粉末冶金压制方法十篇

粉末冶金压制方法篇1

【关键词】粉末冶金历史 基本工序 粉末冶金优势与不足 趋势

1 粉末冶金的历史

粉末冶金发展经历三个阶段：

20世纪初，通过粉末冶金工艺制得电灯钨丝，被誉为现代粉末冶金技术发展的标志。随后许多难熔金属材料如钨、钽、铌等都可通过粉末冶金工艺方法制备。1923年粉末冶金硬质合金的诞生更被誉为机械加工业的一次革命；20世纪30年代，粉末冶金工艺成功制得铜基多孔含油轴承。继而发展到铁基机械零件，并且迅速在汽车、纺织、办公设备等现代制造领域广泛应用；20世纪中叶以后，粉末冶金技术与化工、材料、机械等学科互相渗透，更高性能的新材料、新工艺发展进一步促进粉末冶金发展。并使得粉末冶金技术广泛应用到汽车、航空航天、军工、节能环保等领域。

2 粉末冶金的基本工序

（1）粉末的制取。目前制粉方法大体可分为两类：机械法和物理化学法。机械法是将原材料机械地粉碎，化学成分基本不发生变化。物理化学法是借助化学或物理作用，改变原材料的化学成分或聚集状态而获得粉末。目前工业制粉应用最为广泛的有雾化法、还原法和电解法；而沉积法（气相或液相）在特殊应用时也很重要。

（2）粉末成型。成型是使金属粉末密实成具有一定形状、尺寸、孔隙度和强度坯块的工艺过程。成型分普通模压成型和特殊成型两类。模压成型是将金属粉末或混合料装在钢制压模内，通过模冲对粉末加压，卸压后，压坯从阴模内压出。特殊成型是随着各工业部门和科学技术的发展，对粉末冶金材料性能及制品尺寸和形状提出更高要求而产生。目前特殊成型分等静压成型、连续成型、注射成型、高能成型等。

（3）坯块烧结。烧结是粉末或粉末压坯，在适当的温度和气氛条件下加热所发生的现象或过程。烧结可分单元系烧结和多元系固相烧结。单元系烧结，烧结温度比所用的金属及合金的熔点低；多元系固相烧结，烧结温度一般介于易熔成分和难熔成分的熔点之间。除普通烧结外，还有活化烧结、热压烧结等特殊的烧结方法。

（4）产品的后处理。根据产品的性能要求不同，一般会对烧结品再进行加工处理。如浸油、精整、切削攻牙、热处理、电镀等。

3 粉末冶金的优势与不足

粉末冶金的优势：粉末冶金烧结是在低于基体金属的熔点下进行，因此目前绝大多数难熔金属及其化合物都只能用粉末冶金方法制造；粉末冶金压制的不致密性，有利于通过控制产品密度和孔隙率制备多孔材料、含有轴承、减摩材料等；粉末冶金压制产品的尺寸无限接近最终成品尺寸（不需要机械加工或少量加工）。材料利用率高，故能大大节约金属，降低产品成本；粉末冶金产品是同一模具压制生产，工件之间一致性好，适用于大批量零件的生产。特别是齿轮等加工费用高的产品；粉末冶金可以通过成分的配比保证材料的正确性和均匀性，此外烧结一般在真空或还原气氛中进行，不会污染或氧化材料，可以制备高纯度材料。

粉末冶金的不足：粉末冶金零件部分性能不如锻造和一些铸造零件，如延展性和抗冲击能力等；产品的尺寸精度虽然不错，但是还不如有些精加工产品所得的尺寸精度；零件的不致密特性会对后加工处理产生影响，特别在热处理、电镀等工艺必须考虑这一特性的影响；粉末冶金模具费用高，一般不适用于小批产品生产。

4 国内粉末冶金行业的趋势

随着我国工业化快速发展，高附加值的零部件需求将加速增长。此外，随着全球化采购的产业链形成，带给国内零部件企业商机显而易见。因此，如何把握当前机遇，目前粉末冶金行业应该从以下四方面发展。

（1）进一步提高铁基粉末冶金产品的密度，扩大粉末冶金件对传统锻件的替代范围。当前，铁基粉末冶金零件的密度为7.0-7.2g/cm3，而国内某企业通过技术改进，用传统的粉末烧结和锻造工艺相结合的办法，用较低的成本把铁基粉末冶金零件密度提高至7.6g/cm3，在这种密度前提下，铁基粉末冶金已经可替代机械、汽车等行业的大多数连接件和部分功能件。考虑粉末冶金工艺本身对材料的节省和高效特征，此类铁基粉末冶金件的潜在价值空间可达至千亿元。

（2）提高粉末冶金产品的精度、开发形状更复杂的产品。为机械制造、航天汽车、生活家电等行业的产业结构升级服务。此方向主要以降低机械重量、节能减耗及将设备小型化、普及化为导向。如使用注射成型零件几乎不需要再进行机加工，减少材料的消耗，材料的利用率几乎可以达到100%。

（3）进一步合金化，目标为轻量化和功能化。在铁基粉末中，混入铝、镁及稀土元素等合金粉末，可实现其超薄、轻量化等性能，可广泛地应用电子设备及可穿戴设备等与生活密切相关的领域中。

（4）改善粉末冶金零件的电磁性，目标是对硅钢和铁氧体、磁介质等材料的取代。以取向硅钢材料为例，硅钢的导电原理是加入硅元素后，材料通过减少晶界的方式降低铁损，特别是取向硅钢，导向方向是一个单一粗大的晶粒。相比取向硅钢的一维导电方向，粉末冶金零件可以实现多维导电（各个方向）。目前此技术已被少数企业实现突破，只要不断完善，最终达到工业要求。这种技术将会广泛在电机设备、汽车及机器人智能控制系统等领域应用。

参考文献：

[1]黄培云.粉末冶金原理.[M].北京：冶金工业出版社，1997（2006.1重印）.1.

粉末冶金压制方法篇2

关键词 TiAl基合金；粉末冶金；力学性能

中图分类号TF12 文献标识码A 文章编号 1674-6708（2013）91-0045-02

0 引言

作为高温结构材料，TiAl基合金正受到业内界人士的越来越高度关注，良好的抗氧化性能，低密度，耐高温性能等，让其比之镍基合金和钛基合金更具优越性[1]，因此成为航空，国防，军工等高科技领域极具吸引力的材料。然而，室温塑性低，高温屈服应力高和加工成形性差等，使得TiAl合金广泛应用受到严重的制约。因此，研究和开发针对TiAl合金合理高效的制备与成形技术，是科技工作者的一个重要课题。常规制备TiAl基合金的方法主要有粉末冶金，铸造，铸锭冶金等。其中粉末冶金方法有其显著独特优点：克服了铸造缺陷，如疏松缩孔等；加入合金元素来制备复合材料变得容易；材料成分均匀，显微组织细小，力学性能优异；复杂零件易于实现近净成形。

1 预合金粉末制备工艺

采用预合金粉末成型工艺制备TiAl基合金首先要制备γ-TiAl预合金粉末，之后经过模压成型与烧结反应而制得所需制件的工艺。此工艺的成本有些昂贵，因为，Ti熔点高且活性比较大，需要在制备过程中严格控制工艺，故难度也较大。现阶段，发展出来很多方法制备γ-TiAl预合金粉，其中主要被采用的有：雾化法、机械合金化法（MA）、自蔓延高温合成法（SHS）等。此工艺所获材料其晶粒大小，相分布以及合金元素分布的均匀性与相应的锻件相比，都得到显著提高。用预合金法，德国姆波公司制造出大型客机连接臂，和直升机叶片连杆接头，产品相比于锻件，材料和成本分别节省40%和34%[2]。随后美国坩埚公司又开发出，可以制备全致密，形状复杂的钛合金近形产品的陶瓷模热等静压技术，使得合金材料的力学性能得到进一步提升。

2 元素粉末法

元素粉末法是对Ti、Al和Nb、Cr、Mo等外加元素预压成形，在高温下反应合成之后进行致密化来制备TiAl基合金材料的，制品组织细小、成分均匀。此法优点是成本比较低，工艺设备简单而且容易添加各种高熔点合金元素，通过均匀化混合和高温反应能避免成分偏析。元素粉末法制备TiAl基合金，已经得到了广泛研究，所制备出来的材料性能可与铸造TiAl基合金媲美。元素粉末法制备TiAl合金时Ti，Al元素会发生扩散反应，基本反应过程为[3]：6Ti+6Al4Ti+2TiAl3， 4Ti+2TiAl3Ti3Al+TiAl+2TiAl2，Ti3Al+2TiAl2+TiAl 6TiAl。

3 成型工艺

预合金粉末属硬脆粉末，不便直接模压成形，所以采用挤压方式进行成形。有冷挤压和热挤压两种方式。此工艺让粉末晶粒得到了细化，组织均匀性和粉末间的高温扩散能力得到提高。对于元素粉末挤压可以消除压坯膨胀开裂，而对于预合金粉末，挤压也提高了粉末变形能力。随着科技的进步，出现了很多新技术如：温压技术，流动温压技术，模壁技术，爆炸压制技术，高速压制技术等。这使得粉末冶金成形技术正向高性能化，高致密化方向发展。

