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摘 要： 材料学是现代科学与技术发展的主要基础学科之一，而粉末冶金是材料学领域的一个重要发展方向。粉末冶金技术是以金属粉末或者金属粉末与非金属粉末的混合物为原料，经过压制成形和烧结两个过程制造出金属材料、复合材料以及各种类型制品的工艺过程，粉末冶金法与陶瓷生产的方法有相似的地方，因此也叫金属陶瓷法。与其他成形制造工艺相比，粉末冶金法具有能耗低、近终成形、大批全零件制造公差小等优点，具有很广阔的应用范围。
关键词： 粉末冶金；组织性能；特种成形；
【中图分类号】 TF12 【文献标识码】 A【文章编号】 2236-1879（2018）04-0052-01
1 引言
粉末冶金技術能够生产具有特殊性能的功能材料、结构材料、复合材料以及可以生产用普通熔炼法无法生产的材料。其技术特点主要有可以控制产品的孔隙度，可生产各种多孔材料能利用金属和金属以及金属和非金属的组合效果，生产各种特殊性能的材料，例如，金属和非金属组成的摩擦材料、钨铜合金电触头材料等能生产多种复合材料，例如，由难熔化合物和金属组成的金属陶瓷和硬质合金、纤维强化复合材料、弥散强化复合材料等。
2 粉末冶金的特种成形技术
2.1 粉末温压成形技术。
粉末温压成形是一种能以较低成本制造出高致密的零件的技术，为粉末冶金零件在性能与成木之间找到了一个最佳的结合点，被认为是二十世纪年代以来粉末冶金零件生产技术领域最为重要的一项技术进步。
2.1.1 温压粉末。
温压粉末是温压技术的核心和获得高密度铁基粉末冶金零部件的技术关键，也是国外两大粉末公司犯公司。金属粉末公司的保密技术。目前最常用的温压粉末为铁粉，而国内尚没有一种国产品牌粉末可以直接以供货态用于温压工艺。国外常用的温压铁粉原料为专利保护产品，其价格为普通铁粉的倍2以上。用于温压的混合粉末要求不仅在加热、传送及压制过程中都应具有良好的压缩性、流动性和始终如一的松装密度，而且制成的零件之间性能一致性也应该很好。
2.2.2 聚合物。
聚合物包括粘结剂和润滑剂。通常，用于温压的预制粉末都会先进行粘结剂处理，目的是在粉末颗粒表面上形成一层均匀的薄膜，以便让粉体在具有防止污染和分层特性的同时，具有良好的流动性和可压缩性。而润滑剂通常要具有较低的摩擦因数、高于温压温度的熔点、防止粉末氧化、分解温度较宽等特性。温压时聚合物的通常加入量为0.6wt%。常用的聚合物一般为无定形高聚物，
2.2.3 温压温度。
众所周知，将温度适当地提高到150℃左右，可减低钢粉颗粒的屈服强度和提高其韧性与可塑性。因此，适当地提高温压的压制温度有利于改善粉末的压缩性。提高压制温度不仅影响钢粉颗粒的韧性，而且影响脱模时零件的体积膨胀。经实验证实，提高压制温度有助于减小脱模时零件体积胀大，从而有利于提高压坯密度。早期的温压一般是采用150℃左右的粉末温度进行温压。后来人们发现，温压温度并不是固定的，而是有一最佳温压温度（包括粉末温度和模具温度）范围。温压温度与所选的润滑剂有密切关系，一般要求将温压温度控制在聚合物的T：上25-85 ℃或熔点之下5-50℃，此时润滑剂处于粘流态，既有一定的粘结性，也有一定的润滑性，可在粉体表面铺展和流动，有利于进一步改善润滑剂的分布，从而提高润滑的效果。若温度过高，由润滑技术形成的润滑膜易被破坏和失效。铁粉在100℃时具有最佳的致密化效果。
2.2.4 温压压力。
目前使用的温压压力一般在1000MPa以下，压速也较低。但现在有学者发。现，温压压坯密度跟温压的压力大小、加压速度有很大关系。在美国奥兰多举行的PMTEC2002会议上，瑞典Hdganas AB公司提出了高速压制 （High-Velocity Compaction} HVC）的粉末冶金制造新方法。他们用冲击机在压制压力为600-1OOOMPa、压制速度为2-30m/s（比传统压制快500-1000倍）的条件下进行压制，得到了压坯密度为7.4g/cm3时以及重量将近5kg的粉末冶金铁基零件，这样重量的粉末冶金制品将扩大粉末冶金的应用范围。高速压制压坯的径向弹性后效很小，因而脱模压力较小，并且压坯密度均匀，其偏差小于0.01 g/cm3。他们还预测，用HVC+WC+DWL方法制造的铁基零件，其压坯密度将达到7.7g/cm3。这些研究表明，压制压力的大小和压速对提高粉末冶金制品的压坯密度起着重要的作用。
