制过程中被压紧的能力，用规定的单位压力下所达到的压坯密度表示，在标准模具中,规定的润滑条件下测定影响粉末压缩性的因素有颗粒的塑性或显微硬度，塑性金属粉末比硬、脆材料的压缩性好；颗粒的形状和结构也影响粉末的压缩性。

         ⑷ 成形性 指粉末压制后，压坯保持既定形状的能力，用粉末能够成形的最小单位压制压力表示，或用压坯的强度来衡量成形性受颗粒形状和结构的影响         （二）粉末冶金的机理         1.压制的机理         压制就是在外力作用下，将模具或其它容器中的粉末紧密压实成预定形状和尺寸压坯的工艺过程钢模冷压成形过程如图所示粉末装入阴模,通过上下模冲对其施压在压缩过程中，随着粉末的移动和变形，较大的空隙被填充，颗粒表面的氧化膜破碎，颗粒间接触面积增大，使原子间产生吸引力且颗粒间的机械楔合作用增强，从而形成具有一定密度和强度的压坯        2.等静压制         压力直接作用在粉末体或弹性模套上，使粉末体在同一时间内各个方向上均衡受压而获得密度分布均匀和强度较高的压坯的过程按其特性分为冷等静压制和热等静压制两大类         ⑴ 冷等静压制         即在室温下等静压制，液体为压力传递媒介将粉末体装入弹性模具内，置于钢体密封容器内，用高压泵将液体压入容器，利用液体均匀传递压力的特性，使弹性模具内的粉末体均匀受压因此，冷等静压制压坯密度高，较均匀，力学性能较好，尺寸大且形状复杂，已用于棒材、管材和大型制品的生产。

         ⑵ 热等静压制         把粉末压坯或装入特制容器内的粉末体置入热等静压机高压容器中，施以高温和高压，使这些粉末体被压制和烧结成致密的零件或材料的过程在高温下的等静压制，可以激活扩散和蠕变现象的发生，促进粉末的原子扩散和再结晶及以极缓慢的速率进行塑性变形，气体为压力传递媒介粉末体在等静压高压容器内同一时间经受高温和高压的联合作用，强化了压制与烧结过程，制品的压制压力和烧结温度均低于冷等静压制，制品的致密度和强度高，且均匀一致，晶粒细小，力学性能高，消除了材料内部颗粒间的缺陷和孔隙，形状和尺寸不受限制但热等静压机价格高，投资大热等静压制已用于粉末高速钢、难熔金属、高温合金和金属陶瓷等制品的生产         3.粉末轧制         将粉末通过漏斗喂入一对旋转轧辊之间使其压实成连续带坯的方法将金属粉末通过一个特制的漏斗喂入转动的轧辊缝中，可轧出具有一定厚度、长度连续、强度适宜的板带坯料这些坯体经预烧结、烧结，再轧制加工及热处理等工序，就可制成具有一定孔隙度的、致密的粉末冶金板带材粉末轧制制品的密度比较高，制品的长度原则上不受限制，轧制制品的厚度和宽度会受到轧辊的限制；成材率高为80%～90%，熔铸轧制的仅为60%或更低。

粉末轧制适用于生产多孔材料、摩擦材料、复合材料和硬质合金等的板材及带材         4.粉浆浇注         是金属粉末在不施加外力的情况下成形的，即将粉末加水或其它液体及悬浮剂调制成粉浆，再注入石膏模内，利用石膏模吸取水分使之干燥后成形常用的悬浮剂有聚乙烯醇、甘油、藻肮酸钠等，作用是防止成形颗粒聚集，改善润湿条件为保证形成稳定的胶态悬浮液，颗粒尺寸不大于5μm～10μm，粉末在悬浮液中的质量含量为40%～70%粉浆成形工艺参见本书        5.挤压成形         将置于挤压筒内的粉末、压坯或烧结体通过规定的模孔压出按照挤压条件不同，分为冷挤压和热挤压冷挤压是把金属粉末与一定量的有机粘结剂混合在较低温度下（40℃～200℃）挤压成坯块；粉末热挤压是指金属粉末压坯或粉末装入包套内加热到较高温度下压挤，热挤压法能够制取形状复杂、性能优良的制品和材料挤压成形设备简单，生产率高，可获得长度方向密度均匀的制品         挤压成形能挤压出壁很薄直经很小的微形小管，如厚度仅0.01mm，直径1mm的粉末冶金制品；可挤压形状复杂、物理力学性能优良的致密粉末材料，如烧结铝合金及高温合金。