4 烧结反应工艺

以下是对目前出现的几种TiAl合金粉末冶金烧结工艺简单介绍。

4. 1热压和热等静压

热压和热等静压是目前两种很可行的制备钛铝基合金的工艺。在压制的过程粉末的受力比较均匀，所得制件的致密度很高，力学性能很优异。经文献和实践所知，在1100℃～1300℃，压力大于100MPa时，将雾化TiAl预合金粉末，直接进行热等静压效果为最好。刘咏等人用此热等静压的工艺方法所制得的钛铝基合金制件，致密度高，显微组织细小，结果很是成功[4]。

4.2 自蔓延高温合成工艺

自蔓延高温合成（也被称为燃烧合成方法），是利用化学反应过程所生成的热量和产生的高温，而使自身反应持续下去，进而获得所需材料或制品的方法。该工艺简单，高效节能，成本低且制品质量高，自问世后在世界范围内得到了广泛的研发与应用。其中开发出来的SHS制备粉体，烧结，致密化技术，能够制备出常规方法难以制备出的TiAl化合物，且产物形状复杂，致密度高，目前SHS粉末技术已成功应用与工业生产且技术越发成熟。

4.3 放电等离子烧结

放电等离子体烧结亦叫作等离子体活化烧结，最早源于20世纪30年代年美国人的脉冲电流烧结原理，但此快速烧结工艺真正发展成熟是90年代从日本开始的，此后才得到广泛的关注与研发。在装有粉末的模具上联通瞬间，断续，高能脉冲电流，粉末颗粒间就能产生等离子放电现象，产生的高活性离子化的电导气体，迅速消除粉末粒表面的杂质和气体， 并加快粉末的净、活、均化等效应[5]。SPS艺有其独特优势：加热均匀，烧结温度低且升温速度快，产品组织细小均匀且致密度高。研究表明，用MA技术与SPS技术结合制备出的TiAl合金，组织均匀，性能优良。

4.4 粉末注射成形工艺

此技术是把塑料注射成形工艺和传统粉末冶金技术相互结合，而发展成为一种新型的近净成形的工艺。主要步骤为：混合粉末与粘结剂，注射成形，脱模，烧结。此工艺制备的制件致密度高，组织均匀，性能优越，能够制备质量要求高且精密复杂的制品，而且成本低，自动化程度高，材料利用率几近百分百。因此该工艺在国际上很热门，很受欢迎。采用PIM工艺制备出的TiAl合金组织细小均匀，相对密度高，性能优良，而且成本与传统工艺比大大降低，当然此方面的研究还有广阔空间。

5 粉末冶金TiAl基合金的力学性能

作为高温结构材料，TiAl合金因为低的密度，高强度系数，良好的抗氧化性能和抗蠕变性能等，而备受关注与欢迎。然而因低室温延展性，难加工性，使其被广泛应用受到制约[6]。如何使其强度和延展性相平衡是一个很大挑战，有关此方面的研究工作一直在进行。研究表明，TiAl合金中增加Nb能改善TiAl合金高温抗氧化性能，适量Cr可以提高延性，B可以细化晶粒， 提高抗蠕变性能。经过不断地改进和完善，粉末冶金TiAl合金的一些力学性能已得到了显著的提高。近期研究发现，合金添加Mo，V和Ag能改善显微组织，在1350度烧结能提高其致密度能达到96%，而抗压缩强度可达到1782MPa。然而，孔隙的难以彻底消除，间隙元素难于控制等问题，还需要不断地克服。

6 结论

TiAl合金因其独特的性能在军工，航空等高技术产业占有重要地位，采用粉末冶金工艺制备TiAl基合金，优势明显，能够制备得精密度很高的制件。在TiAl合金制备技术中，极富吸引力，进而脱颖而出。然而，粉末冶金法制备TiAl基合金技术并不是完美至极的，还有一些工作需要进一步研究和拓展：控制间隙元素和杂质的污染；合金元素的合理选择与添加，改善TiAl合金的性能；进一步完善致密化技术，让显微组织更加均匀细化，消除孔隙缺陷等；进一步研发让生产低成本，高效率，规模化，不但为军用而且为民所用，促进经济的发展。粉末冶金钛铝合金技术有其独特的优势和地位，若得到进一步改进和完善，对我国的经济发展，国力的提升，具有重大意义。

参考文献

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[3]Wang G X，Dahms M.PMI，1992，24（4）：219-225.

粉末冶金压制方法篇3

摘 要：文章针对粉末冶金进行分析，并对难熔金属金属、钛基合金、氧化物弥散强化合金、超高温合金以及喷涂合金粉末等多种带有明显特征的航空发动机的粉末冶金技术。在这其中，对钛基合金粉末与高温合金粉末以及喷涂合金粉末的制造预备的关键进行重点的研究和探析。还对喷射成形和热等静压以及注射成形以及迅速成形的工艺特征与发展状态。最重要的是对粉末冶金技术在航空发动机的使用进行全方位多角度的研究与探析，并做以简单的论述，为相关人员提供参考意见。

关键词：粉末冶金技术 航空发动机 应用

中图分类号：V263 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2016）03（a）-0010-03

粉末冶金技术的特点是对性能高的材料进行制造的技术，并且对航空发动机有直接和紧密的联系。粉末冶金技术不但可以制作配备出没有宏观偏差、晶粒细微、组织非常均衡、各向同性、热加工性能过硬的复合材料与合金材料，大大提升了粉末冶金材料的疲劳能力与屈服能力，还可以实现零部件的最终成型。粉末冶金技术在航空的发动机的重要热端零件与别的航空发动机零件的全新材料的优质制造设备科学技术。航空飞机的心脏是航空发动机，而航空发动机性能的好坏会直接影响到飞机的众多指标和安全性质。伴随我国航空发动机转向多元化、多性能以及大型化的角度扩展以及在涡轮之前燃气的不断提升，零部件承受更大的负荷压力，工作的状况也越来越恶化，与此同时，对航空发动机的重要部件的功能的标准提出了更为严峻的要求。另外，涡与涡轮叶片的重要部件可以承担的压缩比与燃烧的温度更能够提升航空发动机的燃油的经济特征，降低排放与延长航空发电机的使用年限。根据以上的陈述，性能较强的航空发动机的发展壮大与粉末冶金技术的提升存在紧密的联系。文章主要是针对在航空发电机中应用众多形式不同的粉末冶金材料和粉末冶金设备、粉末成形以及粉末的增强重要技术进行的分析，使粉末冶金技术可以在航空的发动机中得到有效的应用。以下是具体的论述。

1 在航空发动机中使用的粉末冶金材料具体种类

1.1 P/M钛基合金

钛基合金的优势是耐腐蚀性强、强度较高以及热强的性能强。其最主要应用在对航空发动机的压气机的中压气机中的机盘、机叶、风扇以及连接环与导航仪。钛合金取代钢或者是高温合金能够显著降低发动机的所承受的重量，提升发动机的推重比重。以上零部件的标准是在高温的状况下呈现非常强的强度与高温的蠕变抵抗力，持久的强度与稳定组织性。P/M钛合金的伸拉所具备的性能可以大大超出熔断材的质量。但是在P/M钛合金中出现的杂质所含的数量以及钛合金的孔隙，这些都会使钛合金出现疲劳性的减少。在提升密集度与精华工艺程序是P/M钛合金当前最应该解决的状况。

钛合金金属间的化合物的复合材料主要是由氧化物、碳化物以及二硼化钛等颗粒当成提升相，其主要的特点是抗氧化的能力非常强、抗蠕变的特性也非常强、密度较低。温度可以到达816 ℃～982 ℃之间。促使钛合金能够在航空发动机应用的位置是从风扇与风压机变换到涡轮长中，并且合适于制造预备的高压压气的发电机的机片以及低压涡轮的发电机的也变。钛铝合金的基复合的材质是使用粉末冶金、高温组合、热压以及静压、放电等离子体的烧结和喷射堆积、冲击波的固组成法等方式的制作设备。但是钛铝合金的基复合的材质会增大热加工的难度性，整体的功能性也要大力提升，在当前的航空发电技术中还没有应用此项技术。

1.2 喷涂合金粉末

热喷涂粉末会应用在航空发电机的抗高温烧浊涂层、封闭涂层、热障涂层抗磨抗损中，涂层技术对于航空发电机的重要部位进行高温的防护，以及封严耐磨、高温零件的阻燃和防止磨损的状况中，存在非常重要的价值。涂层不仅可以提升发动机重点零件在高温的影响下抵抗侵蚀的重要性，以及在炎热的状况下出现抵抗零件疲劳的能力，以此增加航空发电机的使用年限。热喷粉末的成分具体是指：氧化物陶瓷粉末、合金粉末、金属陶瓷粉末以及纯金属粉末。在美国的飞机的发电机中使用的热喷技术所需的零件数目大概是7 000件除外。热喷涂粉末和别的冶金所需要的粉末有很多不一样的地方，它对粉末的要求非常高，具体体现在粉末的颗粒形状要小而精、要具备高度的球形、良好的流动、颗粒的分布范围要小、所含的气体和杂质量一定要低、松装的密集程度要符合规定的标准。

