除鑄造、機(jī)械成形與機(jī)械加工等技術(shù)外，粉末冶金（P/M）技術(shù)也是制造金屬零件的重要方法之一。該技術(shù)可極大減少鋼錠金屬的不良性能，通過(guò)混合不同金屬粉末、或金屬與非金屬粉末，可以達(dá)到預(yù)期理想的金屬性能，而采用其它方法，這些金屬通常不易熔成合金。

粉末加工、將其壓制為有用形狀、以及燒結(jié)的過(guò)程費(fèi)用很高，但與鍛件或鑄件相比，采用這種方法最終制成的零件具有某些無(wú)可比擬的優(yōu)點(diǎn)。

主要優(yōu)點(diǎn)包括：

- 可生成精細(xì)均質(zhì)晶粒結(jié)構(gòu)

- 可形成復(fù)雜形狀，尺寸公差精密

- 制成品表面光潔度性能優(yōu)良

與其它成形方法相比，花費(fèi)很高的機(jī)械加工過(guò)程可得以縮減或直接除去，于是減小了碎屑損失。因此，對(duì)于小型、形狀復(fù)雜，和精密零件（如齒輪、鏈環(huán)等）的大批量生產(chǎn)而言，粉末冶金技術(shù)是最經(jīng)濟(jì)有效的方法。

而且，通過(guò)該加工技術(shù)，可制造大量特種合金，這些合金具有完全不同材料性能，如高溫剛度與硬度。由碳化鎢粉末燒結(jié)而成的高速切割刀具正是這樣一個(gè)實(shí)例：采用粉末冶金加工技術(shù)獲得許多獨(dú)特的金屬性能。燒結(jié)壓制零件的密度影響強(qiáng)度、韌性、硬度等重要性能，因此，達(dá)到特定的孔隙度至關(guān)重要。為了進(jìn)行工藝流程控制，需應(yīng)用金相學(xué)知識(shí)以檢驗(yàn)孔隙度、非金屬雜質(zhì)、以及交叉污染等。在研究與失效分析中，金相學(xué)也是一個(gè)主要工具，用于開(kāi)發(fā)新產(chǎn)品，改進(jìn)加工工藝。除化學(xué)分析外，質(zhì)量控制還包括一些物理方法，以檢驗(yàn)密度、尺寸變化、流率等。

粉末冶金零件制備

制造

為了達(dá)到粉末金屬零件的理想構(gòu)造與近凈成形，需對(duì)以下生產(chǎn)程序進(jìn)行嚴(yán)格工藝流程控制：

- 制備粉末

- 將粉末與添加劑（如：潤(rùn)滑劑、碳、和合金元素）混合

- 在硬質(zhì)合金模具中壓制粉末

- 在保護(hù)性氣體環(huán)境下高溫?zé)Y(jié)（1100℃-1200℃）

化學(xué)方法與霧化法是粉末制備中兩種最常用的方法?；瘜W(xué)方法將金屬在低于熔點(diǎn)的溫度下從礦石氧化物直接轉(zhuǎn)變?yōu)榻饘俜勰?。例如，鐵粉末制備如下：首先，直接從鐵礦中提煉出海綿鐵，然后，通過(guò)機(jī)械加工，將海綿鐵壓碎為粉末，再通過(guò)降低溫度退火進(jìn)一步精煉得到純鐵粉末。這種方法適宜于合金與低密度金屬應(yīng)用場(chǎng)合，如軸承。

在霧化加工過(guò)程中，合金熔融金屬液體流經(jīng)一個(gè)噴嘴，并經(jīng)高壓水流或氣體噴流沖擊。于是形成微滴，固化后，形成粒狀物。與機(jī)械碎化粉末相比，霧化粉末可得到更高的金屬密度，因此，所有的鋼粉末都是通過(guò)霧化法加工的。

