浅谈高密度粉末冶金零件制备技术现状

李宝

摘要：近年来，随着零件的成形技术不断的改进，粉末冶金工业得到了快速发展，本文就是主要介绍了温压技术、动力磁性技术、爆炸压制技术、粉末锻造技术、快速全向压制技术和高速压制技术的基本原理，特点和应用情况，并指出了高速压制技术是粉末冶金工程寻求低成本高密度加工技术的又一次新突破，具有广阔的应用前景。

关键词：零件；改进；温压技术；动力磁性技术

粉末冶金制品是基体和孔隙的复合体，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载面积，增加了应力集中的可能性，可能会引起裂纹，降低零件的韧性和疲劳强度，对铁基粉末冶金零件而言，密度达到了一定的值数以后，其硬度、抗拉强度、疲劳强度，韧性等都会随着密度的增加而呈现出几何数增大，因此，这就要扩大粉末冶金零件的应用范围。必须要实现制品的高致密化。

一、 高密度粉末冶金零件的制备新技术

（一） 温压技术

温压技术是20世纪90年代粉末冶金零件生产技术方面最为重要的一项技术进步，其基本原理为将加有特殊润滑剂的预制金属粉末和模具加热至130度至150度。并将温度波动控制在一定的温度之内，然后和传统的粉末压制工艺一样进行压制、烧结、整形等工序制得粉末冶金零件，其关键的技术是新型润滑剂和温压系统，该工艺只是通过一次压制就可以生产出高密度、高强度、低成本的粉末冶金零件，基于非常广阔的应用前景。

（二）动力磁性压制技术

动力磁性压制技术是采用脉冲调制电磁场施加压力来固结粉末的一种新技术，将粉末装入一个导电的容器内，置于高场强中心腔中，电容器放电在数微秒内对线圈通入高脉冲电流，线圈腔中形成磁场，护套内产生感应电流，感应电流与施加的磁场相互作用，产生了由外向内压缩护套的磁力，使得粉末得到了压制，整个压制过程中是不足1M的，在采用DMC技术压制的过程中，材料的密度和力学性都能得到提高，在目前DMC技术的研究主要集中在美国和日本，其他的国家鲜有報道，该技术的应用仍然停留在于强调磁力压制的作用，而未涉及到磁场产生的感应电流对粉体的作用，同时相关设备和理论也是不完善的，这样会极大的提高在工业上的推广作用。

（三） 爆炸压制技术

爆炸压制是利用化学能的一种高能率成形的技术，将金属粉末材料置于具有一定结构的模具中施加爆炸压力，爆炸物质的化学能在极短时间内转化为周围介质中的高压冲击波，并以脉冲波的形式作用在粉末上获得高密度坯体，爆炸压制技术是一种独特的加工方法，可以将传统的不可压缩的金属陶瓷材料。低延性金属等压制成复合材料，典型应用是将高温合金粉末成形为用于飞机发动机上的耐高温零件。

（四）粉末锻造技术

粉末锻造是将金属粉末先压制预制坯，然后经过烧结、热锻成形或经过加热直接锻造成形，是将传统的粉末冶金和精密模段结合起来的一种新工艺，兼有二者的优点，克服了普通粉末冶金零件密度低的缺点，可以获得较均匀的细晶粒组织，并可以显著提高强度和韧性，使得粉末锻件的物理、力学性能接近、达到甚至是超过普通锻件的水平，粉末锻造技术为制取高密度、高强度、高韧性粉末冶金零件开辟了广阔的市场，成为现代粉末冶金的重要技术之一，在目前，研发的材料会有一定的铝合金粉末，制备的典型产品包括连杆、齿轮、轴承环、活塞。

（五）快速全向压制技术

快速全向压制是一种将高性能预合金粉末固结成全密实封好的廉价工艺，其基本原理是将装好的粉末与密封好的流体模预热到固结温度，置于罐形模中，通过一紧密配合的冲头成熟单轴压头的压力，压头的力受到罐形模内表面的反作用，从而使得压力从各个方面作用于粉末，利用好该技术可以制备完全致密化的粉末冶金合金复杂形状零件的记忆合金。

（六） 高速压制技术

高速压制技术是一项以较低的生产成本、高效率制备高性能粉末冶金零件的新技术，其基本原理是通过液压驱动的锤头产生的应力波，在很短的时间将冲击能量通过压模传递到粉末上进行致密化，锤头质量为5-1200kg，锤头质量和冲击瞬间的速度决定了冲击能量的大小与材料的致密化程度，压制过程实现了计算机控制，可以通过任意选择冲击能量来安排冲击次序。

二、 温压粉末原料的制造技术

（一） 铁组合金元素的部分预合金化技术

部分预合金化铁粉兼有纯铁粉的高压缩性，其烧结后，具有一定的合金钢粉的合金元素扩散均匀的特性，是目前发展高性能铁粉原料的重要方向，也是温压铁粉原料制造的重要技术基础之一，由于在固相烧结后，Ni与Mo两合金元素在铁中的扩散活能很高，采用元素混合粉作温压粉末原料时烧结后容易形成一定的富集区，不能发挥合金强化效果，提高烧结温度不仅是造成零部件的严重变形，精度还降低，而且烧结能耗增大，进而进一步提高了零部件的制造成本。

（二）润滑剂的设计

由于温压牙坯的密度一般开空隙很少，润滑剂在脱除过程中和容易带来压坯膨胀，造成压坯密度大幅度下降，在开发新型润滑剂之前，当压坯密度为一定的数值时候，，这样烧结密度仅为7.08cm，开发聚合物润滑剂避免了压坯在烧结过程中因为分解产物在坯体内形成内压而造成的膨胀可能性，采用水雾铁粉作原料时，材质一般为粉末添加，这就说明新型聚合物润滑剂是有效的，而对于以水雾化合金结构，采用了润滑剂，这样就可以通过在添加剂质量分数仍然为百分之零点六，这样在一定的压力下，温压密度也会上升。

小结：

近年来，随着零件成形技术的发展，粉末冶金工业飞速发展，在介绍了几种高密度粉末冶金零件的制备技术，其中高速压制技术由于具有良好的性价比而备受关注，具备广阔的应用前景，建议在高速压制技术的基础上，不断开展新的工艺、新材料、新产品的研究，改进装备，提高生产效率，以此降低生产成本，增强竞争能力，进一步推广粉末冶金事业的快速发展。

参考文献：

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