粉末冶金的特点(6篇)
粉末冶金的特点篇1
模具使用寿命取决于抗磨损和抗机械损伤能力，一旦磨损过度或机械损伤，须经修复才能恢复使用。目前可采用的修复技术有电镀、电弧或火焰堆焊、热喷涂(火焰、等离子)等。电镀层一般很薄，不超过0.3mm，而且与基体结合差，形状损坏部位难于修复，在堆焊、热喷涂或喷焊时，热量注入大，能量不集中，模具热影响区大，易畸变甚至开裂，喷涂层稀释率大，降低了基体和材料的性能。
利用激光熔覆的方法可实现对模具的修复。用高功率激光束以恒定功率p与热粉流同时入射到模具表面上，一部分入射光被反射，一部分光被吸收，瞬时被吸收的能量超过临界值后，金属熔化产生熔池，然后快速凝固形成冶金结合的覆层。激光束根据cad二次开发的应用程序给定的路线，来回扫描逐线逐层地修复模具。由于激光束的高能密度所产生的近似绝热的快速加热，对基体的热影响较小，引起的畸变可以忽略，特别是经过修复后的模具几乎不需再加工。
1激光修复系统
激光修复技术是集高功率激光、计算机、数控机床、cad/cam、先进材料、数控技术等多学科的应用技术。修复系统主要由硬件设备和制造过程软件组成。硬件设备包括激光器、数控系统及工作台、送粉装置、光路系统、水冷装置、保护气系统和在线控制所涉及的数据采集装置。软件系统包括制造零件成型软件擞据通讯和在线控制软件。激光修复过程如图2所示。co2激光器发出的激光经cnc数控机床z轴(垂直工作台)反射镜后，进入三维光束成形聚焦组合镜，再进入同轴送粉工作头，组合镜和工作头都固定在机床z轴上，由数控系统统一控制。载气式送粉器将粉末均匀输送到分粉器的同轴送粉工作头。
模具位于cnc数控工作台x-y平面上，根据cnc指令，工作台、组合镜和送粉头按给定的cad程序运动。同时加入激光和粉末，逐层熔敷。在温度检测和控制系统作用下，使模具恢复原始尺寸。为保证熔覆材料(金属粉末)和基体(模具)材料实现冶金结合，以及模具的尺寸精度、表面光洁度和材料性能，需将φ50mm圆形多模1kw-5kw高功率激光束变换成强度均匀分布的圆形光束，光斑尺寸可调(光路系统)，并配有水冷系统和光束头气体保护系统，同时需重点考虑同轴送粉装置和现场控制系统的设计。
1.1同轴送粉装置
稳定可靠的粉末输送系统是金属零件修复质量的重要保证。粉末输送的波动将影响修复的质量。激光修复对送粉的基本要求是连续、稳定、均匀和可控地把粉末送入激光熔池。送粉装置由送粉器和同轴送粉嘴组成。在送粉器的粉斗下部，由于平衡气压的作用形成气固两相流化，并从导管开孔，随载气输送粉末。送粉量由输送气体的压力调节，拓宽了送粉范围，实现从5g/min-150g/min均匀连续可调送粉，送粉精度高达±5。设计的载气同轴粉嘴，消除了气体压力波动引起的4路送粉不均匀，并使工作距离加大，且连续可调。
1.2模具修复过程的控制
在理论上，熔池温度场决定修复过程的宏观与微观质量，因此在激光熔覆层质量控制过程中，表征熔覆层熔池温度场的实时检测非常重要。采用红外测温技术来检测激光加工区域的温度场，结合温度场标定结果推导出实际的温度场信息，来控制激光器功率输出值以及cnc机床的运动速度，以保持熔池温度稳定，避免零件由于过热或温度不均产生裂纹气孔等缺陷。虚线范围内所示的是比色测温仪，光路系统选用单台相机，切换不同滤色片的单通道图像记录方式。滤光片及其控制保证两个滤光片(804.5nm和894.6nm)交替置于数字相机图像记录光路中，移动响应时间<10ms，由计算机控制的高精度步进电机实现准确定位。软件包括三部分：①控制滤光片转入记录光路机械控制部分;②进行实时的同步图像采集、处理以及温度场标定和计算;③用测量温度变化量所得到的过程参数，调节激光功率和机床运动速度。
1.3激光修复模具工艺参数
激光修复伴随着传热、辐射、固化、分子取相及结晶等物理和化学变化，是个多参数过程。激光功率p、扫描速度、送粉量、熔池温度等都会对其产生影响。因此必须把参数合理地组合，以确保修复工作是在涂覆特性可知的情况下进行。在激光熔敷过程中，如果不采用特殊的工艺过程对基材的热输入量进行控制，将会使熔敷层与基体结合程度不理想，或在熔层表面和熔敷层与基材的过渡区产生裂纹。因此，合理地选择工艺参数是激光熔覆技术用于模具维修的关键因素。
