粉末冶金生產工藝流程
產業趨勢 2023-11-08 08:14:53 中金普華產業研究院
粉末冶金是一種利用金屬粉末或金屬與非金屬粉末的混合物作為原料，經過成形和燒結，制造金屬材料和制品的工藝技術。粉末冶金具有節約材料、降低成本、提高性能、制造特殊材料等優點，廣泛應用于汽車、電子、機械、航空、醫療等領域12。
粉末冶金的生產工藝流程主要包括以下幾個步驟：
1. 原料制備
原料制備是指將金屬或非金屬材料制成粉末的過程，是粉末冶金的基礎和關鍵。原料制備的方法有多種，主要分為物理法和化學法兩大類3。
物理法是指利用機械力、電磁力、熱力等物理因素將金屬或非金屬材料粉碎、熔化、氣化、凝固等方式制成粉末的方法，如機械粉碎法、電解法、霧化法、原子化法、氣霧法等。物理法制備的粉末一般具有較高的純度、較低的成本和較好的可控性，但粉末的形狀、尺寸和分布不太均勻，需要進一步的篩分、混合和球化等處理3。
化學法是指利用化學反應、溶液沉淀、氣體還原、熱分解等方式將金屬或非金屬材料轉化為粉末的方法，如還原法、氧化還原法、溶膠凝膠法、化學氣相沉積法等。化學法制備的粉末一般具有較細的粒度、較均勻的形狀和分布，但粉末的純度較低，需要進一步的洗滌、干燥和熱處理等處理3。
根據不同的原料和產品要求，可以選擇適合的原料制備方法，也可以將不同的方法組合使用，以獲得理想的粉末性能。
2. 坯粉制備
坯粉制備是指將原料粉末按照一定的配比和工藝進行混合、干燥、球化等處理，使之成為適合成形的坯粉的過程，是粉末冶金的重要環節。坯粉制備的目的是提高粉末的均勻性、流動性、壓縮性和成形性，以保證成形后的坯體的質量和一致性。
坯粉制備的方法有多種，主要分為干法和濕法兩大類。
干法是指在無溶劑或少量溶劑的條件下，利用機械攪拌、氣流混合、機械振動等方式將粉末混合均勻的方法，如V型混合器、雙錐混合器、渦輪混合器等。干法制備的坯粉一般具有較高的純度、較低的成本和較快的速度，但混合效果受粉末的形狀、尺寸和密度等因素的影響較大，需要進一步的篩分、壓實和球化等處理。
濕法是指在有溶劑或粘合劑的條件下，利用機械攪拌、氣流混合、超聲波分散等方式將粉末混合均勻的方法，如行星球磨機、攪拌機、噴霧干燥機等。濕法制備的坯粉一般具有較細的粒度、較均勻的形狀和分布，但坯粉的純度較低，需要進一步的洗滌、干燥和熱處理等處理。
根據不同的粉末和產品要求，可以選擇適合的坯粉制備方法，也可以將不同的方法組合使用，以獲得理想的坯粉性能。
3. 坯體成形
坯體成形是指將坯粉在一定的壓力和溫度下，通過模具將其壓縮成所需形狀的坯體的過程，是粉末冶金的核心環節。坯體成形的目的是使坯粉的密度、強度和尺寸達到一定的要求，以保證燒結后的產品的質量和一致性。
坯體成形的方法有多種，主要分為壓力成形和無壓成形兩大類。
壓力成形是指在外加壓力的作用下，使坯粉在模具中發生塑性變形和重新排列，從而形成坯體的方法，如單向壓制、等靜壓、擠壓、注射成形等。壓力成形制備的坯體一般具有較高的密度、強度和尺寸精度，但成形壓力較大，模具磨損較快，成形速度較慢，成形形狀受模具的限制較大。
無壓成形是指在無外加壓力或很小的壓力的作用下，利用坯粉的自身粘結力或添加的粘合劑，使坯粉在模具中固結成坯體的方法，如振動成形、流延成形、浸漬成形、膠結成形等。無壓成形制備的坯體一般具有較低的密度、強度和尺寸精度，但成形壓力較小，模具磨損較慢，成形速度較快，成形形狀受模具的限制較小。
根據不同的坯粉和產品要求，可以選擇適合的坯體成形方法，也可以將不同的方法組合使用，以獲得理想的坯體性能。
4. 坯體燒結
坯體燒結是指將坯體在一定的溫度和氣氛下，通過固相或液相反應，使坯粉顆粒之間發生擴散、粘結和重結晶，從而形成致密的產品的過程，是粉末冶金的關鍵環節。坯體燒結的目的是提高產品的密度、強度和性能，以滿足使用要求。
坯體燒結的方法有多種，主要分為常規燒結、液相燒結、活性燒結和特殊燒結四大類。
常規燒結：是指在坯體的熔點以下的溫度下，利用固相擴散和重結晶，使坯粉顆粒之間形成頸部和橋接，從而增加坯體的密度和強度的方法，如真空燒結、氮氣燒結、氫氣燒結等。常規燒結制備的產品一般具有較高的純度、較低的孔隙率和較好的尺寸穩定性，但燒結時間較長，燒結溫度較高，燒結收縮較大，燒結后的產品需要進一步的機械加工或熱處理等處理。