1.3 氧化物弥漫强化合金

镍基氧化物弥散强化合金可以当成涡轮喷气发动机器中的涡轮叶片和导向叶片，这种粉末不仅可以在高温的状况下得到有效的使用，还可以忍受带来的负重疲劳、气体的蠕变以及气体受到的气势。镍基ODS合金能够抵挡强度较大的蠕变性质，其最重要的原因是氧化物存在的弥漫强化的作用和增强晶状物的移动与滑动。具有代表性的镍基ODS合金主要有3种，分别是MA754、MA600以及MA760。镍基ODS合金主要是运用热挤压制作方式以及机械合金的制作方式，主要有3个关键的步骤，分别是热挤压和热轧制、机械合金化以及进行热处理。只有提升氧化物弥散强化合金的氧化颗粒形状才能更好地提升科学技术水平，增添Hf匀速可以促使氧化物的颗粒的尺寸由原来的30 nm减少到5～10 nm（见图1），与此同时，也为氧化物的根本体积面的掌控创造了全新的方式，在强化晶界降低晶界逃离规定范围的方向开展工作，并且对柱状的晶粒所具有的力学性质存在的各异性提供解决方案，尤其是占据横向方位的晶界的蠕变的村若星的状况是增大镍基ODS合金使用的重点。

1.4 难熔金属

铌合金、钨合金、钼合金以及钽合金都是难熔的金属。钼铜合金可以当成固体火箭发动机的帮衬材料，Ta-10W-2.5H合金主要应用于液体火箭喷管中的喷嘴，Ta-10W合金在火箭发动机中的喷管的阿波罗以及燃气的扰流片的实验燃烧的实验室中。在这些难熔的金属中，密度系数最小的是铌合金，并且强度呈现1 100 ℃～1650 ℃中，仍然具有较强的焊接能力和对室内温度有效控制的能力，还能在薄板的制作以及制成外形非常繁琐的发动机的零件。钨合金可以打造成不需要进行冷却工作的火箭喷管、喷气叶片、热然器的反射器、用于离子火箭发射需要的离子环以及燃气舵。钨取代钼当成固体火箭发动机的喉管和喉衬，进口套管，可以把材料的运用所需的温度在1 760 ℃的基础上提升到3 320 ℃之上。如，美国的联合飞机企业就把钨铜两种材料进行融合，以此当成火箭发动机中的喷管隔板，钨铜融合的材质完全可以承受超出钨的熔点值3 400 ℃。在当前的粉末冶金技术的发展中，难熔金属的高温氧化与高温形成的强度，以及高温材料的重量化是面临的最根本的挑战。

2 粉末冶金的工艺

2.1 镍基高温合金粉末

进行镍基合金粉末要具备含氧量低、制作预备的颗粒的形状要小还要具备较强的纯度的特点，是依据制作预备较强性质功能的粉末的涡的主要技术。当今存在两种方式都是十分重要的，一种是氨气雾化法制成AA粉；另一种是等离子旋转电极法的制粉。如，俄罗斯主要选用是等离子旋转电极法制粉，而等离子旋转电极法制粉的主要特点是夹杂物的尺寸过大、而等离子旋转电极法制粉的颗粒的形状又非常的大。在进行高温后的合金粉末正迈进无污染、没有陶瓷的状况下迈进。粉末的颗粒的径长的分类会阻碍粉末中不是金属融合的尺寸，还会合理科学提升声涡的使用年限和可靠性质，降低出现疲劳寿命的机率。另外，在针对粉末开展颗粒界面韧化与热处理强韧化的处理工作以及进行真空脱皮工作，可以提升材料的塑性与强度。

为解决VIM惰性气雾化德体系中存在的熔化金属和陶瓷资料从而出现的“陶瓷状况”。在最近几年中，我国已经研发了众多的制粉措施和纯净熔炼技术（见图2）。在ELGA的工艺施工中，预合金棒是电极，在电极逐渐旋转到达环形感应线圈的中间位置时，电极会发生熔化的变化，熔滴在准确进入惰性的气体中开展雾化工作。PIGA法主要是根据等离子弧在水冷的铜坩埚中开展熔炼工作，水冷铜坩埚的最底层要和感应器的加热漏嘴相互连接，没有陶瓷漏嘴系统要把熔化掉的金属溶液倒入气体的雾化喷嘴中开展雾化工作。在进行冷壁坩埚熔炼的气体雾化体系中，坩埚要具备一个最底端的浇筑体系，并且冷坩埚的底端浇注的方位和冷壁感应领导体系的相互连接，这个体系也可以使用在活性的金属中。如，在进行碳合金或者是TiAL的金属上的化合物熔炼工作中，在电渣进行重新的熔炉冷璧感应的导向工作中，要对电极的格式以及雾化的材料进行整体的创新，在电源头和熔渣的接触面积的开展熔化工作时，要把熔炼的金属溶液贯穿于具有活性性质的熔渣层，然后在融入到铜金属制成的水冷坩埚中。

2.2 喷涂粉末

不一样的制作设备的工艺会促使粉末的颗粒形状、颗粒分布、颗粒状态以及颗粒的化学成分都会发生非常大地改变，这也会对涂层的能力产生一定的影响。制作设备使用道德喷涂粉末常用的方式主要有机械研磨、气体雾化、制造喷雾干燥颗粒以及水雾化。伴随科学技术的不断发展，喷涂的合金粉也研究出了全新的技术。

首先是等离子体球化的问题上，等离子体球化指的是运用等离子弧促使形态不一的原始粉末进行快速地加工并且使之熔化，使熔化的颗粒在基础的作用下产生非常高的球状度的液体，在非常高的温度中使滴液得到快速地凝固，以此使球状粉末得到有效保存。这也是一项制备非常的密实、解决纯度较高的热喷涂抹粉末的方式，图3是运用气流磨分级和分散以及与等离子球化星湖融合的工艺，制成的球状的钨粉。

2.3 纳米粉体进行再次的造粒

纳米粉体是热障涂层的主要原材料。主要优势是有较强的抗热震能力和较强的隔热性能。可是纳米粉末不可以进行直接喷涂工作，必须借助喷雾干燥剂和之后的处理制作而成微米级别的团聚体的粉末。纳米粉体二次造粒的主要步骤是：第一，运用球磨混合一级超声把纳米结构所具有的信息，合理有序地分布在液体的介质中，并且要添加有机的粘合剂；第二，要把所得到的溶液使用喷雾干燥剂制成纳米结构的聚集体；第三，要把纳米结构团聚集在一起，使之能够快速去除水分，还要去除吸附在化学附氧，为更好地推进一些烧结或者是加热内部整合的温度，以此获得纳米结构的喷涂的粉末数据，使之可以在以往的热喷涂喷枪上得到有效的应用。

2.4 喷射成形

喷射成形的技术主要是把液态金属的快速凝固与熔滴动态致密固化相互融合，并且这也是流程在快完成阶段而飞速凝固的固体材料的全新技术。喷射成形的优势是较高的整体致密度、较低的氧含量以及组织细小匀称。可以提升完善高温合金中的热加工的塑性，提升材料的整体力学的功能和能力，合理改善合金的加工，使之更加与预制设备的高温合金性融合，还能够节省众多和压制相关联的工艺环节。

3 结语

总而言之，要把粉末冶金技术科学、合理、有效地应用在我国的发动机中，并且使其发挥最大限度的价值和重要意义。促进我国航天发动机得到更好地发展，为我国的航天事业奉献更多的力量。

参考文献

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粉末冶金压制方法篇4

关键词：粉末冶金技术；新能源材料；应用

前言

为了寻求长远的发展，需要重视能源问题。在全球经济以及热口增长的环境下，传统能源彰显匮乏性，无法满足社会发展的实际需求。同时，也无法进行再生。因此，面对严重的资源危机，要对新能源的开发与利用作为项目对待。粉末冶金对传统冶金技术进行了发扬过大，积极融合现代科技，推动信息化建设，实现现代工业的良性运转，也为新能源的开发提供更多的技术保障。

1 对粉末冶金技术特征的分析

粉末冶金技术具有长远的历史，其主要立足传统冶金技术，达到了对诸多学科知识的融会贯通，形成优势突出的新型冶金技术。粉末冶金主要对象是粉末状的矿石。在传统的冶金方法中，矿石的形式为整块，先进行提炼，而后进行冶炼。应用传统技术，块状矿石提炼技术受制于技术和矿石的大小，只能达到80%左右的利用率，产生大量材料的废置。但是，在粉末冶金技术的应用下，资源利用率得以大幅提升，有效降低资源浪费。另外，块状形式的矿石材料长期处于露天堆放，对环境产生不良影响，甚至破坏。由此可见，冶金技术的改善势在必行，要重视冶金技术水平的提升，使得材料各尽所用，发挥不同冶金材料的作用，切实提升使用效率，形成高性能的新材料，达到成本的降低。利用现代粉末冶金技术，能够对废矿石、旧金属材料进行再利用，有效节约资源，极大推动经济效益的获取，对可持续发展意义重大。因此，粉末冶金技术在原材料选择方面相对较为宽松，能够充分利用废旧金属、矿石等，形成不规则的粉末，满足原材料节约和回收的目标。另外，鉴于粉末冶金可塑性以及相关材料的添加，促进性能的增强和平衡。