根据物理冶金原理，熔敷材料和基体材料必须加热到足够高的温度才能满足实现冶金反应所无原则的条件，最终形成几何外形规则的熔敷层，见图1，根据经验，应尽可能使熔敷材料加热到较低的温度，这样可以减小熔敷裂纹、畸变倾向，也可避免熔敷材料的烧损和蒸发，需控制熔化材料的熔点(取基体、粉末材料两者最高熔点)tm+(50-100)℃。参考温度场计逄，理论上p取值为1kw-2kw、为2mm/s-4mm/s可满足上述要求，至于熔覆层表面不平度，可通过调节送粉量实现其最小化。
2.2试验方法
试验用横流连续波5kw-co2激光器，光束模式为多模，光斑直径为4mm，基体材料(模具)为5crmnmo钢，试样尺寸80mm×60mm×10mm，由于ni合金粉流动性好，与基材相结合后表面光洁，价格适中，故选用了ni60镍基合金粉末材料。试验选定激光功率p为1.5kw。
3试验结果分析
3.1工艺参数对模具修复性能的影响
从熔覆层组织可以看出，激光与粉末材料相互作用充分，稀释率适中，在熔覆层内各层间组织与层内组织稍有差别，层内组织均匀细小致密，层间组织较粗大。由此可知，激光修复可以在相当宽的范围内获得组织均匀、细小致密和性能优异的修复层。测量1~3层硬度变化为85hv0.2。
试验结果表明，粉末在与激光相互作用时，如果激光功率p>5kw且扫描速度<1mm/s，基体因加热温度过高而被烧损，表面出现折皱以及气孔等质量问题。究其原因熔覆过程熔池内搅拌加剧，基体元素与金属粉末元素相互扩散严重，熔覆层开裂、变形敏感性明显上升。当激光功率p=1kw~2kw、扫描速度=2mm/s~4mm/s范围内均可得到较理想的激光熔覆层。此外，若加热温度过低无法充分熔化，难于达到修复模具的目的。扫描速度过大时出现熔覆层不连续现象，其结合强度不够。稀释率随扫描速度的增加，呈减小的趋势，而随送粉量的增大使稀释率有增加的趋势。
3.2工艺参数对模具修复宏观形貌的影响
试验表明，在p和变化不大时，激光熔覆表面宏观形貌与送粉量关系密切，在其它条件相同的情况下，随的增大，熔覆层宽度有所变化(有变小的趋势)，而熔覆层厚度明显增加，接触角加大。完全可以利用调节的方法改善熔覆层表面不平度。
粉末冶金的特点篇2
1粉末冶金技术应用于钢铁循环经济的意义
1.1提升资源利用率
粉末冶金是制取金属粉末或用含有金属的混合粉末作为原料，通过化学方法、物理方式进行加工，制造金属材料、复合材料以及其他各种类型制品的一种生产、加工技术。在钢铁工业的生产活动中，会产生许多金属粉末和混合粉末，对其进行二次加工可以有效提升铁资源的利用率[1]。
1.2提升经济效益
钢铁循环经济的重要追求之一即是对经济效益的提升，而粉末冶金技术则是钢铁循环经济的重要组成部分，其可以通过对金属粉末的二次利用达到提升企业经济效益的目的[2]。
2粉末冶金技术在钢铁循环经济中的应用
2.1含铁粉末产生的环节
一般来说，钢铁企业的含铁粉末主要是来自于两个生产环节，即炼铁原料系统和出铁口系统，以武汉钢铁集团为例，其部分产生含铁二次资源的统计如表1所示。
2.2制取铁粉的方式和要求
2.2.1利用固体碳制取铁粉
固体碳还原法是目前使用较为广泛的铁粉制取方法，其具有操作简单、技术成熟、经验丰富的优势，其基本原理是将还原剂、脱硫剂加入含铁粉末中，再进行粉碎筛选，直到所获铁粉达到合格要求，具体流程是，在各生产车间放置收集设备，对含铁粉末进行收集，之后对其进行简单加热，使粉末中的水分蒸发，放入反应容器中，加入固体碳还原剂，初步将铁粉和其他杂质脱离，再加入脱硫剂，去除铁粉中的硫化物，之后通过磁化设备进行精选，得到质量较高的铁粉后，通过专业设备进行检测，如果其质量达标，则属于合格产品，可以用于正常使用，如果质量不达标，则需进行二次制取，重新筛选，直到合格为止，利用固体碳回收的铁粉，其品质较高，利用粉末冶金技术，可以将其加工成复合材料和金属材料，用于相关领域[3]。
2.2.2固体碳回收法对含铁粉末的要求
