上图是主要用于家庭生火、取暖的蜂窝煤。蜂窝煤是用无烟煤制成的蜂窝状的圆柱形煤球。由原煤、碳化锯木屑、石灰、红泥、木炭粉等混合物基料和由硝酸盐、高锰酸钾等组成的易燃助燃剂所组成，蜂窝煤……哦，不对，说好的介绍粉末冶金的，怎么小编说起了蜂窝煤呢。其实粉末冶金成形与蜂窝煤的成形有异曲同工之妙。都是由多种基本的原料（基料和辅料）混合后经过特定的工序（压制、烧结等）制成。

常见粉末冶金制品

一、什么是粉末冶金

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粉末冶金是制取金属粉末或用金属粉末（或金属粉末与非金属粉末的混合物）作为原料，经过成形和烧结，制造金属材料、复合材料以及各种类型制品的工艺技术。

粉末冶金技术示意图

二、粉末的制备

1.快速凝固雾化制粉技术

快速凝固雾化制粉技术是直接击碎液体金属或合金并快速冷凝而制得粉末的方法。其最大的优点是可以有效的减少合金成分的偏析，获得成分均匀的合金粉末。

1.1二流雾化

雾化介质（气体、水金属或油）与金属液流通过喷嘴喷出后，两股液流相互撞击，从而将液流击碎，进而喷制粉末。

1.2气体雾化

气体雾化法所用的雾化压力一般为2～8MPa，制得的粉末粒径一般为50～mm，多为表面光滑的球形。近年来已发展了一种新的紧耦合气体雾化喷枪，可以极大提高细粉率。

1.3高压水雾化

水雾化法由于采用了密度较高的水做雾化介质，所以达到的冷凝速度要比一般气体雾化法高个数量级，粉末形状一般为不规则形。

1.4离心雾化

离心雾化法是利用机械旋转造成的离心力使金属熔液克服其表面张力，以细小的液滴甩出，然后在飞行过程中球化、冷凝成粉的一种制粉方法。

1.5真空雾化

真空雾化是利用不同压力下气体在金属熔体中的溶解度不同而将金属雾化成粉末的工艺。这种方法首先将金属熔体在高压下过饱和地溶入气体，然后突然释放到真空中，以近乎爆炸的形式将金属熔体离散为非常细小的熔体滴。

2.机械合金化制粉技术

机械合金化是一种从元素粉末制取具有平衡或非平衡相组成的合金粉末或复合粉末的制粉技术。它是在高能球磨机中，通过粉末颗粒之间、粉末颗粒与磨球之间长时间发生非常激烈的研磨，粉末被破碎和撕裂，所形成的新生表面互相冷焊而逐步合金化，其过程反复进行，最终达到机械合金化的目的。

3.超微粉末制备技术

超微粉末通常是指粒径为10～nm的微细粉末，有时亦把粒径＜nm的微细粒子称为纳米微粉。纳米微粉具有明显的体积和表面效应，因此，它较通常细粉有显著不同的物理、化学和力学特性。

三、粉末成型技术

将处理过的粉末经过成形工序，得到的具有既定形状和强度的粉末体，也叫做压坯。

1.普通模压法

模压法成形是指粉料在常温下在封闭的钢模中，按规定的压力在普通机械式压力机或自动液压机上将粉末制成压坯的方法。

模压成形基本步骤

a装粉b压制c脱模

模压方向

2.温压成形

温压成形的基本工艺过程是将专用金属或合金粉末与聚合物润滑剂混合后，采用特制的粉末加热系统、粉末输送系统和怒击加热系统，升温到75~℃，压制成压坯，再经预烧、烧结、整形等工序。

温压成形零件

3.热压成形

热压成形又称为加热烧结，是把粉末装在模腔内，在加压的同时，使粉末加热到正常烧结温度或更低一些，经过较短的烧结时间，获得致密而均匀的制品。热压科技爱那个压制和烧结两个工序一并完成，可在较低压力下迅速获得冷压烧结所达不到的密度，适合用于制造全致密难熔金属及其化合物等材料。

