●粉末壓制成型新技術(shù)
1.動磁壓制技術(shù)
原理:將粉末裝于一個導(dǎo)電的容器(護(hù)套)內(nèi),置于高強(qiáng)磁場線圈的中心腔中。電容器放電在數(shù)微秒內(nèi)對線圈通入高脈沖電流,線圈腔中形成磁場,護(hù)套內(nèi)產(chǎn)生感應(yīng)電流。感應(yīng)電流與施加磁場相互作用,產(chǎn)生由外向內(nèi)壓縮護(hù)套的磁力,因而粉末得到二維壓制。整個壓制過程不足1ms。
動磁壓制的優(yōu)點:
1.由于不使用模具,成型時模壁摩擦減少到0，因而可達(dá)到更高的壓制壓力,有利于提高產(chǎn)品，并且生產(chǎn)成本低；
2.由于在任何溫度與氣氛中均可施壓,并適用于所有材料,因而工作條件更加靈活；
3. 由于這一工藝不使用潤滑劑與粘結(jié)劑,因而成型產(chǎn)品中不含有雜質(zhì)，性能較高，而且還有利于環(huán)保。
許多合金鋼粉用動磁壓制做過實驗,粉末中不添加任何潤滑劑,生坯密度均在95%以上。動磁壓制件可以在常規(guī)燒結(jié)條件下進(jìn)行燒結(jié),其力學(xué)性能高于傳統(tǒng)壓制件。動磁壓制適用于制造柱形對稱的近終形件、薄壁管、縱橫比高的零件和內(nèi)部形狀復(fù)雜的零件。
動磁壓制有可能使電機(jī)設(shè)計與制造方法產(chǎn)生革命性變化,由粉末材料一次制成近終形定子與轉(zhuǎn)子,從而獲得高性能產(chǎn)品,大大降低生產(chǎn)成本。
動磁壓制正用于開發(fā)高性能粘結(jié)釹鐵硼磁體與燒結(jié)釤鈷磁體。由于動磁壓制的粘結(jié)釹鐵硼磁體密度高,其磁能積可提高15%-20%。
動磁壓制的亞毫秒壓制過程有助于保持材料的顯微結(jié)構(gòu)不變,因而也提高了材料性能。對于象Ｗ、ＷＣ與陶瓷粉末等難壓制材料,動磁壓制可達(dá)到較高的密度,從而降低燒結(jié)收縮率。目前許多動磁壓制的應(yīng)用已接近工業(yè)化階段,第一臺動磁壓制系統(tǒng)已在運(yùn)行中。
2.高速壓制
瑞典開發(fā)出粉末冶金用高速壓制法。這可能是粉末冶金工業(yè)的又一次重大技術(shù)突破。高速壓制采用液壓沖擊機(jī),它與傳統(tǒng)壓制有許多相似之處,但關(guān)鍵是壓制速度比傳統(tǒng)快500～1000倍,其壓頭速度高達(dá)2～30m/s,因而適用于大批量生產(chǎn)。液壓驅(qū)動的重錘(5～1200kg)可產(chǎn)生強(qiáng)烈沖擊波,0.02s內(nèi)將壓制能量通過壓模傳給粉末進(jìn)行致密化。重錘的質(zhì)量與沖擊時的速度決定壓制能量與致密化程度。
高速壓制的另一個特點是產(chǎn)生多重沖擊波，間隔約0 3s的一個個附加沖擊波將密度不斷提高。這種多重沖擊提高密度的一個優(yōu)點是,可用比傳統(tǒng)壓制小的設(shè)備制造重達(dá)5kg以上的大零件。
高速壓制適用于制造閥座、氣門導(dǎo)管、主軸承蓋、輪轂、齒輪、法蘭、連桿、軸套及軸承座圈等產(chǎn)品。
與傳統(tǒng)壓制相比, 高速壓制的優(yōu)點是：
壓制件密度提高，提高幅度在0.3g/cm3左右；
壓制件抗拉強(qiáng)度可提高20%～25%；
高速壓制壓坯徑向彈性后效很小, 脫模力較低；
高速壓制的密度較均勻, 其偏差小于0.01g/cm3。
3.溫壓成型技術(shù)
