粉末冶金（Powder metallurgy），顧名思義，就是一種以金屬粉末為原料，經(jīng)壓制和燒結(jié)制成各種制品的加工方法。這不是一種什么新工藝和技術(shù)，甚至可追溯到古埃及時(shí)候，但是在追求可持續(xù)性發(fā)展和綠色發(fā)展的今天，也算是契合了時(shí)代的發(fā)展，得到了越來(lái)越多的應(yīng)用。今天我們就一起來(lái)了解一下這種制造方法，或許能給大家的零部件制造方式提供一種新選擇。
工藝過(guò)程
粉末冶金和鍛造或鑄造工藝類似，不同的是其原始材料為金屬粉末（常見(jiàn)的有鐵、鋼、銅等）。將粉末狀的原材料運(yùn)用復(fù)雜模具在室溫下（特殊情況下也可加熱）進(jìn)行壓制，壓制完的工件尺寸接近完成品，但其機(jī)械性能還是不穩(wěn)定的。為使其進(jìn)一步強(qiáng)化，接下來(lái)再以接近但略低于所用金屬的熔點(diǎn)下的溫度進(jìn)行燒結(jié)，此時(shí)產(chǎn)品的的微觀組織將發(fā)生變化，得到一個(gè)尺寸精確、擁有較高強(qiáng)度的部件。
一般情況下粉末冶金得到的部件可以直接使用了，但也可根據(jù)需要進(jìn)行二次加工處理，比如精加工、熱處理、電鍍或涂層、噴丸強(qiáng)化等等，以增強(qiáng)或提高零件的公差、密度、強(qiáng)度、形狀、耐腐蝕性等性能。
粉末冶金優(yōu)點(diǎn)
與其它生產(chǎn)制造技術(shù)相比，粉末冶金幾乎不產(chǎn)生材料浪費(fèi)，材料利用率超過(guò)97%，并且可以直接成型復(fù)雜的幾何形狀，并在燒結(jié)產(chǎn)品中保持緊密的尺寸公差控制，這樣可以減少甚至可能完全消除傳統(tǒng)制造工藝中的加工操作。這也是我們稱之為綠色制造技術(shù)的原因。
除了這些工藝上帶來(lái)的節(jié)省外，粉末冶金還有其獨(dú)特性，利用其原材料為粉末的優(yōu)勢(shì)，實(shí)現(xiàn)一些在傳統(tǒng)加工中很難或不可能實(shí)現(xiàn)的一些控制，比如化學(xué)成分組合的配比控制、對(duì)微觀結(jié)構(gòu)的控制、對(duì)孔隙度的控制等。
下面我們通過(guò)一些具體的產(chǎn)品示例，增強(qiáng)大家的理解。
1. 將無(wú)法溶合的材料組合在一起
粉末冶金允許以親密的混合形式加工通常被視為不可混淆的材料組合。此類粉末冶金應(yīng)用的成熟示例包括：
(1)制動(dòng)襯片和離合器面的摩擦材料
將其中一系列非金屬材料（用于傳遞耐磨性或控制摩擦水平）嵌入銅基或鐵基中。
(2)硬質(zhì)合金
常用于切削工具，成型工具或磨具。它們包括與金屬相結(jié)合的硬質(zhì)相，只有通過(guò)在高于粘合劑熔點(diǎn)的溫度下進(jìn)行液相燒結(jié)才能產(chǎn)生的微觀結(jié)構(gòu)。與鈷結(jié)合的碳化鎢是這種材料的主要示例，但也可以使用包括一系列其他碳化物，氮化物，碳氮化物或氧化物的其他硬質(zhì)合金，并且可以將鈷以外的其他金屬用作粘合劑（Ni，Ni-Cr，鎳鈷等）。
(3)金剛石切削工具材料
其中細(xì)小的金剛石砂礫均勻地分散在金屬基體中。同樣，在這些材料的加工中采用液相燒結(jié)。
(4)電觸頭材料
例如銅/鎢，銀/氧化鎘。
2.加工熔點(diǎn)很高的材料
粉末冶金技術(shù)可以處理熔點(diǎn)很高的材料，包括難熔金屬，例如鎢，鉬和鉭。這種金屬很難通過(guò)熔化和鑄造來(lái)生產(chǎn)，并且在鑄造狀態(tài)下通常非常脆。鎢坯的生產(chǎn)是粉末冶金的早期應(yīng)用領(lǐng)域之一，隨后用于拉制白熾燈的電線。
3.孔隙率受控的產(chǎn)品
粉末冶金技術(shù)可以制造結(jié)構(gòu)孔隙率可控的產(chǎn)品。燒結(jié)過(guò)濾器元件就是這種應(yīng)用的例子。另一個(gè)主要的例子是保油或自潤(rùn)滑軸承，這是粉末冶金歷史最悠久的應(yīng)用之一，在該應(yīng)用中，燒結(jié)結(jié)構(gòu)中相互連接的孔隙率用于容納潤(rùn)滑油。
4.具有優(yōu)越性能的產(chǎn)品
在某些特定的應(yīng)用中，與常規(guī)的鑄造或鍛造工藝相反，粉末冶金工藝通?？梢酝ㄟ^(guò)對(duì)微觀結(jié)構(gòu)的出色控制來(lái)產(chǎn)生卓越的性能。此類應(yīng)用程序中的好例子是：
(1)磁性材料
幾乎所有的硬（永久）磁鐵和大約30％的軟磁鐵都是從粉末原料加工而成的。
(2)高速鋼
與鍛造產(chǎn)品相比，粉末冶金加工材料具有更精細(xì)，更可控的微觀結(jié)構(gòu)，具有更高的韌性和切削性能。
(3)鎳或鈷基高溫合金
鎳基或鈷基超合金用于航空發(fā)動(dòng)機(jī)應(yīng)用，其中粉末冶金工藝可提供常規(guī)無(wú)法達(dá)到的成分范圍和微結(jié)構(gòu)控制，因此可提高工作溫度和性能。
粉末冶金的限制
雖然粉末冶金有著各種優(yōu)勢(shì)，在其應(yīng)用上目前還存在著一些限制。主要有以下幾點(diǎn)：
1. 零件尺寸、重量有限制：
粉末冶金由于期間需要壓制工藝，這會(huì)用到壓機(jī)，因而受到當(dāng)前壓機(jī)噸位的限制，尺寸不可能做的很大，一般最大在250mm左右。而且由于金屬粉末的流動(dòng)性受限，粉末冶金工藝生產(chǎn)20kg以上的零部件還存在困難。
2. 不適用于沖擊和動(dòng)態(tài)載荷應(yīng)用
由于粉末冶金零件的密度通常較低，導(dǎo)致其強(qiáng)度和韌性不如鍛造件或機(jī)加工件。粉末壓實(shí)和燒結(jié)后存在的氣孔也會(huì)影響材料的機(jī)械性能。這使得粉末冶金件不太適合用在有沖擊和高動(dòng)態(tài)載荷等高應(yīng)力、高應(yīng)變的應(yīng)用上。
3. 較高的設(shè)備和模具成本
粉末冶金的工藝決定了其要使用專用的模具和設(shè)備，而且成本相對(duì)較高，在小批量生產(chǎn)時(shí)不具經(jīng)濟(jì)性，因而粉末冶金通常適用于大批量生產(chǎn)。
