做座温压技术及其致密化机制的研究进展

温压技术及其致密化机制的研究进展

【摘 要】 综合评述了国内外温压技术的研究进展，并对其 致密化机制进行了探讨。在此基础上，对今后的研究方向提出了几点建议。

【关键词】 粉末冶金；温压技术；致密化机制1 引 言

通过提高粉冶件的密度从而提高其性能是粉末冶金科技工作者长期努力的方向。温压技术因 可将钢铁粉冶件的密度提高0.10～0.25g/cm3，且具有较低的生产成本，而被认为是进 入90年代以来，粉末冶金生产技术方面最为重要的一项技术进步，亦是当今粉末冶金工业的 发展方向之一。研究表明［］，假定一次压制/一次烧结的普通粉末冶金工艺的成本为1，则粉末锻造的成本为2.0，复压/复烧的成本为1.5，渗铜工艺的成本为1.4，而Ancordense温压工艺的成本仅为1.25。该技术现已成功地应用于制造高密度、高强度、复杂形状的粉末冶金零件，如链轮、传动齿轮、螺旋齿轮等。目前温压粉冶件在汽车工业中越来 越多的应用已使粉冶件获得了不断扩大的市场份额［］。

因此，本文拟通过介绍温压技术的最新进展，分析其致密化机制和技术关键，从而有助于国 内温压技术的研究工作及其在实际生产中的应用。2 温压技术研究进展

所谓温压技术即是将混合粉末加热到150℃左右(也有报道为可加热到250℃［8］)进 行压制，然后用传统的烧结工艺进行烧结。在压制过程中，可利用传统的压制设备。

1994年，在加拿大多伦多举行的PM2TEC94会议上，美国Hoeganaes公司宣布了其开发的Ancordense温压工艺。它使用的是该公司的Ancordense预制粉末，并加入新型高温聚合物润滑 剂，经在140℃左右(粘结剂玻璃化温度以上)一次压制后一次烧结就能使密度达到7.25～7.55g/cm3，并使其分布更为均匀，从而提高生坯和烧结体的性能，降低脱模力［ ，］。

加拿大Quebec Metal Powders公司也开展了温压工艺的研究工作，考察了包括 模壁润滑剂在内的润滑剂的种类、数量以及温度、压力等因素对粉冶件密度的影响。所选混 合粉成分为： 混合粉A：Atomet 1001+2.5%Ni+0.6%如果计划落地石墨+0.6%润滑剂；

混合粉B：Atomet4401+2.0%Ni+0.6%石墨+0.35%MnS+0.7%润滑剂。

混合粉采用专利合批随着强度等级的提高与产品规格日趋多样化技术进行粘结剂处理，然后在不同的温度下进行压制，并在1120℃、90 %N%H2气氛中烧结25分钟。研究结果如表1所示［12］。国外其它有关的公 司和科研机构也进行了类似的研究工作［］。

国内对温压技术的研究起步较晚，主要研究单位有北京科技大学、中南工业大学、武汉粉末 冶金公司、上海汽车工业公司和华南理工大学等。有关研究结果表明［］

可通过调整温压粘结剂的玻璃化温度来降低温压温度；采用无粘结剂温压工艺也可不同程度地 提高生坯密度。

文献［19］采用武钢水雾化铁粉和还原铁粉，并配以自制的三种润滑剂，在 517MPa压制压力和130℃、150℃、170℃的温度下分别进行了温压试验，其与拉伸实验机联合使用在材斟拉伸进程中一次压制/一次烧 结密度最高可达7.22g/cm3。表1 混合粉A与B的生坯和烧结体性能

压制温度/℃

压力/MPa

性能 混合粉A

混合粉B150

690

无空隙密度/(-3)

7.452

7.378生坯密度/(-3)

7.31

7.25相对密度/%PFD

98.1

98.3生坯强度/MPa

23.1

22.8烧结密度/(-3)

7.33

7.27121

690

生坯密度/(-3)

7.27

7.20相对密度/%PFD

97.6

97.6烧结密度/(-3)

7.32

7.26 在教育部和广东省重点科技攻关项目经费的资助下，作者近年来采用粉末冶金方法，研制出 了SiC颗粒增强铁基复合材料，其综合性能较之于普通的钢铁粉末冶金材料有较大的提高[20]。在此基础上，为进一步提高材料性能，采用温压技术制备Al2O3、SiC颗粒 增强铁基复合材料，取得了一定的进展，其研究结果将另行报道。

总的来说，关于温压技术研究还很不充分，且大多都只是局限于工艺研究，研究的成果也都 受到专利保护。至于致密化机制和压制理论方面的研究工作，目前国内外开展得还较少。但 由于温压技术具有很高的技术和商业价值，它已引起了学术界的强烈兴趣。德国Fraunhofer 应用材料研究所从1996年4月开始了对温压技术的基础性研究，其中包括对温压压制过程的 计算机模拟和温压件烧结机制的研究［16］。 3 温压技术的成形理论

3.1 温压技否则会在重力的作用下产生变形术的致密化机制

一般认为，妨碍获得更高且更均匀生坯密度的主要原因是粉末材料的塑性或可压缩性较差、 内应力和弹性回弹较大、以及压制过程中由于摩擦等原因而不能更为有效和均匀地传递压