粉末冶金工藝是當下制造行業中不可缺少的技術之一，在制造行業中發揮著舉足輕重的作用。粉末冶金工藝也是材料制備過程中重要的技術，對于制備工藝材料性能也有很大的影響，對于材料的導熱性、耐磨性、熱電性等都有影響。另外，粉末冶金工藝具有獨特的機械和物理性能，是傳統工藝不具備的。同時，粉末冶金技術也是少有的不需切削工藝的技術。

1、粉末冶金技術概述

粉末冶金技術是現在工業生產和材料制備過程中非常重要的技術[1]。粉末冶金是制取金屬粉末的工藝或者是以金屬粉末為原材料，對金屬粉末進行燒結、成形等工藝，制造出金屬材料或者符合性材料的技術。在技術工藝流程上，粉末冶金技術與陶瓷生產技術有些相像，兩種技術都屬于粉末燒結成形技術。所以，現在的粉末冶金技術有時也可以應用到陶瓷材料的制備過程中[2]。粉末冶金技術與傳統工藝相比更少的使用材料，從而降低了材料工藝的生產成本，對于現在的新材料的制備和加工而言有非常關鍵的作用。目前，工業生產對新材料有了新的要求，所以粉末冶金技術被應用于更多的領域。例如，交通建設、機械制造、航空航天制造、兵器生產、生物領域以及新能源領域。顯然，在工業生產中，粉末冶金技術已經占有了重要的位置。

2、 粉末冶金技術的特點

與傳統制備工藝相比，粉末冶金技術具有更節能，更省錢等優勢，對于制備材料的各種性能也有不同程度的影響，具有傳統的熔鑄工藝和切削工藝不具備的特點[3]。

1） 應用粉末冶金金屬進行合成材料時，可以有效的避免合金過程出現偏聚現象[4]。還可以有效的消除合金制造過程中出現的粗大、不均勻的組織結構。因為粉末冶金技術具有這樣的特點，所以在制備高性能稀土材料、稀土發過材料和新型技術材料的過程中都要應用粉末冶金技術，從而提升生產材料的整體性能。

2） 粉末冶金技術能夠使制備材料具有更好的導電性能以及物理性能，所以被更多的應用于制備非晶、納米晶體和微晶等高性能非平衡材料的過程。

3） 粉末冶金技術的應用，在材料制備過程中可以讓多種材料有效的復合，并且材料復合后還能夠保持多種原材料的獨有特性，使復合材料的性能更具多元性，讓制備出的復合材料能夠被更加廣泛的影響，提升了復合材料的實用性[5]。

4)粉末冶金技術與傳統的熔煉方法有很大的區別，在新材料的制備過程中，可以使新材料具有新型特殊結構和新性能，所以在多孔生物材料生產過程中，更多的應用新型的粉末冶金技術。

5） 粉末冶金技術能夠很大程度上減少生產資源的使用，也降低了生產能源的消耗，可以實現材料自動化批量生產，具有著高效率的特點。

6） 粉末冶金技術是一項可以讓材料再生的新技術，在材料制備工藝中，可以使用廢棄的舊金屬作為原料，體現了粉末冶金技術的環保特點。

3、 粉末冶金工藝的基本工序

粉末冶金工藝分為粉末制取、壓制成型、燒結和后處理四部分流程，以下就是這四部分流程的具體實施步驟。

3.1 粉末的制取

粉末制取的粉末冶金工藝實施的第一步，隨著新材料在工業領域中的不斷應用，工業生產對于材料的性能要求越來越高，而新材料對于粉末的種類也就隨之增加[6]。而為了滿足工業生產對粉末種類的要求，粉末制取的方法也在不斷的改進，其中包括將金屬固體制成粉末的方法，也包括將液態金屬制成粉末的工藝。而固態金屬與合金或者金屬化合物制作成粉末的方法主要包括，機械粉碎方法和電化腐蝕方法。另外，將液態金屬制成粉末的方法主要是霧化法。最后，將氣態金屬或者化合物制作成粉末的方法主要包括蒸汽冷凝法和碳基熱理解法。從各種方法的應用類別上劃分主要是機械法和物理法，將金屬制成粉末。

3.2 粉末制成坯塊

粉末冶金工藝的第二部分流程就是坯塊的燒結[7]。在成型工藝流程中，主要的目的是為了使粉末狀金屬成為具有一定尺寸和形狀的壓坯，并通過壓制工藝使坯塊具有一定的密度和強度。在制作坯塊的過程中，通常都會采用加壓成型和無壓成型兩種方法。另外，還可以使用3D打印技術進行坯塊制作3.3 坯塊燒結過程