2.2.5 烧结工艺条件。
温压压坯的烧结行为也是我们进行温压工艺需要考虑的因素。因为压坯中聚合物的存在，会导致压坯烧结密度的降低。并且烧结温度太高，可能会抵消温压带来的高压坯密度。有学者指出，粉末的烧结密度是温压及烧结两个过程综合作用的结果。为保证更高的烧结密度，温压压坯烧结时不能简单的采用通常的一次推杆炉一次烧结，而应采用低温真空预烧后再高温烧结的方式。真空预烧可以较充分地排除润滑剂，在氢气中预烧次之；不低温预烧，将使产品的最终烧结密度低于温压压制时的压坯密度。
2.2.6 温压工艺的致密化机理。
近年来，国内的许多学者在这方面也作了研究，综合这些成果，较为一致的看法是，温度改善了润滑剂的润滑性能，降低了粉末颗粒之间以及粉末颗粒与模壁之间的摩擦力，前者促进了粉末在压制过程中的颗粒重排，后者使压力在压制过程中得以更好的传递，改善了密度分布而且，温度的升高同时改善了金属粉末的塑性变形能力。颗粒重排和塑性变形的综合作用最终提高了压制密度。通常认为在压制前期较低压力下颗粒重排对粉末致密化起主导作用，压制后期较高压力下塑性变形取代颗粒重排成为致密化的主要机理。从整个压制过程来看，是颗粒重排还是塑性变形对致密化起主要作用，目前还没有定论，这主要是因为用于描述温压致密化的数学模型不健全以及不同研究者对原始粉末处理方法和润滑剂选择不同所致。而温压过程中的塑性变形和颗粒重排对粉末致密化的影响，可以通过考察温度、压力对润滑剂润滑性能的影响以及对金属粉末塑性变形能力的影响来解释。
3 结语
温压工艺是一种低成本制造高密度、高精度、高性能的铁基粉末冶金材料的方法。论文在国内外温压技术研究进展的基础上，从宏观和微观的角度出发，采用理论分析和试验研究相结合的方法，对温压成形过程中铁粉的压制规律进行了系统而深入的探讨，揭示了温压的致密化机理。
参考文献
[1] 邹志强，曲选辉，黄伯云.国外粉末冶金的最新进展〔J].粉末冶金技术，1997， 15（1）：66-70.
[2] 美国金属学会主编，韩凤麟译.金属手册（第九版），第七卷：粉末冶金〔M].北京：机械工业出版社，1994.
[3] [15]黄培云.粉末冶金原理（第2版）[M].北京：冶金工业出版社，1997
作者简介：姓名：曾祺，1995.05.23男汉族湖北省武汉市本科材料物理
关键词： 粉末冶金；组织性能；特种成形；
【中图分类号】 TF12 【文献标识码】 A【文章编号】 2236-1879（2018）04-0052-01
1 引言
粉末冶金技術能够生产具有特殊性能的功能材料、结构材料、复合材料以及可以生产用普通熔炼法无法生产的材料。其技术特点主要有可以控制产品的孔隙度，可生产各种多孔材料能利用金属和金属以及金属和非金属的组合效果，生产各种特殊性能的材料，例如，金属和非金属组成的摩擦材料、钨铜合金电触头材料等能生产多种复合材料，例如，由难熔化合物和金属组成的金属陶瓷和硬质合金、纤维强化复合材料、弥散强化复合材料等。
2 粉末冶金的特种成形技术
2.1 粉末温压成形技术。
粉末温压成形是一种能以较低成本制造出高致密的零件的技术，为粉末冶金零件在性能与成木之间找到了一个最佳的结合点，被认为是二十世纪年代以来粉末冶金零件生产技术领域最为重要的一项技术进步。
2.1.1 温压粉末。
温压粉末是温压技术的核心和获得高密度铁基粉末冶金零部件的技术关键，也是国外两大粉末公司犯公司。金属粉末公司的保密技术。目前最常用的温压粉末为铁粉，而国内尚没有一种国产品牌粉末可以直接以供货态用于温压工艺。国外常用的温压铁粉原料为专利保护产品，其价格为普通铁粉的倍2以上。用于温压的混合粉末要求不仅在加热、传送及压制过程中都应具有良好的压缩性、流动性和始终如一的松装密度，而且制成的零件之间性能一致性也应该很好。
2.2.2 聚合物。
聚合物包括粘结剂和润滑剂。通常，用于温压的预制粉末都会先进行粘结剂处理，目的是在粉末颗粒表面上形成一层均匀的薄膜，以便让粉体在具有防止污染和分层特性的同时，具有良好的流动性和可压缩性。而润滑剂通常要具有较低的摩擦因数、高于温压温度的熔点、防止粉末氧化、分解温度较宽等特性。温压时聚合物的通常加入量为0.6wt%。常用的聚合物一般为无定形高聚物，
