金屬粉末壓製成形6大新技術
點擊量：3469 發布時間：2017-03-06 作者：草莓视频ios（上海）增材製造技術（shù）有限公司
●粉末（mò）壓製成型新技術（shù）
1.動（dòng）磁壓製技術（shù）
原（yuán）理:將粉末裝於一個導電（diàn）的容（róng）器(護套)內,置於高強磁場線圈的中心（xīn）腔中。電容器放電在數微秒（miǎo）內（nèi）對線圈通入高脈衝電（diàn）流,線圈（quān）腔中形成磁場,護套內產生感應電流。感應電流與施加磁場相互作用,產生由外（wài）向內壓縮護套的磁力,因而粉末得到二維壓製。整個壓製過程不足1ms。
動磁壓製的（de）優點:
1.由於（yú）不使用模具,成型時模壁摩擦減（jiǎn）少到0，因而可（kě）達到更高的壓製壓力,有利於（yú）提高產品，並且生產成本低；
2.由於在任何（hé）溫度與氣（qì）氛中均可施壓,並適用於所有材料,因而工作條件更加靈活；
3. 由於這一工藝不使（shǐ）用潤滑劑與粘結劑,因而成型產品中不含有雜質，性能較高，而且還有（yǒu）利於（yú）環保。
許多合金鋼粉用動磁壓製做過實驗,粉末中不添（tiān）加任何潤滑劑,生（shēng）坯密度均在95%以上。動磁壓製件可以在常規燒結（jié）條件下進行燒結（jié）,其（qí）力學性能高於傳（chuán）統壓製件。動磁壓製適用於（yú）製造柱形對稱的近終形件、薄壁管、縱（zòng）橫比高（gāo）的零件和內部形狀複雜的零件。
動磁壓製有可能使電機設計與製造方法產生革命性變化,由粉末材料一（yī）次製成近終形定子與轉子（zǐ）,從而獲得高性能產品,大大降低生產成本（běn）。
動磁壓製正用於開發高性能粘結釹鐵硼磁體與燒結釤鈷磁體（tǐ）。由於動磁壓製的（de）粘結釹鐵硼磁體密度高,其磁能（néng）積可提高15%-20%。
動（dòng）磁壓製的亞毫秒（miǎo）壓製過程有助於保持（chí）材料的顯微結構不變,因而也提高了材料性能。對於象Ｗ、ＷＣ與（yǔ）陶瓷粉末等難壓製（zhì）材料,動磁壓製可達到較高的（de）密（mì）度,從而降低燒結收縮率。目（mù）前許多動（dòng）磁壓製（zhì）的應用已接近工業化（huà）階段,第一（yī）台動磁壓（yā）製係統（tǒng）已在（zài）運行中。
2.高（gāo）速壓製
瑞（ruì）典（diǎn）開發出粉末冶（yě）金用高速壓製法（fǎ）。這（zhè）可能是粉末冶金工業的又一次重大技術突破（pò）。高速壓製采用液壓衝擊機,它與傳統壓製有許多相似之處,但（dàn）關鍵是壓製（zhì）速度比傳統快500～1000倍,其壓頭速（sù）度高達2～30m/s,因而適用於大批量（liàng）生產。液（yè）壓驅動的重錘(5～1200kg)可（kě）產生強烈衝擊（jī）波,0.02s內將壓製能（néng）量通過壓模傳給粉末（mò）進行致密化。重錘的質量與衝擊時的速度決定壓製能量與致密化程度。
高（gāo）速壓（yā）製的另一個特點是產生多重衝擊波，間隔約0 3s的一個（gè）個附加衝擊（jī）波將密度不斷提高。這種多重衝擊提高（gāo）密（mì）度的一個優點是,可用比（bǐ）傳統壓製小的設備製造重達（dá）5kg以上的大零件。
高速壓製適用於（yú）製造閥座、氣門導管、主軸承蓋、輪轂、齒輪、法蘭、連杆、軸套及（jí）軸承座圈等產品。
與傳統壓製相比, 高（gāo）速壓製（zhì）的優點（diǎn）是：
壓製件密度提高，提（tí）高幅（fú）度在0.3g/cm3左右；
