粉末冶金材料論文參考
粉末冶金是一項非常先進的製造技術，現在已經在材料和零件製造業處於無可替代的位置。下文是小編為大家整理的關於的範文，歡迎大家閱讀參考!
篇1
試論鐳射焊接技術在粉末冶金材料中的應用
【摘要】系統地介紹了鐳射焊接技術在粉末冶金材料中的應用及其國內外動態。著重介紹了鐳射焊接在金剛石工具製造業中的應用和尚存在的問題。
【關鍵詞】鐳射焊接技術，粉末冶金材料，應用
1前言
由於粉末冶金材料具有特殊的效能和製造優點，在某些領域如汽車、飛機、工具刃具製造業中正在取代傳統的冶鑄材料，隨著粉末冶金材料的日益發展，它與其它零件的連線問題顯得日益突出，釺焊和凸焊一直是粉末冶金材料連線最常用的方法，但由於結合強度低，熱影響區寬，特別不能適合高溫及強度要求高的場合，使粉末冶金材料的應用受到限制。近年來，我國從事這方面的研究工作的單位逐漸增多，改變了傳統的燒結和釺焊工藝，使連線部位的強度和高溫強度大大提高。
2鐳射焊接工藝特點
2.1影響焊接質量的主要因素
2.1.1材料成份合金元素的含量、種類對焊縫強度、韌性、硬度等力學效能影響很大。燒結低碳鋼、燒結Ni和Cu合金、Co合金在一定條件下，均能成功地進行鐳射焊接。燒結中碳鋼採取焊前預熱和焊後緩冷的措施也可保證焊接質量，降低裂紋敏感性，圖1表示了中碳鋼預熱和不預熱條件下焊縫區的顯微硬度分佈，預熱時硬度降低，接頭韌性增加，因為組織由貝氏體和少量的珠光體代替了針狀馬氏體。
2.1.2燒結條件在氫氣、分解氨和真空中燒結的材料均能成功的進行鐳射焊接，在乾淨的還原性氣氛中燒結的材料焊後出現的氣孔、孔洞、夾雜和氧化物較小;此外，合適的燒結溫度、保溫時間、壓力及溫度-壓力曲線也是焊接成功的重要保證。
2.1.3孔隙孔隙的數量、形態和分佈影響材料的物理效能如熱傳導率、熱膨脹率和淬硬性等，這些物理效能直接影響材料可焊性[1]，使焊接較同成份的冶鑄材料相比難度加大。對於鐳射焊接零件來講，大量的孔隙會使焊接強度降低甚至焊接過程無法進行。
2.1.4密度緻密而力學效能好的試樣較疏鬆而力學效能差的試樣在相同的條件下有更好的焊接性。
低於一定的密度***<6.5g/cm3***的材料幾乎不能採用熔化焊的方法進行焊接，因為低的強度和扭轉強度不允許材料吸收能量;中等密度***<6.9g/cm3***的材料可以進行熔化焊，但以熔化少量體積的焊接方法如電阻凸焊、摩擦焊為好，焊接成功率較高;高密度***>7.0g/cm3***的燒結材料與冶鑄材料幾乎有同樣的焊接性。密度不僅對焊接強度而且對焊接缺陷特別是氣孔影響很大，低於一定密度的燒結材料焊後強度低，氣孔多。密度低的材料焊後將有一個大缺口，密度越低，缺口越深，缺口將影響疲勞強度;此外密度對焊接熔深也有影響，在鐳射功率和焊接速度一定時，密度越大，熔深越淺。圖2是鐳射功率與焊接速度一定時，密度對焊縫收縮性及對熔深的影響，***a***表示了密度對熔深的影響，***b***表示了密度對焊縫收縮性的影響。
2.1.5焊前準備工作由於鐳射光斑很小，所以對間隙配合精度要求較高，對接時一般要求間隙在0.1mm以下，此外為減少氣孔等焊接缺陷，焊接部位必須去除氧化皮、油汙並進行乾燥。
2.2主要焊接工藝引數影響