2 对新能源技术的阐述

在科技的推动下，新能源技术逐渐被科学界重视。在传统能源开发与应用中，出现严重的资源匮乏现象，加之对环境的不良影响，使得新能源问题的出现备受关注。新能源材料需要在开发、存储以及转化方面具有突出优势。由此可见，新能源材料是发展新能源的关键因素。为了更好地实现转化和存储，其在配件、生产要素等方面都极具特色，与传统能源行业的材料截然不同。粉末冶金技术在整个新能源开发应用中占据举足轻重的地位。

3 系统介绍粉末冶金技术的类型

3.1 传统粉末冶金材料

首先，是铁基粉末冶金。这种材料是最传统，也是最为关键的冶金材料，在制造业中应用较为广泛。随着现代科技的不断发展，其应用范围不断拓展。其次，铜基粉末冶金材料。这种材料类型较多，耐腐蚀性突出，在电器领域应用较多。再次，硬质合金材料。这种材料具有较高的熔点，硬度和强度都十分高，其应用的领域主要是高端技术领域，如核武器等。最后，粉末冶金电工材料和摩擦分类，主要应用在电子领域。随着通讯技术的不断发展，粉末冶金材料的需求量增大。另外，粉末冶金材料在真空技术领域也得到推广。摩擦材料耐摩擦性较强，促使物体运动减速，抑或是停止，在摩擦制动领域应用较多。

3.2 对现代先进粉末冶金材料的介绍

首先，信息范畴内的粉末冶金材料。立足信息领域，主要是指粉末冶金软磁材料。具体讲，是指金属类和铁氧体材料。随着对磁性记录材料的研究，在很大程度上推动了粉末冶金软材料的需求。其次，能源领域内的粉末冶金材料。能源材料的研发推动能源发展，其中，主要涉及储能和新能源材料。全球经济的发展使得能源需求量增大，传统能源彰显不足，因此，新能源开发势在必行，尤其是燃料电池和太阳能的开发。再次，生物领域的粉末冶金技术。生物材料技术的发展对整个社会具有不可替代的作用。要将生物技术列入国家发展计划。在生物材料中，主要包含医用和冶金材料两大类，在维护身心健康的同时，加快金属行业的进步。第四，军事领域的粉末冶金材料。在航天领域，材料的强度和硬度是重要指标，稳定性要突出，具有极强的耐高温性。在核军事范畴，粉末冶金技术也具有发展前景，更好地推动整个社会工业技术的进步。另外，新型核反应堆的建设需要具有较高的防辐射标准，而粉末冶金技术的支持下，切实增强核反应堆的安全性与可靠性，有效降低核辐射强度。

4 对粉末冶金技术在新能源材料中的应用的介绍

4.1 粉末冶金技术在风能材料中的应用

风能对我国而言，十分丰富，不存在污染，是新能源的主要类型。在风能发电材料中，粉末冶金技术主要实现对两种材料的制作，即即风电C组的制动片以及永磁钕铁硼材料。这两种材料的制作与整个风力发电关系密切，事关发电过程的安全性与可靠性，影响发电效率的高低。风能发电机制动片在摩擦系数和磨损率方面，要求较高，同时，力学性能必须突出。目前，主要应用的是铜基粉末冶金技术，完成对压制制动片的制作。制动片需要在导热方面十分突出，同时，制动盘具有较小的摩擦。在应对恶劣温度环境的时候，也能够进行有效的使用。对于永磁钕铁硼，系统永磁材料代替了传统的永磁材料，烧结钕铁硼就是加入了稀土粉，利用粉末冶金工艺制备而成。

4.2 粉末冶金技术在太阳能中的应用

太阳能突出的特点是清洁性，是新型能源的一种，被商界所看好，开发价值巨大。当前，在太阳能领域，主要的发展方向为光电太阳能与热电太阳能，形成发展趋势。立足光电太阳能领域。其主导作用的部件为光电池，也就是半导体二极管，依靠光伏效应，促使太阳能有效转化为电能。目前，太阳能光电转化效率较低，对航天事业的发展产生阻碍。在粉末冶金技术的使用下，能够有效进行薄膜太阳能电池的制作，光电转化率得以显著提升。同时，粉末冶金技术也研发了多晶硅薄膜，代替了传统的晶体硅，光电转化率大幅提升。另外，粉末冶金技术与太阳能热电技术也实现了融合。当太阳进行地表照射之后，为了达到对光热技术的有效收集，需要发挥吸收板的功能。而吸收板的制作与粉末冶金技术息息相关，主要应用了其成型技术，发挥粉体在色素和粘结剂方的作用，而后混合，形成涂料，涂于基板之上。这也充分体现了粉末冶金技术在成型技术方面优势更加突出。

5 结束语

综上，通过对粉末冶金技术优势的分析，可以发现，其在新能源材料的开发和应用中极具发展潜力。粉末冶金在创造性方面十分突出，塑造性较强，使得其在新能源材料的发展和应用中占据核心地位。粉末冶金技术的工艺原理使得其在新能源开发中更具经济性与高效性。因此，要大力推进粉末冶金技术在新能源开发应用中的拓展，为新能源的可持续发展提供保障。

参考文献

[1]陈晓华，贾成厂，刘向兵.粉末冶金技术在银基触点材料中的应用[J].粉末冶金工业，2009，04：41-47.

[2]邱智海，曾维平.粉末冶金技术在航空发动机中的应用[J].科技创新导报，2016，07：10-12.

粉末冶金压制方法篇5

风雨求学，毅然回国

黄培云，1917年8月23日生于北京市，祖籍福建省闽侯县（今福州市）。其父在海关工作，经常易地任职，全家随行。因此，黄培云小学读于北京，初中读于烟台，高中读于苏州。但这并没有影响他的学业，反而使他开阔了眼界，增长了不少见识。

由于勤奋好学，1934年，他以优异的成绩考入了清华大学化学系。1935年，为了挽救民族危亡，他毅然参加“一二・九”运动。1937年，日本侵略军进占北平，清华大学迁至长沙，与北京大学、南开大学组成西南临时大学，不久又西迁昆明成立西南联合大学。1938年2月，黄培云参加由闻一多等教授率领的步行团，并担任学生小组长，风雨兼程，历时两个多月，从长沙步行到昆明。这次步行对黄培云一生影响极大。在忆及这段往事时，他说：“它不但锻炼了我的身心，更重要的是深入穷乡僻壤，了解到不少民间实际情况与疾苦，使我进一步向进步与革命靠拢。”同年9月，黄培云大学毕业，在清华大学金属学研究所任助教。

1940年，黄培云考取清华大学第五届公费留美生，在麻省理工学院研究生院攻读博士学位。1945年获科学博士学位后，他继续在该院从事博士后科学研究工作。

为了中华民族的振兴，黄培云毅然偕同已入美国籍的夫人于1946年底回到了祖国，以图科学救国。1947年春，他受聘到武汉大学矿冶系任教授和系主任。

建校不是做好桌子板凳就行

1952年，国家对高等学校进行教学改革与院系调整，决定将武汉大学、湖南大学、广西大学、南昌大学的矿冶系，中山大学的地质系，以及北京工业学院的选矿系进行调整合并，成立独立的中南矿冶学院。该学院定位为以培养有色金属工业需要的人才为主，时任武汉大学矿冶系主任的黄培云参与了筹建工作。

校址最后选定在湖南长沙。“建校时最困难的是没有人，我们就在长沙即将毕业的学生中找几个能干的。”黄培云生前回忆道。他们先对学校的桌椅板凳、实验台需要多少木头进行估算，再去买木头，并且总能买到最好的木头。之后，他们又买了马达和锯片，自己装了锯木头的机器。很快木工厂建起来了。“说是木工厂，实际上除了那台锯以外，什么都没有。但学生们就是用它制作了一大批小板凳。”黄培云生前回忆起建校情景时娓娓地说道。

然而，建校不是把桌子板凳做好就行了。几所学校的师生加起来有好几百人，加上当时交通不便，从四面八方赶到长沙来这个过程就不简单。修整校舍时实在买不到瓦，他们就自己动手做瓦；建房子需要大量的砖，他们就自己建窑压胚烧砖，还因为用水的问题，他们办了一个小型自来水厂，甚至为了开出一条运输路，他们用锄头一点点地把羊肠小道铲平、开通。

面临6所学校所用教材差别很大的问题时，他们把6个学校的教材摆在一块儿，强中选优，最后确定以武大、湖大、北京工业学院的教材为主。

他们秉着革命的精神为建校出谋献力，终于学校在1952年11月如期开学，黄培云被任命为副院长。

黄培云倡导的“三严”作风――严肃对待教学工作、严密组织教学过程、严格要求学生在建校后起了很大作用。“我们一方面不断改善教学物质条件，一方面大力培养师资。学院成立时只有两万多平方米，实验室、教室、宿舍等都非常缺乏。”黄培云生前接受记者采访时说，用了大概3年时间，教学楼、实验楼相继建立，实验室设备不断补充，教学质量也有了提高。

从1954年开始，学院在苏联专家的指导下，改组了院务会议，调整教研组，修订教学计划及教学大纲，对教学法展开研究。1956年，中南矿冶学院培养出第一批毕业生，较强的专业能力和综合素质使这些毕业生受到用人单位的欢迎。