坯塊制成之后，就要進行坯塊燒結工藝，坯塊燒結流程是粉末冶金工藝中最為關鍵的工序之一。在坯塊制作成型之后在進行燒結工作，通過燒結過程使坯塊具有一定的物理性能。坯塊燒結過程，分為單元系燒結和多元系燒結兩種模式。其中多元系燒結可以采用固相燒結和液相燒結兩種方法而單元系燒結則只可以采用固相燒結方法。當單元系燒結和多元系燒結同時采用固相燒結方法時，燒結溫度比所有金屬的熔點要低。而在多元系在進行液相燒結是，燒結溫度要低于難熔金屬熔點并且高于易熔金屬熔點。而除了普通的燒結方式之外，還有一些特殊的燒結方法。例如，松裝燒結方法、熔浸法以及熱壓法。

3.4 產品后處理流程

粉末冶金工藝的最后一步工序是產后處理工藝，產后處理工藝也十分重要。產后處理工作流程要根據材料要求進行。不同的產品需求，需要運用到不同的后處理工藝，以保證材料的性能狀態。一般情況下，在進行燒結工藝之后，可以采用精整、浸油、機加工、熱處理或者電鍍工藝記行后處理流程，這些都是產品后處理流程常用的處理方法。除此之外，還可以采用必要的軋制和鍛造等新型工藝手法進行粉末冶金工藝的后處理流程。

4、粉末性能

粉末性能一般包括粉末的幾何性能、化學性能、力學性能、物理性能以及表面特性能。而其中幾何性能包括了粉末的粒度和形狀。化學性能包括材料的化學成分以及純度。力學性能包括流動性、壓縮性以及松裝密度等。而物理和表面特性則包括了真實度，光澤以及表面活性等。金屬粉末的性能直接關系和影響著制備工藝材料的相關性能。

4.1 粉末的幾何性能

粉末的幾何性能包括粒度和形狀。其中，粒度性能直接關系著粉末加工成型并且影響著產品的最終性能。粉末的幾何粒度性能直接決定著某些制備工藝材料的性能。例如，過濾材料的性能。將過濾材料原始粉末的粒度除以10就可以得到過濾精度，這就說明過濾材料的性能直接受到粉末性能影響。另外，WC相的晶粒直接關系硬質合金產品的性能，采用粒度較細的WC原材料才能夠生產出細晶粒度的硬質合金。一般情況下，生產過程中使用的金屬粉末。粒度在幾百納米到幾百微米范圍內。粉末的粒度越小，相反材料活性越大，材料表面更容易受到氧化。當粉末的粒度達到幾百納米時，就會給粉末的存儲工作帶來一定的麻煩，這樣粒度的粉末非常不容易運輸或者儲藏。

一旦粉末的粒度達到一定的程度，就會使整個粉末的物理性能也發生改變。例如，當磁性粉的粒度小到一定程度時，磁性粉的物理性能發生改變，變成而來超順磁性粉。而超順磁性粉的熔點也有一定程度的減少。

粉末幾何性能的第二種是顆粒形狀。顆粒形狀的不同是由于不同的制粉方法。運用不同的制粉方法就會產生不同的粉末形狀。例如，通過電解法制作粉末，得到的粉末顆粒呈樹枝狀。而采用還原方法制作粉末。鐵粉顆粒則呈現海綿狀。當采用氣體物化法制作而成的粉末，一般情況下都會呈現球狀粉末。除了這些之外，粉末的顆粒形狀還包括盤狀、針狀以及洋蔥頭狀等。粉末的顆粒形狀將會直接影響到粉末本身的流動性和松裝密度，這些都屬于力學性能。換言之，粉末形狀特性對粉末的力學性能也有一定的聯系。比如說樹枝狀顆粒壓制坯強度相對而言比有規則的粉末強度大。

4.2 粉末的力學性能

某種角度而言，粉末的力學性能就是粉末的工藝性能，粉末力學性能使粉末冶金工藝中的重要性能，也是粉末冶金技術重要參數。在粉末采用容積法進行壓制成型的過程中，一定要參考粉末的松裝密度進行。而粉末對壓模的填充速度以及壓機的生產能力是由粉末的流動性決定。而壓坯的強度也是由粉末的成形性所影響。

4.3 粉末的化學性能

原材料的化學純度和制粉方法決定著粉末的化學性能。當原材料中氧含量比較高，就會導致粉末壓制性能變低，壓坯的輕度變小。所以，在粉末冶金技術使用中，對氧含量的標準有一定的要求。粉末氧含量的標準，一般在0.2%~1.6%之間。

