粉末冶金（Powder metallurgy），是一種以金屬粉末為原料，經(jīng)壓制和燒結(jié)制成各種制品的加工方法。粉末冶金工藝包含三個主要步驟，首先，主要組成材料被分解成許許多多的細小顆粒組成的粉末；然后，將粉末裝入模具型腔，施以一定的壓力，形成具有所需零件形狀和尺寸的壓坯；最后，對壓坯進行燒結(jié)。

粉末冶金零件生產(chǎn)工藝的本質(zhì)性優(yōu)勢是，具有零件最終成形能力和材料利用率很高。

金屬粉末的重要性質(zhì)

1.顆粒形狀：粉末顆粒的形狀與粉末的制造方法有關(guān)，越不規(guī)則的粉末在壓實時，壓胚的強度越大。

2.細度：指粉末顆粒的尺寸大小，系利用篩子檢查其尺寸，并以分級方法，決定顆粒尺寸的分布，越細的粉末，燒結(jié)性越好。

3.粉末顆粒尺寸分布（Particle Size Distribution）：指每一級標準的顆粒數(shù)量。

4.可流動性（Flowability）：指粉末可經(jīng)流動而充滿模穴的情形，系以流經(jīng)一固定小孔的流率來訂定之，可利用添加硬脂酸鹽于粉末中來增加流動性。

5.可壓縮性（Compressibility）：指壓縮前粉末的容積，與壓縮后所得物件的體積比。

6.視密度（Apparent Density）：指每單位體積的重量。

7.燒結(jié)性（Sintering）：指利用溫度使各金屬顆粒互相結(jié)合的操作，燒結(jié)性越好者，表示其可使用的溫度范圍越大，越易于燒結(jié)。

8.多孔性（Porosity）：指空隙體積與全部體積的比，可由顆粒大小與分布情形調(diào)整之。

步驟

制造金屬粉末

雖然所有的金屬都可以制成粉末，但在實用性與經(jīng)濟性考量下，常用作此項用途者有鐵與銅。其中，黃銅（銅與鋅合金）與鐵多用于各種機件的制造，青銅則常用于多孔性軸承的制造。

由于金屬的物理與化學(xué)性質(zhì)不同，制造粉末的方法也不同，所得的顆粒大小、形狀也不相同，常見的制造方法有：

切削法

用于鎂及其合金，因鎂易燃，以切削方式加工時便于冷卻。所得的顆粒大。

滾磨法

包括使用軋碎機、旋轉(zhuǎn)滾磨機及搗碎機等，可用于脆性材料（以壓軋或撞擊方式），作成不規(guī)則顆粒；亦可用于延性材料，以制造油漆顏料的片狀顆粒。

霧化法

用于低熔點的金屬，如鉛、錫、鋅等，將之加熱到熔融狀態(tài)，再以噴漆原理在氣流中噴射成極細的微粒。

成粒法

將金屬加熱到熔融狀態(tài)，并于凝固成固體時，加以攪拌，成為小顆粒狀。

還原法

使用粉狀的金屬氧化物，在熔點下與還原性的氣體接觸，直接得到金屬粉末，例如鐵粉的制造。

電解法

用于鐵、銀、鉭及若干金屬粉末；系以鋼板置于電解液中，作為陽極，不銹鋼作為陰極，通電后鐵粉沉積在陰極上，經(jīng)剝下電積鐵粉，再予以沖洗、過篩、分成各種粗細，而后再予以退火軟化。

預(yù)制合金粉末

所謂“預(yù)制合金粉末”系指合金粉末是用完全熔化的合金來制成，以不銹鋼或各種高等合金為例，若以純金屬粉末來混合，將無法達到預(yù)期的效果（因純金屬混合時，燒結(jié)溫度系在熔點以下，無法使純金屬變成合金），故先制成合金后，再制成粉末。

預(yù)敷粉末

將金屬粉末通過敷層金屬的蒸汽，使表面凝聚一層敷層金屬，這種金屬粉末即稱之為“預(yù)敷粉末”，此粉末在燒結(jié)后，可使制品具有此一敷層金屬的特性。

成形

將粉末送入模中加壓成形前，必須慎選粉末，以使制品達成經(jīng)濟性要求，并且在壓實后，可以得到所要的性質(zhì)。

當(dāng)僅使用一種粉末時，只要顆粒大小及分布適當(dāng)，即可送入模中加壓成形。

當(dāng)為增加粉末流動性或密度，必須摻入不同尺寸的粉末顆粒時，混合粉末常加入潤滑劑（如硬脂酸、硬脂酸鋰或粉末石墨），以減少粉末間的相互粘著，并降低壓制時模壁的磨擦阻力，使成品易于脫模；可是，潤滑劑的加入，卻會使產(chǎn)品在燒結(jié)后，容易出現(xiàn)孔眼。