热压加热方式

4.轧制成形

轧制成形是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的、长度连续的，且强度适宜的板带坯料。这些坯料经预烧结、烧结，又经轧制加工和热处理等工序，可制成有一定孔隙率的或致密的粉末冶金板带材。

粉末轧制成形

5.粉浆浇注成形

粉末与水（或其他液体）制成一定浓度的悬浮浆料，注入具有所需形状的石膏模中。多孔石膏模吸收粉浆中的水分（或液体），使浆料在模内得以致密并形成与模具形面相应的成形注件。

金属粉末的粉浆浇注示意图

（a）组装模具（b）粉浆浇注

（c）吸收粉浆中的水分（d）从模具中取出并修整成坯

6.注射成形

利用塑料注射成形原理，将金属粉末（陶瓷粉末等）与有机粘结剂一起制成混合料，在注射成形机上，在一定温度和压力下通过注射口注入闭合的模具中，冷却后开启模具，得到坯体。

柱塞式注射成形机

往复螺杆式注射成形机

四、粉末冶金材料

1、铁基粉末冶金材料

这种材料是最传统也是最重要的粉末冶金材料，铁基粉末冶金材料在制造行业中应用最为广泛。随着现代化的不断发展，铁基粉末冶金材料的作用也就变得越来越大。

自润滑零件

铁基粉末冶金含油轴承

2.铜基粉末冶金材料

烧结铜基的制作零件的抗腐蚀性相对较好，并且这种零件的表面相对较光滑，并且没有磁性干扰。铜基粉末冶金材料主要包括烧结的青铜材质、烧结的黄铜材质以及烧结的铜镍合金材质构成，其余还包括了少量的弥散性的强化铜等。

铜基粉末冶金结构件

3.难熔金属材料

这种材料主要是指具有难熔性的金属以及合金复合形式的材料，这种材料的熔点相对较高，这样其硬度和强度也就相对较高。难熔金属材料主要被用于国家的国防领域、航空航天领域以及能源和核研究领域等等。

4.硬质合金材料

这种材料主要是由一种或者是多种具有难熔性的金属经过碳化而形成的一种硬质材料。这种材料主要是通过金属粘结剂进行相应的粘结，然后再经过粉末冶金技术进行制作。

硬质合金粉末冶金模具

5.摩擦材料

这种材料具有较强的摩擦磨损性，广泛的应用于摩擦离合器和摩擦制动器的制作领域中，这样就能够有效的实现元件动力的传递性和阻断行，并且能够有效的实现运动物体及时的进行减速和停止的行为等等。航空飞行器的刹车片一般会应用这种材料进行制作。

粉末冶金摩擦片

6.减摩材料

这种材料通常都具有相对较低的摩擦系数而且其耐磨性相对较高，减摩材料可以是金属材质也可以是非金属材质。减摩材料的主要就是经过强度较高的金属基体和具有减摩作用的润滑剂组成。

粉末冶金减摩材料

五、粉末冶金零件成形新技术

1.流动温压技术

流动温压技术是在粉末压制、温压成形工艺的基础上，结合了金属粉末注射成形工艺的优点而提出来的一种新型粉末冶金零部件近净成形技术。其关键在于提高混合粉末的流动性。它通过提高粉末的流动性、填充能力和成形性，从而可以在80~℃温度下，在传统压机上精密成形具有复杂几何外形的零件。

流动温压成形的带螺纹孔T形零件

流动温压成形的精密螺纹

2.模壁润滑技术

实现模壁润滑的主要途径有两个:一是利用下模冲复位时与阴模及芯杆之间的配合间隙所产生的毛细作用,将液相润滑剂带到阴模及芯杆表面。二是用喷枪将带有静电的固态润滑剂粉末喷射到压模的型腔表面上,即在装粉靴的前部装一个附加的润滑剂靴装置。成形开始时,润滑剂靴推开压坯,压缩空气将带有静电的润滑剂从靴内喷射到模腔内,因为润滑剂粉末所带的极性与阴模相反,粉末在电场牵引下撞击并粘附在模壁上,然后装靴粉装粉,进行常规压制成形。采用模壁润滑技术明显提高粉末材料的生坯密度,密度可达到7.4g/cm3,且模壁润滑与粉间润滑相比,铁粉的生坯强度可分别提高-%。

