金屬粉末冶金中的燒結(jié)氣氛相關(guān)

金屬粉末冶金是一種利用金屬粉末(或金屬粉末與非金屬粉末的混合物)作為原料，經(jīng)過(guò)成形和燒結(jié)制成金屬或合金零部件的技術(shù)。運(yùn)用該技術(shù)可直接生產(chǎn)多孔、半致密或全致密的材料和制品，因此應(yīng)用十分廣泛。在金屬粉末冶金制品燒結(jié)中，燒結(jié)氣氛是影響燒結(jié)制品性能的重要因素之一。產(chǎn)品復(fù)雜性：MIM工藝最適合制造幾何形狀復(fù)雜的、在切削加工中需要變換很多次加工工位的多軸零件、多基準(zhǔn)零件。粉末燒結(jié)氣氛是指粉末冶金制品在燒結(jié)時(shí)，燒結(jié)爐內(nèi)的實(shí)際氣氛，常用的燒結(jié)氣氛主要有保護(hù)氣氛、可控氣氛和空氣。下面我們就一起來(lái)了解一下：

一、保護(hù)氣氛：保護(hù)氣氛分為還原性氣氛和中性氣氛，還原性氣氛又分為氫氣和分解氨。在燒結(jié)過(guò)程中，保護(hù)氣氛的主要作用是保護(hù)燒結(jié)制品不被氧化。

氫氣在一定的溫度條件下具有很強(qiáng)的滲透性，是一種化學(xué)活性較強(qiáng)的可燃性無(wú)毒氣體，常在鎢、硬質(zhì)合金、不銹鋼等難熔粉末冶金制品的燒結(jié)中作為保護(hù)氣氛;

分解氨是液氨經(jīng)熱分解后獲得的由氫和氮組合的混合氣體，在粉末冶金中即可作為還原劑，也用來(lái)作為燒結(jié)氣氛，除了某些含有氮成分的制品因與該氣氛產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)不能采用這種氣氛燒結(jié)以外，大多數(shù)的金屬都可采用這種氣氛來(lái)燒結(jié)。

中性氣氛：中性氣氛主要包括氮?dú)?、氨氣和真空，真空燒結(jié)能夠避免氣氛中的有害成分對(duì)粉末冶金零件造成污染等不利影響。

二、可控氣氛：這類(lèi)氣氛分為放熱型(不需要從外部供熱)和吸熱型氣氛(需要從外部供熱)，都由碳?xì)浠衔镛D(zhuǎn)化而成。

放熱型可用于控制粉末冶金（含注射成形）燒結(jié)制品中的碳含量控制，分為淡型和濃型氣氛，淡型放熱氣氛的碳勢(shì)很低，用作低碳鋼、銅制品的燒結(jié)時(shí)，只用作無(wú)氧化加熱;濃型放熱氣氛的碳勢(shì)較高一些，可用作防止粉末冶金鐵基、銅基零件的的氧化和減少鐵基零件的脫碳。經(jīng)過(guò)二十多年的發(fā)展，我國(guó)MIM從業(yè)人員不僅突破了技術(shù)封堵，并且研制開(kāi)發(fā)大量的MIM產(chǎn)品，拓展了市場(chǎng)。

吸熱型氣氛與放熱型氣氛相比較，是一種還原性更強(qiáng)、碳勢(shì)更高的可控氣氛，在粉末冶金中主要用于鐵基零件和銅基零件燒結(jié)時(shí)作保護(hù)氣氛，有時(shí)也作為滲碳劑使用。

三、空氣氣氛：這種燒結(jié)氣氛主要是在燒結(jié)爐內(nèi)通過(guò)一定空氣氣體，也可以看作是在常壓狀態(tài)下燒結(jié)，一般在金屬?gòu)?fù)合材料和陶瓷材料的燒結(jié)制品中應(yīng)用

還原鐵粉已成為制造業(yè)無(wú)法替代的高等級(jí)材料

還原鐵粉是粉末冶金和軟磁感應(yīng)器件的基礎(chǔ)原料，其產(chǎn)品由于具有高度的可加工性，可以制成各種超薄、特異形狀器件，具有極強(qiáng)的抗沖擊、抗腐蝕、耐磨損和高強(qiáng)度特性，廣泛地應(yīng)用于汽車(chē)、機(jī)械、船舶、機(jī)車(chē)等領(lǐng)域，是單純靠熔煉制成的鋼鐵材料所無(wú)法替代的高等級(jí)材料。質(zhì)量、切削量：對(duì)于在切削加工和磨削加工中材料損耗非常、加工非常耗時(shí)的零件，MIM在降低生產(chǎn)成本上極有優(yōu)勢(shì)。