5、粉末冶金工藝對制備工藝的材料性能的影響

5.1 對材料物理性能的影響

粉末冶金工藝對制備工藝材料的物理性能有重要的影響。在粉末冶金過程中，粉末的性能與制備材料的性能有直接的關系[8]。粉末性能一般包括粉末力度和粒度，而這兩種性能與粉末的制取方法和制取條件有很大的關系。粉末的粒度在壓制和燒結過程中受到的影響，將會影響材料的最終性能。另外，粉末的松裝密度也可能會對材料的物理性能造成一定的影響。材料的松裝密度，指的就是粉末材料在填滿規定容器時，單位容積內粉末的數量。而材料的流動性能主要指的是在標準流蘇漏斗中流出50g 粉末所需要的時間。一般情況下，可以采用Hall流速計量器對粉末的松裝密度和流動性進行測量。通過制備工藝材料性能研究發現，非單一顆粒組成的粉末壓坯物理性能更好。因為在粉末工藝進行壓制的過程中，小顆粒粉末更容易發生移動，可以對大顆粒的縫隙空間進行補充，所以這一點原因就導致粉末粒度較傳統粉末更寬，物理性能也會更好。

5.2 對材料壓制性能的影響

制備工藝材料的壓制性主要體現在兩個方面，一方面是材料的壓縮性以及成形性。材料的壓縮性能主要指的是材料在壓力增加的情況被壓縮的整體程度[9]。而材料的成形性指的是當材料被壓縮形成一定的形狀，并且在之后的工業生產或者加工中受到壓力而保持原狀的能力。一般情況下，材料的壓縮性能可以用生胚密度來進行表示粉末的顆粒形狀、粉末的密度以及粉末的硬度這些幾何性能和物理性能直接決定著材料的壓縮性能。一般情況下，軟金屬壓制性要好于硬金屬材料的壓制性。普通制備材料的粉末體都具有比較高的孔隙度，這種情況進行壓縮，就會導致材料中顆粒拱橋效應被破壞，使材料內的粉末顆粒進行位置重排，使材料內的粉末顆粒接觸更加緊密并且填滿了孔隙。材料顆粒在壓縮情況的位移情況如圖1所示。

在壓縮過程中，壓力變大顆粒位移現象也就越大，而最后材料的密度也會隨之增加。

5.3 對材料燒結性能的影響

粉末冶金工藝對于材料燒結性能也具有一定的影響。金屬粉末在進行燒結過程照顧要受到燒結氣體的影響[10]。在燒結氣體的作用下，可以帶走粉末在燒結爐中產生的某些產物，同時燒結氣體還可以防治燒結過程中出現不良反應，保證燒結過程的順利完成。而在金屬粉末進行燒結的過程中，燒結氣體起到了相當關鍵的作用。例如，鋁合金粉末在燒結過程中加入一定量的氮氣，就能夠限制薄膜的擴展。由于鋁合金在氮氣的作用下形成氧化鋁從而防止了薄膜的產生。在鋁和氮的氧化過程中生長了氧化鋁，而在氧化鋁形成的過程中會釋放一定的熱能，從而促進材料局部產生熔化。這種局部熔化的現象能夠很大程度上促進液相燒結方式進行。例如，氫氣是一種還原性相對較強的氣體，在鐵基粉進行燒結的過程中，使用氫氣可以有效的提升材料燒結性能。一方面，在燒結過程中加入氫氣可以有效的防治氧化現象的發生。而另一方面，加入一定量的氫氣還可以起到還原氧化物的現象。為了研究粉末冶金工藝對燒結性能的影響可以做以下實驗。首先，將壓制成形的金屬粉末放置在管式燒結爐內。其次，分別高純度的氮氣、氬氣和分解氨排放至爐內。其三，迅速升溫至燒結溫度，保持燒結溫度進行燒結。其四，在燒結完畢后等待燒結爐冷卻。其五，燒結爐冷卻后將爐內的燒結材料取出。最后，對燒結材料的性能進行檢測和記錄，分貝檢測材料的密度、規格、硬度性能、拉伸性能以及斷口外貌。記錄下個數據進行具體的研究。

表1為不同燒結氣氛下樣品的密度及硬度計劃表。

6、結語

粉末冶金工藝行業發展也有十多的歷史，對于制備材料工藝的壓制性能、燒結性能以及物理性能都有著重要的影響。而在今后的工業生產中，粉末冶金工藝將會更加廣泛的應用，為制備工藝材料的質量做好保證。

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