（一）粉末的化學成分及性能

　　尺寸小于1mm的離散顆粒的集合體通常稱為粉末，其計量單位一般是以微米（μm）或納米（nm）。

　　1.粉末的化學成分

　　常用的金屬粉末有鐵、銅、鋁等及其合金的粉末，要求其雜質(zhì)和氣體含量不超過1%～2%，否則會影響制品的質(zhì)量。

　　2.粉末的物理性能

　　⑴粒度及粒度分布

　　粉料中能分開并獨立存在的最小實體為單顆粒。實際的粉末往往是團聚了的顆粒，即二次顆粒。實際的粉末顆粒體中不同尺寸所占的百分比即為粒度分布。

　　⑵顆粒形狀即粉末顆粒的外觀幾何形狀。常見的有球狀、柱狀、針狀、板狀和片狀等，可以通過顯微鏡的觀察確定。

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　　即單位質(zhì)量粉末的總表面積，可通過實際測定。比表面積大小影響著粉末的表面能、表面吸附及凝聚等表面特性。

　　3.粉末的工藝性能

　　粉末的工藝性能包括流動性、填充特性、壓縮性及成形性等。

　　⑴填充特性

　　指在沒有外界條件下，粉末自由堆積時的松緊程度。常以松裝密度或堆積密度表示。粉末的填充特性與顆粒的大小、形狀及表面性質(zhì)有關。

　　⑵流動性

　　指粉末的流動能力，常用50克粉末從標準漏斗流出所需的時間表示。流動性受顆粒粘附作用的影響。⑶壓縮性

　　表示粉末在壓制過程中被壓緊的能力，用規(guī)定的單位壓力下所達到的壓坯密度表示，在標準模具中,規(guī)定的潤滑條件下測定。影響粉末壓縮性的因素有顆粒的塑性或顯微硬度，塑性金屬粉末比硬、脆材料的壓縮性好；顆粒的形狀和結構也影響粉末的壓縮性。

　?、瘸尚涡灾阜勰褐坪?，壓坯保持既定形狀的能力，用粉末能夠成形的最小單位壓制壓力表示，或用壓坯的強度來衡量。成形性受顆粒形狀和結構的影響。

　　（二）粉末冶金的機理

　　1.壓制的機理

　　壓制就是在外力作用下，將模具或其它容器中的粉末緊密壓實成預定形狀和尺寸壓坯的工藝過程。鋼模冷壓成形過程如圖7.1.2所示。粉末裝入陰模,通過上下模沖對其施壓。在壓縮過程中，隨著粉末的移動和變形，較大的空隙被填充，顆粒表面的氧化膜破碎，顆粒間接觸面積增大，使原子間產(chǎn)生吸引力且顆粒間的機械楔合作用增強，從而形成具有一定密度和強度的壓坯。

　　2.等靜壓制

　　壓力直接作用在粉末體或彈性模套上，使粉末體在同一時間內(nèi)各個方向上均衡受壓而獲得密度分布均勻和強度較高的壓坯的過程。按其特性分為冷等靜壓制和熱等靜壓制兩大類。

　?、爬涞褥o壓制

　　即在室溫下等靜壓制，液體為壓力傳遞媒介。將粉末體裝入彈性模具內(nèi)，置于鋼體密封容器內(nèi)，用高壓泵將液體壓入容器，利用液體均勻傳遞壓力的特性，使彈性模具內(nèi)的粉末體均勻受壓。因此，冷等靜壓制壓坯密度高，較均勻，力學性能較好，尺寸大且形狀復雜，已用于棒材、管材和大型制品的生產(chǎn)。

　　⑵熱等靜壓制

　　把粉末壓坯或裝入特制容器內(nèi)的粉末體置入熱等靜壓機高壓容器中，施以高溫和高壓，使這些粉末體被壓制和燒結成致密的零件或材料的過程。在高溫下的等靜壓制，可以激活擴散和蠕變現(xiàn)象的發(fā)生，促進粉末的原子擴散和再結晶及以極緩慢的速率進行塑性變形，氣體為壓力傳遞媒介。粉末體在等靜壓高壓容器內(nèi)同一時間經(jīng)受高溫和高壓的聯(lián)合作用，強化了壓制與燒結過程，制品的壓制壓力和燒結溫度均低于冷等靜壓制，制品的致密度和強度高，且均勻一致，晶粒細小，力學性能高，消除了材料內(nèi)部顆粒間的缺陷和孔隙，形狀和尺寸不受限制。但熱等靜壓機價格高，投資大。熱等靜壓制已用于粉末高速鋼、難熔金屬、高溫合金和金屬陶瓷等制品的生產(chǎn)。

