粉末冶金的優缺點及其技術
粉末冶金工藝的優點： 1、絕大多數難熔金屬及其化合物、假合金、多孔材料只能用粉末冶金方法來制造。 2、由于粉末冶金方法能壓制成最終尺寸的壓坯，而不需要或很少需要隨后的機械加工，故能大大節約金屬，降低產品成本。用粉末冶金方法制造產品時，金屬的損耗只有1-5%，而用一般熔鑄方法生產時，金屬的損耗可能會達到80%。 3、由于粉末冶金工藝在材料生產過程中并不熔化材料，也就不怕混入由坩堝和脫氧劑等帶來的雜質，而燒結一般在真空和還原氣氛中進行，不怕氧化，也不會給材料任何污染，故有可能制取高純度的材料。 4、粉末冶金法能保證材料成分配比的正確性和均勻性。 5、粉末冶金適宜于生產同一形狀而數量多的產品，特別是齒輪等加工費用高的產品，用粉末冶金法制造能大大降低生產成本。 粉末冶金工藝的基本工序是： 1、原料粉末的制備。現有的制粉方法大體可分為兩類：機械法和物理化學法。而機械法可分為：機械粉碎及霧化法；物理化學法又分為：電化腐蝕法、還原法、化合法、還原-化合法、氣相沉積法、液相沉積法以及電解法。其中應用最為廣泛的是還原法、霧化法和電解法。 2、粉末成型為所需形狀的坯塊。成型的目的是制得一定形狀和尺寸的壓坯，并使其具有一定的密度和強度。成型的方法基本上分為加壓成型和無壓成型。加壓成型中應用最多的是模壓成型。 3、坯塊的燒結。燒結是粉末冶金工藝中的關鍵性工序。成型后的壓坯通過燒結使其得到所要求的最終物理機械性能。燒結又分為單元系燒結和多元系燒結。對于單元系和多元系的固相燒結，燒結溫度比所用的金屬及合金的熔點低；對于多元系的液相燒結，燒結溫度一般比其中難熔成分的熔點低，而高于易熔成分的熔點。除普通燒結外，還有松裝燒結、熔浸法、熱壓法等特殊的燒結工藝。 4、產品的后序處理。燒結后的處理，可以根據產品要求的不同，采取多種方式。如精整、浸油、機加工、熱處理及電鍍。此外，近年來一些新工藝如軋制、鍛造也應用于粉末冶金材料燒結后的加工，取得較理想的效果。 粉末冶金材料和制品的今后發展方向： 1、有代表性的鐵基合金，將向大體積的精密制品，高質量的結構零部件發展。 2、制造具有均勻顯微組織結構的、加工困難而完全致密的高性能合金。 3、用增強致密化過程來制造一般含有混合相組成的特殊合金。 4、制造非均勻材料、非晶態、微晶或者亞穩合金。 5、加工獨特的和非一般形態或成分的復合零部件。
缺點：
1:在沒有批量的情況下要考慮 零件的大小.
2:模具費用相對來說要高出鑄造模具.
粉末冶金(P/M)技術是一門重要的材料制備與成形技術，被稱為是解決高科技、新材料問題的鑰匙…。高性能、低成本、凈近成形一直以來是粉末冶金工作者重要研究課題之一。粉末冶金法能實現工件的少切削、無切削加工，是一種高效、優質、精密、低耗節能制造零件的先進技術。進入20世紀80年代許多行業，特別是汽車工業比以往任何時候更加依賴于粉末冶金技術，盡可能多地采用粉末冶金高性能的零部件是提高汽車尤其是轎車在市場中的競爭能力的一種有力手段。高密度的P/M產品是保證其具有優異的力學性能的關鍵因素。因此，為擴大粉末冶金P/M零部件的應用范圍，必須提高其密度以獲得力學性能優異的粉末冶金零部件。目前，常用來提高P/M零部件密度的技術途徑主要有：壓縮性鐵粉的應用、復壓復燒、浸銅、高溫燒結、粉末熱鍛等等。
由于這些工藝存在著不同程度的成本和工件尺寸精度保證困難等技術問題，使本富于競爭力的粉末冶金零件的潛力難以得到充分發揮。而流動溫壓粉末成型技術的發展使之成為提高P/M零件密度的有效途徑。
1.流動溫壓粉末成型技術的發展
1.1溫壓技術的發展
20世紀80年代末，Hoeganaes公司的Musella等人為提高零件密度，在擴散粘結鐵粉制備工藝的研究基礎上，將粉末和模具加熱到一定溫度進行壓制，開發出一種所謂溫壓的新工藝，即ANCORDENSE工藝。溫壓工藝就是采用特制的粉末加溫、粉末輸送和模具加熱系統，將混有特殊聚合物潤滑劑的金屬粉末和模具加熱至130~150℃，然后按傳統粉末壓制工藝進行壓制和燒結以提高壓坯密度的新方法據資料分析，雖然溫壓工藝比常規的一次壓制燒結工藝的相對成本提高了20%，但比滲銅工藝、復壓燒結工藝、粉末熱鍛工藝分別降低了20%、30%和80%的成本，開拓了粉末冶金應用的潛力。因而被譽為“開創粉末冶金零件應用新紀元的一次新型制造技術”，為零部件在性能和成本之間找到一個理想的結合點，也被認為是進人90年代以來粉末冶金零件生產技術方面最為重要的一項技術進步"。目前，在粉末制備、工藝優選、溫壓及燒結行為、致密化機理等方面均進行了廣泛的研究，并實現了工業化生產。
