●粉末壓制成型新技術
1.動磁壓制技術
原理:將粉末裝于一個導電的容器(護套)內,置于高強磁場線圈的中心腔中。電容器放電在數微秒內對線圈通入高脈沖電流,線圈腔中形成磁場,護套內產生感應電流。感應電流與施加磁場相互作用,產生由外向內壓縮護套的磁力,因而粉末得到二維壓制。整個壓制過程不足1ms。
動磁壓制的優點:
1.由于不使用模具,成型時模壁摩擦減少到0，因而可達到更高的壓制壓力,有利于提高產品，并且生產成本低；
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劑,因而成型產品中不含有雜質，性能較高，而且還有利于環保。
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燒結條件下進行燒結,其力學性能高于傳統壓制件。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部形狀復雜的零件。
動磁壓制有可能使電機設計與制造方法產生革命性變化,由粉末材料一次制成近終形定子與轉子,從而獲得高性能產品,大大降低生產成本。
動磁壓制正用于開發高性能粘結釹鐵硼磁體與燒結釤鈷磁體。由于動磁壓制的粘結釹鐵硼磁體密度高,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構不變,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,動磁壓制可達到較高的密度,從而降低燒結收縮率。目前許多動磁壓制的應用已接近工業化階段,第一臺動磁壓制系統已在運行中。
2.高速壓制
瑞典開發出粉末冶金用高速壓制法。這可能是粉末冶金工業的又一次重大技術突破。高速壓制采用液壓沖擊機,它與傳統壓制有許多相似之處,但關鍵是壓制速度比傳統快500～1000倍,其壓頭速度高達2～30m/s,因而適用于大批量生產。液壓驅動的重錘(5～1200kg)可產生強烈沖擊波,0.02s內將壓制能量通過壓模傳給粉末進行致密化。重錘的質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點是,可用比傳統壓制小的設備制造重達5kg以上的大零件。
高速壓制適用于制造閥座、氣門導管、主軸承蓋、輪轂、齒輪、法蘭、連桿、軸套及軸承座圈等產品。
與傳統壓制相比, 高速壓制的優點是：
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
溫壓技術是近幾年新發展的一項新技術。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左右進行剛性模壓制，最后采用傳統的燒結工藝進行燒結的技術，是普通模壓技術的發展與延伸，被國際粉末冶金界譽為 “開創鐵基粉末冶金零部件應用新紀元”和“導致粉末冶金技術革命”的新型成型技術。
其與傳統模壓工藝主要區別之處在于壓制過程中將粉末和模具加熱到一定的溫度，溫度通常設定在130~150℃范圍以內，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到98-99%。
在該工藝中，為了充分發揮在壓制過程中的顆粒重排和塑性變形等溫壓致密化機制，往往需要優化原料粉末設計（如形狀、粒度組成的選擇），通過退火或擴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
常規一次壓制-燒結最高密度一般為7.1g/cm3左右，溫壓一次壓制-燒結密度可達到7.40-7.50 g/cm3，溫壓二次壓制-燒結密度可高達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，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壓制工藝低0.1～0.2g/cm3。
（2）生坯強度高
常規工藝的生坯強度約為10~20MPa，溫壓壓坯的強度則為25~30MPa，提高了1.25-2倍。生坯強度的提高可以大大降低產品在轉移過程中出現的掉邊、掉角等缺陷，有利于制備形狀復雜的零件；同時，還有望對生坯直接進行機加工，免去燒結后的機加工工序，降低了生產成本。這一點在溫壓-燒結連桿制備中表現得尤為明顯。
（3）脫模壓力小
溫壓工藝脫模壓力(Slide pressure)約為10~20MPa，而常規工藝卻高達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，使納米晶硬質合金粉末壓坯表面精度提高3個IT等級。
溫壓技術研究和開發的核心：
預合金化粉末的制造技術；
新型聚合物潤滑劑的設計；
石墨粉末有效添加技術；
無偏析粉末的制造技術；
溫壓系統制備技術。
溫壓技術主要適合生產鐵基合金零件。同時人們正在嘗試用這種技術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，因此溫壓技術在汽車制造 機械制造、武器制造等領域存在著廣闊的應用前景。
4.流動溫壓技術
