5 粉末冶金材料和制品

铝粉有机硅烘干耐热漆： 1、组成：铝粉有机硅耐热漆由清漆和铝粉浆组成， 清漆是聚酯改性有机硅树脂的甲苯溶液，同时清漆 与铝粉浆以10：1均匀混合 2、特性：该漆可以在150℃烘干，能耐500℃高温 3、用途：主要用于涂覆高温设备的钢铁零件，如发 动机外壳、烟囱、排气管、烘箱、火炉等
美国和法国开发的铝粉乳液反射涂 料，具有防水功能同时还能发射太 阳光和紫外线，降低建筑结构的温 度及延长涂料的使用年限等；
按工作状态（高、低电压；强、中弱电流；高、中、轻电荷），电触头材料分为： （1）高压触头材料：难熔金属W、Mo与良导电金属组成的复合材料，如W-Cu、 W-Ag、WC-Ag等； （2）中、低压触头材料：Ag-Ni、Ag-Fe、Ag-石墨等
电触头材料的制备
5.4 粉末冶金多孔材料
1948年，美国的Sosnik利用汞在熔融铝中气化制得多孔泡沫金属，打
粘结剂，用粉末冶金的方法制备的一种多相组合材料。
性能特点：
硬度高、耐磨性好； 机械强度高； 耐腐蚀和耐氧化性能好； 膨胀系数低，电导率和热导率与铁及铁合金接近。
分类：
钨钴类（YG）：WC、Co，如YG6； 钨钴钛类（YT）：WC、TiC、Co，如YT15； 通用类（YW）：TiC、Ni、Steel或Mo2C； 碳化钛基（YN） 钢铁类（YE）
坦克（使用有多孔减震材料）
应用前景
（6）结构材料 一定的强度、延展性和可加工性能，使多孔材料可作为轻质结 构材料使用，尤其是温度超过200℃的场合。
如飞机和导弹工业中，用作轻质、传热的支撑结构 （机翼金属外壳的支撑体）；泡沫铝用作高频、高速电 梯的支撑结构，可降低能耗；
（7）生物材料
钛及其合金多孔材料，对人体无害且具有较 好的 相容性被大量用于医疗卫生行业，如多孔钛髓 关节。
烧结轴承不工作时的状态
制备工艺
高纯铁粉
原料粉
石墨 Cu、S、MoS2
配料
混料
压制
烧结
成品
涂蜡包装
浸油
切削加工
精整
5.5 粉末冶金工具材料
粉末冶金高速钢 超硬材料 硬质合金 陶瓷工具材料 复合材料
5.5.1 硬质合金
以难熔金属碳化物（WC/TiC/CrC）等为基体，以铁族金属（Co）为
未来发展方向：重防腐、隔热、 发射型防水涂料
铝粉颜料
油墨中添加铝粉颜料 =仿制银色 胶印、油版印刷、 曲面凹版印刷
青铜颜料
高Zn含量 低Zn含量
装饰、涂料、印刷 不锈钢粉末颜料：耐强腐蚀气氛涂层，改善外观； 锌粉颜料：耐腐蚀涂层。
5.1.2 燃料、烟火和炸药用金属粉末
应用最广的是铝粉，烟火中还使用镁、锆、钛、钨、锰、铍和 铈等粉末
铜 基
钢芯板 原料粉末
镀铜 混合
镀锡 装炉 压制 加压烧结 加工 浸油 成品
双金属结构
5.3 粉末冶金磁电和功能材料
5.3.1 磁性材料
铝镍钴 钴铁氧体 钡铁氧体 锶铁氧体 纯铁 铁镍 铁铝 铁硅 铁钴 铁氧体 锰锌 镍锌 铜锌
当今世界磁性最 强的磁体 高矫顽力(Hc>104A/m)、 高剩磁
硬磁材料
制成彩色烟幕弹;
燃烧弹:金属粉末自燃、摩擦产生火花。
5.1. 3 磁性粉末探伤
表面存在缺陷的零件通电发生磁化后，缺陷处空气的磁导率远远小于铁磁材料的 磁导率，在介面上磁力线的方向将发生改变，有一部分磁通散布在缺陷周围，形成漏 磁场。
撒在零件表面的铁磁性粉末沿 漏磁场一层层排列起来，形成磁 痕，即可将缺陷显示出来。
5.3 摩擦材料
刹车片
摩 擦 材 料
性能要求： （1）足够的摩擦系数和必要的热稳定性能； （2）耐磨性好，使用寿命长； （3）良好的磨合性； （4）良好的抗卡性，平稳的转动扭矩和制动性能； （5）足够的强度； （6）耐蚀等
粉末冶金 摩擦材料
粉末冶金摩擦材料的组成
（1）基体组元（50-90%，Fe基或Cu基）：保证强度、热稳 定性和耐磨性； 辅助组元：改善基体组元的性能
铝 粉 燃 料 燃烧能高
4Al（s）+3O2（g）=2Al2O3（s），△H=2820KJ/mol
燃烧时可以将水和CO2还原成相对分子质量较小的气体
平方根成反比 推进器产生的能量
“发现号”航天飞机， 安装外挂燃料箱和固 体火箭推进器
有科学家正在探索利用铝粉作燃料的可能性， 以期望铝能替代石油能源——可行性？
铁氧体 稀土钴 金属
低矫顽力(Hc<400A/m)、 高磁导率