2.2.3 温压温度。
众所周知，将温度适当地提高到150℃左右，可减低钢粉颗粒的屈服强度和提高其韧性与可塑性。因此，适当地提高温压的压制温度有利于改善粉末的压缩性。提高压制温度不仅影响钢粉颗粒的韧性，而且影响脱模时零件的体积膨胀。经实验证实，提高压制温度有助于减小脱模时零件体积胀大，从而有利于提高压坯密度。早期的温压一般是采用150℃左右的粉末温度进行温压。后来人们发现，温压温度并不是固定的，而是有一最佳温压温度（包括粉末温度和模具温度）范围。温压温度与所选的润滑剂有密切关系，一般要求将温压温度控制在聚合物的T：上25-85 ℃或熔点之下5-50℃，此时润滑剂处于粘流态，既有一定的粘结性，也有一定的润滑性，可在粉体表面铺展和流动，有利于进一步改善润滑剂的分布，从而提高润滑的效果。若温度过高，由润滑技术形成的润滑膜易被破坏和失效。铁粉在100℃时具有最佳的致密化效果。
2.2.4 温压压力。
目前使用的温压压力一般在1000MPa以下，压速也较低。但现在有学者发。现，温压压坯密度跟温压的压力大小、加压速度有很大关系。在美国奥兰多举行的PMTEC2002会议上，瑞典Hdganas AB公司提出了高速压制 （High-Velocity Compaction} HVC）的粉末冶金制造新方法。他们用冲击机在压制压力为600-1OOOMPa、压制速度为2-30m/s（比传统压制快500-1000倍）的条件下进行压制，得到了压坯密度为7.4g/cm3时以及重量将近5kg的粉末冶金铁基零件，这样重量的粉末冶金制品将扩大粉末冶金的应用范围。高速压制压坯的径向弹性后效很小，因而脱模压力较小，并且压坯密度均匀，其偏差小于0.01 g/cm3。他们还预测，用HVC+WC+DWL方法制造的铁基零件，其压坯密度将达到7.7g/cm3。这些研究表明，压制压力的大小和压速对提高粉末冶金制品的压坯密度起着重要的作用。
2.2.5 烧结工艺条件。
温压压坯的烧结行为也是我们进行温压工艺需要考虑的因素。因为压坯中聚合物的存在，会导致压坯烧结密度的降低。并且烧结温度太高，可能会抵消温压带来的高压坯密度。有学者指出，粉末的烧结密度是温压及烧结两个过程综合作用的结果。为保证更高的烧结密度，温压压坯烧结时不能简单的采用通常的一次推杆炉一次烧结，而应采用低温真空预烧后再高温烧结的方式。真空预烧可以较充分地排除润滑剂，在氢气中预烧次之；不低温预烧，将使产品的最终烧结密度低于温压压制时的压坯密度。
2.2.6 温压工艺的致密化机理。
近年来，国内的许多学者在这方面也作了研究，综合这些成果，较为一致的看法是，温度改善了润滑剂的润滑性能，降低了粉末颗粒之间以及粉末颗粒与模壁之间的摩擦力，前者促进了粉末在压制过程中的颗粒重排，后者使压力在压制过程中得以更好的传递，改善了密度分布而且，温度的升高同时改善了金属粉末的塑性变形能力。颗粒重排和塑性变形的综合作用最终提高了压制密度。通常认为在压制前期较低压力下颗粒重排对粉末致密化起主导作用，压制后期较高压力下塑性变形取代颗粒重排成为致密化的主要机理。从整个压制过程来看，是颗粒重排还是塑性变形对致密化起主要作用，目前还没有定论，这主要是因为用于描述温压致密化的数学模型不健全以及不同研究者对原始粉末处理方法和润滑剂选择不同所致。而温压过程中的塑性变形和颗粒重排对粉末致密化的影响，可以通过考察温度、压力对润滑剂润滑性能的影响以及对金属粉末塑性变形能力的影响来解释。
3 结语
温压工艺是一种低成本制造高密度、高精度、高性能的铁基粉末冶金材料的方法。论文在国内外温压技术研究进展的基础上，从宏观和微观的角度出发，采用理论分析和试验研究相结合的方法，对温压成形过程中铁粉的压制规律进行了系统而深入的探讨，揭示了温压的致密化机理。
参考文献
[1] 邹志强，曲选辉，黄伯云.国外粉末冶金的最新进展〔J].粉末冶金技术，1997， 15（1）：66-70.
[2] 美国金属学会主编，韩凤麟译.金属手册（第九版），第七卷：粉末冶金〔M].北京：机械工业出版社，1994.
[3] [15]黄培云.粉末冶金原理（第2版）[M].北京：冶金工业出版社，1997
作者简介：姓名：曾祺，1995.05.23男汉族湖北省武汉市本科材料物理