液相燒結：是指在坯體的熔點以下的溫度下，利用坯粉中的一種或多種成分部分熔化，形成液相，通過液相的浸潤、滲透和固化，使坯粉顆粒之間形成頸部和橋接，從而增加坯體的密度和強度的方法，如銅基液相燒結、鎳基液相燒結、鐵基液相燒結等。液相燒結制備的產品一般具有較高的密度、較高的強度和較好的韌性，但液相的成分和量對產品的性能有較大的影響，需要精確的控制，同時液相燒結后的產品需要進一步的機械加工或熱處理等處理。
活性燒結：是指在坯體的熔點以下的溫度下，利用坯粉中的一種或多種成分與燒結氣氛中的活性氣體發生化學反應，形成新的固相或液相，通過固相或液相的擴散和固化，使坯粉顆粒之間形成頸部和橋接，從而增加坯體的密度和強度的方法，如碳化燒結、氮化燒結、氧化燒結等。活性燒結制備的產品一般具有較高的密度、較高的強度和較好的耐磨性，但活性氣體的種類和量對產品的性能有較大的影響，需要精確的控制，同時活性燒結后的產品需要進一步的機械加工或熱處理等處理。
特殊燒結：是指在坯體的熔點以下的溫度下，利用特殊的物理或化學因素，如電場、磁場、超聲波、等離子體等，促進坯粉顆粒之間的擴散和粘結，從而增加坯體的密度和強度的方法，如電燒結、磁燒結、超聲波燒結、等離子體燒結等。特殊燒結制備的產品一般具有較高的密度、較高的強度和較好的性能，但特殊燒結的設備和工藝較復雜，成本較高，適用范圍較窄。
根據不同的坯粉和產品要求，可以選擇適合的坯體燒結方法，也可以將不同的方法組合使用，以獲得理想的產品性能。
結語
粉末冶金是一種利用金屬粉末或金屬與非金屬粉末的混合物作為原料，經過成形和燒結，制造金屬材料和制品的工藝技術。粉末冶金具有節約材料、降低成本、提高性能、制造特殊材料等優點，廣泛應用于汽車、電子、機械、航空、醫療等領域。粉末冶金的生產工藝流程主要包括原料制備、坯粉制備、坯體成形和坯體燒結四個步驟，每個步驟都有多種方法可供選擇，需要根據不同的原料和產品要求，進行合理的選擇和優化，以實現高效、高質、高性的粉末冶金產品的制造。
粉末冶金的生產工藝流程主要包括以下幾個步驟：
1. 原料制備
原料制備是指將金屬或非金屬材料制成粉末的過程，是粉末冶金的基礎和關鍵。原料制備的方法有多種，主要分為物理法和化學法兩大類3。
物理法是指利用機械力、電磁力、熱力等物理因素將金屬或非金屬材料粉碎、熔化、氣化、凝固等方式制成粉末的方法，如機械粉碎法、電解法、霧化法、原子化法、氣霧法等。物理法制備的粉末一般具有較高的純度、較低的成本和較好的可控性，但粉末的形狀、尺寸和分布不太均勻，需要進一步的篩分、混合和球化等處理3。
化學法是指利用化學反應、溶液沉淀、氣體還原、熱分解等方式將金屬或非金屬材料轉化為粉末的方法，如還原法、氧化還原法、溶膠凝膠法、化學氣相沉積法等。化學法制備的粉末一般具有較細的粒度、較均勻的形狀和分布，但粉末的純度較低，需要進一步的洗滌、干燥和熱處理等處理3。
根據不同的原料和產品要求，可以選擇適合的原料制備方法，也可以將不同的方法組合使用，以獲得理想的粉末性能。
2. 坯粉制備
坯粉制備是指將原料粉末按照一定的配比和工藝進行混合、干燥、球化等處理，使之成為適合成形的坯粉的過程，是粉末冶金的重要環節。坯粉制備的目的是提高粉末的均勻性、流動性、壓縮性和成形性，以保證成形后的坯體的質量和一致性。
坯粉制備的方法有多種，主要分為干法和濕法兩大類。
干法是指在無溶劑或少量溶劑的條件下，利用機械攪拌、氣流混合、機械振動等方式將粉末混合均勻的方法，如V型混合器、雙錐混合器、渦輪混合器等。干法制備的坯粉一般具有較高的純度、較低的成本和較快的速度，但混合效果受粉末的形狀、尺寸和密度等因素的影響較大，需要進一步的篩分、壓實和球化等處理。
濕法是指在有溶劑或粘合劑的條件下，利用機械攪拌、氣流混合、超聲波分散等方式將粉末混合均勻的方法，如行星球磨機、攪拌機、噴霧干燥機等。濕法制備的坯粉一般具有較細的粒度、較均勻的形狀和分布，但坯粉的純度較低，需要進一步的洗滌、干燥和熱處理等處理。
