楊廷志

（臨沂市工程咨詢院有限公司，山東 臨沂 276000）

粉末冶金是一項(xiàng)歷史悠久且富有生機(jī)的優(yōu)秀材料成形和制備技術(shù)，這項(xiàng)技術(shù)源自于很久以前的煉鐵方法和制作陶器的做法，推進(jìn)了人類社會(huì)的進(jìn)步。在十八世紀(jì)中期，歐洲出現(xiàn)了粉末冶金制鉑技術(shù)，復(fù)燃了粉末冶金技術(shù)火種。到了十九世紀(jì)初期，才開始重點(diǎn)研究這項(xiàng)粉末冶金技術(shù)。直至今日，上百年的歷史長河中，粉末冶金法被得到了廣泛的應(yīng)用，利用這項(xiàng)技術(shù)研發(fā)了很多新型材料和制品，也是目前我國科學(xué)技術(shù)中不能缺少的一項(xiàng)工程技術(shù)，并在材料科學(xué)領(lǐng)域中占領(lǐng)了主要的位置。

粉末冶金是制取金屬粉末或者將金屬粉末作為原材料，通過成形和燒結(jié)流程制造金屬材料和復(fù)合材料以及不同種類制品的工藝手段。筆者結(jié)合多年的工作經(jīng)驗(yàn)，在本文中著重講解了幾種粉末冶金材料以及幾種新型成形技術(shù)[1-4]。

1 鐵基粉末冶金材料

鐵基粉末冶金材料主要以鐵元素為主，增添多種合金元素制成的一種鋼鐵材料。粉末冶金高合金鋼分為粉末高速鋼和粉末不銹鋼兩種。粉末冶金行業(yè)中產(chǎn)量最多的一種材料就是鐵基制品，這種鐵基制品可以展現(xiàn)出整個(gè)國家的粉末冶金技術(shù)水準(zhǔn)。筆者在下面詳細(xì)的介紹了鐵基粉末和幾種鐵基制品及其進(jìn)展概述。

1.1 鐵基粉末

鐵基粉末冶金材料和制品主要用到的粉末有純鐵粉和鐵基復(fù)合粉及鐵基預(yù)合金粉三種。我國的鋼鐵粉的制備方法在一直進(jìn)步中，已經(jīng)研發(fā)出了很多制備方法，比如電解法、還原法、水汽聯(lián)合霧化等多種方法。這些方法的研發(fā)，充實(shí)了我國鐵基粉末的種類和品質(zhì)。為了適應(yīng)市場的要求，我國已經(jīng)研發(fā)出了高壓縮性鐵粉、磁性材料鐵粉、化學(xué)鐵粉、鐵精礦粉生產(chǎn)還原粉等多種鐵基粉末制品。2018年凌鋼集團(tuán)粉末冶金有限公司建成了年產(chǎn)10萬t的高性能高壓縮性能鐵粉的自動(dòng)化生產(chǎn)線，致使我國擁有了與國際企業(yè)抗衡的實(shí)力。我國2010年～2018年鋼鐵粉末的銷量年平均增長速度約為15%，2018年總銷量達(dá)69.5萬t，當(dāng)中年產(chǎn)值超過一萬噸的10家鋼鐵粉末公司的年總產(chǎn)值也已經(jīng)占全國年總產(chǎn)值的95%，這就說明了鋼鐵粉末生產(chǎn)的規(guī)模在快速壯大。但是，當(dāng)前國內(nèi)鐵粉行業(yè)的產(chǎn)粉量同下游行業(yè)的需求量不成正比，檔次偏低的鐵粉產(chǎn)量多大，檔次偏高的鐵粉產(chǎn)量偏低處于稀缺狀態(tài)。

1.2 P/M鐵基制品

我國鐵基制品受到了國家機(jī)械部的關(guān)注，在汽車、機(jī)械制造行業(yè)的帶領(lǐng)下，鐵基制品快速進(jìn)步，燒結(jié)及熱處理爐和成型壓機(jī)以及設(shè)計(jì)模具和制造模具等有關(guān)機(jī)械設(shè)備的制造能力一直在加強(qiáng)。伴隨中國制造的進(jìn)步，也對鐵基制品的強(qiáng)度和密度等標(biāo)準(zhǔn)有了更進(jìn)一步的規(guī)范，鐵基材料的告訴壓制技術(shù)和微合金化技術(shù)很受歡迎。當(dāng)前，有少數(shù)鐵基粉末冶金企業(yè)的支撐技術(shù)已經(jīng)把粉末熱鍛、復(fù)壓復(fù)燒、表面滾壓致密化等應(yīng)用在很多繁瑣精細(xì)零件的制作中。比如，燒結(jié)完成后的鐵基齒輪通過反復(fù)滾壓密致化操作，與齒部碰觸的面積已經(jīng)達(dá)到重合。提升了齒輪尺寸的精準(zhǔn)度，可以替代鍛造齒輪。通過多年的科學(xué)技術(shù)進(jìn)步，我國已經(jīng)成為亞洲規(guī)模最大的生產(chǎn)鐵基粉末冶金制品國家，出現(xiàn)了很多的行業(yè)龍首企業(yè)[5]。

