现代粉末冶金材料与技术进展

1  铁基粉末冶金材料

铁基粉末冶金材料主要以铁元素为主，增添多种合金元素制成的一种钢铁材料。粉末冶金高合金钢分为粉末高速钢和粉末不锈钢两种。粉末冶金行业中产量最多的一种材料就是铁基制品，这种铁基制品可以展现出整个国家的粉末冶金技术水准。笔者在下面详细的介绍了铁基粉末和几种铁基制品及其进展概述。

1.1 铁基粉末

铁基粉末冶金材料和制品主要用到的粉末有纯铁粉和铁基复合粉及铁基预合金粉三种。我国的钢铁粉的制备方法在一直进步中，已经研发出了很多制备方法，比如电解法、还原法、水汽合雾化等多种方法。这些方法的研发，充实了我国铁基粉末的种类和品质。为了适应市场的要求，我国已经研发出了高压缩性铁粉、磁性材料铁粉、化学铁粉、铁精矿粉生产还原粉等多种铁基粉末制品。2018年凌钢集团粉末冶金有限公司建成了年产 10万 t的高性能高压缩性能铁粉的自动化生产线，致使我国拥有了与国际企业抗衡的实力。我国 2010年～ 2018年钢铁粉末的销量年平均增长速度约为 15%，2018年总销量达 69.5万 t，当中年产值超过一万吨的 10家钢铁粉末公司的年总产值也已经占全国年总产值的 95%，这就说明了钢铁粉末生产的规模在快速壮大。但是，当前国内铁粉行业的产粉量同下游行业的需求量不成正比，档次偏低的铁粉产量多大，档次偏高的铁粉产量偏低处于稀缺状态。

1.2 P/M铁基制品

我国铁基制品受到了国家机械部的关注，在汽车、机械制造行业的带领下，铁基制品快速进步，烧结及热处理炉和成型压机以及设计模具和制造模具等有关机械设备的制造能力一直在加强。伴随中国制造的进步，也对铁基制品的强度和密度等标准有了更进一步的规范，铁基材料的告诉压制技术和微合金化技术很受欢迎。当前，有少数铁基粉末冶金企业的支撑技术已经把粉末热锻、复压复烧、表面滚压致密化等应用在很多繁琐精细零件的制作中。比如，烧结完成后的铁基齿轮通过反复滚压密致化操作，与齿部碰触的面积已经达到重合。提升了齿轮尺寸的精准度，可以替代锻造齿轮。通过多年的科学技术进步，我国已经成为亚洲规模最大的生产铁基粉末冶金制品国家，出现了很多的行业龙首企业[5]。

1.3 粉末注射成形铁基制品

金属粉末注射成形技术是把金属粉末作为原材料，借用熟料注射成型工艺来制作繁琐精细的小型金属零部件。上世纪末，就已经开始研发金属粉末注射成形技术，研究出了快速溶剂脱脂技术和环保粘结剂等，这项技术主要应用在制作医疗器械零部件和枪支的零部件中。我国金属粉末注射成形技术的形成经过了很长一段时间，最终在研发手机的细小金属零部件中得到了应用。在 2010 年开始，金属粉末注射成形技术取得了快速的成长，据有关数据统计，我国的金属粉末注射成形开发公司已经有上百家，这些公司主要在一线城市中。2018 年我国金属粉末注射成形行业总产值已经达到 60亿元。在粉末注射成形材料方面，当前 65%以上运用的材料都是不锈钢制品，15%以上是低合金钢制品。82%为 3C产品，当中手机67.5%，可穿戴设备 7.1%，计算机 7.4%。粉末注射成形技术在计算机和手机等行业中，用到的数量在逐年递增，当前华为、苹果等手机，戴尔计算机都大批使用粉末注射成形零部件。我国手机的年生产量占__总年生产量的 75%以上，手机的迅速替代更新和超大的年生产量为粉末注射成形技术提供了无限的成长空间。

1.4 铁基粉末冶金材料的发展走向

新型的粉末冶金技术也在想粉末复合化和成形精细化及烧结效率高热化等方面进行技术改良和创新。

(1)P/M 铁基制品的研发方向 ：研发稳定性极强、性能极好的钢铁粉末材料，研发强度高、密度高、精准度高的铁基制品制作方法，向实现数字化和自动化生产技术及先进设备看齐。

