粉末冶金

title: 步骤.
title: 制造金属粉末.
content: 虽然所有的金属都可以制成粉末,但在实用性与经济性考量下,常用作此项用途者有铁与铜。其中,黄铜(铜与锌合金)与铁多用于各种机件的制造,青铜则常用于多孔性轴承的制造。  由于金属的物理与化学性质不同,制造粉末的方法也不同,所得的颗粒大小、形状也不相同,常见的制造方法有:
title: 切削法.
content: 用于镁及其合金,因镁易燃,以切削方式加工时便于冷却。所得的颗粒大。
title: 滚磨法.
content: 包括使用轧碎机、旋转滚磨机及捣碎机等,可用于脆性材料(以压轧或撞击方式),作成不规则颗粒;亦可用于延性材料,以制造油漆颜料的片状颗粒。
title: 雾化法.
content: 用于低熔点的金属,如铅、锡、锌等,将之加热到熔融状态,再以喷漆原理在气流中喷射成极细的微粒。
title: 成粒法.
content: 将金属加热到熔融状态,并于凝固成固体时,加以搅拌,成为小颗粒状。
title: 还原法.
content: 使用粉状的金属氧化物,在熔点下与还原性的气体接触,直接得到金属粉末,例如铁粉的制造。
title: 电解法.
content: 用于铁、银、钽及若干金属粉末;系以钢板置于电解液中,作为阳极,不锈钢作为阴极,通电后铁粉沉积在阴极上,经剥下电积铁粉,再予以冲洗、过筛、分成各种粗细,而后再予以退火软化。
title: 预制合金粉末.
content: 所谓「预制合金粉末」系指合金粉末是用完全熔化的合金来制成,以不锈钢或各种高等合金为例,若以纯金属粉末来混合,将无法达到预期的效果(因纯金属混合时,烧结温度系在熔点以下,无法使纯金属变成合金),故先制成合金后,再制成粉末。
title: 预敷粉末.
content: 将金属粉末通过敷层金属的蒸汽,使表面凝聚一层敷层金属,这种金属粉末即称之为「预敷粉末」,此粉末在烧结后,可使制品具有此一敷层金属的特性。
title: 成形.
content: 将粉末送入模中加压成形前,必须慎选粉末,以使制品达成经济性要求,并且在压实后,可以得到所要的性质。  当仅使用一种粉末时,只要颗粒大小及分布适当,即可送入模中加压成形。  当为增加粉末流动性或密度,必须掺入不同尺寸的粉末颗粒时,混合粉末常加入润滑剂(如硬脂酸、硬脂酸锂或粉末石墨),以减少粉末间的相互粘著,并降低压制时模壁的磨擦阻力,使成品易于脱模;可是,润滑剂的加入,却会使产品在烧结后,容易出现孔眼。  常见的成形法有:
title: 压制法 Pressing.
content: 压制是将混合妥当的定量粉末置于钢模内,用每平方吋数千磅到二十万磅的压力,在模中压制成形的方法。其中,压力的大小则依粉末的性质而异,对于软质(可塑性高)的粉末而言,不需要太高的压力,则可使其互锁而得到颇为密实,且具有适当强度的压制件;对于脆性、高硬度的粉末而言,则需要较高的压力。  压制法所使用的压力机,可分成:  模子与冲头间的配置方式,则可分为:  至于冲头的行程,全视粉末的压缩比而定。
title: 离心压制法 Centrifugal Compacting.
content: 离心压制法在操作上,系将金属粉末置于模内,在高速旋转下,产生离心力,并作用在每一个金属颗粒上,以压制重金属粉末(如碳化钨等工具材料)。此法仅适用于形状简单,断面均匀的小制品。
title: 粘铸法 Slip Casting.
content: 将金属粉末与一种浆质材料混合后,注入石膏模中,利用石膏的多孔性,吸收多余的液体,使浆中的粘性物质及金属粉末留在石膏模内,成为类似普通铸造法的铸件。此法类似陶瓷的造形法,当用于中空件时,可在混合浆质于靠近石膏模面粘结到适当厚度时,将多余的浆液倾出,留下一层壳式的粘结件。
title: 挤制法 Extruding.
content: 用于以金属粉末制造长条形的制品或型材时,如核能固体燃料棒及其他高温金属。可依材料性质分成:
title: 重力烧结法 Gravity Sintering.
content: 用于化学工业中的过滤用多孔性金属板的制造,其方法为:将金属粉末均匀分布在陶瓷盘上(厚度依需要而定),然后在分解的阿姆尼亚气体中,以高温烧结之;其过程中未加上其他压力,仅是靠高温可塑状态下的重力结合之。烧结后的金属板,可再施行滚轧,以控制厚度,并增加表面光平度。
title: 等压模造形法 Isostatic Molding.
content: 将金属粉末置于模中,以液压或气体直接加压在金属粉粒上;由于各处所受的压力均相同,因此,制品的密度甚为均匀,且各方强度均一。右图所示为一中空筒形压制胚等压模造形装置的切面图。
title: 滚轧法 Rolling.
content: 将金属粉末自漏斗中漏落于两个辊子之间,借由滚轧的压力,使粉末互相锁成板片状,然后再送到烧结炉中烧结。烧结后,可再送到滚轧机滚轧,以控制其厚度,增加表面光平度,必要时,亦可进一步作热处理。此法可作连续性操作,宜于大量制造。
title: 爆炸力压制法 Explosive Compacting.