填补我国粉末冶金学科空白

不仅是奠基粉末冶金学科、培养学科人才，黄培云更是见证了它的发展。

粉末冶金是一门制取金属、非金属和化合物粉末及其材料的高新科学技术，它能满足航空、航天、核能、兵器、电子、电气等高新技术领域各种特殊环境中使用的特殊材料的要求。一些发达国家早在20世纪初就开始了该领域的研究，而中国在1950年代还是一片空白。

当冶金部把设立粉末冶金专业的任务下达给中南矿冶学院时，谁都不知道粉末冶金是怎么一回事。黄培云说他在麻省理工学院学过一门30学时的粉末冶金选修课，有点概念，但当时并不太重视这门课程。从那以后，黄培云在学术和专业方面由一般有色金属冶金研究转向集中研究粉末冶金与粉末材料。

“回想起来，我们那时候什么都没有，真是从零开始。学生、讲课教师、教材、实验室都还没有。我们首先在冶金系里成立了粉末冶金教研室，我兼任教研室主任，成员有冶金系主任何福煦、助教曹明德。”黄培云说。上世纪60年代他培养了第一批粉末冶金专业的研究生，到80年代，培养了这个专业的第一批博士生。至今他已培养硕士生、博士生80余人，其中很多人已经成长为我国粉末冶金领域的骨干力量。在培养人才之外，黄培云领导的粉末冶金专业还接受完成国防部门下达的任务。

粉末冶金压制方法篇6

1 试验

将平均粒度为 60μm 的 N2雾化 Al 粉配以 0 ～15% ( 质量分数) 的 Cu、Mg、Si 等合金化元素粉末，使用钢模以 80MPa 的压力在数显式工程陶瓷压缩强度试验机上压制成 17mm × 12mm ×11mm 的压坯，该压坯的相对密度约为 78%。将其置于真空烧结炉中于 520 ～ 570℃ 烧结 4h，随炉自然冷却至室温，于 90℃真空浸油 30min。用同步差式扫描量热/热重分析测试仪分析烧结坯的局部熔化温度区间，用扫描电子显微镜观察烧结坯的显微结构，用 SWX数显式万能强度试验仪测定烧结坯的压溃强度，用真空浸渍法测定烧结坯的含油率。

2 结果与讨论

2. 1 烧结温度的优化选择

烧结温度的选择必须满足在此温度下烧结坯内存在较多的液相，但过多的液相将使坯体变形、坍塌，因此不同合金相应地有不同的最佳烧结温度［9］。为了选择较优的烧结温度，将样品置于 N2保护下以 10℃ /min 的速度加热，进行同步差式扫描量热-热重分析( DSC-TGA) 测试。图 1 所示为 Al-Cu 系含油轴承合金样品的 DSC-TGA 测试结果。从图中热流变化曲线可以看出: 加热温度为 520℃时，样品开始吸热，但吸热量很小，表明此时微小局部熔化; 温度升高到 567℃ 时，吸热速度明显加快，表明此时熔化区域显著增大; 温度升高到 577℃时，吸热停止，表明此时熔化结束。从图中质量损失变化曲线可以看出: 由室温到 230℃，样品质量损失较快，该阶段失重主要是由于样品中吸附的气体和水的挥发; 温度为 570℃ 时，此时质量损失急剧增大，主要是因为样品内部熔化区域显著增大导致样品大量挥发造成的。图中热流变化曲线与质量损失变化曲线所对应的温度较为吻合，很好地反映了 Al-Cu 轴承合金样品随加热温度的变化情况。烧结温度对 Al 基含油轴承的性能起着决定性的作用，直接影响烧结坯的微观形貌及性能。为了使烧结坯能够获得良好的微观形貌、较高的尺寸精度和较好的力学性能，必须精确地控制烧结温度，使压坯在烧结过程中仅发生局部熔化，避免熔融现象的出现。因此，烧结温度应介于局部熔化开始温度与局部熔化结束温度之间。由 Al-Cu 系含油轴承合金样品的 DSC-TGA 图谱分析得出，其烧结温度应在520 ～ 570℃ 。

2. 2 烧结温度对压溃强度、含油率与微观形貌的影响

由于 Al 的化学性质比较活泼，极容易与 O 反应，其表面常覆盖一层致密的、化学性能稳定的、强度高的 Al2O3薄膜。在 Al 烧结过程中 ，Al2O3薄膜阻碍了颗粒之间的直接接触和元素在烧结过程中的润湿和扩散，妨碍了烧结的进行［10 －12］。烧结温度偏低，致密的 Al2O3薄膜不易被破坏，Al 粉的冶金结合比较困难，烧结坯强度很低; 烧结温度偏高，烧结坯发生过烧及熔融，孔隙直径增大，孔隙数量急剧减少，含油率较低，收缩较大，尺寸精度较差，都不能满足使用要求。

表 1 所示为不同烧结温度下烧结坯的压溃强度、含油率与尺寸变化。可以看出，烧结坯的压溃强度随着烧结温度的上升而显著增大，超过最佳烧结温度 550℃后又逐渐降低，含油率却随着烧结温度的上升而急剧下降。当烧结温度低于 540℃ 时，烧结坯的压溃强度很低，承受很小的压力即碎，这主要是因为烧结温度较低时，致密的 Al2O3薄膜不易被破坏，颗粒之间未产生明显的冶金结合，结合强度很低; 当烧结温度高于 550℃ 时，烧结坯的含油率较低，仅为 15%左右，这主要是因为烧结温度过高促使烧结坯发生过烧及熔融，颗粒大量熔化，颗粒间的烧结颈迅速长大，相邻颗粒彼此熔结在一起，颗粒间间隙大大减少，孔隙直径显著增大，孔隙数量急剧减少; 烧结温度为 550℃时，烧结坯具有最佳的压溃强度和含油率，分别达到了 198MPa 和 22%，这主要是因为在此温度下烧结坯内部产生了少量的液相，破坏了 Al 粉颗粒表面致密的 Al2O3薄膜，粉末颗粒之间产生了良好的冶金结合，并且，烧结坯孔隙数量较多，孔隙大小适中，微观形貌良好。

图 2 所示为不同烧结温度下烧结坯的显微结构照片。从图 2( a) 可以看出，540℃烧结时，粉末颗粒之间未发生明显的冶金结合，大多数 Cu 颗粒仍保持粉末颗粒中的形貌，弥散分布在 Al 基体之中。这是由于烧结温度偏低，覆盖在 Al 颗粒表面的致密的Al2O3薄膜阻碍了物质之间的扩散迁移，使颗粒之间不能互相融合长大，进而不能产生良好的冶金结合。因此，烧结坯的塑性很差，稍微施加外力即被压溃，表现出了明显的“欠烧结状态”。从图 2( b) 可以看出，550℃ 烧结时，由于烧结温度略高于 Al-Cu共晶合金的共晶点温度( 548℃) ，烧结坯内部发生了微小局部熔化，产生的局部熔化破坏了颗粒之间致密的 Al2O3薄膜，颗粒之间的物质迁移得以实现，彼此粘结，实现了冶金结合; 并且，烧结坯中的液相在毛细管力的作用下，渗入 Al 粉颗粒之间，在产生液相的位置形成了数量众多、分布均匀、大小约为30μm 的细小孔隙，因此，烧结坯具有较高的压溃强度和含油率，呈现出“最佳烧结状态”。从图 2( c)和图 2( d) 可以看出，当烧结温度≥560℃时，粉末颗粒的局部熔化区间显著增大，产生大量的液相，烧结坯孔隙直径显著增大，孔隙数量急剧减少，烧结坯的含油率迅速降低; 此外，烧结坯的尺寸收缩较大，达到了 1. 5%左右，尺寸精度较差，大直径孔隙对基体的割裂作用较大，严重影响烧结坯的塑性，其强度也呈下降趋势，已不能满足使用要求，烧结坯呈现出“过烧结”及“熔融”状态。

粉末冶金压制方法篇7

关键词：汽车；制动；稳定性；热衰退

中图分类号：F407文献标识码： A

1概述

制动性能是车辆最为重要的主动安全性能，其稳定性与行车安全密切相关。摩擦材料对温度的敏感性是制动稳定性的主要影响因素之一。在制动过程中，整车的运动动能通过摩擦材料与制动器间的摩擦转化为其他形式的能量，其中，约90%转化为热能，表现为制动器温度的升高。随着温度的上升，摩擦材料的表面膜、机体表层发生复杂的物理和化学变化，从而导致摩擦系数发生明显变化。

摩擦材料的摩擦系数在较低的温度区间随着温度的升高而增加；但在温度持续升高时，摩擦材料发生热衰退，摩擦系数随着温度的升高而降低；而当温度降低到低温区间后，摩擦系数又会逐渐恢复。摩擦材料的这一特性使制动器的制动性能不同温度下发生明显变化。

不同的摩擦材料对温度的敏感特性不同。目前，汽车制动器所使用的摩擦材料主要有无石棉有机摩擦材料、粉末冶金摩擦材料、金属陶瓷摩擦材料、新型混杂纤维摩擦材料、新型陶瓷摩擦材料等。其中，粉末冶金摩擦材料和金属陶瓷摩擦材料应用较为广泛。

