粉末冶金是一項集材料制備與零件成形于一體，節(jié)能、節(jié)材、高效、最終成形、少污染的先進(jìn)制造技術(shù)，在材料和零件制造業(yè)中具有不可替代的地位和作用，已經(jīng)進(jìn)入當(dāng)代材料科學(xué)的發(fā)展前沿。
目前粉末冶金技術(shù)正向著高致密化、高性能化、低成本方向發(fā)展，本文著重介紹幾種近十年來粉末冶金零件的成形新技術(shù)。
一、溫壓技術(shù)
溫壓技術(shù)是粉末冶金領(lǐng)域近幾年發(fā)展起來的一項新技術(shù)，可生產(chǎn)出高密度、高強(qiáng)度，具有非常廣泛的應(yīng)用前景。所謂溫壓技術(shù)就是采用特制的粉末加溫、粉末輸送和模具加熱系統(tǒng)，將加有特殊潤滑劑的預(yù)合金粉末和模具等加熱至130～150℃，并將溫度波動控制在±2．5℃以內(nèi)，然后和傳統(tǒng)粉末冶金工藝一樣進(jìn)行壓制、燒結(jié)而制得粉末冶金零件的技術(shù)。其技術(shù)關(guān)鍵：一是溫壓粉末制備，二是溫壓系統(tǒng)。
與傳統(tǒng)工藝相比，溫壓成形的壓坯密度約有0.15～0.30g／cm3的增幅，其密度可達(dá)7.45g／cm3。在相同的壓制壓力下，溫壓材料的屈服強(qiáng)度比傳統(tǒng)工藝平均高11％，極限拉伸強(qiáng)度平均高13．5％，沖擊韌性可提高33％。另外，溫壓零件的生坯強(qiáng)度高，可達(dá)2O～30MPa，比傳統(tǒng)方法提高50—100％，不僅降低生坯搬運過程中的破損率而且能對生坯進(jìn)行機(jī)加工，表面光潔度好。此外，溫壓工藝的壓制壓力低和脫模力小，同時零件性能均一，產(chǎn)品精度高，材料利用率高。
溫壓工藝還有一個特點是工藝簡單，成本低廉。研究表明，假如一次壓制、燒結(jié)的普通粉末冶金工藝的成本為1.0，則粉末鍛造的相對成本為2.0，復(fù)壓復(fù)燒的相對成本為1.5，滲銅的相對成本為1.4，而溫壓技術(shù)的相對成本為1．25。目前，采用溫壓技術(shù)生產(chǎn)的粉末冶金零件已達(dá)200多種，零件重量在5—1200g。例如，德國SinterstahlGmbH公司用溫壓技術(shù)生產(chǎn)復(fù)雜的摩擦傳動用同步齒環(huán)，在美國新奧爾蘭舉行的PM2TEC
2001國際會議上獲獎。該零件的齒部密度超過7.3g／cm ，環(huán)體密度超過7.1g／cm，生坯強(qiáng)度達(dá)到28MPa。采用了擴(kuò)散合金化的燒結(jié)硬壓粉末，最低抗拉強(qiáng)度為850MPa。由于使用了溫壓技術(shù)和采用粉末冶金零件，使得綜合成本降低了38％。
二、流動溫壓技術(shù)
流動溫壓技術(shù)(Warm Flow Compaction，簡稱WFC)是在粉末壓制、溫壓成形工藝的基礎(chǔ)上，結(jié)合了金屬粉末注射成形工藝的優(yōu)點而提出來的一種新型粉末冶金零部件近凈成形技術(shù)。其關(guān)鍵技術(shù)是提高混合粉末的流動性。它通過提高了混合粉末的流動性、填充能力和成形性，從而可以在8O～130~C溫度下，在傳統(tǒng)壓機(jī)上精密成形具有復(fù)雜幾何外形的零件，如帶有與壓制方向垂直的凹槽、孔和螺紋孔等零件，而不需要其后的二次機(jī)加工。WFC技術(shù)既克服了傳統(tǒng)粉末冶金在成形復(fù)雜幾何形狀方面的不足，又避免了金屬注射成形技術(shù)的高成本，是一項極具潛力的新技術(shù)，具有非常廣闊的應(yīng)用前景。
