世界粉末冶金工業(yè)概況

世界粉末冶金工業(yè)概況2003年全球粉末貨運(yùn)總量約為88萬(wàn)噸，其中美國(guó)占51%，歐洲18%，日本13%，其它國(guó)家和地區(qū)18%鐵粉占整個(gè)粉末總量的90%以上從2001年起，世界鐵粉市場(chǎng)持續(xù)增長(zhǎng)，4年時(shí)間增加了近20%汽車行業(yè)仍然是粉末冶金工業(yè)發(fā)展的最大動(dòng)力和最大用戶一方面汽車的產(chǎn)量在不斷增加，另一方面粉末冶金零件在單輛汽車上的用量也在不段增加北美平均每輛汽車粉末冶金零件用量最高，為19.5公斤，歐洲平均為9公斤，日本平均為8公斤中國(guó)由于汽車工業(yè)的高速發(fā)展，擁有巨大的粉末冶金零部件市場(chǎng)前景，已經(jīng)成為眾多國(guó)際粉末冶金企業(yè)關(guān)注的焦點(diǎn)粉末冶金鐵基零件在汽車上主要應(yīng)用于發(fā)動(dòng)機(jī)、傳送系統(tǒng)、ABS系統(tǒng)、點(diǎn)火裝置等汽車發(fā)展的兩大趨勢(shì)分別為降低能耗和環(huán)保；主要技術(shù)手段則是采用先進(jìn)發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)和輕量化歐洲對(duì)汽車尾氣過(guò)濾為粉末冶金多孔材料又提供了很大的市場(chǎng)在目前的發(fā)動(dòng)機(jī)工作條件下，粉末冶金金屬多孔材料比陶瓷材料具有更好的性能優(yōu)勢(shì)和成本優(yōu)勢(shì)工具材料是粉末冶金工業(yè)另一類重要產(chǎn)品，其中特別重要的是硬質(zhì)合金目前制造業(yè)的發(fā)展朝著3A方向，即敏捷性（Agility）、適應(yīng)性（Adaptivity）和可預(yù)測(cè)性（Anticipativity）。

這要求加工工具本身更鋒利、剛性更好、韌性更高；加工材料的范圍擴(kuò)大到呂合、鎂合金、鈦合金以及陶瓷等；尺寸精度要求更高；加工成本要求更低；環(huán)境影響要減到最小，干式加工比例更大這些新要求加快了粉末冶金工具材料的發(fā)展硬質(zhì)合金的晶粒（V200nm=和超粗晶粒（＞6um涂層技術(shù)發(fā)展很快，CVD、PVD、PCVD技術(shù)日益完善，涂層種類也很多，從常用的CVDTiCN/AI2O3/TiN到CVDPCBN（聚晶立方BN）以及PVDTiAIN,A12O3,cBN（立方BN）和SiMAlON等，滿足加工場(chǎng)合的需要信息行業(yè)的發(fā)展也為粉末冶金工業(yè)提供了新的契機(jī)日本電子行業(yè)用的粉末冶金產(chǎn)品已經(jīng)達(dá)到了每年4.3美元，其中熱沉材料占23%，發(fā)光與點(diǎn)極材料占30%前者主要包括散熱材料，如Si/SiC,Cu-Mo,Cu-W,Al-SiC,AlN以及Cu/金剛石等材料；后者則主要包括鎢、鉬材料粉末注射成型粉末注射成形仍然是當(dāng)前研究的熱點(diǎn)之一粉末注射成形的材料已經(jīng)從早期的鐵基、硬質(zhì)合金、陶瓷等對(duì)雜質(zhì)含量不敏感,性能要求不是非常苛刻的體系,發(fā)展到了鎳基高溫合金、鈦合金和鈮材料材料應(yīng)用領(lǐng)域也從結(jié)構(gòu)材料向功能材料發(fā)展、如熱沉材料、磁性材料和形狀記憶合金。

材料結(jié)構(gòu)也從單一均勻結(jié)構(gòu)向復(fù)合結(jié)構(gòu)發(fā)展金屬工注射成形技術(shù)可實(shí)現(xiàn)多種不同成分的粉末同時(shí)成形,因而能夠得到具有三明治形式的復(fù)合結(jié)構(gòu)例如將316L不銹綱和17-4PH合金復(fù)合，能夠?qū)崿F(xiàn)力學(xué)性能的連續(xù)可調(diào)粉末注射成形的一個(gè)重要發(fā)展方向與與微系統(tǒng)技術(shù)密切相關(guān)在與微系統(tǒng)技術(shù)密切相關(guān)在與微系統(tǒng)相關(guān)的領(lǐng)域中，如電子信息、微化學(xué)、醫(yī)療器械等，器件不斷小型化，功能更加復(fù)合化而粉末注射成形技術(shù)提供了實(shí)現(xiàn)的可能微注射成形技術(shù)是對(duì)傳統(tǒng)注射成形技術(shù)的改進(jìn)它是針對(duì)零件尺寸結(jié)構(gòu)小到1um所開發(fā)的成形技術(shù)，基本工藝與傳統(tǒng)注射成形一致，但原料粉末粒度更小采用微注射成形技術(shù)已經(jīng)開發(fā)出了表面微結(jié)構(gòu)精度10um的微流體裝置，尺寸為350um~900um的不銹鋼零件；實(shí)現(xiàn)了不同材料成分、復(fù)合結(jié)構(gòu)的共燒結(jié)或共連接，獲得了磁性/非磁性、導(dǎo)體/非導(dǎo)體微型復(fù)合零件粉末制備技術(shù)粉末霧化一直是高性能粉末的制備技術(shù)熱氣流霧化技術(shù)能夠延長(zhǎng)金屬液滴在液相狀態(tài)的時(shí)間，使粉末可以經(jīng)過(guò)二次破碎（霧化），因而大大提高了霧化的效率，所得到的粉末粒度更為細(xì)小°ASL公司的研究結(jié)果表明，若將氣體溫度提高到330C制備相同粒度粉末所需的氣體消耗量減少30%，其經(jīng)濟(jì)分析和工程化問(wèn)題研究說(shuō)明該技術(shù)是完全可行的。