一般来说，含铁粉末是在加工过程或者出铁时产生，由于加工技术、钢铁用途的差异，含铁粉末往往也不尽相同，比如含硫量、其他杂质含量的不同等。主要标准为粉末的铁含量，铁含量在70％以上的混合粉末回收价值较大，由于我国目前对含铁粉末二次加工的技术并不是特别先进，如果混合粉末中铁含量较低，那么加工所需花费和消耗将大于回收的铁粉的价值，二次利用就没有意义了，通常来说，如果混合粉末中铁粉含量低于20％，就不适合通过固体碳方式进行回收，同时，如果混合粉末中盐酸等不溶物的含量大于1％、硫含量大于0.5％，也要考虑更合适的回收方式，比如磁化装置回收法。
2.2.3磁化装置回收法
磁化装置回收法是最简单的铁粉回收法，其基本原理是利用铁元素同极相斥、异极相吸的原理，通过对较大型的装置进行磁化，使其将铁粉从混合粉末中分离出来。磁化装置回收法的基本流程是，在车间、出铁口周围安置混合粉末回收装置，大量收集混合粉末，之后提取部分粉末送检，研究其铁含量，如果铁含量较高，则可以通过固体碳等方式回收，如果其铁含量在30％以下，则表明这部分混合粉末适合通过磁化装置回收法进行回收[4]。
2.3铁粉的压制
通过固体碳、磁化装置等方式完成铁粉收集工作后，需要对铁粉进行压制处理，将其加工成具有一定规格和形状的铁坯，压制处理的方式通常为加压式，即通过物理方法向铁粉增加压力，将颗粒之间的空气挤压出去，使其最终成型[5]。
2.4铁坯的烧结
烧结是压制过后的进行粉末冶金的关键技术。压制成型后的铁坯，往往依然含有较多的杂质、碳化物、硫化物等，通过烧结，可以使铁坯在高温中发生变化，最终将杂质去除。通常来说，烧结分为元烧结和多元烧结，一些特殊的领域也会采用熔浸、热压等烧结方法。烧结环节需要重点注意的是温度，其基本流程是，将铁坯输入烧结设备中，如果采取的是固相烧结，需保持烧结温度低于铁坯的熔点，铁坯只发生纯金属的组织变化，同时铁粉颗粒间黏结、致密化，金属组织间的不会出现溶解，也不出现合金等新型金属。烧结过后的铁坯，基本上可以满足各行业所需，其杂质等经过铁粉制取、烧结已经基本被清除，此时可以根据所要加工的工件对铁坯进行热处理、电镀、轧制等，将其制成工件或者使其符合下一步加工的要求[6]。
2.5回收铁粉的应用
调查显示，利用回收的铁粉进行机械加工，材料利用率往往在90％以上，而直接使用金属材料进行加工，利用率只有50％左右，一个值得注意的现象是，大部分的回收铁粉都被应用于汽车制造行业，日本80％的回收铁粉应用于汽车零部件制造，其行业利润也远大于我国，如何将回收铁粉应用于汽车制造领域或者其他领域，是目前我国相关行业需要考虑的问题。
3总结
对资源进行二次利用，是社会进步的体现，也是时展的要求，在钢铁循环经济中应用粉末冶金技术，充分了解铁粉回收、铁坯压制、铁坯烧结等关键环节并对其进行有效把控，有利于粉末冶金技术的发展、进步，也有利于其在钢铁循环经济中的进一步应用。
作者:胡沙潘友发单位:商丘阳光铝材有限公司
参考文献
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粉末冶金的特点篇3
关键词TiAl基合金；粉末冶金；力学性能
中图分类号TF12文献标识码A文章编号1674-6708（2013）91-0045-02
0引言
作为高温结构材料，TiAl基合金正受到业内界人士的越来越高度关注，良好的抗氧化性能，低密度，耐高温性能等，让其比之镍基合金和钛基合金更具优越性[1]，因此成为航空，国防，军工等高科技领域极具吸引力的材料。然而，室温塑性低，高温屈服应力高和加工成形性差等，使得TiAl合金广泛应用受到严重的制约。因此，研究和开发针对TiAl合金合理高效的制备与成形技术，是科技工作者的一个重要课题。常规制备TiAl基合金的方法主要有粉末冶金，铸造，铸锭冶金等。其中粉末冶金方法有其显著独特优点：克服了铸造缺陷，如疏松缩孔等；加入合金元素来制备复合材料变得容易；材料成分均匀，显微组织细小，力学性能优异；复杂零件易于实现近净成形。
1预合金粉末制备工艺
