世界粉末冶金技術(shù)應(yīng)用概況
2003年全球粉末貨運(yùn)總量約為88萬噸，其中美國占51%，歐洲18%，日本13%，其它國家和地區(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（＜200nm＝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DTiCN/Al2O3 /TiN到CVD PCBN（聚晶立方BN）以及PVD TiAIN，Al2O3 ，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。
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)的煙塵過濾裝置。德國的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)化角度來看，對(duì)粉末冶金鋁合金制備過程的優(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，Al/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10%，在400℃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)用主要是成本問題，而粉末鈦合金的主要障礙在于高性能低成本鈦粉。英國QinetiQ Ltd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，石墨為陽極，在電解過程中TiO2的陽極遷移，并消耗陽極的炭形成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。
對(duì)于以上粉末冶金的應(yīng)用，我認(rèn)為粉末冶金技術(shù)將會(huì)在多孔泡沫金屬的開發(fā)與制造上充分發(fā)揮其巨大優(yōu)勢(shì)，同時(shí)利用粉末易控制混合比例，可以在其中添加特定稀土元素，使其具有特定的功能，從而開發(fā)出各種功能材料。
多孔泡沫金屬是一種在金屬基體中含有一定數(shù)量 , 要 一定尺寸孔徑 , 一定孔隙率的孔洞的金 屬材料 。由于其結(jié)構(gòu)特殊 ,因此具備了多方面的特殊性能 。作為結(jié)構(gòu)材料 , 它具有輕質(zhì) , 高比強(qiáng)度 的特點(diǎn) ; 作為功能材料 , 它具有多孔 , 減振 , 阻尼 , 吸音 , 隔音 , 散熱 , 吸收沖擊能 , 電磁屏蔽等多種 物理性能 , 因此在國內(nèi)外一般工業(yè)領(lǐng)域及高技術(shù)領(lǐng)域都得到了越來越廣泛的應(yīng)用。日本在泡沫金屬的應(yīng)用上取得了一系列的成果 , 用它生產(chǎn)列車的發(fā)電室 , 工廠的降噪裝置 .由于對(duì) 頻率大于 800 Hz 的噪聲有很強(qiáng)的消聲能力 ,可用它 來生產(chǎn)空壓機(jī)的消聲器材 , 另外還可用它來生產(chǎn)公 路的防聲壁 , 工廠的防聲墻 , 機(jī)械防聲屏 , 門內(nèi)消聲 件, 影響室及需要降低噪聲的場(chǎng)合等等 .在國防領(lǐng) 域的武器裝備中還可以制作魚雷的隔音板 , 減小魚 雷的噪音 . 利用其減振 , 阻尼性能 , 做緩沖器 , 吸振器 , 例 如宇宙飛船的起落架 , 升降機(jī)傳送安全墊 , 各種包裝 箱 , 特別是空運(yùn)包裝箱 , 機(jī)床床身 , 底座 , 減小齒輪 振動(dòng)和噪聲的阻尼環(huán) , 高速磨床吸能內(nèi)襯。利用 Ti 或 Co - Cr 合金泡沫與人體的生物相 容性 ,可用于人體骨骼或牙齒的替代材料 ,Mg 泡沫 也有望作為人工骨頭的材料。
在目前的金屬材料中，我們還沒有研發(fā)出同時(shí)擁有塑料一樣的彈性和金屬的強(qiáng)度的金屬，猶豫金屬原子的間距與相互作用，我們一直無法克服這一難點(diǎn)。試想，利用粉末冶金技術(shù)，在粉末中定性定量的加入某些元素（比如稀土元素），使材料微粒保持適當(dāng)間距，在收到一定壓力時(shí)才會(huì)減小間距使材料收縮變化，當(dāng)壓力消除后，材料又會(huì)恢復(fù)到原來的形態(tài)。
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