挤压制品的横向密度均匀，生产连续性高，因此，多用于截面较简单的条、棒和螺旋形条、棒（如麻花钻等）        6.松装烧结成形         粉末未经压制而直接进行烧结，如将粉末装入模具中振实，再连同模具一起入炉烧结成形，用于多孔材料的生产；或将粉末均匀松装于芯板上，再连同芯板一起入炉烧结成形，再经复压或轧制达到所需密度，用于制动摩擦片及双金属材料的生产         将置于挤压筒内的粉末、压坯或烧结体通过规定的模孔压出按照挤压条件不同，分为冷挤压和热挤压冷挤压是把金属粉末与一定量的有机粘结剂混合在较低温度下（40℃～200℃）挤压成坯块；粉末热挤压是指金属粉末压坯或粉末装入包套内加热到较高温度下压挤，热挤压法能够制取形状复杂、性能优良的制品和材料挤压成形设备简单，生产率高，可获得长度方向密度均匀的制品         7.爆炸成形         借助于爆炸波的高能量使粉末固结的成形方法爆炸成形的特点是爆炸时产生压力很高，施于粉末体上的压力速度极快如炸药爆炸后，在几微秒时间内产生的冲击压力可达106MPa（相当于107个大气压），比压力机上压制粉末的单位压力要高几百倍至几千倍爆炸成形压制压坯的相对密度极高，强度极佳。

如用炸药爆炸压制电解铁粉，压坯的密度接近纯铁体的理论密度值         爆炸成形可加工普通压制和烧结工艺难以成形的材料，如难熔金属、高合金材料等，还可压制普通压力无法压制的大型压坯         除上述方法外，还有注射成形及热等静压制新技术等新的成形方法    粉末冶金的后处理作者：本站整理   文章来源：本站搜集   点击数：345   更新时间：2008-3-17 15:53:51      指压坯烧结后的进一步处理，根据产品具体要求决定是否需要后处理常用的后处理方法有复压、浸渍、热处理、表面处理和切削加工等       1.复压       为提高烧结体物理和力学性能而进行的施加压力处理，包括精整和整形等精整是为达到所需尺寸而进行的复压，通过精整模对烧结体施压以提高精度整形是为达到特定的表面形状而进行的复压，通过整形模对制品施压以校正变形且降低表面粗糙度值复压适用于要求较高且塑性较好的制品，如铁基、铜基制品       2.浸渍       用非金属物质（如油、石蜡和树脂等）填充烧结体孔隙的方法常用的浸渍方法有浸油、浸塑料、浸熔融金属等浸油即在烧结体内浸入润滑油，改善其自润滑性能并防锈，常用于铁、铜基含油轴承。

浸塑料是采用聚四氟乙烯分散液，经固化后，实现无油润滑，常用于金属塑料减摩零件浸熔融金属可提高强度及耐磨性，铁基材料常采用浸铜或铅       3.热处理       对烧结体加热到一定温度，再通过控制冷却方法等处理，以改善制品性能的方法常用的热处理方法有淬火、化学热处理、热机械处理等，工艺方法一般与致密材料相似对于不受冲击而要求耐磨的铁基制件可采用整体淬火，由于孔隙的存在能减少内应力，一般可以不回火而要求外硬内韧的铁基制件可采用淬火或渗碳淬火热锻是获得致密制件常用的方法，热锻造的制品晶粒细小，且强度和韧性高       4.表面处理       常用的表面处理方法有蒸汽处理、电镀、浸锌等蒸汽处理是工件在500～560℃的热蒸汽中加热并保持一定时间，使其表面及孔隙形成一层致密氧化膜的表面工艺，用于要求防锈、耐磨或防高压渗透的铁基制件电镀应用电化学原理在制品表面沉积出牢固覆层，其工艺方法同致密材料电镀用于要求防锈、耐磨及装饰的制件       此外，还可通过锻压、焊接、切削加工、特种加工等方法进一步改变烧结体的形状或提高精度，以满足零件的最终要求电火花加工、电子束加工、激光加工等特种加工方法以及离子氮化、离子注入、气相沉积、热喷涂等表面工程技术已用于粉末冶金制品的后处理，进一步提高了生产效率和制品质量。