采用预合金粉末成型工艺制备TiAl基合金首先要制备γ-TiAl预合金粉末，之后经过模压成型与烧结反应而制得所需制件的工艺。此工艺的成本有些昂贵，因为，Ti熔点高且活性比较大，需要在制备过程中严格控制工艺，故难度也较大。现阶段，发展出来很多方法制备γ-TiAl预合金粉，其中主要被采用的有：雾化法、机械合金化法（MA）、自蔓延高温合成法（SHS）等。此工艺所获材料其晶粒大小，相分布以及合金元素分布的均匀性与相应的锻件相比，都得到显著提高。用预合金法，德国姆波公司制造出大型客机连接臂，和直升机叶片连杆接头，产品相比于锻件，材料和成本分别节省40%和34%[2]。随后美国坩埚公司又开发出，可以制备全致密，形状复杂的钛合金近形产品的陶瓷模热等静压技术，使得合金材料的力学性能得到进一步提升。
2元素粉末法
元素粉末法是对Ti、Al和Nb、Cr、Mo等外加元素预压成形，在高温下反应合成之后进行致密化来制备TiAl基合金材料的，制品组织细小、成分均匀。此法优点是成本比较低，工艺设备简单而且容易添加各种高熔点合金元素，通过均匀化混合和高温反应能避免成分偏析。元素粉末法制备TiAl基合金，已经得到了广泛研究，所制备出来的材料性能可与铸造TiAl基合金媲美。元素粉末法制备TiAl合金时Ti，Al元素会发生扩散反应，基本反应过程为[3]：6Ti+6Al4Ti+2TiAl3，4Ti+2TiAl3Ti3Al+TiAl+2TiAl2，Ti3Al+2TiAl2+TiAl6TiAl。
3成型工艺
预合金粉末属硬脆粉末，不便直接模压成形，所以采用挤压方式进行成形。有冷挤压和热挤压两种方式。此工艺让粉末晶粒得到了细化，组织均匀性和粉末间的高温扩散能力得到提高。对于元素粉末挤压可以消除压坯膨胀开裂，而对于预合金粉末，挤压也提高了粉末变形能力。随着科技的进步，出现了很多新技术如：温压技术，流动温压技术，模壁技术，爆炸压制技术，高速压制技术等。这使得粉末冶金成形技术正向高性能化，高致密化方向发展。
4烧结反应工艺
以下是对目前出现的几种TiAl合金粉末冶金烧结工艺简单介绍。
4.1热压和热等静压
热压和热等静压是目前两种很可行的制备钛铝基合金的工艺。在压制的过程粉末的受力比较均匀，所得制件的致密度很高，力学性能很优异。经文献和实践所知，在1100℃～1300℃，压力大于100MPa时，将雾化TiAl预合金粉末，直接进行热等静压效果为最好。刘咏等人用此热等静压的工艺方法所制得的钛铝基合金制件，致密度高，显微组织细小，结果很是成功[4]。
4.2自蔓延高温合成工艺
自蔓延高温合成（也被称为燃烧合成方法），是利用化学反应过程所生成的热量和产生的高温，而使自身反应持续下去，进而获得所需材料或制品的方法。该工艺简单，高效节能，成本低且制品质量高，自问世后在世界范围内得到了广泛的研发与应用。其中开发出来的SHS制备粉体，烧结，致密化技术，能够制备出常规方法难以制备出的TiAl化合物，且产物形状复杂，致密度高，目前SHS粉末技术已成功应用与工业生产且技术越发成熟。
4.3放电等离子烧结
放电等离子体烧结亦叫作等离子体活化烧结，最早源于20世纪30年代年美国人的脉冲电流烧结原理，但此快速烧结工艺真正发展成熟是90年代从日本开始的，此后才得到广泛的关注与研发。在装有粉末的模具上联通瞬间，断续，高能脉冲电流，粉末颗粒间就能产生等离子放电现象，产生的高活性离子化的电导气体，迅速消除粉末粒表面的杂质和气体，并加快粉末的净、活、均化等效应[5]。SPS艺有其独特优势：加热均匀，烧结温度低且升温速度快，产品组织细小均匀且致密度高。研究表明，用MA技术与SPS技术结合制备出的TiAl合金，组织均匀，性能优良。
4.4粉末注射成形工艺
此技术是把塑料注射成形工艺和传统粉末冶金技术相互结合，而发展成为一种新型的近净成形的工艺。主要步骤为：混合粉末与粘结剂，注射成形，脱模，烧结。此工艺制备的制件致密度高，组织均匀，性能优越，能够制备质量要求高且精密复杂的制品，而且成本低，自动化程度高，材料利用率几近百分百。因此该工艺在国际上很热门，很受欢迎。采用PIM工艺制备出的TiAl合金组织细小均匀，相对密度高，性能优良，而且成本与传统工艺比大大降低，当然此方面的研究还有广阔空间。
5粉末冶金TiAl基合金的力学性能
