粉末冶金生产工艺流程
产业趋势 2023-11-08 08:14:53 中金普华产业研究院
粉末冶金是一种利用金属粉末或金属与非金属粉末的混合物作为原料，经过成形和烧结，制造金属材料和制品的工艺技术。粉末冶金具有节约材料、降低成本、提高性能、制造特殊材料等优点，广泛应用于汽车、电子、机械、航空、医疗等领域¹²。
粉末冶金的生产工艺流程主要包括以下几个步骤：
1. 原料制备
原料制备是指将金属或非金属材料制成粉末的过程，是粉末冶金的基础和关键。原料制备的方法有多种，主要分为物理法和化学法两大类³。
物理法是指利用机械力、电磁力、热力等物理因素将金属或非金属材料粉碎、熔化、气化、凝固等方式制成粉末的方法，如机械粉碎法、电解法、雾化法、原子化法、气雾法等。物理法制备的粉末一般具有较高的纯度、较低的成本和较好的可控性，但粉末的形状、尺寸和分布不太均匀，需要进一步的筛分、混合和球化等处理³。
化学法是指利用化学反应、溶液沉淀、气体还原、热分解等方式将金属或非金属材料转化为粉末的方法，如还原法、氧化还原法、溶胶凝胶法、化学气相沉积法等。化学法制备的粉末一般具有较细的粒度、较均匀的形状和分布，但粉末的纯度较低，需要进一步的洗涤、干燥和热处理等处理³。
根据不同的原料和产品要求，可以选择适合的原料制备方法，也可以将不同的方法组合使用，以获得理想的粉末性能。
2. 坯粉制备
坯粉制备是指将原料粉末按照一定的配比和工艺进行混合、干燥、球化等处理，使之成为适合成形的坯粉的过程，是粉末冶金的重要环节。坯粉制备的目的是提高粉末的均匀性、流动性、压缩性和成形性，以保证成形后的坯体的质量和一致性。
坯粉制备的方法有多种，主要分为干法和湿法两大类。
干法是指在无溶剂或少量溶剂的条件下，利用机械搅拌、气流混合、机械振动等方式将粉末混合均匀的方法，如V型混合器、双锥混合器、涡轮混合器等。干法制备的坯粉一般具有较高的纯度、较低的成本和较快的速度，但混合效果受粉末的形状、尺寸和密度等因素的影响较大，需要进一步的筛分、压实和球化等处理。
湿法是指在有溶剂或粘合剂的条件下，利用机械搅拌、气流混合、超声波分散等方式将粉末混合均匀的方法，如行星球磨机、搅拌机、喷雾干燥机等。湿法制备的坯粉一般具有较细的粒度、较均匀的形状和分布，但坯粉的纯度较低，需要进一步的洗涤、干燥和热处理等处理。
根据不同的粉末和产品要求，可以选择适合的坯粉制备方法，也可以将不同的方法组合使用，以获得理想的坯粉性能。
3. 坯体成形
坯体成形是指将坯粉在一定的压力和温度下，通过模具将其压缩成所需形状的坯体的过程，是粉末冶金的核心环节。坯体成形的目的是使坯粉的密度、强度和尺寸达到一定的要求，以保证烧结后的产品的质量和一致性。
坯体成形的方法有多种，主要分为压力成形和无压成形两大类。
压力成形是指在外加压力的作用下，使坯粉在模具中发生塑性变形和重新排列，从而形成坯体的方法，如单向压制、等静压、挤压、注射成形等。压力成形制备的坯体一般具有较高的密度、强度和尺寸精度，但成形压力较大，模具磨损较快，成形速度较慢，成形形状受模具的限制较大。
无压成形是指在无外加压力或很小的压力的作用下，利用坯粉的自身粘结力或添加的粘合剂，使坯粉在模具中固结成坯体的方法，如振动成形、流延成形、浸渍成形、胶结成形等。无压成形制备的坯体一般具有较低的密度、强度和尺寸精度，但成形压力较小，模具磨损较慢，成形速度较快，成形形状受模具的限制较小。
根据不同的坯粉和产品要求，可以选择适合的坯体成形方法，也可以将不同的方法组合使用，以获得理想的坯体性能。
4. 坯体烧结
坯体烧结是指将坯体在一定的温度和气氛下，通过固相或液相反应，使坯粉颗粒之间发生扩散、粘结和重结晶，从而形成致密的产品的过程，是粉末冶金的关键环节。坯体烧结的目的是提高产品的密度、强度和性能，以满足使用要求。
坯体烧结的方法有多种，主要分为常规烧结、液相烧结、活性烧结和特殊烧结四大类。
常规烧结：是指在坯体的熔点以下的温度下，利用固相扩散和重结晶，使坯粉颗粒之间形成颈部和桥接，从而增加坯体的密度和强度的方法，如真空烧结、氮气烧结、氢气烧结等。常规烧结制备的产品一般具有较高的纯度、较低的孔隙率和较好的尺寸稳定性，但烧结时间较长，烧结温度较高，烧结收缩较大，烧结后的产品需要进一步的机械加工或热处理等处理。
