粉末冶金技术发展动向

粉末冶金制品工业是一个高、新技术产业新材料、新工艺、新装备层出不穷，瞬息万变，当前正在致力于研究与开发将铁基粉末冶金零件的密度提高到7.6g/cm³的制造技术和粉末原料，预计2010年以前这个目标可以实现。实际上，现在些粉未冶金零件的密度己达到了7.5g/cm³，例如法国Sintertech生产的同步器环。当前值得注意的一些技术发展动向是：温压、模壁润滑、高温烧结、金属注射成形、烧结硬化及软磁复合材料等。

对粉末冶金机械零件行业而言，进入九十年代以来,温压是最重要的技术进展之一。据瑞典赫格纳斯公司估计(1)，全世界用温压生产的粉末冶金零件己有38种，生产线共有20条，还有20多家公司正在进行试验(见表1)。温压的可能用途见表2。实际上，现在用温压生产的粉末冶金零件远比表1中所列者多。如上所述，台湾保来得公司就己用温压生产40多种零件了。

表1 1996年全球温压的动态

normal style="MARGIN: 0cm 0cm 0pt"> 

normal style="MARGIN: 0cm 0cm 0pt">美 国

normal style="MARGIN: 0cm 0cm 0pt">欧 洲

normal style="MARGIN: 0cm 0cm 0pt">远 东

normal style="MARGIN: 0cm 0cm 0pt">生产线

normal style="MARGIN: 0cm 0cm 0pt">10

normal style="MARGIN: 0cm 0cm 0pt">6

normal style="MARGIN: 0cm 0cm 0pt">4

normal style="MARGIN: 0cm 0cm 0pt">在生产的零件

normal style="MARGIN: 0cm 0cm 0pt">20

normal style="MARGIN: 0cm 0cm 0pt">3

normal style="MARGIN: 0cm 0cm 0pt">15

normal style="MARGIN: 0cm 0cm 0pt">在试验的公司

normal style="MARGIN: 0cm 0cm 0pt">一些

normal style="MARGIN: 0cm 0cm 0pt">10+

normal style="MARGIN: 0cm 0cm 0pt">10+

表2 温压的可能用途

normal style="MARGIN: 0cm 0cm 0pt">应 用

normal style="MARGIN: 0cm 0cm 0pt">优 点

normal style="MARGIN: 0cm 0cm 0pt">螺旋齿输（电动工具）
泵轮
连杆
凸轮
链轮
同步器毂
螺旋齿轮（变速箱）
软磁零件

normal style="MARGIN: 0cm 0cm 0pt">增高强度
增高强度
增高疲劳强度
减少磨损
增高切削加工强度
增高强度
增高弯曲疲劳强度
较高密度

粉末锻造兴起于七十年代初。1981年日本丰田汽车公司宣布粉末锻造汽车发动机连杆试制成功，并投入了生产。但是，真正投入大批量生产和使用的是美国的Masco Tech Sintered Components与福特汽车公司，预计到1998年年生产能力将达到约3000万根(2)。到1993年底，这家公司共生产了粉锻连杆2500万根。但是，1994年温压工艺出现后，福特汽车公司认为粉锻连杆不久将达到应用的顶点，最终将为一次压制一次烧结的连杆所替代。他们认为“未来是属于一次烧结连杆的”(3)。

在粉末冶金零件生产中，为了减少粉末颗粒之间和粉末颗粒与模壁之间的摩擦，粉末混合料中都添加有一定量的润滑剂，诸如硬脂酸锌等。要除去这些润滑剂始终是粉末冶金机械零件生产中一个难题。能否将润滑剂混入粉末中改为喷涂于模壁上，是长期探索的一条途径。据文献报导(4)，用铁粉(F－0000)和钢粉(FN0205，Fe－2.Ni－0.45 C-1.3Cu)进行的试验表明，在密度6.0g/em³－7.3g/cm³的范围内，模壁润滑者比将润滑剂掺加于粉末内者，生坯强度可增高128%－127%(对于F－0000)和66%－139%(对于FN0205)，而两者的烧结件强度相差很小，可认为在试验的误差范围之内。现在，美国Gasbarre Products己采用模壁润滑，其系统已在市场出售。nextpage