作为高温结构材料，TiAl合金因为低的密度，高强度系数，良好的抗氧化性能和抗蠕变性能等，而备受关注与欢迎。然而因低室温延展性，难加工性，使其被广泛应用受到制约[6]。如何使其强度和延展性相平衡是一个很大挑战，有关此方面的研究工作一直在进行。研究表明，TiAl合金中增加Nb能改善TiAl合金高温抗氧化性能，适量Cr可以提高延性，B可以细化晶粒，提高抗蠕变性能。经过不断地改进和完善，粉末冶金TiAl合金的一些力学性能已得到了显著的提高。近期研究发现，合金添加Mo，V和Ag能改善显微组织，在1350度烧结能提高其致密度能达到96%，而抗压缩强度可达到1782MPa。然而，孔隙的难以彻底消除，间隙元素难于控制等问题，还需要不断地克服。
6结论
TiAl合金因其独特的性能在军工，航空等高技术产业占有重要地位，采用粉末冶金工艺制备TiAl基合金，优势明显，能够制备得精密度很高的制件。在TiAl合金制备技术中，极富吸引力，进而脱颖而出。然而，粉末冶金法制备TiAl基合金技术并不是完美至极的，还有一些工作需要进一步研究和拓展：控制间隙元素和杂质的污染；合金元素的合理选择与添加，改善TiAl合金的性能；进一步完善致密化技术，让显微组织更加均匀细化，消除孔隙缺陷等；进一步研发让生产低成本，高效率，规模化，不但为军用而且为民所用，促进经济的发展。粉末冶金钛铝合金技术有其独特的优势和地位，若得到进一步改进和完善，对我国的经济发展，国力的提升，具有重大意义。
参考文献
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粉末冶金的特点篇4
【关键词】SVM；图像分类；粉末冶金零件；多类分类器；
中国分类号：TP-92
0.引言
支持向量机（SupportVectorMachine，SVM）是一种新的机器学习技术。该技术已经成为当前国际机器学习界的研究热点，有许多学者已将它引入到图像分类中来，并取得了较好的效果。粉末冶金（PM）也称为钢铁粉末。它和普通的机械零件的最大区别是用模具加工而成的，由于具有节能、省材、环保、经济、高效等诸多优点，所以被称为典型的近净型制造技术。随着我国粉末冶金零件制造技术的飞速发展，尤其是汽车工业的飞速发展，粉末冶金零件的品种越来越繁多，样式各异，因此对粉末冶金零件的自动检测分类也提出了更高的要求。但是由于传统SVM对于多类分类总是将其转化为多个两类分类问题，相应地需要构造多个两类子分类器，这样不但使得分类器结构复杂，而且分类速度很慢，无法满足生产线上实时分类的需求。本文正是针对粉末冶金零件的特点，研究适合该产品的多类分类器，提高产品分类的快速性和准确性。
1.SVM多类分类器
支持向量机最基本的理论是针对二分类问题。但是在实际应用中涉及的一般是多分类问题，就需要将原始的两类SVM转化为多类分类器。近年提出许多多类SVM分类算法，大多数方法的思路是：构建一系列SVM分类器，每个分类器用于识别其中两个类别，并将它们判别结果以某种方法组合起来实现多类分类[1].
常见的方法有一对一和一对多两种[2]。本文要实现3类不同粉末冶金零件的分类，因为类别不多，故采取一对一的方法。设训练集为T，待分类的零件共有3个类别，在其中找出3种类别的两两组和，共有个，分别用这两个类别样本点组成两类问题训练集，然后用求解两类问题的SVM分别求得3个判别函数。算法如下图所示：
2.SVM分类过程
本文在设计分类器的时候，所采用的软件就是LIBSVM2.86[3]。LIBSVM属于SVM模式识别以及回归的一个软件包，它的特点是既简单、易于使用又快速有效。该软件不仅提供编译好的可在Windows系列系统的执行文件，还提供了源代码，方便改进、修改以及在其它操作系统上应用。
目前，LibSVM已经成为国内应用最多的SVM的库，原因是它不但程序小，运用灵活，输入参数少，而且是开源的，易于扩展。
为了得到适合粉末冶金零件的分类器，本文在整个实验过程是按照以下流程进行的。如图2所示。
SVM分类器的输入是图像特征提取的输出文件，也就是图像的边缘方向直方图所包含的数据信息。本文选取3种零件各90幅样本图像进行训练，每幅图像对应一个40维的向量，用它作为分类器的输入。如图3所示：
图中第一列是训练样本的数量，第二列是零件类别的编号，每一行是任何一个训练零件图像的维数。
通过训练得到的SVM模型保存为文件*.model，用记事本打开其内容如图4所示：
下面对模型里面的内容作如下解释：