　　3.粉末軋制

　　將粉末通過漏斗喂入一對旋轉(zhuǎn)軋輥之間使其壓實成連續(xù)帶坯的方法。將金屬粉末通過一個特制的漏斗喂入轉(zhuǎn)動的軋輥縫中，可軋出具有一定厚度、長度連續(xù)、強度適宜的板帶坯料。這些坯體經(jīng)預燒結、燒結，再軋制加工及熱處理等工序，就可制成具有一定孔隙度的、致密的粉末冶金板帶材。粉末軋制制品的密度比較高，制品的長度原則上不受限制，軋制制品的厚度和寬度會受到軋輥的限制；成材率高為80%～90%，熔鑄軋制的僅為60%或更低。粉末軋制適用于生產(chǎn)多孔材料、摩擦材料、復合材料和硬質(zhì)合金等的板材及帶材。

　　4.粉漿澆注

　　是金屬粉末在不施加外力的情況下成形的，即將粉末加水或其它液體及懸浮劑調(diào)制成粉漿，再注入石膏模內(nèi)，利用石膏模吸取水分使之干燥后成形。常用的懸浮劑有聚乙烯醇、甘油、藻骯酸鈉等，作用是防止成形顆粒聚集，改善潤濕條件。為保證形成穩(wěn)定的膠態(tài)懸浮液，顆粒尺寸不大于5μm～10μm，粉末在懸浮液中的質(zhì)量含量為40%～70%。粉漿成形工藝參見本書6.2.2。

　　5.擠壓成形

　　將置于擠壓筒內(nèi)的粉末、壓坯或燒結體通過規(guī)定的?？讐撼?。按照擠壓條件不同，分為冷擠壓和熱擠壓。冷擠壓是把金屬粉末與一定量的有機粘結劑混合在較低溫度下（40℃～200℃）擠壓成坯塊；粉末熱擠壓是指金屬粉末壓坯或粉末裝入包套內(nèi)加熱到較高溫度下壓擠，熱擠壓法能夠制取形狀復雜、性能優(yōu)良的制品和材料。擠壓成形設備簡單，生產(chǎn)率高，可獲得長度方向密度均勻的制品。

　　擠壓成形能擠壓出壁很薄直經(jīng)很小的微形小管，如厚度僅0.01mm，直徑1mm的粉末冶金制品；可擠壓形狀復雜、物理力學性能優(yōu)良的致密粉末材料，如燒結鋁合金及高溫合金。擠壓制品的橫向密度均勻，生產(chǎn)連續(xù)性高，因此，多用于截面較簡單的條、棒和螺旋形條、棒（如麻花鉆等）。

　　6.松裝燒結成形

　　粉末未經(jīng)壓制而直接進行燒結，如將粉末裝入模具中振實，再連同模具一起入爐燒結成形，用于多孔材料的生產(chǎn)；或?qū)⒎勰┚鶆蛩裳b于芯板上，再連同芯板一起入爐燒結成形，再經(jīng)復壓或軋制達到所需密度，用于制動摩擦片及雙金屬材料的生產(chǎn)。

　　將置于擠壓筒內(nèi)的粉末、壓坯或燒結體通過規(guī)定的?？讐撼觥０凑諗D壓條件不同，分為冷擠壓和熱擠壓。冷擠壓是把金屬粉末與一定量的有機粘結劑混合在較低溫度下（40℃～200℃）擠壓成坯塊；粉末熱擠壓是指金屬粉末壓坯或粉末裝入包套內(nèi)加熱到較高溫度下壓擠，熱擠壓法能夠制取形狀復雜、性能優(yōu)良的制品和材料。擠壓成形設備簡單，生產(chǎn)率高，可獲得長度方向密度均勻的制品。

　　7.爆炸成形

　　借助于爆炸波的高能量使粉末固結的成形方法。爆炸成形的特點是爆炸時產(chǎn)生壓力很高，施于粉末體上的壓力速度極快。如炸藥爆炸后，在幾微秒時間內(nèi)產(chǎn)生的沖擊壓力可達106MPa（相當于107個大氣壓），比壓力機上壓制粉末的單位壓力要高幾百倍至幾千倍。爆炸成形壓制壓坯的相對密度極高，強度極佳。如用炸藥爆炸壓制電解鐵粉，壓坯的密度接近純鐵體的理論密度值。

　　爆炸成形可加工普通壓制和燒結工藝難以成形的材料，如難熔金屬、高合金材料等，還可壓制普通壓力無法壓制的大型壓坯。

　　除上述方法外，還有注射成形及熱等靜壓制新技術等新的成形方法。