流動溫壓技術以溫壓技術為基礎,并結合了金屬注射成形的優點,通過加入適量的微細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, 這一工藝是利用調節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模壓之間的一種成形工藝。
流動溫壓技術的關鍵是提高混合粉末的流動性，主要通過兩種方法來實現：
第一種方法是:向粉末中加入精細粉末。這種精細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:比傳統粉末冶金工藝加入更多的粘結劑和潤滑劑,但其加入量要比粉末注射成形少得多。粘結劑或潤滑劑的加入量達到最優化后,混合粉末在壓制中就轉變成一種填充性很高的液流體。
將上述兩種方法結合起來,混合粉末在壓制溫度下就可轉變成為流動性很好的黏流體,它既具有液體的所有優點,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生裂紋。
流動溫壓工藝主要特點如下:
(1)可成形零件的復雜幾何形狀。國外已利用常規溫壓工藝成功制備出了一些形狀較復雜的粉末冶金零件,如汽車傳動轉矩變換器渦輪轂、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,經溫壓后的半成品密度可以達到很高的值。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)適應性較好。流動溫壓工藝已經用于低合金鋼粉、不銹鋼316L粉、純Ti粉和WC-Co硬質合金粉末。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性能,以便達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
金屬粉末注射成形技術是隨著高分子材料的應用而發展起來的一種新型固結金屬粉、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，使之固結成形，然后脫粘結劑燒結。
這種技術能夠制造用常規模壓粉末的技術無法制造的復雜形狀結構（如帶有螺紋、垂直或高叉孔銳角、多臺階、壁、翼等）制品，具有更高的材質密度（93%~100%的理論密度）和強韌性，并具有材質各向同性等特性。目前該項技術成為粉末冶金領域最具活力的新技術 并已進入工業化生產階段。
金屬粉末注射成型技術制作的產品有齒輪汽車部件、通信器械元件(如手機的情報通信器械和計算機的 OA 器件)、電動工具、門鎖、樂器、醫療器件和縫紉機元件、工業設備元件和磁性元件、槍支瞄準器支架、手槍退子鉤和撞針、窗戶鎖扇形塊、紡織機的三角塊、眼鏡框架的柔性鉸鏈、眼鏡腳、手表表殼等。產品都有一個明顯的特點：其結構小而復雜，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
傳統粉末注射成形技術, 可制得0 1～1ｍｍ尺寸的部件, 已制得最小20mg的零件。但隨著微型系統的發展, 包括微觀光學, 最小侵害外科及微觀射流技術等, 需要形狀復雜、尺寸在微米范圍內的金屬與陶瓷零件。微注射成形適用于大規模制造微型結構件。
德國在10年前就開始研究微注射成形技術, 不過所用的原料為熱塑性塑料,最小件尺寸已達0.2μｍ。德國在此研究的基礎上, 現正研究微金屬注射成形與微陶恣注射成形技術。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。所用粘結劑有自混聚烯烴/蠟化合物與常態聚醛基化合物。研究中的脫粘結劑方法有加熱去除有機物法, 聚醛基化合物催化脫粘結劑法及超臨界二氧化碳脫粘結劑法。
所制的產品復壓后密度達98%，線性收縮15%～22%。最小微陶瓷注射成形結構件尺寸達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管等。
6.快速原型制作技術
選擇激光燒結法是用激光束一層一層地燒結生產塑料原型。現在可選用多種粉末, 包括金屬粉末與陶瓷粉末。金屬粉末選擇激光燒結, 旨在直接生產功能部件。這使工業界對它產生了極大興趣, 因為它在產品開發過程中, 節省時間并降低成本。
多相噴射固結法是一種新的自由成形技術。可用于制造生物醫學零件, 如像矯形植入物、牙齒矯正與修復材料、一般修復外科用部件等。多相噴射固結法, 根據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劑混合, 形成均勻混合料。多相噴射固結法就是將這些混合料按技術要求進行噴射,一層一層地形成一個零件。在部件形成之后, 其中的粘結相用化學法或者加熱去除, 而后燒結到最終密度。
三維印刷法是美國麻省理工學院發明的。該法是根據印刷技術,通過計算機輔助設計, 將粘結劑精確沉積到一層金屬粉末上。這樣反復逐層印刷, 直至達到最終的幾何形狀。由此便得到一個生坯件。生坯件經燒結并在爐中熔滲, 可達到全密度。
三維印刷法不同于原型制做的選擇激光燒結法。后者一次只能制做一個零件, 而前者可同時生產幾個形狀不同的零件。三維印刷法有兩個優點: 第一,它能制造任何形狀的零件,包括有空腔、內通孔、有錐度或泡沫狀表面的零件。第二,生產速度快。采用耗時費錢的傳統原型制作法, 一個零件原型要數周或數月才能制成, 而用三維印刷法, 幾天便可完成。 |