1.2金屬注射成形技術的發展
金屬注射成形MIM(Metal Injection Molding)是傳統粉末冶金工藝與現代塑料注射成形工藝相結合而形成的一門新型近凈成形技術。最早可追溯于20世紀30年代開始的陶瓷火花塞的粉末注射成形制備，隨后的幾十年間粉末注射成形主要集中于陶瓷注射成形。直到1979年，由Wiech等人組建的Parmatech公司的金屬注射成形產品獲得兩項大獎，以及當時的Wiech和Rivers先后獲得專利，粉末注射成形才開始轉向以金屬注射成形為主導。
1.3流動溫壓粉末成型技術的產生
金屬粉末注射成形技術適用于大批量制造具有復雜幾何形狀、高性能、高精度的零件，在產業化方面也取得突破性進展。但該工藝在粉末中需要加人較多的粘結劑，粉末需用≤10um的超細近球形粉，從混料到脫脂、燒結，工序較復雜，工藝要求嚴格，特別是需要較長的脫脂和燒結時間，造成制造成本往往偏高。流動溫壓成形(WFC：Warm Flow Compaction)正是在金屬粉末溫壓的基礎上，結合了金屬粉末注射成形工藝的優點，通過加人適量的粗粉和微細粉末以及加大熱塑性潤滑劑的含量而大大提高了混合粉末的流動性、填充性和成形性¨。由于在壓制時混合粉末變成具有良好流動性的粘流體，既具有液體的優點，又有很高的粘度，并減小摩擦力，使壓制壓力在粉末中分布均勻，還得到了很好的傳遞。這樣，粉末在壓制過程中可以流向各個角落而不產生裂紋，從而使密度也得到了很大的改善。該技術由德國Fraunhofer先進材料與制造研究所(IFAM)于2001年首次報道。
流動溫壓可以在80~130℃溫度下，在傳統壓片機上精密成形形狀非常復雜的工件，如帶有與壓制方向垂直的凹槽、孔和螺紋孔等的復雜工件，而不需要其后的二次機加工。WFC技術既克服了傳統冷壓在成形復雜幾何形狀方面的不足，又避免了注射成形技術的高成本，是一項極具潛力的新技術，具有廣闊的應用前景。
流動溫壓工藝幾乎適用于所有的粉末體系，但最適合于成形低合金鋼、Ti以及WC、Co等硬質合金粉。
2.流動溫壓粉末成型技術的特點
流動溫壓工藝是在溫壓工藝基礎上結合了金屬注射成形的優點而發展起來的，它是一種新型的粉末冶金零件近凈成形技術。在對溫壓的研究中，人們發現溫壓成形時在徑向產生了很大的徑向壓力，從而在注射成形技術中注射喂料的良好流動性和成形性給予了啟發，將兩者的優勢結合起來并對混合粉料加以優化就產生了流動溫壓粉末成型技術。流動溫壓工藝就是將具有良好流動性的混合粉末裝入型腔中，然后在一定溫度下壓制成形具有較復雜幾何外形的工件，不需專門脫脂工藝而直接燒結制得粉末冶金零件的新技術。其主要特點可概括如下。
2.1可成形具有復雜幾何形狀的零件
采用流動溫壓可以直接成形與壓制方向相垂直的凹槽、孔和螺紋孔等工件。而采用冷壓制造此類形狀的工件卻是非常困難甚至是不可能的，一般需要通過其后的機加工才能完成。即使用數控壓片機來實現復雜和精準的動作也只能生產出較為簡單的此類工件。
Fraunhofer研究人員也用帶有微小錐度的成形沖頭成功地直接成形了較深的盲孔工件，盲孔的壁高和壁厚的比率可達到3~7，壁厚的變化范圍可在1~3mm。為了系統地研究流動溫壓工藝中粉末的流動行為，Fraunhofer研究人員采用了如圖1所示的特制模具¨引。該模具為兩半用螺栓聯接而成，水平孔和垂直孔的直徑都是16mm。研究人員對T孔、通孔、L孔形型腔模具進行了研究，與壓制方向垂直的側孔的長度可以通過螺栓來調節。用流動溫壓工藝成功制備出了T型工件。實驗結果表明，混合粉末的良好流動性足以避免在拐角處產生裂紋。