銅粉末通過(guò)霧化法或電解法進(jìn)行制備。碳化鎢粉末通過(guò)在鎢粉末中加入一定控制量的碳，并在1400-2650℃高溫下滲碳得到。粉末制備與混合是一個(gè)非常專業(yè)、復(fù)雜的工藝加工過(guò)程，通過(guò)該過(guò)程，可定制粉末達(dá)到設(shè)計(jì)性能，以滿足特定應(yīng)用需求。

粉末混合良好不僅可實(shí)現(xiàn)特種合金所需的性能，而且，對(duì)于方便下一步粉末處理、壓制與燒結(jié)也非常有必要。

例如：粉末的易流動(dòng)性、及其與其它粉末的均勻混合性對(duì)于粉末在壓制之前均勻分布非常重要，確保最終制作完成的零件內(nèi)部結(jié)構(gòu)保持均質(zhì)一致。

零件加工時(shí)，混合粉末首先在高壓下硬質(zhì)合金模具中壓制成形。在此階段，零件具有最終產(chǎn)品的幾何形狀，但沒(méi)有達(dá)到其強(qiáng)度要求，因而被稱之為“綠

色”部件。為了改進(jìn)材料的機(jī)械與物理性能，需通過(guò)在燒結(jié)爐中高溫?zé)Y(jié)進(jìn)行冶金結(jié)合。冶金結(jié)合通過(guò)相鄰晶粒之間擴(kuò)散得以實(shí)現(xiàn)。為了避免氧化作用（氧化作用將影響晶粒間的結(jié)合），燒結(jié)過(guò)程應(yīng)在保護(hù)性氣體環(huán)境下進(jìn)行。

冶金結(jié)合增加了零件密度，經(jīng)壓制與燒結(jié)后的粉末金屬零件通常含有5-25%的殘余孔隙。根據(jù)應(yīng)用需要，一些零件還需另外經(jīng)過(guò)熱均衡壓制以使尺寸更為精確，或經(jīng)過(guò)表面拋光、油浸滲等工藝過(guò)程。然后，進(jìn)行終處理，如表面硬化、電鍍、或涂層等。

硬質(zhì)合金的燒結(jié)通過(guò)真空燒結(jié)工藝流程進(jìn)行。碳粉末與3-25%質(zhì)量分?jǐn)?shù)的鈷混合，并加入微量的鈦與碳化鉭以抑制晶粒生長(zhǎng)。然后對(duì)該混合物進(jìn)行壓制與燒結(jié)。在1280-1350℃高溫下，鈷發(fā)生液化作用，并形成類似共晶體狀的WC/Co。溫度稍低后開(kāi)始發(fā)生固化，并在液化之后很快達(dá)到理論上100%。在液化過(guò)程中，零件體積縮減達(dá)40%之多。
 

應(yīng)用

粉末冶金零件主要用于以下領(lǐng)域：

- 機(jī)械與結(jié)構(gòu)零件，主要是鐵基，也有銅、黃銅、青銅、與鋁等。粉末冶金（P/M）零件的最大用戶是汽車(chē)工業(yè)領(lǐng)域。零件供應(yīng)商應(yīng)用該技術(shù)制造連桿、同步接合套、鏈輪、凸輪、齒輪等。

- 耐高溫金屬，因其熔點(diǎn)很高，通過(guò)熔化、鑄造很難制造。

- 多孔材料，其中孔隙度經(jīng)過(guò)控制以作特殊用途，如自潤(rùn)滑軸承。

- 不形成合金的復(fù)合材料，如用于電觸點(diǎn)的銅/鎢、硬質(zhì)合金切割工具（圖3）、制動(dòng)襯片與離合器襯片材料、金剛石切割工具、或金屬基復(fù)合材料等。

- 特種重型合金，如用于噴氣式發(fā)動(dòng)機(jī)零件的鎳鈷基超合金；以及高速工具鋼，其碳分布均勻，并具有各向同性性能（圖4、5）。
 

此外，還生產(chǎn)用于熱噴涂涂層的各種粉末與粉末混合物，并經(jīng)金相質(zhì)量控制。