常見的成形法有：

壓制法 Pressing

壓制是將混合妥當(dāng)?shù)亩糠勰┲糜阡撃?nèi)，用每平方吋數(shù)千磅到二十萬磅的壓力，在模中壓制成形的方法。其中，壓力的大小則依粉末的性質(zhì)而異，對于軟質(zhì)（可塑性高）的粉末而言，不需要太高的壓力，則可使其互鎖而得到頗為密實，且具有適當(dāng)強度的壓制件；對于脆性、高硬度的粉末而言，則需要較高的壓力。

壓制法所使用的壓力機，可分成：

1.機械式：動作快，操作簡易。

2.液壓式：適用于大件或需要大壓力者。

模子與沖頭間的配置方式，則可分為：

1.單動作模：僅有一個沖模。

2.雙動作模：具有上下兩個沖頭（下圖所示），其中，下沖頭除了具有加壓的作用外，亦具有在壓制完成后，將壓制件自模中挺射出模的任務(wù)；而模子的設(shè)計，必須具有適當(dāng)?shù)陌文＝?，以利脫?！?

至于沖頭的行程，全視粉末的壓縮比而定。

離心壓制法 Centrifugal Compacting

離心壓制法在操作上，系將金屬粉末置于模內(nèi)，在高速旋轉(zhuǎn)下，產(chǎn)生離心力，并作用在每一個金屬顆粒上，以壓制重金屬粉末（如碳化鎢等工具材料）。此法僅適用于形狀簡單，斷面均勻的小制品。

粘鑄法 Slip Casting

將金屬粉末與一種漿質(zhì)材料混合后，注入石膏模中，利用石膏的多孔性，吸收多余的液體，使?jié){中的粘性物質(zhì)及金屬粉末留在石膏模內(nèi)，成為類似普通鑄造法的鑄件。此法類似陶瓷的造形法，當(dāng)用于中空件時，可在混合漿質(zhì)于靠近石膏模面粘結(jié)到適當(dāng)厚度時，將多余的漿液傾出，留下一層殼式的粘結(jié)件。

擠制法 Extruding

用于以金屬粉末制造長條形的制品或型材時，如核能固體燃料棒及其他高溫金屬?？梢啦牧闲再|(zhì)分成：

1. 冷擠法

2. 熱擠法（先加熱至適當(dāng)溫度）：在熱擠法中，通常先將粉末壓制成塊，然后加熱或燒結(jié)于非氧化氣體中，或置于密封金屬容器中，以防止氧化。

重力燒結(jié)法 Gravity Sintering

用于化學(xué)工業(yè)中的過濾用多孔性金屬板的制造，其方法為：將金屬粉末均勻分布在陶瓷盤上（厚度依需要而定），然后在分解的阿姆尼亞氣體中，以高溫?zé)Y(jié)之；其過程中未加上其他壓力，僅是靠高溫可塑狀態(tài)下的重力結(jié)合之。燒結(jié)后的金屬板，可再施行滾軋，以控制厚度，并增加表面光平度。

等壓模造形法 Isostatic Molding

將金屬粉末置于模中，以液壓或氣體直接加壓在金屬粉粒上；由于各處所受的壓力均相同，因此，制品的密度甚為均勻，且各方強度均一。右圖所示為一中空筒形壓制胚等壓模造形裝置的切面圖。

滾軋法 Rolling

將金屬粉末自漏斗中漏落于兩個輥子之間，借由滾軋的壓力，使粉末互相鎖成板片狀，然后再送到燒結(jié)爐中燒結(jié)。燒結(jié)后，可再送到滾軋機滾軋，以控制其厚度，增加表面光平度，必要時，亦可進一步作熱處理。此法可作連續(xù)性操作，宜于大量制造。

爆炸力壓制法 Explosive Compacting

以爆炸的爆炸力來壓制粉末的生壓件（壓胚），由于爆炸的壓力非常高，可使可塑性低的金屬產(chǎn)生極高的密度及互鎖強度，縮短燒結(jié)時間，降低因燒結(jié)而產(chǎn)生的收縮率。其中，爆炸的壓力可借由推動柱塞來推動，以壓縮粉末，亦可經(jīng)由防水袋的設(shè)計，傳遞壓力給粉末。