液相烧结：是指在坯体的熔点以下的温度下，利用坯粉中的一种或多种成分部分熔化，形成液相，通过液相的浸润、渗透和固化，使坯粉颗粒之间形成颈部和桥接，从而增加坯体的密度和强度的方法，如铜基液相烧结、镍基液相烧结、铁基液相烧结等。液相烧结制备的产品一般具有较高的密度、较高的强度和较好的韧性，但液相的成分和量对产品的性能有较大的影响，需要精确的控制，同时液相烧结后的产品需要进一步的机械加工或热处理等处理。
活性烧结：是指在坯体的熔点以下的温度下，利用坯粉中的一种或多种成分与烧结气氛中的活性气体发生化学反应，形成新的固相或液相，通过固相或液相的扩散和固化，使坯粉颗粒之间形成颈部和桥接，从而增加坯体的密度和强度的方法，如碳化烧结、氮化烧结、氧化烧结等。活性烧结制备的产品一般具有较高的密度、较高的强度和较好的耐磨性，但活性气体的种类和量对产品的性能有较大的影响，需要精确的控制，同时活性烧结后的产品需要进一步的机械加工或热处理等处理。
特殊烧结：是指在坯体的熔点以下的温度下，利用特殊的物理或化学因素，如电场、磁场、超声波、等离子体等，促进坯粉颗粒之间的扩散和粘结，从而增加坯体的密度和强度的方法，如电烧结、磁烧结、超声波烧结、等离子体烧结等。特殊烧结制备的产品一般具有较高的密度、较高的强度和较好的性能，但特殊烧结的设备和工艺较复杂，成本较高，适用范围较窄。
根据不同的坯粉和产品要求，可以选择适合的坯体烧结方法，也可以将不同的方法组合使用，以获得理想的产品性能。
结语
粉末冶金是一种利用金属粉末或金属与非金属粉末的混合物作为原料，经过成形和烧结，制造金属材料和制品的工艺技术。粉末冶金具有节约材料、降低成本、提高性能、制造特殊材料等优点，广泛应用于汽车、电子、机械、航空、医疗等领域。粉末冶金的生产工艺流程主要包括原料制备、坯粉制备、坯体成形和坯体烧结四个步骤，每个步骤都有多种方法可供选择，需要根据不同的原料和产品要求，进行合理的选择和优化，以实现高效、高质、高性的粉末冶金产品的制造。
粉末冶金的生产工艺流程主要包括以下几个步骤：
1. 原料制备
原料制备是指将金属或非金属材料制成粉末的过程，是粉末冶金的基础和关键。原料制备的方法有多种，主要分为物理法和化学法两大类³。
物理法是指利用机械力、电磁力、热力等物理因素将金属或非金属材料粉碎、熔化、气化、凝固等方式制成粉末的方法，如机械粉碎法、电解法、雾化法、原子化法、气雾法等。物理法制备的粉末一般具有较高的纯度、较低的成本和较好的可控性，但粉末的形状、尺寸和分布不太均匀，需要进一步的筛分、混合和球化等处理³。
化学法是指利用化学反应、溶液沉淀、气体还原、热分解等方式将金属或非金属材料转化为粉末的方法，如还原法、氧化还原法、溶胶凝胶法、化学气相沉积法等。化学法制备的粉末一般具有较细的粒度、较均匀的形状和分布，但粉末的纯度较低，需要进一步的洗涤、干燥和热处理等处理³。
根据不同的原料和产品要求，可以选择适合的原料制备方法，也可以将不同的方法组合使用，以获得理想的粉末性能。
2. 坯粉制备
坯粉制备是指将原料粉末按照一定的配比和工艺进行混合、干燥、球化等处理，使之成为适合成形的坯粉的过程，是粉末冶金的重要环节。坯粉制备的目的是提高粉末的均匀性、流动性、压缩性和成形性，以保证成形后的坯体的质量和一致性。
坯粉制备的方法有多种，主要分为干法和湿法两大类。
干法是指在无溶剂或少量溶剂的条件下，利用机械搅拌、气流混合、机械振动等方式将粉末混合均匀的方法，如V型混合器、双锥混合器、涡轮混合器等。干法制备的坯粉一般具有较高的纯度、较低的成本和较快的速度，但混合效果受粉末的形状、尺寸和密度等因素的影响较大，需要进一步的筛分、压实和球化等处理。
湿法是指在有溶剂或粘合剂的条件下，利用机械搅拌、气流混合、超声波分散等方式将粉末混合均匀的方法，如行星球磨机、搅拌机、喷雾干燥机等。湿法制备的坯粉一般具有较细的粒度、较均匀的形状和分布，但坯粉的纯度较低，需要进一步的洗涤、干燥和热处理等处理。