溫壓技術(shù)是近幾年新發(fā)展的一項新技術(shù)。它是在混合物中添加高溫新型潤滑劑，然后將粉末和模具加熱至423K左右進(jìn)行剛性模壓制，最后采用傳統(tǒng)的燒結(jié)工藝進(jìn)行燒結(jié)的技術(shù)，是普通模壓技術(shù)的發(fā)展與延伸，被國際粉末冶金界譽(yù)為 “開創(chuàng)鐵基粉末冶金零部件應(yīng)用新紀(jì)元”和“導(dǎo)致粉末冶金技術(shù)革命”的新型成型技術(shù)。
其與傳統(tǒng)模壓工藝主要區(qū)別之處在于壓制過程中將粉末和模具加熱到一定的溫度，溫度通常設(shè)定在130~150℃范圍以內(nèi)，可使鐵基粉末冶金零件密度提高0.15～0.4g/cm3，粉末壓坯相對密度可達(dá)到98-99%。
在該工藝中，為了充分發(fā)揮在壓制過程中的顆粒重排和塑性變形等溫壓致密化機(jī)制，往往需要優(yōu)化原料粉末設(shè)計（如形狀、粒度組成的選擇），通過退火或擴(kuò)散退火處理以改善粉末塑性，以及往粉末中摻入高性能高溫潤滑劑（添加量通常為0.6wt%）。
特點 ：
（1）密度高且分布均勻
常規(guī)一次壓制-燒結(jié)最高密度一般為7.1g/cm3左右，溫壓一次壓制-燒結(jié)密度可達(dá)到7.40-7.50 g/cm3，溫壓二次壓制-燒結(jié)密度可高達(dá)7.6g/cm3左右。溫壓工藝中高性能潤滑劑保證了粉末與模壁之間具有較低的摩擦系數(shù)，使得壓坯密度分布更加均勻，采用溫壓工藝制備齒輪類零件時齒部與根部間的密度差比常規(guī)壓制工藝低0.1～0.2g/cm3。
（2）生坯強(qiáng)度高
常規(guī)工藝的生坯強(qiáng)度約為10~20MPa，溫壓壓坯的強(qiáng)度則為25~30MPa，提高了1.25-2倍。生坯強(qiáng)度的提高可以大大降低產(chǎn)品在轉(zhuǎn)移過程中出現(xiàn)的掉邊、掉角等缺陷，有利于制備形狀復(fù)雜的零件；同時，還有望對生坯直接進(jìn)行機(jī)加工，免去燒結(jié)后的機(jī)加工工序，降低了生產(chǎn)成本。這一點在溫壓-燒結(jié)連桿制備中表現(xiàn)得尤為明顯。
（3）脫模壓力小
溫壓工藝脫模壓力(Slide pressure)約為10~20MPa，而常規(guī)工藝卻高達(dá)55~75MPa，其降低幅度超過60%。低的脫模壓力意味著溫壓工藝易于壓制形狀復(fù)雜的鐵基P/M零件和減小模具磨損從而延長其使用壽命。
（4）表面精度高
由于溫壓工藝使壓坯密度升高，而且溫壓中處于粘流態(tài)的潤滑劑具有良好的“整平”作用，因此它可以使鐵基粉末冶金零件表面精度提高2個IT等級，使納米晶硬質(zhì)合金粉末壓坯表面精度提高3個IT等級。
溫壓技術(shù)研究和開發(fā)的核心：
預(yù)合金化粉末的制造技術(shù)；
新型聚合物潤滑劑的設(shè)計；
石墨粉末有效添加技術(shù)；
無偏析粉末的制造技術(shù)；
溫壓系統(tǒng)制備技術(shù)。
溫壓技術(shù)主要適合生產(chǎn)鐵基合金零件。同時人們正在嘗試用這種技術(shù)制備銅基合金等多種材料零件。由于溫壓零件的密度得到了較好的提高，從而大大提高了鐵基等粉末冶金制品的可靠性，因此溫壓技術(shù)在汽車制造 機(jī)械制造、武器制造等領(lǐng)域存在著廣闊的應(yīng)用前景。