content: 以爆炸的爆炸力来压制粉末的生压件(压胚),由于爆炸的压力非常高,可使可塑性低的金属产生极高的密度及互锁强度,缩短烧结时间,降低因烧结而产生的收缩率。其中,爆炸的压力可借由推动柱塞来推动,以压缩粉末,亦可经由防水袋的设计,传递压力给粉末。
title: 金属纤维法 Fiber Metal Process.
content: 先将极细的金属棉或线,切成一定的长度,成为金属纤维,各纤维予以弯曲,互相嵌扭作成乱线状,并与一种液体糊状物混合,浇注多孔性的底盘上,待液体漏尽,即形成乱线一样的金属纤维所组成的『席子』,然后加压并烧结之;或再施以滚轧或以对压模压紧,以增加密度。
title: 烧结(sintering).
content: 将生压件加热到适当的温度,以增加其机械强度及硬度的操作,称之为烧结。烧结的过程中,晶粒界面首先成形,进而造成晶粒的再结晶,而高温使金属的表面的可塑性提高,并建立一层液体的网组织,可改进相互间的机械互锁性质;另外,金属中溶解的气体,亦可在高温下被驱除净尽。至于烧结的温度,则通常都在主要组成金属的熔点之下,而烧结时间,则约在 20-40 分钟之间,此外,烧结的过程中,为避免粉末与大气接触而氧化,可使用还原性蒙气或氮气,以阻止高热时形成有害的氧化层。  此外,生压件烧结后,因制品形状、颗粒大小与分配、化学组成、烧结操作情形、压力大小等因素,使尺寸或有增长或缩短的稍微差异。
title: 热压法 Hot Pressing.
content: 热压法是将粉末的加压与烧结同时在一个模子内完成的加工法,常用于碳化钨工具材料的制造。  此法具有提高制品强度、硬度、精密度等优点、但因加热是在加压的同时进行,因此,所使用的模子必须是耐热材质,且加热蒙气及时间长短不易控制;另外,在处理高温合金时,必须使用石墨模,但由于石墨模的强度甚低,仅能使用一次,消耗量颇大。
title: 火花烧结法 Spark Sintering.
content: 火花烧结法也是加热与加压同时在一个模子内完成的烧结法,只不过加热方式与热压法不同,且所需的时间也甚为短暂,颇似照相用闪光灯一般,通常约为 12-15 秒,而所得的制品颇为密实。  其中,加热的过程系先将直流电能储存在电容器内,于烧结时放电,产生高能量的火花(约 1-2秒),先将粉末表面的不纯物去除,火花之后,可产生新的结晶,然后在压力之下,使颗粒间更为密实。  此法除可用于碳化物等高温金属的烧结外,亦可用于铝、铜、青铜、铁及不锈钢等。
title: 完成加工法.
title: 渗油处理(Oil Impregnation).
content: 渗油处理系将烧结的轴承,浸入润滑油中加热,并且维持相当的时间,或真空处理(时间可以缩短);此时,轴承借由多孔性的毛细管作用,吸存润滑油,并于转动时释出。
title: 金属渗入(Infiltration).
content: 系指将低熔点的熔融金属渗入多孔性的烧结制品中,以减少孔隙体积,增加机械强度。金属在渗入之前,可先作化学处理,以增加渗入范围。
title: 尺寸矫正(Sizing)及压印(Coining).
content: 系将烧结物放置在与压模相似的模内,再压一次,以得到正确尺寸或面层花纹。此方法属于冷加工,具有增加表面层硬度、光平度、尺寸精度与密度等特点。
title: 热处理(Heat Treatment).
content: 由于粉末冶金制品的密实程度不及实体合金,因此,热处理的效果较差(因多孔性有碍热传递),但实施热处理有助于改进其机械性质。
title: 电镀(Plating).
content: 高密度的模压件,可直接实施普通标准方式的电镀,但中低密度的模压件,必须以珠击法(Peening)、擦光法(Burnishing)或塑胶树脂渗入法以封闭面层的孔隙,再能实施普通标准方式的电镀。 注意:不可使用盐类渗入,以免在电镀时起泡。
title: 切削加工(Machining).
content: 对于螺孔、沟槽、挖切或侧孔等无法在模中压制出来者,仍须以传统的机器切削之,而所使用的切削工具,以碳化钨材质为宜,所使用的冷却剂,则必须避免使制品锈蚀。

Summary: 粉末冶金(Powder metallurgy),是一种以金属粉末为原料,经压制和烧结制成各种制品的加工方法。粉末冶金工艺包含三个主要步骤,首先,主要组成材料被分解成许许多多的细小颗粒组成的粉末;然后,将粉末装入模具型腔,施以一定的压力,形成具有所需零件形状和尺寸的压坯;最后,对压坯进行烧结。

Powder metallurgy: Powder metallurgy (PM) is a term covering a wide range of ways in which materials or components are made from metal powders. PM processes can avoid, or greatly reduce, the need to use metal removal processes, thereby drastically reducing yield losses in manufacture and often resulting in lower costs.