粉末霧化方面的技術(shù)有很大的改進(jìn)例如，采用一種新型自由裸體式氣體霧化，能夠得到更細(xì)的工具鋼粉末，顆粒中碳化物的分布更均勻、缺陷更少美國(guó)赫格拉斯公司將先進(jìn)的煉鋼技術(shù)用于粉末生產(chǎn)中，融合了電弧煉爐（EAF）技術(shù)、氬氧脫碳技術(shù)（ADO）、高性能霧化技術(shù)和氫退火技術(shù)，大大改善了粉末質(zhì)量、粉末壓坯密度和強(qiáng)度得到了提高在活性粉末霧化方面，為了減少熔煉過(guò)程熔體與坩堝的反應(yīng)，德國(guó)開發(fā)了電極感應(yīng)熔煉氣霧化（EIGA）技術(shù)，可制備高活性的鈦、鋯以及TiAl金屬間化合物粉末機(jī)械合金化仍然是研究的熱門，但大多數(shù)是實(shí)驗(yàn)室工作值得一提的是德國(guó)Zoz公司才用自己開發(fā)的高能球磨設(shè)備研磨電弧熔煉爐的爐渣，然后經(jīng)過(guò)濕法冶金回收金屬，這一技術(shù)既改善了環(huán)境，有開拓了巨大的市場(chǎng)粉末壓制技術(shù)傳統(tǒng)粉末壓制技術(shù)在很大程度上依賴于設(shè)備的改良和過(guò)程的優(yōu)化幾家知名的壓機(jī)生產(chǎn)商均推出了精度控制更準(zhǔn)、自動(dòng)化程度更高的新型號(hào)粉末燒結(jié)理論與技術(shù)微波燒結(jié)作為一種新的快速燒結(jié)技術(shù)，已經(jīng)完全適用于金屬粉末材料，如粉末鋼、硬質(zhì)合金、有色金屬等微波燒結(jié)的工業(yè)化也許指日可待因?yàn)椴还苁窃O(shè)備和技術(shù)的成熟度，還是批量化生產(chǎn)能力都沒有太大問(wèn)題而主要障礙是生產(chǎn)商的接受程度和風(fēng)險(xiǎn)度。

放電等離子燒結(jié)（SPS）的研究也不少，材料體系也從陶瓷擴(kuò)展到了金屬材料，特別是一些超細(xì)晶材料，如鋁合金、鎂合金和自潤(rùn)滑鐵基材料等但是由于其單件生產(chǎn)的特點(diǎn)，該方法恐怕只能用來(lái)作一些基礎(chǔ)研究噴射沉積在制備大型、細(xì)晶材料方面非常有優(yōu)勢(shì)該技術(shù)最初主要生產(chǎn)鋁合金和鋁硅合金隨著熔煉技術(shù)的提高，噴射沉積已可用來(lái)制備工具鋼和高溫合金德國(guó)不來(lái)梅大學(xué)報(bào)導(dǎo)采用噴射沉積制備出了單件質(zhì)量超過(guò)100公斤，內(nèi)徑40mm,外徑500mm，寬100mm的高溫合金環(huán)快速成形技術(shù)近年來(lái)引起了很多學(xué)者的關(guān)注在粉末冶金領(lǐng)域應(yīng)用最多的是直接金屬激光燒結(jié)目前該技術(shù)已用于鋼鐵粉末和鈦合金粉末等另一種金屬快速成形方法是三維印刷該方法非常方便用于各種不同成分合金按照不同結(jié)構(gòu)需要進(jìn)行三維微觀堆積，目前尚處于概念階段但該技術(shù)已用來(lái)制備了一些由金屬+粘結(jié)劑組成的結(jié)構(gòu)，以及梯度功能材料金屬粉末多孔材料金屬粉末多孔材料的應(yīng)用非常廣泛，如輕質(zhì)結(jié)構(gòu)材料、高溫過(guò)濾裝置、分離膜等目前最大的市場(chǎng)可能是柴油發(fā)動(dòng)機(jī)的煙塵過(guò)濾裝置德國(guó)的Fraunhofer研究所開發(fā)了一種金屬空心球制備技術(shù)，在聚合物基體上涂覆金屬粉末料漿，然后通過(guò)脫涂聚合物基體和粘結(jié)劑，最后燒結(jié)成各種具有空心結(jié)構(gòu)的金屬球體。