模壁润滑技术作业顺序

3.高速压制技术

高速压制生产零件的过程和传统的压制过程工序相同。混合粉末加进送料斗中,粉末通过送粉靴自动填充模腔压制成形,之后零件被顶出并转入烧结工序。所不同的是高速压制的压制速度比传统压制高～0倍,压机锤头速度高达2～30m/s,液压驱动的锤头重达5～Kg,粉末在0.02s之内通过高能量冲击进行压制,压制时产生强烈的冲击波。通过附加间隔0.3s的多重冲击能达到更高的密度。高速压制技术具有高密度、高性能、低成本、高生产率和可成形大零件的特点。

粉末压制技术原理

4.动磁压制技术

动力磁性压制技术是采用脉冲调制电磁场施加的压力来固结粉末。与传统的粉末冶金压制工艺一样,动力磁性压制也是两维压制工艺,但却是径向压制而不是轴向压制。当粉末装入一个导电的容器(护套)内,置于高场强的中心腔中,线圈通入高电流脉冲,线圈中形成磁场,护套内因而产生感应电流。感应电流与施加的磁场相互作用,产生由外向内压缩护套的磁力,使粉末得到压制,整个压制过程时间不足1ms。

动磁压制技术原理

5.放电等离子烧结技术

放电等离子烧结技术集粉末成形和烧结于一体,不需要预先成形,也不需要任何添加剂和粘结剂。主要是利用外加脉冲强电流形成的电场清除粉末颗粒表面氧化物和吸附的气体,净化材料,活化粉末表面,提高粉末表面的扩散能力,再在较低机械压力下利用强电流短时加热粉体进行烧结致密。

放电等离子烧结技术原理

6.爆炸压制技术

爆炸压制又称冲击波压制,是利用化学能的一种高能成形方法。它通常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的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粉末,使其获得高密度。作用时间仅为10～μs,粉末成形为1ms左右。

六、粉末冶金技术在航空航天中的应用

1.在航空刹车材料中的应用

航空刹车材料是飞机制动器中用以保证飞机安全着陆的一种关键耗损元件。其作用在于将飞机着陆时的大部分动能,通过刹车材料吸收与消散,转换成热能,从而起到制动的作用。随着飞行速度与载荷的迅速增长,对刹车材料制动性能的要求越来越苛刻。因此,航空刹车材料相继从石棉树脂材料、致密金属材料走向粉末冶金材料以及当前正在逐步推广应用的碳碳复合材料。前两种材料由于无法满足现代航空飞机的需求而基本被淘汰,而碳碳复合材料则由于其复杂的工艺技术和比较昂贵的价格,目前只应用在大型的远程飞机上。因此,在频繁起落的航线用飞机中,由于粉末冶金刹车材料的低价格和技术成熟而得到广泛的应用,尤其在国产飞机上,基本都采用了粉末冶金刹车材料。

粉末冶金复合材料航空刹车副

2.在航空发动机中的应用

粉末冶金技术是一种高性能制造技术，在航空发动机中发挥着越来越重要的作用。粉末冶金技术已成为航空发动机关键热端部件和其他多种新材料的优选制备技术。如镍基高温合金结构材料，主要用于制造涡轮盘、压气机盘、鼓筒轴、封严盘、封严环、导风轮以及涡轮盘高压挡板等高温承力转动部件；钛及钛合金具有比强度高、热强性和耐腐蚀好等有优点，主要用于制造航空发动机的风扇、压气机中的压气机盘、叶片、导航仪和连接环等。

航空发动机用粉末冶金零部件

(a)涡轮盘；(b)涡轮盘和压气机盘片(～mm)；(c)薄壁涡轮压气机筒轴；

(d)热喷涂叶片；(e)T-发动机用注射成形叶片调节臂；(f)涡轮机机壳；

(g)直升机IN导向叶片;(i)电子束成形TiAl叶片；(j)注射成形涡轮叶片

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