根據不同的粉末和產品要求，可以選擇適合的坯粉制備方法，也可以將不同的方法組合使用，以獲得理想的坯粉性能。
3. 坯體成形
坯體成形是指將坯粉在一定的壓力和溫度下，通過模具將其壓縮成所需形狀的坯體的過程，是粉末冶金的核心環節。坯體成形的目的是使坯粉的密度、強度和尺寸達到一定的要求，以保證燒結后的產品的質量和一致性。
坯體成形的方法有多種，主要分為壓力成形和無壓成形兩大類。
壓力成形是指在外加壓力的作用下，使坯粉在模具中發生塑性變形和重新排列，從而形成坯體的方法，如單向壓制、等靜壓、擠壓、注射成形等。壓力成形制備的坯體一般具有較高的密度、強度和尺寸精度，但成形壓力較大，模具磨損較快，成形速度較慢，成形形狀受模具的限制較大。
無壓成形是指在無外加壓力或很小的壓力的作用下，利用坯粉的自身粘結力或添加的粘合劑，使坯粉在模具中固結成坯體的方法，如振動成形、流延成形、浸漬成形、膠結成形等。無壓成形制備的坯體一般具有較低的密度、強度和尺寸精度，但成形壓力較小，模具磨損較慢，成形速度較快，成形形狀受模具的限制較小。
根據不同的坯粉和產品要求，可以選擇適合的坯體成形方法，也可以將不同的方法組合使用，以獲得理想的坯體性能。
4. 坯體燒結
坯體燒結是指將坯體在一定的溫度和氣氛下，通過固相或液相反應，使坯粉顆粒之間發生擴散、粘結和重結晶，從而形成致密的產品的過程，是粉末冶金的關鍵環節。坯體燒結的目的是提高產品的密度、強度和性能，以滿足使用要求。
坯體燒結的方法有多種，主要分為常規燒結、液相燒結、活性燒結和特殊燒結四大類。
常規燒結：是指在坯體的熔點以下的溫度下，利用固相擴散和重結晶，使坯粉顆粒之間形成頸部和橋接，從而增加坯體的密度和強度的方法，如真空燒結、氮氣燒結、氫氣燒結等。常規燒結制備的產品一般具有較高的純度、較低的孔隙率和較好的尺寸穩定性，但燒結時間較長，燒結溫度較高，燒結收縮較大，燒結后的產品需要進一步的機械加工或熱處理等處理。
液相燒結：是指在坯體的熔點以下的溫度下，利用坯粉中的一種或多種成分部分熔化，形成液相，通過液相的浸潤、滲透和固化，使坯粉顆粒之間形成頸部和橋接，從而增加坯體的密度和強度的方法，如銅基液相燒結、鎳基液相燒結、鐵基液相燒結等。液相燒結制備的產品一般具有較高的密度、較高的強度和較好的韌性，但液相的成分和量對產品的性能有較大的影響，需要精確的控制，同時液相燒結后的產品需要進一步的機械加工或熱處理等處理。
活性燒結：是指在坯體的熔點以下的溫度下，利用坯粉中的一種或多種成分與燒結氣氛中的活性氣體發生化學反應，形成新的固相或液相，通過固相或液相的擴散和固化，使坯粉顆粒之間形成頸部和橋接，從而增加坯體的密度和強度的方法，如碳化燒結、氮化燒結、氧化燒結等。活性燒結制備的產品一般具有較高的密度、較高的強度和較好的耐磨性，但活性氣體的種類和量對產品的性能有較大的影響，需要精確的控制，同時活性燒結后的產品需要進一步的機械加工或熱處理等處理。
特殊燒結：是指在坯體的熔點以下的溫度下，利用特殊的物理或化學因素，如電場、磁場、超聲波、等離子體等，促進坯粉顆粒之間的擴散和粘結，從而增加坯體的密度和強度的方法，如電燒結、磁燒結、超聲波燒結、等離子體燒結等。特殊燒結制備的產品一般具有較高的密度、較高的強度和較好的性能，但特殊燒結的設備和工藝較復雜，成本較高，適用范圍較窄。
根據不同的坯粉和產品要求，可以選擇適合的坯體燒結方法，也可以將不同的方法組合使用，以獲得理想的產品性能。
結語
粉末冶金是一種利用金屬粉末或金屬與非金屬粉末的混合物作為原料，經過成形和燒結，制造金屬材料和制品的工藝技術。粉末冶金具有節約材料、降低成本、提高性能、制造特殊材料等優點，廣泛應用于汽車、電子、機械、航空、醫療等領域。粉末冶金的生產工藝流程主要包括原料制備、坯粉制備、坯體成形和坯體燒結四個步驟，每個步驟都有多種方法可供選擇，需要根據不同的原料和產品要求，進行合理的選擇和優化，以實現高效、高質、高性的粉末冶金產品的制造。
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