3.多类分类器的验证
为了更好的判断SVM模型效果，下面我们用以下8幅图片进行测试，如图5所示：
经过对以上8幅图进行测试，每幅图像分别用本文得到的SVM分类器进行分类测试，图像的相似度是由libsvm的置信度统计出来的，其结果如表1所示：
从表格中不难看出，a图和b图属于类型1，c图和d图属于类型2，e图和f图属于类型3，g图和h图看不出来属于哪一类。也就是说只要是粉末冶金零件图的话，它的分类概率就悬殊很大，直接可以分出属于哪一类了；但是如果是非零件图的话，它分类结果相差都不会太大，也就是说，很难分出属于哪一类。
4.结束语
通过测试可以看出明，本文得到的SVM多分类器的准确率是相当高的。经过试验验证，该分类器的识别率可以达到98%以上。所以，将此分类器用在生产线上对粉末冶金零件进行分类识别有一定的实用价值和相当深远的意义。
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作者简介：张小洁（1978--），女，副教授，主要研究领域智能化制造与检测。E-mail：，电话：15619569155。
陕西工业职业技术学院科研基金项目，项目编号：ZK16-05。
粉末冶金的特点篇5
1试验
将平均粒度为60μm的N2雾化Al粉配以0～15%(质量分数)的Cu、Mg、Si等合金化元素粉末，使用钢模以80MPa的压力在数显式工程陶瓷压缩强度试验机上压制成17mm×12mm×11mm的压坯，该压坯的相对密度约为78%。将其置于真空烧结炉中于520～570℃烧结4h，随炉自然冷却至室温，于90℃真空浸油30min。用同步差式扫描量热/热重分析测试仪分析烧结坯的局部熔化温度区间，用扫描电子显微镜观察烧结坯的显微结构，用SWX数显式万能强度试验仪测定烧结坯的压溃强度，用真空浸渍法测定烧结坯的含油率。
2结果与讨论
2.1烧结温度的优化选择
烧结温度的选择必须满足在此温度下烧结坯内存在较多的液相，但过多的液相将使坯体变形、坍塌，因此不同合金相应地有不同的最佳烧结温度［9］。为了选择较优的烧结温度，将样品置于N2保护下以10℃/min的速度加热，进行同步差式扫描量热-热重分析(DSC-TGA)测试。图1所示为Al-Cu系含油轴承合金样品的DSC-TGA测试结果。从图中热流变化曲线可以看出:加热温度为520℃时，样品开始吸热，但吸热量很小，表明此时微小局部熔化;温度升高到567℃时，吸热速度明显加快，表明此时熔化区域显著增大;温度升高到577℃时，吸热停止，表明此时熔化结束。从图中质量损失变化曲线可以看出:由室温到230℃，样品质量损失较快，该阶段失重主要是由于样品中吸附的气体和水的挥发;温度为570℃时，此时质量损失急剧增大，主要是因为样品内部熔化区域显著增大导致样品大量挥发造成的。图中热流变化曲线与质量损失变化曲线所对应的温度较为吻合，很好地反映了Al-Cu轴承合金样品随加热温度的变化情况。烧结温度对Al基含油轴承的性能起着决定性的作用，直接影响烧结坯的微观形貌及性能。为了使烧结坯能够获得良好的微观形貌、较高的尺寸精度和较好的力学性能，必须精确地控制烧结温度，使压坯在烧结过程中仅发生局部熔化，避免熔融现象的出现。因此，烧结温度应介于局部熔化开始温度与局部熔化结束温度之间。由Al-Cu系含油轴承合金样品的DSC-TGA图谱分析得出，其烧结温度应在520～570℃。
2.2烧结温度对压溃强度、含油率与微观形貌的影响
由于Al的化学性质比较活泼，极容易与O反应，其表面常覆盖一层致密的、化学性能稳定的、强度高的Al2O3薄膜。在Al烧结过程中，Al2O3薄膜阻碍了颗粒之间的直接接触和元素在烧结过程中的润湿和扩散，妨碍了烧结的进行［10－12］。烧结温度偏低，致密的Al2O3薄膜不易被破坏，Al粉的冶金结合比较困难，烧结坯强度很低;烧结温度偏高，烧结坯发生过烧及熔融，孔隙直径增大，孔隙数量急剧减少，含油率较低，收缩较大，尺寸精度较差，都不能满足使用要求。