4.流動溫壓技術(shù)
流動溫壓技術(shù)以溫壓技術(shù)為基礎(chǔ),并結(jié)合了金屬注射成形的優(yōu)點,通過加入適量的微細(xì)粉末和加大潤滑劑的含量而大大提高了混合粉末的流動性、填充能力和成形性, 這一工藝是利用調(diào)節(jié)粉末的填充密度與潤滑劑含量來提高粉末材料的成形性。它是介于金屬注射成形與傳統(tǒng)模壓之間的一種成形工藝。
流動溫壓技術(shù)的關(guān)鍵是提高混合粉末的流動性，主要通過兩種方法來實現(xiàn)：
第一種方法是:向粉末中加入精細(xì)粉末。這種精細(xì)粉末能夠填充在大顆粒之間的間隙中,從而提高了混合粉末的松裝密度。
第二種方法是:比傳統(tǒng)粉末冶金工藝加入更多的粘結(jié)劑和潤滑劑,但其加入量要比粉末注射成形少得多。粘結(jié)劑或潤滑劑的加入量達(dá)到最優(yōu)化后,混合粉末在壓制中就轉(zhuǎn)變成一種填充性很高的液流體。
將上述兩種方法結(jié)合起來,混合粉末在壓制溫度下就可轉(zhuǎn)變成為流動性很好的黏流體,它既具有液體的所有優(yōu)點,又具有很高的黏度。混合粉末的流變行為使得粉末在壓制過程中可以流向各個角落而不產(chǎn)生裂紋。
流動溫壓工藝主要特點如下:
(1)可成形零件的復(fù)雜幾何形狀。國外已利用常規(guī)溫壓工藝成功制備出了一些形狀較復(fù)雜的粉末冶金零件,如汽車傳動轉(zhuǎn)矩變換器渦輪轂、連桿和齒輪類零件等。
(2)密度高、性能均一。流動溫壓工藝由于松裝密度較高,經(jīng)溫壓后的半成品密度可以達(dá)到很高的值。由于流動溫壓工藝中粉末的良好流動性,由此得到的材料密度也更加均勻。
(3)適應(yīng)性較好。流動溫壓工藝已經(jīng)用于低合金鋼粉、不銹鋼316L粉、純Ti粉和WC-Co硬質(zhì)合金粉末。原則上它可適用于所有的粉末體系，唯一的條件是該粉末體系須具有足夠好的燒結(jié)性能,以便達(dá)到所要求的密度和性能。
(4)簡化了工藝,降低了成本。
5.注射成形技術(shù)
金屬粉末注射成形技術(shù)是隨著高分子材料的應(yīng)用而發(fā)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法。它是使用大量熱塑性粘結(jié)劑與粉料一起注入成形模中，施于低而均勻的等靜壓力，使之固結(jié)成形，然后脫粘結(jié)劑燒結(jié)。
這種技術(shù)能夠制造用常規(guī)模壓粉末的技術(shù)無法制造的復(fù)雜形狀結(jié)構(gòu)（如帶有螺紋、垂直或高叉孔銳角、多臺階、壁、翼等）制品，具有更高的材質(zhì)密度（93%~100%的理論密度）和強(qiáng)韌性，并具有材質(zhì)各向同性等特性。目前該項技術(shù)成為粉末冶金領(lǐng)域最具活力的新技術(shù) 并已進(jìn)入工業(yè)化生產(chǎn)階段。
金屬粉末注射成型技術(shù)制作的產(chǎn)品有齒輪汽車部件、通信器械元件(如手機(jī)的情報通信器械和計算機(jī)的 OA 器件)、電動工具、門鎖、樂器、醫(yī)療器件和縫紉機(jī)元件、工業(yè)設(shè)備元件和磁性元件、槍支瞄準(zhǔn)器支架、手槍退子鉤和撞針、窗戶鎖扇形塊、紡織機(jī)的三角塊、眼鏡框架的柔性鉸鏈、眼鏡腳、手表表殼等。產(chǎn)品都有一個明顯的特點：其結(jié)構(gòu)小而復(fù)雜，密度和精度高等。制作材料除鐵 鎳合金外，還有鈦及鈦合金、鋁及鋁合金、超硬合金和重合金等 。
