粉末冶金材料的成形加工技术 - 行业新闻 - 深圳国际粉末冶金及硬质合金展览会|深圳国际先进陶瓷展览会

粉末冶金(P/M)技术是一门重要的材料制备与成形技术，被称为是解决高科技、新材料问题的钥匙。高性能、低成本、净近成形一直以来是粉末冶金工作者重要研究课题之一。粉末冶金法能实现工件的少切削、无切削加工，是一种高效、优质、精密、低耗节能制造零件的先进技术。

进入20世纪80年代许多行业，特别是汽车工业比以往任何时候更加依赖于粉末冶金技术，尽可能多地采用粉末冶金高性能的零部件是提高汽车尤其是轿车在市场中的竞争能力的一种有力手段。高密度的P/M产品是保证其具有优异的力学性能的关键因素。因此，为扩大粉末冶金P/M零部件的应用范围，必须提高其密度以获得力学性能优异的粉末冶金零部件。

目前，常用来提高P/M零部件密度的技术途径主要有：压缩性铁粉的应用、复压复烧、浸铜、高温烧结、粉末热锻等等。由于这些工艺存在着不同程度的成本和工件尺寸精度保证困难等技术问题，使本富于竞争力的粉末冶金零件的潜力难以得到充分发挥。而流动温压粉末成型技术的发展使之成为提高P/M零件密度的有效途径。

20世纪80年代末，Hoeganaes公司的Musella等人为提高零件密度，在扩散粘结铁粉制备工艺的研究基础上，将粉末和模具加热到一定温度进行压制，开发出一种所谓温压的新工艺，即ANCORDENSE工艺。温压工艺就是采用特制的粉末加温、粉末输送和模具加热系统，将混有特殊聚合物润滑剂的金属粉末和模具加热至130~150℃，然后按传统粉末压制工艺进行压制和烧结以提高压坯密度的新方法据资料分析，虽然温压工艺比常规的一次压制烧结工艺的相对成本提高了20%，但比渗铜工艺、复压烧结工艺、粉末热锻工艺分别降低了20%、30%和80%的成本，开拓了粉末冶金应用的潜力。因而被誉为“开创粉末冶金零件应用新纪元的一次新型制造技术”，为零部件在性能和成本之间找到一个理想的结合点，也被认为是进人90年代以来粉末冶金零件生产技术方面最为重要的一项技术进步"。目前，在粉末制备、工艺优选、温压及烧结行为、致密化机理等方面均进行了广泛的研究，并实现了工业化生产。

金属注射成形MIM(Metal Injection Molding)是传统粉末冶金工艺与现代塑料注射成形工艺相结合而形成的一门新型近净成形技术。最早可追溯于20世纪30年代开始的陶瓷火花塞的粉末注射成形制备，随后的几十年间粉末注射成形主要集中于陶瓷注射成形。直到1979年，由Wiech等人组建的Parmatech公司的金属注射成形产品获得两项大奖，以及当时的Wiech和Rivers先后获得专利，粉末注射成形才开始转向以金属注射成形为主导。

金属粉末注射成形技术适用于大批量制造具有复杂几何形状、高性能、高精度的零件，在产业化方面也取得突破性进展。但该工艺在粉末中需要加人较多的粘结剂，粉末需用≤10um的超细近球形粉，从混料到脱脂、烧结，工序较复杂，工艺要求严格，特别是需要较长的脱脂和烧结时间，造成制造成本往往偏高。

流动温压成形(WFC：Warm Flow Compaction)正是在金属粉末温压的基础上，结合了金属粉末注射成形工艺的优点，通过加人适量的粗粉和微细粉末以及加大热塑性润滑剂的含量而大大提高了混合粉末的流动性、填充性和成形性¨。由于在压制时混合粉末变成具有良好流动性的粘流体，既具有液体的优点，又有很高的粘度，并减小摩擦力，使压制压力在粉末中分布均匀，还得到了很好的传递。这样，粉末在压制过程中可以流向各个角落而不产生裂纹，从而使密度也得到了很大的改善。该技术由德国Fraunhofer先进材料与制造研究所(IFAM)于2001年首次报道。

流动温压可以在80~130℃温度下，在传统压片机上精密成形形状非常复杂的工件，如带有与压制方向垂直的凹槽、孔和螺纹孔等的复杂工件，而不需要其后的二次机加工。WFC技术既克服了传统冷压在成形复杂几何形状方面的不足，又避免了注射成形技术的高成本，是一项极具潜力的新技术，具有广阔的应用前景。

流动温压工艺几乎适用于所有的粉末体系，但最适合于成形低合金钢、Ti以及WC、Co等硬质合金粉。

流动温压工艺是在温压工艺基础上结合了金属注射成形的优点而发展起来的，它是一种新型的粉末冶金零件近净成形技术。在对温压的研究中，人们发现温压成形时在径向产生了很大的径向压力，从而在注射成形技术中注射喂料的良好流动性和成形性给予了启发，将两者的优势结合起来并对混合粉料加以优化就产生了流动温压粉末成型技术。流动温压工艺就是将具有良好流动性的混合粉末装入型腔中，然后在一定温度下压制成形具有较复杂几何外形的工件，不需专门脱脂工艺而直接烧结制得粉末冶金零件的新技术。其主要特点可概括如下：

流动温压成形技术结合了传统压制和金属注射成形的优点，成形零件时既缩短了工艺流程，又降低了成本，同时使零件的密度和复杂性方面也得到了提高，应用前景好。流动温压可以在传统的粉末冶金压机上进行工件的成形，这样就使以前需要通过机加工才能成形的复杂形状的零件得以很容易地实现。因此，流动温压成形技术将大大拓展了粉末冶金成形技术的应用范围，具有广阔的应用潜力和前景。

WFC作为一项新型的粉末冶金金属零部件近净成形技术，可以以较低的成本短流程生产高性能复杂形状(如凹槽、横孔和螺纹孔等)的零件，而采用传统粉末压机制造此类粉末冶金零件过去一直被认为是非常困难，甚至是不可能的。

流动温压虽然在成形三维复杂零件方面不可能取代注射成形技术，但是利用流动温压成形的独到特点却能生产出零件形状复杂程度介于冷压和注射成形之间的中等复杂零件，这就可能使得采用传统压片机的粉末冶金复杂零件的低成本短流程制造技术取得突破性的进展，有望在汽车、电子、医疗设备、日用品、办公机械、仪表、机械制造等行业获得应用，其应用也将进一步扩大传统温压成形的应用范围和领域。金属粉末流动温压成形技术为高性能复杂精密零件的低成本、短流程的先进制造开辟新的发展方向，粉末冶金材料的成形加工技术将有望得到拓展和深化。

目前, 粉末冶金技术正向着高致密化、高性能化、集成化和低成本等方向发展。粉末冶金新的成形技术层出不穷，如：粉末注射成形、温压成形、流动温压成形、喷射成形、高速压制成形等新技术不断涌现。