1.3 粉末注射成形鐵基制品

金屬粉末注射成形技術(shù)是把金屬粉末作為原材料，借用熟料注射成型工藝來制作繁瑣精細(xì)的小型金屬零部件。上世紀(jì)末，就已經(jīng)開始研發(fā)金屬粉末注射成形技術(shù)，研究出了快速溶劑脫脂技術(shù)和環(huán)保粘結(jié)劑等，這項(xiàng)技術(shù)主要應(yīng)用在制作醫(yī)療器械零部件和槍支的零部件中。

我國金屬粉末注射成形技術(shù)的形成經(jīng)過了很長一段時(shí)間，最終在研發(fā)手機(jī)的細(xì)小金屬零部件中得到了應(yīng)用。在2010年開始，金屬粉末注射成形技術(shù)取得了快速的成長，據(jù)有關(guān)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，我國的金屬粉末注射成形開發(fā)公司已經(jīng)有上百家，這些公司主要在一線城市中。2018年我國金屬粉末注射成形行業(yè)總產(chǎn)值已經(jīng)達(dá)到60億元。

在粉末注射成形材料方面，當(dāng)前65%以上運(yùn)用的材料都是不銹鋼制品，15%以上是低合金鋼制品。82%為3C產(chǎn)品，當(dāng)中手機(jī)67.5%，可穿戴設(shè)備7.1%，計(jì)算機(jī)7.4%。粉末注射成形技術(shù)在計(jì)算機(jī)和手機(jī)等行業(yè)中，用到的數(shù)量在逐年遞增，當(dāng)前華為、蘋果等手機(jī)，戴爾計(jì)算機(jī)都大批使用粉末注射成形零部件。我國手機(jī)的年生產(chǎn)量占全球總年生產(chǎn)量的75%以上，手機(jī)的迅速替代更新和超大的年生產(chǎn)量為粉末注射成形技術(shù)提供了無限的成長空間。

1.4 鐵基粉末冶金材料的發(fā)展走向

新型的粉末冶金技術(shù)也在想粉末復(fù)合化和成形精細(xì)化及燒結(jié)效率高熱化等方面進(jìn)行技術(shù)改良和創(chuàng)新。

（1）P/M鐵基制品的研發(fā)方向：研發(fā)穩(wěn)定性極強(qiáng)、性能極好的鋼鐵粉末材料，研發(fā)強(qiáng)度高、密度高、精準(zhǔn)度高的鐵基制品制作方法，向?qū)崿F(xiàn)數(shù)字化和自動(dòng)化生產(chǎn)技術(shù)及先進(jìn)設(shè)備看齊。

（2）粉末注射成形技術(shù)和產(chǎn)品的研發(fā)方向：研發(fā)尺寸和品質(zhì)更好的繁瑣零部件生產(chǎn)技術(shù)；研發(fā)數(shù)量超多的粉末注射成形產(chǎn)品；同增材制造技術(shù)互補(bǔ)，擴(kuò)展在醫(yī)療和汽車等行業(yè)的新型產(chǎn)品，減少開發(fā)時(shí)長，提升產(chǎn)品精準(zhǔn)度，減少投資成本。

（3）在醫(yī)療器械和航天航空等高端領(lǐng)域投入大量的鐵基粉末冶金技術(shù)的應(yīng)用，進(jìn)而提升產(chǎn)品的整體價(jià)值。

2 硬質(zhì)合金

硬質(zhì)合金是將碳氮化物作為主要原料的粉末冶金硬質(zhì)材料。因硬質(zhì)合金具備強(qiáng)度較高、硬度較好、韌性匹配性好的特點(diǎn)。硬質(zhì)合金主要用于挖掘工具、刀具和耐磨零件等制品中，被普遍的應(yīng)用到了汽車、數(shù)控機(jī)床和工程機(jī)械以及航天航空等裝備制造領(lǐng)域中。根據(jù)歐洲粉末冶金工業(yè)協(xié)會(huì)戰(zhàn)略分析得出，硬質(zhì)合金是現(xiàn)代制造工業(yè)的脊柱。

近些年來，我國硬質(zhì)合金有關(guān)部門等列出了我國硬質(zhì)合金的產(chǎn)能、企業(yè)數(shù)量、總出口量和硬質(zhì)合金的總產(chǎn)量值。因需求量的增加和科學(xué)技術(shù)的成長，我國硬質(zhì)合金產(chǎn)業(yè)表現(xiàn)出了特別好的一個(gè)狀態(tài)。我國硬質(zhì)合金也已形成了很多具有代表性的硬質(zhì)合金企業(yè)上市公司，也有了我國自己的粉末冶金實(shí)驗(yàn)室和技術(shù)研發(fā)中心。