壓（yā）製件抗拉強度可提高20%～25%；
高速（sù）壓製壓坯徑向彈性後效很（hěn）小, 脫模力（lì）較低；
高速壓（yā）製的密度較均勻, 其偏差小於（yú）0.01g/cm3。
3.溫壓成型技術
溫壓技術是近幾年新（xīn）發展的一項新技術。它是在混合物中添加高溫新型潤滑劑，然後將粉末和模具加熱（rè）至423K左（zuǒ）右進行剛性模（mó）壓製，最後采用（yòng）傳統（tǒng）的燒結（jié）工藝進行燒結的技術，是普通模壓技術的發展與延伸，被國際粉末冶金界譽為（wéi） “開創鐵（tiě）基粉末冶金零部件（jiàn）應用新紀元”和“導致粉末冶金技術革命（mìng）”的新型（xíng）成型技（jì）術。
其與傳統模壓工藝主要區（qū）別之處在於壓製過程（chéng）中將粉末和模具（jù）加（jiā）熱到一定的溫度，溫度通常設定在130~150℃範圍以內，可使鐵基（jī）粉末冶金零件密度提高0.15～0.4g/cm3，粉末壓坯相對（duì）密度可達到98-99%。
在該工藝（yì）中，為了充分發揮在壓製過（guò）程（chéng）中的顆粒重排和（hé）塑性變形等溫壓（yā）致密化機製，往往需要優化原料粉末設計（如形狀、粒度組成的選擇（zé）），通過（guò）退火或擴散退火處（chù）理以改善粉末塑性，以及往粉末中摻入高性（xìng）能高（gāo）溫潤（rùn）滑劑（添加量通常為0.6wt%）。
特點 ：
（1）密度（dù）高且分布均勻
常規一次壓製-燒結最高（gāo）密度一般為7.1g/cm3左右，溫壓一次壓製-燒結密度可（kě）達到7.40-7.50 g/cm3，溫壓二次（cì）壓製-燒（shāo）結密度可高達7.6g/cm3左右。溫壓（yā）工藝中（zhōng）高性能潤滑劑保證了粉末與模壁之間具有較低的（de）摩擦（cā）係數，使（shǐ）得壓坯密度分布更（gèng）加均勻，采用（yòng）溫壓工藝製備齒輪類（lèi）零件（jiàn）時齒部與根部間的（de）密度差（chà）比常規壓製工藝低0.1～0.2g/cm3。
（2）生坯強度高
常規（guī）工藝的生坯強度約為10~20MPa，溫壓壓坯的強度則（zé）為25~30MPa，提高了1.25-2倍。生坯強度的提高可以大大降低產品在轉移過程（chéng）中出現的掉邊、掉角等缺陷（xiàn），有利於製備（bèi）形狀複雜的零件；同時，還有望對生坯（pī）直接進行機加工（gōng），免去燒結後（hòu）的機加工工（gōng）序，降低了生產成（chéng）本。這一點在溫壓（yā）-燒結連杆製備中（zhōng）表現得尤為明顯。
（3）脫模壓力小
溫壓工藝（yì）脫模壓力(Slide pressure)約為10~20MPa，而常規工藝卻高達55~75MPa，其降低幅度超過60%。低的脫模壓力（lì）意味著溫壓工藝易於壓製形狀複雜（zá）的（de）鐵基（jī）P/M零件和減小（xiǎo）模具磨損從而延長其使用壽命。
（4）表麵精度高
由於溫壓工藝使壓坯密（mì）度升高，而且溫壓中處於粘（zhān）流態的潤滑劑具有（yǒu）良好的“整平”作（zuò）用，因此它可以使鐵基粉末（mò）冶金零件表（biǎo）麵精度提高2個IT等級（jí），使納米晶硬質合金粉末壓坯表麵精度提高3個IT等級。
溫（wēn）壓技術研究和開發的核心：
預（yù）合金化粉末的製造技術（shù）；
新型聚合物潤（rùn）滑劑的設計；
石墨粉末有效添加技術；
無偏析粉末的製造技術；
溫（wēn）壓係統製備技術。