球體的直徑可叢1mm至8mm所制備的鋼空心球的密度僅0.3g/cm3硬質(zhì)合金納米晶和梯度結(jié)構(gòu)是硬質(zhì)合金的兩個(gè)重點(diǎn)方向納米晶材料方面包括晶粒長(zhǎng)大控制和納米粉末制備梯度結(jié)構(gòu)合金方面包括工藝與結(jié)構(gòu)的關(guān)系將納米晶和梯度結(jié)構(gòu)結(jié)合起來(lái)可能是一個(gè)很好的方向，能夠在更微觀層次上實(shí)現(xiàn)性能的可調(diào)硬質(zhì)合金的硬度高，可加工性差，因此采用注射成形制備復(fù)雜形狀中小型零件是發(fā)展趨勢(shì)，但是其商用化仍然受技術(shù)成熟度的控制硬質(zhì)合金其他方面的工作包括天家稀土及合金元素、斷裂韌性和可靠性表征等粉末輕金屬合金汽車輕量化為鋁、鎂、鈦等輕金屬材料提供了廣闊的應(yīng)用前景粉末鋁合金在汽車上可應(yīng)用的部位非常多，但Al-Si合金由于高比強(qiáng)度、高比剛度、低熱膨脹系數(shù)和耐磨性好，有可能率先在油泵齒輪方面大規(guī)模應(yīng)用從工業(yè)化角度來(lái)看，對(duì)粉末冶金鋁合金制備過(guò)程的優(yōu)化研究更為重要鋁合金的另一個(gè)研究熱點(diǎn)是復(fù)合材料，包括傳統(tǒng)的Al/SiC,Al/C,AI/BN,Al/Ti(C,N)以及新出現(xiàn)的納米碳管增強(qiáng)鋁合金高強(qiáng)粉末鋁合金與快速凝固技術(shù)密切相關(guān)通過(guò)成分設(shè)計(jì)，在純鋁基體中加入金屬間化合物行成組元,可以制備高強(qiáng)度、高韌性、高熱穩(wěn)定性兼顧的鋁合金該材料的室溫強(qiáng)度大于600Mpa，延伸率超過(guò)10%,在400C還有很好的熱穩(wěn)定,疲勞極限是鍛造鋁合金的2倍。

鎂合金的密度更小,其應(yīng)用前景可能更好,但目前仍處于研究狀態(tài)采用快速凝固方法也是制備高性能粉末鎂合金的重要手段目前該技術(shù)在安全性方面已經(jīng)沒有太大的問(wèn)題,所制備出的材料性能也遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于鑄造合金鈦合金在汽車上的應(yīng)用主要是成本問(wèn)題,而粉末鈦合金的主要障礙在于高性能低成本鈦粉英國(guó)QinetiQLtd開發(fā)了一種店脫氧技術(shù)（EDO），可批量生產(chǎn)鈦粉該技術(shù)與傳統(tǒng)的以海綿鈦為原料的氫化脫氫過(guò)程完全不同它是一種類似于熔鹽電解的方法，以TiO2為陰極，石墨為陽(yáng)極，在電解過(guò)程中TiO2的陽(yáng)極遷移，并消耗陽(yáng)極的炭形成CO,在陰極得到鈦粉鈦粉的氧含量在0.035%~0.4%之間采用這一技術(shù)還可方便地制備各種鈦合金粉末由于對(duì)氣氛和雜質(zhì)的敏感性，粉末鈦合金的燒結(jié)也是工藝難點(diǎn)，通常與要熱等靜壓或后續(xù)熱加工通過(guò)添加共晶形成組元和稀土元素能夠明顯改善粉末鈦合金的燒結(jié)致密度，其力學(xué)性能也能達(dá)到鍛造鈦合金水平這一系列工作將大大推動(dòng)鈦合金在汽車機(jī)關(guān)鍵部件上的應(yīng)用粉末零件后續(xù)處理技術(shù)后續(xù)處理對(duì)粉末冶金零件的性能至關(guān)重要燒結(jié)硬化將燒結(jié)和熱處理融為一體，合金成分和冷卻條件對(duì)材料性能的影響很大Miba公司采用鉆孔技術(shù)對(duì)零件可加工性進(jìn)行了評(píng)價(jià)。

神戶鋼鐵公司在燒結(jié)鋼中添加一種復(fù)雜鈣氧化物，代替通常用的MnS，明顯改善了零件的可加工性，而不損害其力學(xué)性能此外隨著應(yīng)用的擴(kuò)大粉末鋁及復(fù)合材料的切削多孔材料的線切割也受到了關(guān)注。