利用流動溫壓工藝還可成形零件更復雜的幾何外形。混合粉末的良好流動性使得流動溫壓工藝可以精密地成形工件的精細輪廓。因此，流動溫壓工藝可以用于成形螺紋。用帶有外螺紋型芯的模具經壓制成形后，將型芯從半成品中擰出，然后進行燒結就可制得螺紋。根據收縮率選取適當的型芯直徑就可壓制出所需的螺紋而不需要二次機加工。這也許是流動溫壓工藝最顯著的應用。
對流動溫壓進行了初步研究，制造出一套研究流動溫壓流動趨勢的特制裝置，并實現十字型零件的成形。
2.2壓坯密度高、密度較均勻
流動溫壓由于裝粉密度較高，因此經溫壓后的半成品密度可以達到很高的值。除密度提高外，由于粉末流動性好，成形的零件密度也更加均勻。或者說采用簡單的模沖(不需要輔助的浮動多軸模沖)就可成形多臺階的粉末冶金工件。
對于難成形的純Ti粉，應用流動溫壓也取得了明顯的結果。如采用Ti粉成形的T型工件的密度分布(在零件圖上用1~6數字標出)如下圖所示。從圖中可以看出，采用流動溫壓可以獲得較高的密度，工件除具有較好的燒結性能外，密度分布也較均勻。圖中“5”處距離零件中心軸有14mm，在冷壓時密度偏低，這主要是陰模模壁的摩擦和壓力的傳遞不均造成的。
Ti基半成品和成品在不同位置的密度分布(ri無空隙密度為4.5g/cm3)
2.3對材料的適應性好
流動溫壓工藝可適用于各種金屬粉末，包括低合金鋼粉、不銹鋼粉、純Ti粉和硬質合金粉末等。Fraunhofer研究人員對各種金屬粉末進行了流動溫壓工藝研究，都取得了較顯著的結果，其中包括低合金鋼粉(DistolayAE)、不銹鋼316L粉、純Ti粉和WC-Co硬金屬粉末。流動溫壓工藝原則上可適用于所有的粉末系，唯一的要求是該粉末必須具有足夠好的燒結性能，以便最終達到所要求的密度和性能。
2.4工藝簡單，成本低
用傳統粉末冶金方法成形零件在垂直于壓制方向上的凹槽、橫孔等外形，需要設計非常復雜的模具或通過燒結后的二次機械加工才能完成。雖然注射成形技術在成形零件的復雜外形方面幾乎不受什么限制，但是由于添加的粘結劑數量較多，在加熱過程中會因為重力影響使工件發生變形，因此往往需要額外增加一道較復雜和較昂貴的專門脫脂工序，使得注射成形技術比常規粉末冶金技術成本高，所以注射成形的零件不一定能夠取代可滿足其設計功能的常規粉末冶金零件，從而使注射成形技術的應用范圍受到了一定的限制。
而流動溫壓粉末成型技術既可直接成形復雜幾何外形而不需要其后的二次機加工；另一方面，在流動溫壓成形工藝中，所用的特殊粘結劑和潤滑劑含量適中，所配置的混合粉末具有很高的粘度和臨界剪切強度，在加熱過程中不會發生變形，因而可直接在燒結過程中去除粘結劑。因此，與傳統粉末成形工藝和注射成形工藝相比，流動溫壓粉末成型技術對成形復雜幾何外形的零件來說，既簡化了生產工藝，又大大降低了制造成本。
3.流動溫壓粉末成型技術的應用前景
流動溫壓成形技術結合了傳統壓制和金屬注射成形的優點，成形零件時既縮短了工藝流程，又降低了成本，同時使零件的密度和復雜性方面也得到了提高，應用前景好。流動溫壓可以在傳統的粉末冶金壓機上進行工件的成形，這樣就使以前需要通過機加工才能成形的復雜形狀的零件得以很容易地實現。因此，流動溫壓成形技術將大大拓展了粉末冶金成形技術的應用范圍，具有廣闊的應用潛力和前景。
4.流動溫壓技術的研究意義
WFC作為一項新型的粉末冶金金屬零部件近凈成形技術，可以以較低的成本短流程生產高性能復雜形狀(如凹槽、橫孔和螺紋孔等)的零件，而采用傳統粉末壓機制造此類粉末冶金零件過去一直被認為是非常困難，甚至是不可能的。
流動溫壓雖然在成形三維復雜零件方面不可能取代注射成形技術，但是利用流動溫壓成形的獨到特點卻能生產出零件形狀復雜程度介于冷壓和注射成形之間的中等復雜零件，這就可能使得采用傳統壓片機的粉末冶金復雜零件的低成本短流程制造技術取得突破性的進展，有望在汽車、電子、醫療設備、日用品、辦公機械、儀表、機械制造等行業獲得應用，其應用也將進一步擴大傳統溫壓成形的應用范圍和領域。金屬粉末流動溫壓成形技術為高性能復雜精密零件的低成本、短流程的先進制造開辟新的發展方向，粉末冶金材料的成形加工技術將有望得到拓展和深化。
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