表1所示为不同烧结温度下烧结坯的压溃强度、含油率与尺寸变化。可以看出，烧结坯的压溃强度随着烧结温度的上升而显著增大，超过最佳烧结温度550℃后又逐渐降低，含油率却随着烧结温度的上升而急剧下降。当烧结温度低于540℃时，烧结坯的压溃强度很低，承受很小的压力即碎，这主要是因为烧结温度较低时，致密的Al2O3薄膜不易被破坏，颗粒之间未产生明显的冶金结合，结合强度很低;当烧结温度高于550℃时，烧结坯的含油率较低，仅为15%左右，这主要是因为烧结温度过高促使烧结坯发生过烧及熔融，颗粒大量熔化，颗粒间的烧结颈迅速长大，相邻颗粒彼此熔结在一起，颗粒间间隙大大减少，孔隙直径显著增大，孔隙数量急剧减少;烧结温度为550℃时，烧结坯具有最佳的压溃强度和含油率，分别达到了198MPa和22%，这主要是因为在此温度下烧结坯内部产生了少量的液相，破坏了Al粉颗粒表面致密的Al2O3薄膜，粉末颗粒之间产生了良好的冶金结合，并且，烧结坯孔隙数量较多，孔隙大小适中，微观形貌良好。
图2所示为不同烧结温度下烧结坯的显微结构照片。从图2(a)可以看出，540℃烧结时，粉末颗粒之间未发生明显的冶金结合，大多数Cu颗粒仍保持粉末颗粒中的形貌，弥散分布在Al基体之中。这是由于烧结温度偏低，覆盖在Al颗粒表面的致密的Al2O3薄膜阻碍了物质之间的扩散迁移，使颗粒之间不能互相融合长大，进而不能产生良好的冶金结合。因此，烧结坯的塑性很差，稍微施加外力即被压溃，表现出了明显的“欠烧结状态”。从图2(b)可以看出，550℃烧结时，由于烧结温度略高于Al-Cu共晶合金的共晶点温度(548℃)，烧结坯内部发生了微小局部熔化，产生的局部熔化破坏了颗粒之间致密的Al2O3薄膜，颗粒之间的物质迁移得以实现，彼此粘结，实现了冶金结合;并且，烧结坯中的液相在毛细管力的作用下，渗入Al粉颗粒之间，在产生液相的位置形成了数量众多、分布均匀、大小约为30μm的细小孔隙，因此，烧结坯具有较高的压溃强度和含油率，呈现出“最佳烧结状态”。从图2(c)和图2(d)可以看出，当烧结温度≥560℃时，粉末颗粒的局部熔化区间显著增大，产生大量的液相，烧结坯孔隙直径显著增大，孔隙数量急剧减少，烧结坯的含油率迅速降低;此外，烧结坯的尺寸收缩较大，达到了1.5%左右，尺寸精度较差，大直径孔隙对基体的割裂作用较大，严重影响烧结坯的塑性，其强度也呈下降趋势，已不能满足使用要求，烧结坯呈现出“过烧结”及“熔融”状态。
粉末冶金的特点篇6
1.激光熔覆技术
激光熔覆技术的研究始于20世纪70年代,美国AVCO公司就汽车发动机许多易磨损件进行了激光熔覆技术的研究。1981年英国Rolls.Royce公司成功在喷气发动机叶片上涂覆钴基合金面并显着提高了其耐磨性。由于这一新技术具有巨大的发展潜力，并能产生较大的经济效益，因此，在生产中获得了广泛推广及应用。
激光熔覆技术在目前材料表面改性技术中应用较广泛。激光熔覆是在基体上添加不同成分的材料，利用高能激光束辐照基体，熔覆粉末和基体形成一薄层，这一薄层快速熔化并凝固成形，且基体对熔覆层稀释度极低，因此熔覆层与基体冶金结合良好，可以制备耐热、耐蚀、耐磨、抗氧化、抗疲劳或具有光、电、磁特性的表面保护涂层。
2.激光熔覆工艺方法
按熔覆材料的供给方式不同，激光熔覆工艺方法分为两种：激光熔覆合金预置法和合金同步送粉法。科技论文。
2.1合金预置法
合金预置法是在基体的表面上通过一些方法将预涂材料置于其上，然后采用高能激光束辐照，涂层表面吸收能量使熔覆部位迅速升温、气化和熔化，激光束离开后，熔覆层与基体呈现良好的冶金结合。
熔覆材料的加入形式通常有粉末、丝材、板材三种，其中以粉末的形式最为常用。预置法一般包括粘结法和热喷涂法。对于粉末类材料，预置的两种方法都可以。热喷涂主要优点是喷涂效率高、容易控制沉积厚度的均匀性，且与基材接合牢固，这种方法不足之处是粉末利用率低，受工件形状限制和成本相对较高。粘接法是利用粘结剂，在基底材料的表面上，将粉末调和成膏状涂上，这种方法的不足之处在于效率低，很难得到厚度均匀的涂层，可能会妨碍熔化或引起过渡稀释；同时由于沉积层的导热性不好，会消耗更多的能量；通常仅对熔覆面积较小的工件适用，这种方法在实验室里采用。对于丝类合金材料，既可利用预置粘结法，也可利用热喷涂法进行喷涂，但板类合金材料主要利用预置粘结法。科技论文。
2.2合金同步送粉法