粉末冶金摩擦材料是以金属及其合金为基体，添加摩擦组元和组元，用粉末冶金技术烧结形成的复合材料，具有较好的高温强度、耐热性、热稳定性和经济性；金属陶瓷摩擦材料是由金属基体、组元和陶瓷组分组成的复合材料，也是采用粉末冶金工艺制备而成，其具有较高的热容量、良好的热导性、耐高温、耐磨、摩擦系数高、寿命长等特点，在高温下仍能保持优良的性能。

本文选取了4种不同类型的汽车制动器，并通过制动器台架试验，对制动器制动性能随温度的变化规律开展研究。

2试验设备及方法

2.1试验设备

制动器惯性试验台能够利用制动器台架试验再现实车制动过程，并模拟实车制动的冷却条件，广泛应用于制动器总成性能测试。试验台由计算机、液压系统、控制系统、主轴及主轴驱动系统、惯量系统等构成。计算机控制试验台的启停并记录试验数据；液压系统为受试件提供制动压力；控制系统接收计算机控制指令并实施主轴驱动和制动控制；主轴由直流电机驱动，用于获得制动初速度；惯量系统由不同惯量的等比飞轮构成，可以模拟不同类型车辆的行驶惯量。

2.2安装方法

按照文献4规定，为被测样品的制动蹄片、制动衬片安装测温热电偶，并将被测样品安装在制动器惯性试验台上。

2.3试验方法

以65km/h的速度，3.5m/S2的减速度进行200次磨合制动（初始制动温度不超过120℃），然后进行第一次衰退试验：

初次制动初温：78～80℃；

制动初速度：最高设计车速不超过140km/h时，为80km/h；最高设计车速超过140km/h时，为100km/h；

制动压力：第1次制动减速度为4.41 m/S2，后续制动与第一次制动的压力相同；

制动次数：10次；

制动周期：45s；

冷却条件：关闭送风系统

完成上述试验后，以65km/h的速度，3.5 m/S2的减速度进行20次磨合，然后按照第一次衰退试验的试验条件重复试验，记为第二次衰退试验。

3试验结果分析

记录试验过程中初始制动温度、终止制动温度、平均制动力矩、制动压力、制动减速度等试验参数，并计算单位管路压力下的平均制动力矩（下文记为单位平均制动力矩）。衰退试验中，制动力矩下降和升高的程度，用衰退率来表示

3.1样品1，鼓式制动器，采用粉末冶金摩擦材料

两次衰退试验中，随着温度的升高，制动减速度与单位平均制动力矩均呈下降趋势。低于100℃时，制动器具有最佳制动性能，而10次连续制动后，温度上升至近250℃，制动效能的衰退率也高达近40% 。

3.2样品2，鼓式制动器，采用金属陶瓷摩擦材料：

第一次衰退试验中，随着温度的升高，制动减速度与单位平均制动力矩均呈上升趋势，在近300℃的高温下，制动器获得最佳制动性能；而在第二次衰退试验中，最佳制动效能对应的温度区间为170℃～230℃，温度继续升高时，制动减速度和单位平均制动力矩虽然有所降低，但其稳定性较好。可见，采用了金属陶瓷摩擦材料的制动器在较高的温度下仍能获得较高制动效能。

3.3 样品3，盘式制动器，采用金属陶瓷摩擦材料

两次衰退试验中，随着温度的升高，制动减速度和单位平均制动力矩有所降低，但在200℃～400℃的温度下，制动器能够获得较为稳定的制动效能。

3.4 样品4，盘式制动器，采用粉末冶金摩擦材料200℃时，制动器能够获得最佳制动性能，但在第二次衰退试验中，由于持续制动，温度急剧升高至近500℃，制动效能也有较为明显的衰退，可见其制动效能的稳定性较差。

（上边1、2、3、4 4个样品的实验数据或者曲线对比图呢？做出来的制动效能的数据呢，这四组数据时最关键的啊）

4总结

综合本文上述分析，可得以下结论：

制动器制动性能的热稳定性与摩擦材料密切相关；采用金属陶瓷摩擦材料的制动器较采用粉末冶金摩擦材料制动器具有更好的热稳定性；

在200℃～400℃的高温区间，采用陶瓷摩擦材料的制动器仍具有较高的制动效能或是稳定的制动性能，而采用粉末冶金摩擦材料的制动器则会出现明显的热衰退现象；我国汽车行业推荐标准QC/T 564-2008规定进行制动器制动效能测试时，参考试验的制动初温均为（80±2）℃，但新型制动材料往往在较高的温度区间上具有更为稳定的性能，因此，对应用了新型摩擦材料的制动器，上述制动初始温度的规定有待商榷。

随着新型摩擦材料研究的出现，相关标准的部分条款已不再广泛使用，只有不断细化、更新标准技术内容，开展标准研讨才能充分发挥其指导作用，推动制动技术向前发展。

参考文献

[1]马卫平，野南海. 汽车用摩擦材料国外研究进展[J]. 企业技术开发，2007，（05）：31

[2]马东辉，张永振，陈跃，官宝. 制动摩擦材料高速摩擦学性能的主要影响因素[J]. 与密封，2003，（06）：44-47.

粉末冶金压制方法篇8

随着新材料、新技术的不断发展与应用，材料的轻型化、节能化、智能化、环保化已经成为 21 世纪材料科学发展的主题。轻质高强金属基复合材料由于具有更高的比刚度、比强度，在强调材料轻型化的今天，受到越来越多的关注。在金属基复合材料的制备工艺中，粉末冶金工艺方法由于其工艺温度低及近净成形等特点, 使其具有独特的优越性并被广泛采用[1]。粉末冶金（PM）方法最初主要应用于一些难熔材料和高熔点金属，由于这些材料塑性差、变形困难，制备过程中主要采用粉末冶金工艺方法。粉末冶金工艺中的经典烧结理论的研究也是基于高熔点、脆硬材料的[2]。但是，建立在脆硬材料之上的经典烧结理论是否适用于低熔点、低密度的材料，至今仍在研究之中。以往的烧结工艺研究，为了了解烧结后材料显微组织的演变，是将烧结后的试样重新打磨、抛光成金相试样后，在光学金相显微镜下观察其组织的改变。这一方法的缺陷在于得出的试验结果只是烧结完毕后试样组织的变化，对于二元或多元合金系金属粉末而言，无法实时了解烧结过程中基体粉末和添加的合金粉末颗粒间的烧结机理和显微组织的演变过程。用粉末冶金方法制备金属基复合材料，在烧结阶段，基体与外加增强相之间一般不发生反应[3]，烧结工艺的设计是依据基体材料而定。由于铝合金的烧结温度低于纯铝的熔点，因此，在烧结过程中我们可以利用高温光学金相显微镜对整个过程进行原位观察。为了验证经典烧结理论中的“球－球烧结模型”对铝、镁等屈服强度比较低的粉末体系是否依然有效，西安交通大学材料学院柴东朗课题组成功利用自行改制的高温光学金相显微镜，对二元铝基纯金属粉末体系的烧结过程进行了原位观察，即在烧结的同时，实时观察金相试样表面组织的演变过程，并将烧结过程录像存入计算机，发现了许多先前未有报道的新成果，为材料的试验及检测开创了一条新路。

2 试验装置的改造

为了能做到烧结过程的原位观察，试验装置必须要解决两个问题，一是烧结炉要足够小，可以放在光学金相显微镜下对试样进行实时观察，并有冷却系统和控温系统；二是光学金相显微镜的镜片要耐高温，同时要具备成像系统，以便及时将光学信息转换成数字信号，并输入到计算机中以数字格式存储起来，使试验者可以实时观察。经过不断的探索与试验，课题组终于成功研制了可以用于原位观察的高温光学金相显微镜。

课题组自制的高温光学金相显微镜是在普通的光学金相显微镜基础上加以改造的，增加了成像系统和加热系统。结构框图见图 1。成像系统由光学成像系统和数码转换系统两部分构成，数码转换系统的作用是把拍摄到的图像由光学信号转换成数字信号，并存储为数字格式。通过数码转换系统，可以对实验过程拍摄动态连续图像，并根据需要截取成静态单幅图像。整个烧结过程均由成像系统实时录像，并可通过计算机原位观察。加热系统的作用则是实现在给定温度和保护气氛下的烧结，由加热坩埚以及水冷系统、气体保护系统、温控系统和电源等五部分组成，结构示意图如图 2 所示。加热坩埚位于电阻线圈中部，位置偏上，控温仪的热电偶安放在加热坩锅下方、线圈中部的位置。利用电阻线圈直接加热，加热效率高。加热台周围设计成空心环道以便通冷却水使设备降温；加热台上部也有通孔，当烧结某些易氧化材料时通入惰性气体进行保护。烧结时，可通过高温光学金相显微镜对试样表面变化的动态全过程进行实时录像，并可通过计算机原位观察为了进一步研究烧结时加热方式对烧结过程的影响，课题组还对高温光学金相显微镜的电源作了不断改进，使之不仅能实现阶梯式升温，而且能实现震荡式加热。