根据不同的粉末和产品要求，可以选择适合的坯粉制备方法，也可以将不同的方法组合使用，以获得理想的坯粉性能。
3. 坯体成形
坯体成形是指将坯粉在一定的压力和温度下，通过模具将其压缩成所需形状的坯体的过程，是粉末冶金的核心环节。坯体成形的目的是使坯粉的密度、强度和尺寸达到一定的要求，以保证烧结后的产品的质量和一致性。
坯体成形的方法有多种，主要分为压力成形和无压成形两大类。
压力成形是指在外加压力的作用下，使坯粉在模具中发生塑性变形和重新排列，从而形成坯体的方法，如单向压制、等静压、挤压、注射成形等。压力成形制备的坯体一般具有较高的密度、强度和尺寸精度，但成形压力较大，模具磨损较快，成形速度较慢，成形形状受模具的限制较大。
无压成形是指在无外加压力或很小的压力的作用下，利用坯粉的自身粘结力或添加的粘合剂，使坯粉在模具中固结成坯体的方法，如振动成形、流延成形、浸渍成形、胶结成形等。无压成形制备的坯体一般具有较低的密度、强度和尺寸精度，但成形压力较小，模具磨损较慢，成形速度较快，成形形状受模具的限制较小。
根据不同的坯粉和产品要求，可以选择适合的坯体成形方法，也可以将不同的方法组合使用，以获得理想的坯体性能。
4. 坯体烧结
坯体烧结是指将坯体在一定的温度和气氛下，通过固相或液相反应，使坯粉颗粒之间发生扩散、粘结和重结晶，从而形成致密的产品的过程，是粉末冶金的关键环节。坯体烧结的目的是提高产品的密度、强度和性能，以满足使用要求。
坯体烧结的方法有多种，主要分为常规烧结、液相烧结、活性烧结和特殊烧结四大类。
常规烧结：是指在坯体的熔点以下的温度下，利用固相扩散和重结晶，使坯粉颗粒之间形成颈部和桥接，从而增加坯体的密度和强度的方法，如真空烧结、氮气烧结、氢气烧结等。常规烧结制备的产品一般具有较高的纯度、较低的孔隙率和较好的尺寸稳定性，但烧结时间较长，烧结温度较高，烧结收缩较大，烧结后的产品需要进一步的机械加工或热处理等处理。
液相烧结：是指在坯体的熔点以下的温度下，利用坯粉中的一种或多种成分部分熔化，形成液相，通过液相的浸润、渗透和固化，使坯粉颗粒之间形成颈部和桥接，从而增加坯体的密度和强度的方法，如铜基液相烧结、镍基液相烧结、铁基液相烧结等。液相烧结制备的产品一般具有较高的密度、较高的强度和较好的韧性，但液相的成分和量对产品的性能有较大的影响，需要精确的控制，同时液相烧结后的产品需要进一步的机械加工或热处理等处理。
活性烧结：是指在坯体的熔点以下的温度下，利用坯粉中的一种或多种成分与烧结气氛中的活性气体发生化学反应，形成新的固相或液相，通过固相或液相的扩散和固化，使坯粉颗粒之间形成颈部和桥接，从而增加坯体的密度和强度的方法，如碳化烧结、氮化烧结、氧化烧结等。活性烧结制备的产品一般具有较高的密度、较高的强度和较好的耐磨性，但活性气体的种类和量对产品的性能有较大的影响，需要精确的控制，同时活性烧结后的产品需要进一步的机械加工或热处理等处理。
特殊烧结：是指在坯体的熔点以下的温度下，利用特殊的物理或化学因素，如电场、磁场、超声波、等离子体等，促进坯粉颗粒之间的扩散和粘结，从而增加坯体的密度和强度的方法，如电烧结、磁烧结、超声波烧结、等离子体烧结等。特殊烧结制备的产品一般具有较高的密度、较高的强度和较好的性能，但特殊烧结的设备和工艺较复杂，成本较高，适用范围较窄。
根据不同的坯粉和产品要求，可以选择适合的坯体烧结方法，也可以将不同的方法组合使用，以获得理想的产品性能。
结语
粉末冶金是一种利用金属粉末或金属与非金属粉末的混合物作为原料，经过成形和烧结，制造金属材料和制品的工艺技术。粉末冶金具有节约材料、降低成本、提高性能、制造特殊材料等优点，广泛应用于汽车、电子、机械、航空、医疗等领域。粉末冶金的生产工艺流程主要包括原料制备、坯粉制备、坯体成形和坯体烧结四个步骤，每个步骤都有多种方法可供选择，需要根据不同的原料和产品要求，进行合理的选择和优化，以实现高效、高质、高性的粉末冶金产品的制造。
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