合金同步送粉法是将材料直接送入激光工作区，使供料和熔覆同时完成。利用激光作用，把熔覆材料和基体一起熔化，然后冷凝成熔覆层。这种方法可以把激光能量充分利用，大大降低了熔覆层的不均匀性，同时还减少了激光对基体的热作用。合金同步送粉法过程比较简单，而且耗材少，同步送粉法可控性好，在实际应用中是很好的方法。与预置法相比，同步送粉法是激光熔覆技术的发展趋势。
3.激光熔覆材料体系现状
激光熔覆粉末按照材料成分构成不同，主要分为自熔性合金粉末、陶瓷粉末和复合粉末等。
3.1自熔性合金粉末
自熔性合金粉末指加入具有强烈脱氧和自熔作用的Si、B等元素的合金粉末。目前常用的是Ni基、Co基和Fe基自熔性合金粉末。
Ni基合金粉末：这种合金粉末应用广泛，具有合理性价比和良好材料性能，如具有良好的韧性、抗氧化性等性能，因而在激光熔覆材料中被研究的最多、应用的最广。Ni基自熔性合金粉末可分为Ni-B-Si和Ni-Cr-B-Si两个合金系列。Ni基自熔性合金粉末主要适用于局部要求耐磨、耐热腐蚀的构件,熔覆Ni基的功率密度比铁基要高一些。Ni基合金粉末不足之处是耐高温性能较差。Ni基合金粉末中常用的是Ni60，Ni45。
Co基合金粉末：具有良好耐高温性能，耐磨耐蚀性能也比较强，经常被应用于石化和冶金等领域。另外，钴基粉末合金在熔化时有很好的润湿性，其熔点相比碳化物要低，受热后Co元素最先熔化，与合金凝固时最先形成新物相，得到光滑平整的熔覆涂层，提高熔覆层与基体的结合强度。目前，常用的Co基合金的主要元素是Ni、C、Cr和Fe等，其中Ni元素用来降低Co基合金熔覆层的热膨胀系数,减小合金的熔化温度区间，有效抑制熔覆层开裂现象,提高熔覆层对基体的润湿性。Co基合金粉末不足之处是价格较高。
Fe基合金粉末：Fe基合金作为激光熔覆材料，适用于温度要求不高(温度小于400℃)的耐磨零件，基体多为铸铁和低碳钢,其最大优点是成本低耐磨性强。科技论文。Fe基合金的主要元素是Ni、B、Si及Cr等元素，其中B、Si及Cr元素是用来提高熔覆层的硬度和耐磨性,Ni元素用来提高熔覆层的抗开裂能力。由于铁基合金成本低，经常代替镍基合金使用，与Ni基合金相比，铁基合金作为激光熔覆层的不足之处是熔覆层韧性稍差。
综上，Ni基或Co基合金具有良好的自熔性和抗氧化性，较高的耐蚀性能，Ni基或Co基合金粉末的自熔性比Fe基合金粉末要好，但价格也比Fe基自熔性合金粉末高；Fe基合金粉末虽然比Ni基或Co基合金粉末便宜，但自熔性差，抗氧化能力差。具体使用时，应合理选择自熔性合金粉末。
3.2陶瓷粉末
陶瓷粉末主要有两种：硅化物陶瓷粉末和氧化物陶瓷粉末,其中用的最多的是氧化物陶瓷粉末。陶瓷粉末作为熔覆层有很多优点，如耐磨耐蚀等性能都比较强，所以陶瓷粉末常被用于制备高性能熔覆层；目前，研究生物陶瓷材料也是一大热门。
激光熔覆金属陶瓷可以通过高能激光束作用，在金属表面熔覆一层陶瓷材料，结合区形成均匀、致密且与基体结合牢固的复合层。陶瓷材料作为熔覆层有耐磨耐蚀的优点，但陶瓷材料作为熔覆层也有不足之处，这种材料与基体的热膨胀系数、弹性模量及导热系数等差别较大,这些性能的不匹配造成熔覆层开裂现象和空洞现象。近年来，用激光的高能量熔覆涂层技术，可以得到高硬度和耐磨损的陶瓷涂层。
3.3复合粉末
复合粉末是指陶瓷材料和金属合金混合在一起的粉末，作为熔覆材料，这种粉末相比金属粉末具有更强的材料特性，在目前材料表面改性方面应用比较广泛。陶瓷材料包括碳化物、氮化物、硼化物、氧化物及硅化物等硬质材料。复合粉末和不同成分的合金粉末进行机械混合的粉末不同。不同点在于复合粉末中的单个粒子的组成成分，至少要有两种或两种以上不同成分的固相材料，而且不同成分的固相材料有明显的相界面，不同成分的固相组元之间一般为机械结合。利用激光熔覆技术，把复合粉末制备成陶瓷颗粒增强金属基复合涂层,这种熔覆层很好地将合金材料的高强度、高韧性和陶瓷颗粒相优异的耐磨、耐蚀和耐高温等性能结合在一起。
复合粉末能大大提高熔覆层的耐磨性能，应用最多的是钴包碳化钨和镍包碳化钨。在复合粉末中，碳化物颗粒的加入方式有两种：第一种方式是直接加入激光熔池；第二种方式是直接与金属粉末混合成粉末。其中第二种方式是比较有效的，因此用的比较多。
4结论