3试样制备

3.1 试样冷坯的制备

原位观察所用试样均采用粉末冶金法（PM）制备，主要工艺流程如图 3 所示。从烧结加热台示意图（图 2）可以发现，由于热电偶放在试样下方，因此，控温仪显示的温度并不是试样表面的温度。试样只有做得尽可能薄，才能使观察面的温度接近控温仪显示温度。为了保证试验结果的可比性，我们在制作试样时，尽量使所有试样厚度相等；由于加热台中的坩埚直径只有φ10mm，试样也必须做得直径小于 φ10mm；为了保证试验结果的可重复性和真实可靠性，我们把同一种试验材料的试样先制成 φ30×3.5mm 的冷坯，再进行切割分离、磨制后制成 φ7×3mm 的小试样，然后对每一个小试样，按照金相试样制备方法做成金相试样。

3.2金相试样的制备

随着科技的进步和发展，许多先进高端的检测设备被越来越多地应用到新材料的研制和产品检验中去。但是光学金相检验始终是最普遍最广泛的一种主要手段。在光学金相检验中金相试样的制备是获取清晰照片和正确结论的重要环节。利用光学显微镜对试样进行观察时，其观察到的信息主要来自试样表面颜色深浅的变化。我们在制作金相试样时也是依据试样表面不同区域能量的差异或不同相颜色的差异，通过腐蚀剂的作用，使其显示不同的颜色。腐蚀程度深的区域对光的散射严重，腐蚀程度浅的区域对光的散射轻微，这样，在光学显微镜下观察，颜色就有暗、亮之分，从而能分辨出试样表面的细微结构，如晶粒边界、相界、析出物等。用于原位观察的试样由于在压制冷坯时表面已经比较平整，因此，在金相试样的制备过程中只需经过砂纸细磨、抛光、腐蚀等过程。前两个过程的制备方法与一般金相试样制备并无差别，只是腐蚀过程有其自身的特殊要求。腐蚀的目的是将金属的显微组织显现出来。常用的金相组织显示法有化学腐蚀法、电解腐蚀法、金相组织特殊显示等[4]。本课题组采用的是化学腐蚀法。

在普通金相试样的腐蚀中一般经常使用氯化铁盐酸水溶液进行化学腐蚀。课题组在利用原位观察法进行烧结原位观察时发现，原位观察用的试样不能按照常规金相试样的制作方法制作，原因在于经过深度腐蚀的试样，在光学显微镜下观察，还未开始烧结时，外加硬质相颗粒颜色已经很暗，接近于黑色，以致烧结开始后无法观察颗粒表面是否已经发生了变化；如果抛光后的试样不进行腐蚀，又观察不到颗粒边界，也无法了解颗粒边界在烧结过程中的变化。课题组经过不断摸索与反复试验，针对铝基二元合金系试样，调制出浓度极低的腐蚀液，成分为：氢氟酸 1％、盐酸 1.5％、硝酸 2.5％，水 95％。腐蚀开始时，用吸管取出一滴腐蚀液，滴至试样表面 30s左右后立即用清水冲洗、擦酒精、吹干，这样腐蚀出的试样烧结时观察效果最好。此时，腐蚀后的试样只显示出颗粒在基体中的边界，颜色与基体差别不大，而基体和颗粒中的晶界则看不出来。图 4 为烧结时原位观察中截取的烧结试样照片。（a）为烧结前经轻微腐蚀后的试样。此时，可清晰地分辨出外加颗粒在基体中的轮廓。（b）为烧结10 min 时，颗粒周围发生的组织演变，其中黑色部分表明颗粒与基体间已形成共晶液相。

粉末冶金压制方法篇9

大马士革钢兴衰史

用现代术语来说，只含一种成分的钢称为单体钢，含两种以上成份的钢称为复合钢，大马士革钢可以看作是呈现出明显纹路的复合钢。大马士革钢在古代是高档优质钢材的代表，因为对于单体钢来说，其硬度和韧性永远是一对不可调和的矛盾――钢材的含碳量越高，硬度越高，而韧性则越低，韧性低则易折、易崩口；含碳量越低，韧性越高，硬度低则使制成的兵器易弯、易卷刃。而大马士革钢由于是以两种钢材复合而成，因此在硬度和韧性上取得了很好的平衡。此外，大马士革钢所呈现的特殊纹路也是其独有的身份特征，不仅从外观上与其他钢材区分开来，其千姿百态的纹路还具有相当高的艺术效果，体现了不同地区乃至不同制作者的独特风格。

到了近现代以后，现代工业炼钢技术飞速发展，人们不仅能够控制钢材中碳元素的含量，还可以随心所欲地控制铬、钼、钒、锰、钨、硫、磷等元素的含量，这在古代是很难做到的。这些元素对钢材的性能起到至关重要的作用，如铬可提高钢材的硬度、强度，并提高其抗氧化性，形成不锈钢，而硫、磷是有害元素，在钢材中的含量越少越好。现代技术可使化学元素含量达到最佳状态，从而使得现代单体钢的性能远远超过了古代的水平。这种情况令大马士革钢日趋没落，在很多人眼里，大马士革钢已成为一种“中看不中用”的奢侈品，只能作为单纯观赏性的工艺品把玩。

那么，假如使用两种现代单体钢结合制成大马士革钢，是不是性能更加优异呢?理论上说这是肯定的，但在实际操作当中，则面临着似乎无法克服的困难：由于现代优质钢材都是合金不锈钢，在高温条件下，钢材表面必然发生氧化，而现代优质钢中的铬、钨等元素的氧化物熔点高于钢的熔点，这些氧化物夹在欲锻合的两片钢材中间，使它们无法合为一体，即使勉强锻合，也会有“夹灰”的现象，层间结合得非常不紧密。因此，合金元素能使单体钢的性能大大提高，但同时又给折叠锻打技术制造了严重的障碍。有人采用的解决方法是在无氧环境下锻造，虽然可以成功，但这种方式成本太高，过程过于繁琐，操作难度非常高，难以得到广泛应用。

粉末冶金　峰回路转

正所谓“山重水复疑无路，柳暗花明又一村”。20世纪后期，瑞典发展起来的粉末冶金炼钢技术，为大马士革钢带来了新的转机。

上文说，现代炼钢技术可使化学元素达到最佳配比，但这种技术并非完善。传统的炼钢方法，是在炼钢炉中将液态钢水通过吹氩处理、真空脱气、炉外脱硫、直接加入某种金属等方法达到所需的各种元素的配比，然后进入由耐火砖或耐火水泥制成的钢包中，再由钢包中倒入铸模中冷却，得到钢锭。在这个过程中，炼钢炉中的各种化学元素分布是最均匀的理想状态，而进入钢包以后，温度开始降低，这时钢水中的同种成分就会发生聚集现象，等到进入铸模中完全冷却，聚集现象更加严重，化学成分就远不及在炉中时均匀了。有一句俗语说“炉中是金，包里是银，冷却是石”，就是这个意思。

而粉末冶金技术，是当钢还完全是液态时，在无氧环境中从炉口中倒出，同时以高压氮气把钢水吹成雾化状态，使其化学元素来不及聚集就迅速固化成粉末，这样才得以保持其均匀的元素分布。此后在持续高温、高压的密闭容器中，将金属粉末重新焊接为成型钢材。由于元素分布均匀，这种技术炼出的钢材明显优于普通炼钢法生产的钢材。

过去，人们最喜欢用154CM钢材制作刀具，它本来是用于制造飞机螺旋桨的，后来由机螺旋桨不再使用钢材，154CM就停产了。但刀具行业仍有需求，日本企业根据154CM元素含量的数据，用传统技术重新炼出了新的钢材，并将其命名为ATS34。瑞典Erasteel公司同样参照154CM的元素含量标准，但采用粉末冶金技术生产出了一种名为RWL34的钢材，通过对比，其性能明显优于日本的ATS34。

那么，粉末冶金是如何用于制作大马士革钢的呢?1992－1995年间，瑞典Erasteel公司在粉末钢的生产工艺流程中，增加了一套粉末分模的设备，使两种钢材的粉末通过这套分模设备按一层层的方式排列起来，再进行下一步的高温高压焊接过程，就形成了平行纹路的粉末冶金大马士革钢。采用另外不同的分模设备，还可以制成同心圆、马赛克两种纹路的钢材。这种粉末冶金的大马士革钢材具有超高的强度、层间强度、韧性和弹性，因为其突破了传统的折叠锻打制造方法，所以可以使用最合适的钢材进行熔合，完全消除了折叠锻打过程常出现的“夹灰”、层间局部焊接强度低等缺陷。此外粉末冶金制造的大马士革钢抗腐蚀性强，易于保养。这一技术现已申请了专利，并基于此在母公司的基础上专门成立了一个新公司――Damasteel。

纹路形态　无限可能

经过上面的步骤所得到的是圆柱形的钢锭，通过轧辊，可变细变长，形成棒料。Damasteel公司的棒料产品有3种基本纹路――平行纹、同心圆纹和马赛克纹。平行纹和马赛克纹的棒料还可以通过以圆柱的中心线为轴扭转，以改变其内部的纹路状态，扭转的角度不同，效果也不一样。

以这3种棒料为基础，可以制成多种纹路的板材。最直接的方式是锤锻，即用气锤直接将棒料锻造成条型钢板。由于棒料的纹路是从横截面看的，而板材的纹路是从表面看的，因此即使是直接锤锻，板材的纹路形态也会与其棒材完全不同。如同心圆的棒料锤锻后形成完全没有规则的纹路，称为随机纹；扭转过的平行纹棒料锤锻，形成扭绞纹；马赛克纹的棒料经过扭转并锤锻，形成火焰纹的板材。