焊接質量的主要工藝引數有：鐳射功率、焊接速度、透鏡焦距、聚焦位置、保護氣體等。鐳射功率和焊接速度是影響焊接質量的最主要引數，焊接厚度取決於鐳射功率，約為功率***kW***的0.7次方，通常功率增大，焊接深度增加;速度增加，熔深變淺，焊縫和熱影響區變窄，生產率增高。過大的焊接速度與焊接功率將增大氣孔和孔洞傾向。透鏡焦距由輸出鐳射的光斑直徑決定，兩者之間存在一最佳匹配值。一般說來，所須焊接的深度越深，透鏡焦距越長，短焦距透鏡對聚焦的要求較高，而且粉末冶金材料焊接時飛濺較大，透鏡汙染嚴重;太長焦距的透鏡由於衍射使焦點變大，焦點處的能量密度不能達到最大值。國內一般採用透鏡聚焦光學系統，該系統只能用於鐳射功率較小的場合，較高的鐳射功率將引起透鏡焦點漂移，使焊縫的成形和質量較差。國外較高功率場合大都採用反射鏡聚焦光學系統，由於冷卻條件好，熱穩定性好，焊縫成形均勻美觀，焊接質量可靠。
3焊接質量檢測及分析
3.1焊接質量檢測
3.1.1外觀檢測觀察焊縫表面是否有孔洞、裂紋、咬邊、未焊透等明顯缺陷。
3.1.2無損檢測無損檢測的方法有：滲透探傷法;磁粉探傷法;射線探傷法;超聲波探傷法等，應根據需要進行選擇。
3.1.3力學效能檢測根據零件的工作狀態分別進行拉伸、彎曲、硬度、衝擊等試驗，如果斷裂在焊縫，說明焊接強度低於母材。
3.1.4微觀檢測採取金相分析焊縫的成形、微觀組織、焊縫缺陷，測試焊接區的顯微硬度分佈，用掃描電鏡分析焊接區成份的變化等。
3.1.5特殊效能檢測對工作於特殊工作環境下的零件，還需進行耐腐蝕、疲勞等特殊效能測試。以上5種方法中，前兩種主要用於焊接生產線上，後三種主要用於試驗研究及抽樣調查中。
3.2缺陷分析
3.2.1氣孔和孔洞與冶鑄材料相比，粉末冶金材料的鐳射焊接中。最明顯的缺陷是氣孔和孔洞。氣孔和孔洞不僅影響外觀質量，更嚴重地削弱了焊縫有效承載面積，產生應力集中，降低了接頭強度。常見的氣孔形狀有線形、圓形、蜂窩形、條蟲形等。燒結材料內部的孔隙吸附了大量的氣體，在快速焊接中，來不及逸出而留在焊縫中。
3.2.2裂紋主要有冷裂紋、熱裂紋，金剛石工具中還易產生層間裂紋。冷裂紋主要產生於含碳量較高和合金成份較多的材料中，這類材料焊後產生脆性馬氏體，產生高的內應力從而引起裂紋。解決這類裂紋的辦法是焊前預熱、焊後緩冷，或者採用小規範的焊接引數。
3.2.3強度過低成份、燒結條件和後熱處理都能影響接頭強度。除去材料因素外，過多的氣孔和孔洞是造成接頭強度低的重要原因，其次材料的密度太低也使焊縫疏鬆，強度較低。
4發展前景和存在的問題
鐳射焊接技術以其獨特的優點進入粉末冶金材料加工領域，為粉末冶金材料的應用開闢了新的前景，但是，鐳射焊接技術目前在粉末冶金材料領域的研究和應用還十分有限，主要是因為粉末冶金材料焊接時難以避免氣孔及孔洞的出現，從而使焊縫外觀、焊接質量受到影響;焊接工藝及材料的選取也比一般的冶鑄材料難度大;此外焊縫強度雖然比釺焊和凸焊高，但對工裝夾具、配合精度及焊前準備工作要求較高，加之一次性投資大，所以應用受到限制。降低鐳射器的價格和執行成本，更多的進行粉末冶金材料的鐳射焊接工藝、材料及其焊接行為等基礎研究，是推廣鐳射技術在粉末冶金材料加工中應用的重要前提。
篇2
淺談粉末冶金新技術
摘要：粉末冶金是一項非常先進的製造技術，現在已經在材料和零件製造業處於無可替代的位置。這項技術是將材料製備和零件成形融為一體，成為當代材料科學發展領域的領先技術。它具有節能、節材、高效、最終成形、少汙染的特點。當前粉末冶金技術越來越高緻密化、高效能化、低成本化，本文主要分析的是幾種新型的粉末冶金零件的成形技術。
關鍵詞：粉末冶金 溫壓技術 流動溫壓技術 模壁潤滑技術 高速壓制技術 動磁壓制技術 放電等離子燒結技術 爆炸壓制技術
1 溫壓技術