溫壓技術主要適合生產鐵基合金（jīn）零件。同時人們正在嚐（cháng）試用這種技術製（zhì）備（bèi）銅基合金等多種材料零件。由於溫壓零件的密度得到了較好的提高，從而（ér）大大提（tí）高了鐵基等粉末冶金製品的可靠性（xìng），因此溫壓技術（shù）在汽車製造 機械製造、武（wǔ）器製（zhì）造等領域存在著（zhe）廣（guǎng）闊的應用前景。
4.流動溫（wēn）壓技術
流動溫壓技術以溫壓技術為基礎,並結（jié）合了金屬注射成形的優點,通過加入適量的微細粉末和加（jiā）大潤（rùn）滑劑的含量而大大提高了混合粉末的流動性、填充能力（lì）和成形（xíng）性, 這一工藝是利用調節粉（fěn）末的填充密度（dù）與潤滑劑（jì）含量來提高（gāo）粉末材料的（de）成（chéng）形（xíng）性。它是介於金屬注射成形與傳統模（mó）壓之間（jiān）的一種成形工藝。
流（liú）動溫壓技術（shù）的關鍵是提高混合粉末的流動（dòng）性，主要通過兩種方法來實現：
第一種方法是:向粉（fěn）末中加入精細粉末。這種精細粉末能夠填充在大顆粒（lì）之間（jiān）的間（jiān）隙中,從而提高了混（hún）合粉末的鬆（sōng）裝密度。
第二種方法是:比傳統粉末冶金工藝加入更多的粘結劑和潤滑（huá）劑,但其（qí）加入量要比粉末注射成（chéng）形少得多。粘結劑或潤滑（huá）劑的加入量達到最優化（huà）後,混合粉末在壓製中就轉變成一種填充性很高的液流體。
將上述兩種方法結合起來,混合粉（fěn）末在壓製溫度下就可轉變成為流動（dòng）性很好的黏流（liú）體（tǐ）,它既具有液體的所有優點,又具有很高的黏度。混合粉末的流變行為使得粉末在壓製過程中可以流向各個角落而不產生裂紋。
流動溫壓工藝主要特點如下:
(1)可成形零件的複雜幾何形狀。國外已利用常規溫（wēn）壓工藝成功（gōng）製備出了一些（xiē）形狀較複雜的粉末（mò）冶（yě）金零件,如汽車傳動轉矩變換器渦輪轂、連杆（gǎn）和齒輪（lún）類（lèi）零件等。
(2)密度（dù）高、性能均一（yī）。流動溫壓工藝由於鬆裝密度（dù）較（jiào）高,經溫壓後的半成（chéng）品密度可以達到很高的值。由於流動溫（wēn）壓工藝中粉末的良（liáng）好流動性,由此得（dé）到的材料密度也更加均勻。
(3)適應性較好（hǎo）。流動溫壓（yā）工（gōng）藝已經用於（yú）低合金鋼粉、不鏽鋼316L粉、純Ti粉和WC-Co硬（yìng）質合金粉末。原則上它可適用於所有的粉末體係，唯一的（de）條件是該粉末體係須具有足夠好的燒結性能,以便達到所要求的密（mì）度和性能（néng）。
(4)簡化了工（gōng）藝,降（jiàng）低了成本。
5.注射（shè）成形技術（shù）
金屬粉末注射成形技術是隨著高分子材料（liào）的應用而發展起來的一種新型固結（jié）金屬粉、金屬陶瓷粉和陶瓷粉的特殊成形方（fāng）法（fǎ）。它是使用大量熱（rè）塑性粘結劑與粉料一起注入成形模（mó）中，施於低而均勻的等靜壓力（lì），使之固結成形（xíng），然（rán）後脫粘結劑燒結。
這種技術（shù）能（néng）夠製造用常規模壓粉末的技術無法製造的複雜形狀結構（gòu）（如帶（dài）有螺紋（wén）、垂直或高（gāo）叉孔銳角、多台階、壁、翼等）製品，具有更高的材質密度（93%~100%的理論密度）和（hé）強韌性，並具有材質各（gè）向同性等特性。目前該項技術成為粉（fěn）末冶金（jīn）領域最具活力的新技術 並已進入工業化生（shēng）產階段。