　　此外在變壓器磁芯、電感應(yīng)器件、優(yōu)質(zhì)焊條、靜電復(fù)印、化工、醫(yī)用、食品保鮮等行業(yè)的應(yīng)用也日趨廣泛。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，高純鐵粉的應(yīng)用領(lǐng)域?qū)⒃絹?lái)越廣，使用量也越來(lái)越大。

　　根據(jù)分析，還原鐵粉的原始材料是氧化鐵皮，主要是以四氧化三鐵存在的。由于原本的利用氫氣還原產(chǎn)生的效果不是很好，所以改之為用隧道窯選用碳作為還原劑來(lái)還原產(chǎn)品，得到的還原效率還是比較高的，因此以碳作為還原劑在一次還原中進(jìn)行脫氧處置，被廣泛的應(yīng)用。粘結(jié)劑的選擇十分關(guān)鍵，若粘結(jié)劑選擇不當(dāng)可能產(chǎn)生以下缺陷：粘結(jié)劑是怎么分類(lèi)的。

　　由此可見(jiàn)，粉末冶金用還原鐵粉生產(chǎn)工序也是一種一次還原，因此一般都是選用碳即焦末作為還原劑進(jìn)行還原，形成的為海綿鐵的半成品;形成置換海綿銅鐵粉，當(dāng)然這還不是最終的產(chǎn)品，還要對(duì)其進(jìn)行破碎處理后再要進(jìn)行二次還原，這時(shí)就可以用氫氣作為還原劑進(jìn)行還原，得到我們想要的產(chǎn)品。在小批量生產(chǎn)的情況下，粉末冶金齒輪的生產(chǎn)成本可能比傳統(tǒng)制造方法的成本高。

我國(guó)近十年來(lái)粉末冶金成形新技術(shù)綜述

粉末冶金是一項(xiàng)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(lái)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(lái)的一項(xiàng)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te制的粉末加溫、粉末輸送和模具加熱系統(tǒng)，將加有特殊潤(rùn)滑劑的預(yù)合金粉末和模具等加熱至130～150℃，并將溫度波動(dòng)控制在±2．5℃以?xún)?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)。運(yùn)用該技術(shù)可直接生產(chǎn)多孔、半致密或全致密的材料和制品，因此應(yīng)用十分廣泛。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(yùn)過(guò)程中的破損率而且能對(duì)生坯進(jìn)行機(jī)加工，表面光潔度好。電化學(xué)拋光過(guò)程分為兩步：(1)宏觀整平溶解產(chǎn)物向電解液中分散,材料外表幾何毛糙下降,Ra＞1μm。此外，溫壓工藝的壓制壓力低和脫模力小，同時(shí)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(gè)特點(diǎn)是工藝簡(jiǎn)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(duì)成本為2.0，復(fù)壓復(fù)燒的相對(duì)成本為1.5，滲銅的相對(duì)成本為1.4，而溫壓技術(shù)的相對(duì)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(guó)SinterstahlGmbH公司用溫壓技術(shù)生產(chǎn)復(fù)雜的摩擦傳動(dòng)用同步齒環(huán)，在美國(guó)新奧爾蘭舉行的PM2TEC2001國(guó)際會(huì)議上獲獎(jiǎng)。該零件的齒部密度超過(guò)7.3g／cm，環(huán)體密度超過(guò)7.1g／cm，生坯強(qiáng)度達(dá)到28MPa。放熱型可用于控制粉末冶金（含注射成形）燒結(jié)制品中的碳含量控制，分為淡型和濃型氣氛，淡型放熱氣氛的碳勢(shì)很低，用作低碳鋼、銅制品的燒結(jié)時(shí)，只用作無(wú)氧化加熱。采用了擴(kuò)散合金化的燒結(jié)硬壓粉末，zui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(dòng)溫壓技術(shù)

   流動(dòng)溫壓技術(shù)(Warm Flow Compaction，簡(jiǎn)稱(chēng)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(diǎn)而提出來(lái)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(dòng)性。它通過(guò)提高了混合粉末的流動(dòng)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?！钊毕荼仨毷筂IM固有的缺陷處于非關(guān)鍵位置，或制造成形后除去例如澆口印跡、提模桿標(biāo)記或接合線等。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(xiàng)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(diǎn)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(duì)材料的適應(yīng)性較好；(4)工藝簡(jiǎn)單，成本低。