雖然溫壓技術只是一項新技術，在近幾年才取得了一些發展，但是由於它生產出來的粉末冶金零件具有高密度、高強度的特點，現階段已經得到了大量的應用。這項技術和傳統的粉末冶金工藝不同，它可以採用特製的粉末加溫、粉末輸送和模具加熱系統，將加有特殊潤滑劑的預合金粉末和模具等加熱至130～150℃，並將溫度波動控制在±2.5℃以內，之後的壓制和燒結工序和傳統工藝是一樣的。與傳統工藝相比，區別點就集中在溫壓粉末製備和溫壓系統兩個方面。採用這項技術不管是從壓坯密度方面來說，還是從密度方面來說，都比採用傳統工藝要好很多。在同樣的壓制壓力下，使用溫壓材料比採用傳統工藝不管是屈服強度、極限拉伸強度，還是衝擊韌性都要高。此外，由於溫壓零件的生坯強度比傳統方法下的生坯強度要高很多，可達20～30MPa，如此一來，既降低了搬運過程中生坯的破損率，也保證了生坯的表面光潔度。另外，採用該技術生產出來的零件不僅效能均一，精度高，而且材料的利用率很高。溫壓工藝的成本不高，而且工藝並不複雜。與傳統的工藝相比，溫壓工藝下的粉末冶金的利用率高，耗能低，經濟效益高，是節能、節材的強有力手段。
2 流動溫壓技術
流動溫壓粉末冶金技術***Warm Flow Compaction，簡稱WFC***是一種新型粉末冶金零部件成形技術，目前國外還處於研究的初試階段，它的核心價值就是能夠提高混合粉末的流動性、填充能力和成形性。
WFC技術有效利用了金屬粉末注射成形工藝的優點並在粉末壓制、溫壓成形工藝的基礎上被發現。這項技術可以將混合粉末的流動性提高，這樣就使混合粉末可以在80～130℃溫度下，只需要在傳統的壓機上經過精密成形就可以形成各種各樣外形的零件，省掉了二次加工的步驟。WFC技術在成形複雜幾何形狀方面具有很大的優勢，是傳統工藝無法比的，而且成本不高，具有非常廣闊的應用前景。
綜上所述，我們可以歸納出WFC技術具有以下四個優勢：一是能夠製造出各種各樣外形的零件;二是有著很好的材料的適應性;三是工藝簡單，成本低;四是壓坯密度高、密度均勻。
3 模壁潤滑技術
模壁潤滑技術是在解決傳統工藝面臨的一系列難題的基礎上應運而生。傳統工藝是採用粉末潤滑來減少粉末顆粒之間和粉末顆粒與模壁之間的摩擦，然而現實往往是由於加進去的潤滑劑因密度低，使得粉末冶金零件的密度也得不到有效的保證。此外，潤滑劑的燒結不僅會給環境造成很大的不利影響，還可能會影響到燒結爐的壽命和產品的效能。現階段，有兩個渠道可以進行模壁潤滑：一是由於下模衝復位時與陰模及芯杆之間的配合間隙會出現毛細作用，利用這個作用可以把液相潤滑劑帶到陰模及芯杆表面。二是選擇帶著靜電的固態潤滑劑粉末利用噴槍噴射到壓模的型腔表面上，就是安裝一個潤滑劑靴在裝粉靴的前部。在開始成形時，壓坯會被潤滑劑靴推開，此時帶有靜電的潤滑劑會被壓縮空氣從靴內噴射到模腔內，但是此時得到的極性和陰模的是不一致的，在電場牽引下粉末會撞擊在模壁上，同時粘連在上面，之後裝靴粉裝粉，只需進行常規壓制即可。採用該項技術可使粉末材料的生坯密度達到7.4g/cm3，大大提高了粉末材料的生坯密度，並且採用該方法比採用傳統的方法還能夠大大提高鐵粉的生坯強度。有研究結果結果表明，利用溫壓、模壁潤滑與高壓制壓力，使鐵基粉末壓坯全緻密也是有可能的。
4 高速壓制技術
瑞典的Hoaganas公司曾經推出過一項名叫高速壓制技術***Hjgh Velocity Compaction***的新技術，簡稱HVC。雖然這項新技術生產零件的過程和過去的壓制過程工序是一樣的，但是這項新技術的壓制速度比過去的壓制速度提高了500-1000倍，同時也大大增加了液壓驅動的錘頭重量，提高了壓機錘頭速度，在這種情況下，粉末利用高能量衝擊只需0.02s就可以進行壓制，在壓制的過程中會出現明顯的衝擊波。要想達到更高的密度，通過附加間隔0.3s的多重衝擊就能做到。HVC技術具有很多優勢，比如高密度、低成本、可成形大零件、高效能和高生產率等。現階段該技術已經得到了廣泛的應用，很多產品都採用了該項技術，比如製備閥門、氣門導筒、輪轂、法蘭、簡單齒輪、齒輪、主軸承蓋等。有了這項技術，未來將會出現更多更復雜的多級部件。