  粉末冶金零件结构的工艺性作者：本站整理   文章来源：本站搜集   点击数：372   更新时间：2008-3-17 15:55:21      粉末冶金材料常用的成形方法是在刚性封闭模具中将金属粉末压缩成形，模具成本较高；由于粉末流动性较差，且又受到摩擦力的影响，压坯密度一般较低且分布不均匀，强度不高，薄壁、细长形和沿压制方向呈变截面的制品还难以成形因此，采用压制成形的零件结构的设计应注意下列问题        ⑴ 尽量采用简单、对称的形状，避免截面变化过大以及窄槽、球面等，以利于制模和压实        ⑵ 避免局部薄壁，以便装粉压实和防止出现裂纹        ⑶ 避免侧壁上的沟槽和凹孔，以利于压实或减少余块        ⑷ 避免沿压制方向截面积渐增，以利于压实各壁的交接处应采用圆角或倒角过渡，避免出现尖角，以利于压实及防止模具或压坯产生应力集中  粉末冶金术语(烧结）2008-12-8 来源：未知 收藏此信息 推荐给好友 1、烧结 sintering 粉末或压坯在低于主要组分熔点的温度下的热处理，目的在于通过颗粒间的冶金结合以提高其强度 2、流体透过性 fluid permeability 在规定条件下测定的在单位时间内液体或气体通过多孔体的数量。

3、预烧 presintering 在低于最终烧结温度的温度下对压坯的加热处理 4、加压烧结 pressure 在烧结同时施加单轴向压力的烧结工艺 5、松装烧结 loose-powder sintering,gravity sintering 粉末未经压制直接进行的烧结 6、液相烧结 liquid-phase sintering 至少具有两种组分的粉末或压坯在形成一种液相的状态下烧结 7、过烧 oversintering 烧结温度过高和（或）烧结时间过长致使产品最终性能恶化的烧结 8、欠烧 undersintering 烧结温度过低和（或）烧结时间过短致使产品未达到所需性能的烧结 9、熔渗 infiltration 用熔点比制品熔点低的金属或合金在熔融状态下充填未烧结的或烧结的制品内的孔隙的工艺方法 10、脱蜡 dewaxing,burn-off 用加热排出压坯中的有机添加剂（粘结剂或润滑剂） 11、网带炉 mesh belt furnace 一般由马弗保护的网带将零件实现炉内连续输送的烧结炉 12、步进梁式炉 walking-beam furnace 通过步进梁系统将放置于烧结盘中的零件在炉内进行传送的烧结炉。

13、推杆式炉 pusher furnace 将零件装入烧舟中，通过推进系统将零件在炉内进行传送的烧结炉 14、烧结颈形成 neck formation 烧结时在颗粒间形成颈状的联结 15、起泡 blistering 由于气体剧烈排出，在烧结件表面形成鼓泡的现象 16、发汗 sweating 压坯加热处理时液相渗出的现象 17、烧结壳 sinter skin 烧结时，烧结件上形成的一种表面层，其性能不同于产品内部 18、相对密度 relative density 多孔体的密度与无孔状态下同一成分材料的密度之比，以百分率表示 19、径向压溃密度 radial crushing strength 通过施加径向压力测定的烧结圆筒试样的破裂强度 20、孔隙度 porosity 多孔体中所有孔隙的体积与总体积之比 21、扩散孔隙 diffusion porosity 由于柯肯达尔效应导致的一种组元物质扩散到另一组元中形成的孔隙 22、孔径分布 pore size distribution 材料中存在的各级孔径按数量或体积计算的百分率 23、表观硬度 apparent hardness 在规定条件下测定的烧结材料的硬度，它包括了孔隙的影响。

24、实体硬度 solid hardness 在规定条件下测定的烧结材料的某一相或颗粒或某一区域的硬度，它排除了孔隙的影响 25、起泡压力 bubble-point pressure 迫使气体通过液体浸渍的制品产生第一气泡所需的最小的压力 26、重合金 heavy metal 密度不低于16.5g/cm3的烧结材料如：含镍和铜的钨合金 27、金属陶瓷 cermet 由至少一种金属相和至少一种通常具有陶瓷性质的非金属相组成的烧结材料 28、烧结零件 sintered part 由粉末成形并经烧结强化的烧结制品，零件通常都具有精密的公差和便于安装的特点 29、烧结结构零件 sintered structural part 通常用于机械制造的烧结零件，不包括轴承、过滤器和摩擦材料 30、含油轴承 oiling-retaining bearing 其中的开孔浸渍以润滑油的烧结轴承 31、烧结金属过滤器 sintered metal filter 通常用于固液或固气分离的透过性烧结金属零件 32、烧结磁性零件 sintered magnetic part 可满足磁性要求的烧结零件 33、烧结摩擦材料 sintered friction material 这种烧结材料是由一种金属基与金属的或非金属的添加剂组成的复合材料，添加剂用于改变材料的摩擦与磨损特性。

34、烧结电触头材料 sintered electrical contact material 具有高电导率和抗弧腐蚀的烧结材料，例如：钨－铜，钨－银，银－石墨和银－氧化镉复合材料。