(2)粉末注射成形技术和产品的研发方向 ：研发尺寸和品质更好的繁琐零部件生产技术 ;研发数量超多的粉末注射成形产品 ;同增材制造技术互补，扩展在医疗和汽车等行业的新型产品，减少开发时长，提升产品精准度，减少投资成本。

(3)在医疗器械和航天航空等高端领域投入大量的铁基粉末冶金技术的应用，进而提升产品的整体价值。

2  硬质合金

硬质合金是将碳氮化物作为主要原料的粉末冶金硬质材料。因硬质合金具备强度较高、硬度较好、韧性匹配性好的特点。硬质合金主要用于挖掘工具、刀具和耐磨零件等制品中，被普遍的应用到了汽车、数控机床和工程机械以及航天航空等装备制造领域中。根据欧洲粉末冶金工业协会战略分析得出，硬质合金是现代制造工业的脊柱。近些年来，我国硬质合金有关部门等列出了我国硬质合金的产能、企业数量、总出口量和硬质合金的总产量值。因需求量的增加和科学技术的成长，我国硬质合金产业表现出了特别好的一个状态。我国硬质合金也已形成了很多具有代表性的硬质合金企业上市公司，也有了我国自己的粉末冶金实验室和技术研发中心。

(1)超粗晶和超细晶硬质合金。我国是钨资源的大国，我国的硬质合金总产量占世界硬质合金总产量比值的 45% 以上。在世界整体的硬质合金进展历史中，我国制造出的具有代表性的技术就是紫钨制造技术。在上世纪末期，我国硬质合金行业研究出来的紫钨制备技术是世界的首例。紫钨制造技术是把紫色的氧化钨当做原材料来制作制品的工艺手段。利用紫钨制造手段来制造超细或者碳化钨粉，具有投资成本低，生产汇报高、产品品质好、可控性强等特性，这项工艺也已经成为了我国制造超细和碳化钨粉硬质合金的主要工艺。伴随超细晶硬质合金晶粒的成长压制机理研究的展示和压力烧结工艺的推行，超细晶硬质合金的生产技术也健全，当前中国也可以大批量制造超高水准的品质超群细晶硬质合金。根据 2017 年我国钨业协会硬质合金部门公布的有关数据表明，27 家中国硬质合金企业 2017 年工生产刀具用晶粒度小于超细晶硬质合金，同比增长了 23.52%。当前，我国高温碳化制备粗晶粉末的制造技术也得到了推行和运用，我国硬质合金企业制造出的合金晶粒度 6μm ～ 11μm的超粗晶硬质合金也得到了普遍的应用。大多应用在了煤业采集、盾构施工等。

(2)粉末冶金磁性材料。粉末冶金磁性材料是利用烧结和粉末成形的技术来制造磁性材料。粉末冶金磁性材料主要分为软磁材料和粉末冶金永磁材料。粉末冶金永磁材料包含钕−铁−硼系永磁材料和铁氧体用磁材料以及钐钴稀土永磁材料等。粉末冶金软磁材料包括软磁复合材料和软磁氧体材料等。粉末冶金技术制造磁性材料的优点在于，可以制造出超精细的磁性微粒，在压制操作中，可以控制磁粉的去向，制出合格规范的高磁能体，针对繁琐加工的硬脆磁性材料来讲，粉末冶金技术的特点更为出色。

(3)粉末冶金高温合金。粉末冶金高温合金是使用镍作为基础上加入多种合金元素的一种抗热腐蚀性强和高温强度好以及抗疲劳性强等综合能力强的合金，也是涡轮盘挡板和航空发动机涡轮轴等主要高温部件的原材料。当前只有少数的几个发达国家具有粉末冶金高温合金的研究和开发条件以及生产制造能力。当前，这些发达国家已经开始筹备研发使用温度高达 800℃以上的高温合金。我国涉足粉末冶金高温合金领域要相对几个外国发达国家要晚很多，在施工工艺和主要成分设计研发中，也是借鉴了其他发达国家的经验。

3  结束语

总之，现今我国粉末冶金材料和技术有了很大的进步，粉末冶金是一项历史悠久且富有生机的优秀材料成形和制备技术，直至今日，上百年的历史长河中，粉末冶金法被得到了广泛的应用，利用这项技术研发了很多新型材料和制品，也是目前我国科学技术中不能缺少的一项工程技术，并在材料科学领域中占领了主要的位置。