要想得到更复杂的纹路，还可以采用模锻技术，这需要先制作模具，经模锻后板材的表面部分凸出，再将凸出的部分磨平，其表面就形成了与模具相似的纹路。现在常见的大玫瑰、小玫瑰、奥丁眼、鱼骨等纹路都是以同心圆棒料锤扁后模锻而成的，而天梯纹是马赛克纹棒料锤扁后模锻而成。用这种方式，只要制作相应的模具，几乎可以得到任何想要的纹路。

熔合制造　何为最佳

从理论上说，利用粉末冶金制造大马士革钢，可以选取世界上任意两种钢材熔合，但实际操作还要有所把握的。原始钢材的选择一般要考虑以下几方面因素：性能互补――成分搭配应满足于特定的应用；热处理参数――两种钢材应该有相同或近似的热处理工艺参数；热工效应――两种钢材应有相同或近似的热工效应，以保证锻打或热处理时不影响钢材性能；腐蚀纹路――两种钢材中至少一种元素含量有足够差异，以保证纹路的清晰程度。

Dama steel公司采用RWL34与PMC27两种钢材熔合以制造刀具钢材。经酸洗后，RWL34发亮，而PMC27发黑，钢材表面形成条理清晰的纹路。它的硬度可达60HRc以上，并可保持极佳的韧性。Damasteel公司将其命名为“93x.y马氏体大马士革刀具不锈钢”(Damasteel生产的大马士革钢的名称都以数字9开头，以第二位数字区分种类，x.y表示是由两种钢材复合而成)。除此之外，Damasteel公司还有3种大马士革钢产品，分别为：95x.y奥氏体大马士革不锈钢，也称“首饰钢”，其抗腐蚀能力强，不能淬火，无磁，适于制作餐具、珠宝、表壳、手镯、家具五金件等；96x.y马氏体大马士革枪管不锈钢，硬度可达50HRc以上，特点是韧性高，机械加工性好，有磁性，抗腐蚀性在93、95系列之间，可用于制作高级猎枪、手枪枪管及部件等；92.x.y低合金高硬度大马士革钢，硬度达55HRc以上，其特点是热加工性能好，锻造焊接性好，但抗腐蚀性较差，可用于制作猎枪枪管(适合烤蓝等表面处理)、刀具、伐木斧等。

应用前景广泛

大马士革刀具钢主要用于制作各种形式的刀具：有人用它做猎刀，用来剥皮、割肉，都很好用；也可以做成小巧的折刀，随身携带，遇到割绳子、开纸箱等事情，都可以用它轻松搞定。虽然这些事用普通刀具也能完成，但用大马士革的感觉是不一样的。还有人用它制作传统的长剑，光是钢材成本就要几千元，极尽奢华之能事。

低合金大马士革钢适合制作高档礼品枪。传统的礼品枪往往采用景泰蓝工艺，但由于材质原因，景泰蓝与枪身的结合都不是特别坚固，常常经不起连续射击时的振动，会出现脱落的现象。而使用大马士革钢直接制造枪身的话，不仅使其艺术欣赏性大增，而且也是从冷兵器到热兵器的一种精神传承。

粉末冶金压制方法篇10

关键词：材料成型；控制工程；金属材料；加工工艺

0引言

对于我国制造业而言，材料成型与控制工程是其实现长期健康发展的根本保障，不仅如此，材料成型与控制工程也是我国机械制造业的关键环境，因此，相关企业必须对其给予高度重视。无论是电力机械制造，还是船只等交通工具制造，均离不开材料成型与控制工程，材料成型与控制技术的水平与质量将会直接决定机械制造水平与质量。因此，对材料成型与控制工程中的金属材料加工技术进行细化分析，具有非常重要的现实意义。

1金属材料选材原则

在金属复合材料成型加工过程中，将适量的增强物添加于金属复合材料中，可以在很大程度上高材料的强度，优化材料的耐磨性，但与此同时，也会在一定程度上扩大材料二次加工的难度系数，正因此，不同种类的金属复合材料，拥有不同的加工工艺以及加工方法。例如，连续纤维增强金属基复合材料构件等金属复合材料便可以通过复合成型；而部分金属复合材料却需要经过多重技术手段，才能成型，这些成型技术的实践，需要相关工作人员长期不断加以科研以及探究，才能正式投入使用，促使金属复合材料成型加工技术水平与质量实现不断发展与完善。由于成型加工过程中，如果技术手段存在细小纰漏，或是个别细节存在问题，均会给金属基复合材料结构造成一定的影响，导致其与实际需求出现差异，最终为实际工程预埋巨大的风险隐患，诱发难以估量的后果。所以，相关工作人员在对金属复合材料进行选材过程中，必须准确把握金属材料的本质以及复合材料可塑性，只有这样，才能保证其可以顺利成型，并保证使用安全。

2金属材料加工方法

2.1机械加工成型

当前，金属材料成型与控制工程中，应用最为广泛的金属切割刀具便是金刚石刀具，以金刚石刀具对铝基复合材料进行精加工，与其他金属基复合材料，例如，钻、铣以及车等，均是现代社会中广而易见的。铝基复合材料的金刚石刀具加工形式可以细化为三种：其一，车削形式；其二，铣削形式；其三，钻削形式。其中，钻削即通过镶片麻花钻头对铝基复合材料进行加工，常见的有B4C以及SiC颗粒钻削，然后添加适量的外切削液，可以有效强化铝基复合材料。铣削即通过1.5%-2.0%（W+C）粘结剂，8.0%-8.5%PCD的端面铣刀对铝基复合材料进行加工，常见的有SiC颗粒铣削增强铝基复合材料，然后添加适量的切削液进行冷却。车削以硬合金刀具为主要的切割工具，例如，A1/SiC车削符合材料，并添加适量的乳化液对其进行冷却处理。

2.2挤压与锻模塑性成型

金属材料实际成型加工过程中，相关工作人员可以通过模具表面涂层以及添加剂等技术手段，对实践操作过程中的压力进行有效改善，降低加工操作过程中的摩擦阻力，据相关数据统计，这样可以促使加工过程中的挤压力缩减25%-35%左右，甚至更多。降低加工挤压力，可以有效弱化增强颗粒给模具造成的损伤程度，削弱金属材料塑性，有利于降低金属材料的变形阻力，提高其成型的成功率。除此之外，相关工作人员还可以增加挤压温度，以此促使金属基材料更具可塑性。在金属基材料中添加适量的增强颗粒，可以促使金属基材料的可塑性得到弱化，进而变形抗力得以大幅度提升，此时提高挤压温度，可以加快增强颗粒与金属基材料的溶合速率，优化二者的溶合效果。普遍来说，增强颗粒含量会直接影响挤压速度，由此可见，只有金属基复合材料中的增强物含量较低，才能提高挤压速度，如果金属基复合材料中的增强物含量较高，相关人员必须严格控制挤压速度。不过，挤压速度超高的话，也会导致金属材料成型后，便面出现横向裂纹。综上，相关人员在应用挤压与锻模塑性成型加工技术时，不仅要在金属复合材料表面进行涂层或是剂处理，还要对挤压温度进行严格控制，并结合实际，对挤压速度进行有效调控，只有这样，才能保证成品质量符合要求。

2.3铸造成型

复合材料生产过程中，应用最广泛的加工技术便是铸造成型技术，实际铸造过程中，金属基复合材料中添加增强颗粒后，熔体的粘度以及流动性均会显著提升，加之增强颗粒与熔体在高温下的化学反应作用，便会改变基础材料本质，此时相关工作人员必须在熔化金属基复合材料的过程中，对其熔化温度以及保温时间进行严格管控。高温时，添加的增强颗粒，尤其是碳化硅颗粒，极易产生界面反应，例如，3SiCA1-A14C3+3Si等。进而导致熔体粘度过大，难以浇筑，影响材料本质。此时相关工作热暖可以采取精炼方法，然后添加适量变质剂造渣。但这种操作方法并不适用于颗粒增强铝基复合材料。

2.4粉末冶金成型

粉末冶金成型技术是最早期的制造晶须以及颗粒符合材料零部件、金数基复合材料的手段，具有非常丰厚的实践检验，不仅如此，该技术手段还适用于尺寸较小、形状简单但是具有较高精密性要求的零部件。粉末冶金成型技术具有组织细密、增强相分布均匀、增强相可调节以及界面反应较少等特点，DWA公司现阶段，应经将粉末冶金成型技术延展到多种产品的制造工程中，例如，SiCp增强铝合金基体、管材、自行车零件、自行车支撑设备架以及自行车架等。由于粉末冶金成型技术加工的产品具有非常显著的耐磨性、比模量以及比强度，因此，也受到了航天器材、飞机以及汽车的广泛推崇。

3结语

金属材料在材料成型与控制工程中，属于加工难点，而且极具重要性，发展前景非常广阔，随着科学技术的快速发展，其将受到更多行业领域的青睐以及注重，我国必须给予高度重视，通过不断科研，促使自身的技术水平实现突破与创新，这对提高我国的国际竞争力至关重要。

参考文献：

[1]张文华.材料成型与控制工程模具制造技术分析初探[J].黑龙江科技信息,2015(15).