5 動磁壓制技術
動力磁性壓制技術***dynamic magnetic cornpaction***是一種新型的壓制技術，簡稱DMC，它能夠使高效能粉末最終成形，這項技術固結粉末的方式主要是通過利用脈衝調製電磁場施加的壓力。雖然這項技術和傳統的壓制技術一樣都是兩維壓制工藝，但是不同的是傳統的壓制技術是軸向壓制，而這項技術是徑向壓制。利用該項技術進行壓制只需1ms，整個過程非常的迅速，只需把粉末放入一個具有磁場的導電的容器***護套***內，護套就會產生感應電流。利用磁場和感應電流之間的相互作用，就可以完成粉末的壓制工作。DMC具有成本低廉、不受溫度和氣氛的影響、適合所有材料、工作條件靈活、環保等優點。DMC技術適於製造柱形對稱的零件，薄壁管，高縱橫比部件和內部形狀複雜的部件。現可以生產直徑×長度：12.7mm×76.2mm到127.0mm×25.4mm的部件。
6 放電等離子燒結技術
早在1930年美國科學家就提出了這項放電等離子燒結技術***Spark Plasma Sintering***，簡稱SPS，然而該技術直到近幾年才得到世人的關注。SPS技術獨到之處就在於無需預先成形，也不需要任何新增劑和粘結劑，是集粉末成形和燒結於一體的新技術。這項技術主要是通過先把粉末顆粒周圍的各種物質清除乾淨，如此一來粉末表面的擴散能力會得到提高，然後再利用強電流短時加熱粉末就可以達到緻密的目的，注意加熱時應在較低機械壓力情況下。有研究結果顯示，採用該項技術由於場活化等作用的影響，不僅有效降低了粉體的燒結溫度，也大大縮短了燒結時間，再加上粉體自身可以發熱的影響，不僅熱效率很高，加熱也很均勻，所以採用該技術只需一次成形就可以得到質量上乘的、符合要求的零件。現階段，該技術大範圍應用的主要是在陶瓷、金屬間化合物、奈米材料、金屬陶瓷、功能材料及複合材料等。另外，該技術在金剛石、製備和成形非晶合金等領域也得到了不錯的發展。
7 爆炸壓制技術
爆炸壓制***Explosive Compaction***是一種利用化學能的高能成形方法，也被叫做衝擊波壓制。一般情況下，它都是通過在一定結構的模具內對金屬粉末材料施加爆炸壓力，在爆炸過程中產生的化學能可以轉化為四周介質中的高壓衝擊波，然後利用脈衝波就可以實現粉末緻密。整個過程只需10-100us，其中粉末成形時間只有大約1ms。這種壓制方式最大的優勢是可以解決傳統的壓制方式一直無法解決的難題，即可以使鬆散材料達到理論密度，比如金屬陶瓷材料、低延性金屬等採用傳統的壓制方法無法使其緻密，一直是一個未解的難題，隨著爆炸壓制技術的出現，我們發現採用這項技術就可以把其壓制成複合材料，並製造成零件。
我國的粉末冶金技術帶來的前景是非常廣闊的，作為一種新工藝、新技術，與國外先進水平相比，它還有很多地方需要改進、需要提高。
參考文獻：
[1]張建國，馮湘.粉末冶金成形新技術綜述[J].濟源職業技術學院學報，2006-03-30.
[2]郭峰.火電廠等離子點火裝置中高效能陰極材料的製備與實驗研究[D].華北電力大學，2006-03-01.
[3]劉雙宇.高強度鐵基粉末冶金材料複合製備方法及組織效能研究[D].吉林大學，2007-10-25.
[4]馮鵬發，孫軍.鉬及鉬合金粉末冶金技術研究現狀與發展[J].中國鉬業，2010-06-30.
[5]吳麗珍，邵明，李小強.多場耦合作用下粉末成型固結技術及其裝備的發展[J].現代製造工程，2009-11-18.