金（jīn）屬粉末注射（shè）成型技（jì）術製（zhì）作的產品有齒輪汽（qì）車部件、通信器械（xiè）元件(如手機（jī）的情報通（tōng）信器械和計算機（jī）的 OA 器件)、電動工具、門鎖、樂器（qì）、醫療（liáo）器件和縫紉機元件、工（gōng）業設備（bèi）元件和磁性元件、槍支瞄準器（qì）支架、手槍退子鉤（gōu）和撞針（zhēn）、窗戶（hù）鎖扇形塊、紡織機的三角塊、眼鏡框架的柔性鉸（jiǎo）鏈、眼鏡腳、手表表殼等。產品都有一個明顯的特（tè）點：其（qí）結構小而複雜，密度和（hé）精度（dù）高等。製作材料除鐵 鎳合金外，還有鈦及鈦合金、鋁（lǚ）及鋁合金、超硬合金和（hé）重合金等 。
微（wēi）注射成型
傳統粉末注射成形技術, 可製（zhì）得0 1～1ｍｍ尺寸的部件, 已製得最小20mg的零件。但隨著微型（xíng）係統的發展, 包括微觀光學, 最小侵害外科及微觀射流技術等, 需要形狀複雜、尺寸在微米範圍內的（de）金屬與陶瓷零件（jiàn）。微注射成形適用於大規模製造微型結構件。
德國在（zài）10年前就開始研究（jiū）微注（zhù）射成形技術（shù）, 不過（guò）所用（yòng）的原料（liào）為熱（rè）塑性塑料,最小件尺寸已達0.2μｍ。德國在此研究的基礎上, 現正研究微金屬注射成形與微陶恣注射成形（xíng）技術。所用粉末為平均粒度1 5μｍ的羰（tāng）基鐵粉, 4～5μｍ的不（bú）鏽鋼粉和0.6μｍ的氧化鋁粉。所（suǒ）用粘結劑（jì）有自（zì）混聚烯烴/蠟化合物與常態聚醛基化合物。研（yán）究中（zhōng）的（de）脫粘結（jié）劑方法有加熱（rè）去除有機物法, 聚醛基（jī）化合（hé）物催化脫粘（zhān）結劑法及超臨界二氧化碳脫粘結劑法。
所製的產品複壓後密度達98%，線性收縮15%～22%。最小微陶瓷注射成形結構件尺寸達（dá）10μｍ，微注射陶瓷齒輪重量僅為0 5mg，最小的微金屬注射成形件尺寸為50μｍ。微注射成形用於微型泵、微型齒輪、微型渦輪、最小損傷（shāng）外科用的（de）微型導管等。
6.快速原型製作技術
選擇激光燒結法是用激光束一（yī）層一（yī）層地燒結生產塑料原型。現在可（kě）選用多種粉末, 包（bāo）括金屬粉末與陶瓷粉末。金屬粉末選擇激（jī）光燒結, 旨在直接生產功能部件。這使工業界對它產生了極大興趣, 因為（wéi）它在產（chǎn）品開發過程（chéng）中, 節省時間並降低成本。
多相噴射固結法是一種新（xīn）的自由成形技術。可用於製造（zào）生物醫學零件（jiàn）, 如像矯（jiǎo）形（xíng）植入物、牙齒矯正與修複材料、一般修複外科用部件等（děng）。多相噴射固結法, 根據ＣＴ掃瞄得到的假體的三維描述, 就可以製造出通常外科所需零件,而無需開刀去實際測量。將金屬粉或（huò）陶瓷粉與粘結劑混合, 形成均勻混合（hé）料。多（duō）相噴（pēn）射固（gù）結法（fǎ）就是將這些混合（hé）料按技術要求（qiú）進行噴射,一層一層地形成一個零件。在部（bù）件形成之後, 其中的粘結（jié）相用化學法（fǎ）或者加熱去除, 而（ér）後燒結到最終密度。
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