WFC技術(shù)作為一種新型的粉末冶金零部件近凈成形技術(shù)，其主要特點如下：(1)可成形具有復(fù)雜幾何形狀的零件；(2)壓坯密度高、密度均勻；(3)對材料的適應(yīng)性較好；(4)工藝簡單，成本低。
目前，WFC技術(shù)在國外還處于研究的初始階段，其關(guān)鍵制造技術(shù)及其致密化機(jī)理研究尚未見報道。
三、模壁潤滑技術(shù)
傳統(tǒng)粉末零件成形時，為了減少粉末顆粒之問和粉末顆粒與模壁之間的摩擦，在粉末混合料中需添加一定量的潤滑劑，但混進(jìn)的潤滑劑因密度低不利于獲得高密度的粉末冶金零件；而且潤滑劑的燒結(jié)會污染環(huán)境，甚至?xí)档蜔Y(jié)爐的壽命和產(chǎn)品的性能。模壁潤滑技術(shù)的應(yīng)用則很好地解決了這一難題。近年來，采用模壁潤滑取代粉末潤滑技術(shù)已成為粉末成形研究和開發(fā)的又一熱點。
目前，實現(xiàn)模壁潤滑的主要途徑有兩個：一是利用下模沖復(fù)位時與陰模及芯桿之間的配合間隙所產(chǎn)生的毛細(xì)作用，將液相潤滑劑帶到陰模及芯桿表面。二是用噴槍將帶有靜電的固態(tài)潤滑劑粉末噴射到壓模的型腔表面上，即在裝粉靴的前部裝一個附加的潤滑劑靴裝置。
成形開始時，潤滑劑靴推開壓坯，壓縮空氣將帶有靜電的潤滑劑從靴內(nèi)噴射到模腔內(nèi)，因為潤滑劑粉末所帶的極性與陰模相反，粉末在電場牽引下撞擊并粘附在模壁上，然后裝靴粉裝粉，進(jìn)行常規(guī)壓制成形。
采用模壁潤滑技術(shù)明顯提高粉末材料的生坯密度，密度可達(dá)到7.4g／cm3，且模壁潤滑與粉間潤滑相比，鐵粉的生坯強(qiáng)度可分別提高128—217％。日本豐田汽車中心研究人員利用溫壓、模壁潤滑與高壓制壓力使鐵基粉末壓坯幾乎達(dá)到全致密。
四、高速壓制技術(shù)
高速壓制技術(shù)(Hjgh Velocity Compaction，簡稱HVC)是瑞典的Hoaganas公司在2001年6月推介的一種新技術(shù)。高速壓制生產(chǎn)零件的過程和傳統(tǒng)的壓制過程工序相同�；旌戏勰┘舆M(jìn)送料斗中，粉末通過送粉靴自動填充模腔壓制成形，之后零件被頂出并轉(zhuǎn)入燒結(jié)工序。所不同的是高速壓制的壓制速度比傳統(tǒng)壓制高500—1000倍，壓機(jī)錘頭速度高達(dá)2—30m／s，液壓驅(qū)動的錘頭重達(dá)5—1200Kg，粉末在0.02s之內(nèi)通過高能量沖擊進(jìn)行壓制，壓制時產(chǎn)生強(qiáng)烈的沖擊波。通過附加間隔0.3s的多重沖擊能達(dá)到更高的密度。HVC技術(shù)具有高密度、高性能、低成本、高生產(chǎn)率和可成形大零件的特點。
該技術(shù)適用于制備閥門、簡單齒輪、氣門導(dǎo)筒、主軸承蓋、輪轂、齒輪、法蘭、軸套宇軸承套圈和凸輪凸角機(jī)構(gòu)等產(chǎn)品。目前正在繼續(xù)研究生產(chǎn)更復(fù)雜的多級部件。
五、動磁壓制技術(shù)
動力磁性壓制技術(shù)(dynamic magneticcornpaction，簡稱DMC)是1995年美國開始研究的一種新型的高性能粉末最終成形壓制技術(shù)。DMC是采用脈沖調(diào)制電磁場施加的壓力來固結(jié)粉末。與傳統(tǒng)的粉末冶金壓制工藝一樣，動力磁性壓制也是兩維壓制工藝，但卻是徑向壓制而不是軸向壓制。當(dāng)粉末裝入～個導(dǎo)電的容器(護(hù)套)內(nèi)，置于高場強(qiáng)的中心腔中，線圈通入高電流脈沖，線圈中形成磁場，護(hù)套內(nèi)因而產(chǎn)生感應(yīng)電流。