微注射成型
傳統(tǒng)粉末注射成形技術(shù), 可制得0 1～1ｍｍ尺寸的部件, 已制得最小20mg的零件。但隨著微型系統(tǒng)的發(fā)展, 包括微觀光學(xué), 最小侵害外科及微觀射流技術(shù)等, 需要形狀復(fù)雜、尺寸在微米范圍內(nèi)的金屬與陶瓷零件。微注射成形適用于大規(guī)模制造微型結(jié)構(gòu)件。
德國在10年前就開始研究微注射成形技術(shù), 不過所用的原料為熱塑性塑料,最小件尺寸已達(dá)0.2μｍ。德國在此研究的基礎(chǔ)上, 現(xiàn)正研究微金屬注射成形與微陶恣注射成形技術(shù)。所用粉末為平均粒度1 5μｍ的羰基鐵粉, 4～5μｍ的不銹鋼粉和0.6μｍ的氧化鋁粉。所用粘結(jié)劑有自混聚烯烴/蠟化合物與常態(tài)聚醛基化合物。研究中的脫粘結(jié)劑方法有加熱去除有機(jī)物法, 聚醛基化合物催化脫粘結(jié)劑法及超臨界二氧化碳脫粘結(jié)劑法。
所制的產(chǎn)品復(fù)壓后密度達(dá)98%，線性收縮15%～22%。最小微陶瓷注射成形結(jié)構(gòu)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。微注射成形用于微型泵、微型齒輪、微型渦輪、最小損傷外科用的微型導(dǎo)管等。
6.快速原型制作技術(shù)
選擇激光燒結(jié)法是用激光束一層一層地?zé)Y(jié)生產(chǎn)塑料原型。現(xiàn)在可選用多種粉末, 包括金屬粉末與陶瓷粉末。金屬粉末選擇激光燒結(jié), 旨在直接生產(chǎn)功能部件。這使工業(yè)界對它產(chǎn)生了極大興趣, 因為它在產(chǎn)品開發(fā)過程中, 節(jié)省時間并降低成本。
多相噴射固結(jié)法是一種新的自由成形技術(shù)。可用于制造生物醫(yī)學(xué)零件, 如像矯形植入物、牙齒矯正與修復(fù)材料、一般修復(fù)外科用部件等。多相噴射固結(jié)法, 根據(jù)ＣＴ掃瞄得到的假體的三維描述, 就可以制造出通常外科所需零件,而無需開刀去實際測量。將金屬粉或陶瓷粉與粘結(jié)劑混合, 形成均勻混合料。多相噴射固結(jié)法就是將這些混合料按技術(shù)要求進(jìn)行噴射,一層一層地形成一個零件。在部件形成之后, 其中的粘結(jié)相用化學(xué)法或者加熱去除, 而后燒結(jié)到最終密度。
三維印刷法是美國麻省理工學(xué)院發(fā)明的。該法是根據(jù)印刷技術(shù),通過計算機(jī)輔助設(shè)計, 將粘結(jié)劑精確沉積到一層金屬粉末上。這樣反復(fù)逐層印刷, 直至達(dá)到最終的幾何形狀。由此便得到一個生坯件。生坯件經(jīng)燒結(jié)并在爐中熔滲, 可達(dá)到全密度。
三維印刷法不同于原型制做的選擇激光燒結(jié)法。后者一次只能制做一個零件, 而前者可同時生產(chǎn)幾個形狀不同的零件。三維印刷法有兩個優(yōu)點: 第一,它能制造任何形狀的零件,包括有空腔、內(nèi)通孔、有錐度或泡沫狀表面的零件。第二,生產(chǎn)速度快。采用耗時費錢的傳統(tǒng)原型制作法, 一個零件原型要數(shù)周或數(shù)月才能制成, 而用三維印刷法, 幾天便可完成。 |