烧结硬化是将铁基粉末冶金零件的烧结过程和借助于通过炉子冷却带时进行淬火硬化结合起来的一项新工艺。在美国MPIF1997年版“粉末冶金结构零件材料标准”中，己含有这类材料的技术标准(见“粉末冶金工业”V01.8N0.3，1998，444)。这类材料是由预合金化Ni-Mo钢粉混合以铜粉与石墨粉制成的。QMP的ATOMET4701粉就是为烧结硬化工艺而开发的。在烧结硬化过程中，可通过控制烧结炉冷却带的冷却速度来调整材料的显微组织，使之达到所要求的马氏体含量和力学性能。表3显示由低合金Ni-Mo钢粉+2%铜粉+1%石墨粉制造的，密度6.75g/cm³的烧结硬化钢的硬度和马氏体百分含量的关系(5)。很明显，这类材料的开发，对于需要进行后续热处理的高强度粉末冶金结构零件的发展具有重要实际意义。

表3 烧结硬化钢的硬度与马氏体百分含量的关系

normal style="MARGIN: 0cm 0cm 0pt">硬 度（HRC）

normal style="MARGIN: 0cm 0cm 0pt">马氏体（％）

normal style="MARGIN: 0cm 0cm 0pt">珠光体＋孔隙（％）

normal style="MARGIN: 0cm 0cm 0pt">10
15
20
25
30
35
40

normal style="MARGIN: 0cm 0cm 0pt">10
18
40
55
75
85
95

normal style="MARGIN: 0cm 0cm 0pt">90
82
60
45
25
15
5

这种材料是由颗粒表面涂覆有一层树脂类材料的铁粉，用温压压制成形的。瑞典赫格纳斯公司生产的这类粉末牌号为Somaloy500、QMP的牌号为ATOMETEM－1。由这种SMC材料制造的铁粉芯，在美国通用汽车公司的整体线圈与电子线路(ICE－4)点火装置中己得到了应用。在1997年SAE国际会议与博览会上，这个产品获得了汽车革新奖。这个产品是用温压试制的第一产品，1990年开始在葡萄牙试生产，1992年样品开始投放欧洲与南美市场，1998年这种产品将开始用于美国车辆中，现在这种SMC材料已发展到第三代，其性能改进的数据见表4。

表4 美国通用汽车公司用于AC用途的SMC材料的性能改进

 

normal style="MARGIN: 0cm 0cm 0pt">初期材料

normal style="MARGIN: 0cm 0cm 0pt">现在的材料

normal style="MARGIN: 0cm 0cm 0pt">第二代材料

normal style="MARGIN: 0cm 0cm 0pt">第三代材料

normal style="MARGIN: 0cm 0cm 0pt">密度(g/cm³)

normal style="MARGIN: 0cm 0cm 0pt">7.20

normal style="MARGIN: 0cm 0cm 0pt">7.25

normal style="MARGIN: 0cm 0cm 0pt">7.35

normal style="MARGIN: 0cm 0cm 0pt">7.45

normal style="MARGIN: 0cm 0cm 0pt">电阴率(ohm-cm)

normal style="MARGIN: 0cm 0cm 0pt">0.15

normal style="MARGIN: 0cm 0cm 0pt">0.20

normal style="MARGIN: 0cm 0cm 0pt">0.20

normal style="MARGIN: 0cm 0cm 0pt">1.50

normal style="MARGIN: 0cm 0cm 0pt">Bmax(KG)

normal style="MARGIN: 0cm 0cm 0pt">13.00

normal style="MARGIN: 0cm 0cm 0pt">13.5

normal style="MARGIN: 0cm 0cm 0pt">14.5

normal style="MARGIN: 0cm 0cm 0pt">15.75

normal style="MARGIN: 0cm 0cm 0pt">最大磁导率 (G/Oe)

normal style="MARGIN: 0cm 0cm 0pt">90

normal style="MARGIN: 0cm 0cm 0pt">190

normal style="MARGIN: 0cm 0cm 0pt">350

normal style="MARGIN: 0cm 0cm 0pt">400

normal style="MARGIN: 0cm 0cm 0pt">于1500e和50Hz下测量的数据

这种材料的开发与应用为汽车点火装置、电灯振流器、变压器铁芯、低频滤波器与扼流圈铁芯，以及电动机中的硅钢片制品，找到了一种经济的替代产品。因此,这可能是一类极有发展前景，市场广阔的新材料。

除上述外，金属注射成形(MIM)和高温烧结工艺也都是值得重视的新工艺。

在二一世纪来临之际，让我们回顾一下世界粉末冶金机械零件行业的发展动向，对我国粉末冶金零件的生产厂和用户如何面对二一世纪粉末冶金零件的生产、发展和应用，或许是有益的。