金屬纖維法 Fiber Metal Process

先將極細的金屬棉或線，切成一定的長度，成為金屬纖維，各纖維予以彎曲，互相嵌扭作成亂線狀，并與一種液體糊狀物混合，澆注多孔性的底盤上，待液體漏盡，即形成亂線一樣的金屬纖維所組成的‘席子’，然后加壓并燒結(jié)之；或再施以滾軋或以對壓模壓緊，以增加密度。

燒結(jié)(sintering)

將生壓件加熱到適當(dāng)?shù)臏囟?，以增加其機械強度及硬度的操作，稱之為燒結(jié)。燒結(jié)的過程中，晶粒界面首先成形，進而造成晶粒的再結(jié)晶，而高溫使金屬的表面的可塑性提高，并建立一層液體的網(wǎng)組織，可改進相互間的機械互鎖性質(zhì)；另外，金屬中溶解的氣體，亦可在高溫下被驅(qū)除凈盡。

至于燒結(jié)的溫度，則通常都在主要組成金屬的熔點之下，而燒結(jié)時間，則約在 20－40 分鐘之間，此外，燒結(jié)的過程中，為避免粉末與大氣接觸而氧化，可使用還原性蒙氣或氮氣，以阻止高熱時形成有害的氧化層。

此外，生壓件燒結(jié)后，因制品形狀、顆粒大小與分配、化學(xué)組成、燒結(jié)操作情形、壓力大小等因素，使尺寸或有增長或縮短的稍微差異。

熱壓法 Hot Pressing

熱壓法是將粉末的加壓與燒結(jié)同時在一個模子內(nèi)完成的加工法，常用于碳化鎢工具材料的制造。

此法具有提高制品強度、硬度、精密度等優(yōu)點、但因加熱是在加壓的同時進行，因此，所使用的模子必須是耐熱材質(zhì)，且加熱蒙氣及時間長短不易控制；另外，在處理高溫合金時，必須使用石墨模，但由于石墨模的強度甚低，僅能使用一次，消耗量頗大。

火花燒結(jié)法 Spark Sintering

火花燒結(jié)法也是加熱與加壓同時在一個模子內(nèi)完成的燒結(jié)法，只不過加熱方式與熱壓法不同，且所需的時間也甚為短暫，頗似照相用閃光燈一般，通常約為12－15秒，而所得的制品頗為密實。

其中，加熱的過程系先將直流電能儲存在電容器內(nèi)，于燒結(jié)時放電，產(chǎn)生高能量的火花（約 1－2秒），先將粉末表面的不純物去除，火花之后，可產(chǎn)生新的結(jié)晶，然后在壓力之下，使顆粒間更為密實。此法除可用于碳化物等高溫金屬的燒結(jié)外，亦可用于鋁、銅、青銅、鐵及不銹鋼等。

完成加工法

滲油處理（Oil Impregnation）

滲油處理系將燒結(jié)的軸承，浸入潤滑油中加熱，并且維持相當(dāng)?shù)臅r間，或真空處理（時間可以縮短）；此時，軸承借由多孔性的毛細管作用，吸存潤滑油，并于轉(zhuǎn)動時釋出。

金屬滲入（Infiltration）

系指將低熔點的熔融金屬滲入多孔性的燒結(jié)制品中，以減少孔隙體積，增加機械強度。金屬在滲入之前，可先作化學(xué)處理，以增加滲入范圍。

尺寸矯正（Sizing）及壓印（Coining）

系將燒結(jié)物放置在與壓模相似的模內(nèi)，再壓一次，以得到正確尺寸或面層花紋。此方法屬于冷加工，具有增加表面層硬度、光平度、尺寸精度與密度等特點。

熱處理（Heat Treatment）

由于粉末冶金制品的密實程度不及實體合金，因此，熱處理的效果較差（因多孔性有礙熱傳遞），但實施熱處理有助于改進其機械性質(zhì)。

電鍍（Plating）

高密度的模壓件，可直接實施普通標準方式的電鍍，但中低密度的模壓件，必須以珠擊法（Peening）、擦光法（Burnishing）或塑膠樹脂滲入法以封閉面層的孔隙，再能實施普通標準方式的電鍍。 注意：不可使用鹽類滲入，以免在電鍍時起泡。

切削加工（Machining）

對于螺孔、溝槽、挖切或側(cè)孔等無法在模中壓制出來者，仍須以傳統(tǒng)的機器切削之，而所使用的切削工具，以碳化鎢材質(zhì)為宜，所使用的冷卻劑，則必須避免使制品銹蝕。

來源：網(wǎng)絡(luò)

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