（1）超粗晶和超細(xì)晶硬質(zhì)合金。我國是鎢資源的大國，我國的硬質(zhì)合金總產(chǎn)量占世界硬質(zhì)合金總產(chǎn)量比值的45%以上。在世界整體的硬質(zhì)合金進(jìn)展歷史中，我國制造出的具有代表性的技術(shù)就是紫鎢制造技術(shù)。在上世紀(jì)末期，我國硬質(zhì)合金行業(yè)研究出來的紫鎢制備技術(shù)是世界的首例。紫鎢制造技術(shù)是把紫色的氧化鎢當(dāng)做原材料來制作制品的工藝手段。利用紫鎢制造手段來制造超細(xì)或者碳化鎢粉，具有投資成本低，生產(chǎn)匯報(bào)高、產(chǎn)品品質(zhì)好、可控性強(qiáng)等特性，這項(xiàng)工藝也已經(jīng)成為了我國制造超細(xì)和碳化鎢粉硬質(zhì)合金的主要工藝。伴隨超細(xì)晶硬質(zhì)合金晶粒的成長壓制機(jī)理研究的展示和壓力燒結(jié)工藝的推行，超細(xì)晶硬質(zhì)合金的生產(chǎn)技術(shù)也健全，當(dāng)前中國也可以大批量制造超高水準(zhǔn)的品質(zhì)超群細(xì)晶硬質(zhì)合金。根據(jù)2017年我國鎢業(yè)協(xié)會(huì)硬質(zhì)合金部門公布的有關(guān)數(shù)據(jù)表明，27家中國硬質(zhì)合金企業(yè)2017年工生產(chǎn)刀具用晶粒度小于超細(xì)晶硬質(zhì)合金，同比增長了23.52%。

當(dāng)前，我國高溫碳化制備粗晶粉末的制造技術(shù)也得到了推行和運(yùn)用，我國硬質(zhì)合金企業(yè)制造出的合金晶粒度6μm～11μm的超粗晶硬質(zhì)合金也得到了普遍的應(yīng)用。大多應(yīng)用在了煤業(yè)采集、盾構(gòu)施工等。

（2）粉末冶金磁性材料。粉末冶金磁性材料是利用燒結(jié)和粉末成形的技術(shù)來制造磁性材料。粉末冶金磁性材料主要分為軟磁材料和粉末冶金永磁材料。粉末冶金永磁材料包含釹-鐵-硼系永磁材料和鐵氧體用磁材料以及釤鈷稀土永磁材料等。粉末冶金軟磁材料包括軟磁復(fù)合材料和軟磁氧體材料等。粉末冶金技術(shù)制造磁性材料的優(yōu)點(diǎn)在于，可以制造出超精細(xì)的磁性微粒，在壓制操作中，可以控制磁粉的去向，制出合格規(guī)范的高磁能體，針對繁瑣加工的硬脆磁性材料來講，粉末冶金技術(shù)的特點(diǎn)更為出色。

（3） 粉末冶金高溫合金。粉末冶金高溫合金是使用鎳作為基礎(chǔ)上加入多種合金元素的一種抗熱腐蝕性強(qiáng)和高溫強(qiáng)度好以及抗疲勞性強(qiáng)等綜合能力強(qiáng)的合金，也是渦輪盤擋板和航空發(fā)動(dòng)機(jī)渦輪軸等主要高溫部件的原材料。當(dāng)前只有少數(shù)的幾個(gè)發(fā)達(dá)國家具有粉末冶金高溫合金的研究和開發(fā)條件以及生產(chǎn)制造能力。當(dāng)前，這些發(fā)達(dá)國家已經(jīng)開始籌備研發(fā)使用溫度高達(dá)800℃以上的高溫合金。我國涉足粉末冶金高溫合金領(lǐng)域要相對幾個(gè)外國發(fā)達(dá)國家要晚很多，在施工工藝和主要成分設(shè)計(jì)研發(fā)中，也是借鑒了其他發(fā)達(dá)國家的經(jīng)驗(yàn)。

3 結(jié)束語

總之，現(xiàn)今我國粉末冶金材料和技術(shù)有了很大的進(jìn)步，粉末冶金是一項(xiàng)歷史悠久且富有生機(jī)的優(yōu)秀材料成形和制備技術(shù)，直至今日，上百年的歷史長河中，粉末冶金法被得到了廣泛的應(yīng)用，利用這項(xiàng)技術(shù)研發(fā)了很多新型材料和制品，也是目前我國科學(xué)技術(shù)中不能缺少的一項(xiàng)工程技術(shù)，并在材料科學(xué)領(lǐng)域中占領(lǐng)了主要的位置。