感應(yīng)電流與施加的磁場相互作用，產(chǎn)生由外向內(nèi)壓縮護(hù)套的磁力，使粉末得到壓制，整個壓制過程時間不足1ms。DMC具有以下特點：(1)由于不使用模具，因而可達(dá)到更高的壓制力，維修與生產(chǎn)成本更低；(2)在任何溫度與氣氛中均可施加壓力，且適合所有材料，工作條件更靈活；(3)不使用潤滑劑與粘結(jié)劑，有利于環(huán)境保護(hù)。目前，許多動磁壓制的應(yīng)用已接近工業(yè)化階段。DMC適于制造柱形對稱的終形件，薄壁管，高縱橫比部件和內(nèi)部形狀復(fù)雜的部件�，F(xiàn)可以生產(chǎn)直徑×長度：12.7mm×76.2mm到127.0mm×25.4mm的部件。
六、放電等離子燒結(jié)技術(shù)
放電等離子燒結(jié)技術(shù)(Spark Plasma Sintering，簡稱SPS)最早源于1930年美國科學(xué)家提出的脈沖電流燒結(jié)原理，但直到日本于1988年研制出第一臺工業(yè)型SPS裝置，該技術(shù)才真正引起世人的關(guān)注。該技術(shù)集粉末成形和燒結(jié)于一體，不需要預(yù)先成形，也不需要任何添加劑和粘結(jié)劑。主要是利用外加脈沖強(qiáng)電流形成的電場清除粉末顆粒表面氧化物和吸附的氣體，凈化材料，活化粉末表面，提高粉末表面的擴(kuò)散能力，再在較低機(jī)械壓力下利用強(qiáng)電流短時加熱粉體進(jìn)行燒結(jié)致密。_有關(guān)研究表明，該技術(shù)由于場活化等作用在較大程度上降低了粉體的燒結(jié)溫度，縮短了燒結(jié)時間，并充分利用了粉末自身發(fā)熱的作用，熱效率極高，加熱均勻，可通過一次成形獲得高精度、均質(zhì)、致密、含氧量低和晶粒組織細(xì)小的零件。
目前，SPS研究對象主要集中于陶瓷、金屬陶瓷、金屬間化合物、復(fù)合材料、納米材料以及功能材料等。在制備和成形非晶合金、形狀記憶合金、金剛石等材料方面也作了不少嘗試，并取得了較好的結(jié)果。
七、爆炸壓制技術(shù) 參考文獻(xiàn)：
爆炸壓制(Explosive Compaction)又稱沖擊波壓制，是利用化學(xué)能的一種高能成形方法。它通常將金屬粉末材料置于具有一定結(jié)構(gòu)的模具中施加爆炸壓力，爆炸物質(zhì)的化學(xué)能在極短的時間內(nèi)轉(zhuǎn)化為周圍介質(zhì)中的高壓沖擊波，并以脈沖波的形式作用粉末，使其獲得高密度。作用時間僅為1O一100us，粉末成形為1ms左右。爆炸壓制方法是一種獨特的加工方法，可使松散材料達(dá)到理論密度。能將不適合傳統(tǒng)壓力加工的材料制造成零件，可使傳統(tǒng)的不可壓縮的金屬陶瓷材料、低延性金屬等壓制成復(fù)合材料，典型的應(yīng)用是將高溫合金粉末用于成形飛機(jī)發(fā)動機(jī)的耐高溫零件。
結(jié)束語
粉末冶金是一門重要的零件成形技術(shù)。粉末冶金新技術(shù)、新工藝的不斷出現(xiàn)，必將促進(jìn)高技術(shù)產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展，也必將帶給材料工程和制造技術(shù)光明的前景。目前，我國粉末冶金行業(yè)整體技術(shù)水平低下、工藝裝備落后，與國外先進(jìn)技術(shù)水平相比存在較大差距。因此，大力發(fā)展粉末冶金新技術(shù)的研究，對提高我國粉末冶金產(chǎn)品的檔次和技術(shù)水平，縮短與國外先進(jìn)水平的差距具有非常重要的意義