软磁材料
半硬磁材料：碳素钢、铬钢、铬钼钢等
Hc=1200~16000A/m
5.3.1 磁性材料的制备及其应用
1. 硬磁材料
硬磁材料的作 烧 结 AlNiCo 磁 钢 工 艺 过 程 用是提供一个磁 场。 主要用于马达、 电子计算机和计 测系统。
5.1.4 焊药、表面涂层用粉末
焊条、焊剂中的合金材料成分
金属粉末用在 焊接技术中
表面硬化的涂层材料 钎焊中的填充金属
由多种矿石粉 铁合金配成
提供必需的合金成分； 脱氧剂；
表面硬化涂层
采用堆焊、热喷涂（Therrmal Spray）或类似工艺，将硬质耐磨材 料涂覆在零件表面，以提高表面耐磨性、减小磨损。
2. 软磁材料
软磁材料主要用于 烧 结 Fe 的 工 艺 过 程 电力、电讯仪表、计 算机、磁记录等弱电 技术中。 未来发展方向—— 非晶合金。
5.3.2 电工材料
1. 电触头材料
电器开关中用来接通或断开电路的的 触点材料，性能要求：
（1）高的电导率和低接触电阻； （2）良好的高温机械性能； （3）抗电弧而不熔焊； （4）抗大气腐蚀、高温氧化和电化学作用。
5 粉末冶金材料和制品
粉末冶金机械零件 粉末冶金磁电和 功能材料 粉末冶金摩擦材料
粉末冶金多孔材料
粉末冶金工具材料
其他材料
5.1 金属粉末的直接应用
颜料
油墨
添加剂
焊条
催化剂
Hale Waihona Puke Baidu炸药
食品添 加剂
涂层涂料
5.1.1 颜料、油墨和复印用粉末
金粉涂刷的寺庙、喜帖
美观、防腐
铝粉涂料
建筑物涂料：防潮、发射太阳光、使用寿命长 汽车零部件涂料：抗酸蚀、闪光、覆盖率高、光泽度好、耐高温
破了金属只有致密结构的传统概念。
现代Porous Material是指用粉末冶金方法制备、孔隙度大于15%的金
属材料。孔隙度和孔径大小可以控制和再生。
与人体内的骨骼类似的钛发泡材料
性能特点
（1）密度小、比表面积大、能量吸收性能好、导热率低（闭孔体）； （2）换热、散热能力高、吸声性好、渗透性优、电磁波吸收性好（通 孔体）； （3）阻焰、耐热耐火、抗热震、气敏； （4）可再生、加工性好。
滑油膜。当轴旋转时，轴与轴承间的摩擦使轴承的温度升高，储存油受热流 动、膨胀，从孔隙中渗出，形成油膜起到润滑作用。停止旋转时，温度降低， 润滑油收缩、回流于含油轴承内部。 因此，润滑油的消耗量是非常的小，可 在不从外部供给润滑油的情况下，长期运转使用。非常适合于供油困难与避 免润滑油污染的场合。
轴承的工作原理
制备方法：热等静压法
高频电炉用钢 预热 氩气雾化 坯件 高速钢粉 过筛 装套 封焊 冷等静压
热等静压
Fe基：MoS2、Ni、Cr、Mo、Cu、P Cu基：Sn、Pb、Zn、P
（2）润滑组元（5-25%，石墨和铅/铋）：改善抗卡性能和抗 粘性能，提高耐磨性； （3）摩擦组元（SiO2、石棉、SiC、Al2O3、SiN）：提高摩 擦系数和耐磨性，防止焊接。
粉末冶金摩擦材料的制备
铁 基 钢芯板 原料粉末 除油除锈 装炉 混合 压制 加压烧结 加工 成品
Al2O3/Cu、 Cu-Be、Cu-Mn 锡青铜：Cu-10%Sn 铝青铜：含4%-11%Al Cu –Ni-(10-35%)Zn
烧结黄铜
烧结铜基结构零件的一般生产工艺
固相烧结 防腐蚀或装饰
5.2.1 烧结铝基材料
主要用来制造汽车活塞、连杆、飞机构件。 烧结铝合金 烧结 铝基 材料 机械合金化 烧结铝
液相烧结 高温 真空或保护气氛
硬 质 合 金 刀 具 硬 质 合 金 模 具
5.5.1 粉末冶金高速钢
铸造法
性能特点：
优异的切削性能； 良好的韧性； 均匀一致性好； 热处理变形小，尺寸稳定性高； 耐磨性高，刀具耐用度提高2~3倍； 热加工性能改善，可提高合金含量。
PM法
以铝为基体，在538~635℃下加入Cu、 Mg、Si等强化元素 铝—熔炼、雾化——机械破碎——氧气 球磨——压制成形——氢气烧结——热 挤压——冷加工——烧结氧化铝 颗粒增强铝基复合材料Al2O3、Al4C3
航空航天和军工用烧结铝复合材料
铝基复合材料用于制造飞机蒙皮、 肋板、起落架零件、直升机转子及 其他重要承载结构件，性能要求： （1）保持高强度的同时，具有良好 的耐蚀性； （2）高的比强度，以减轻重量； （3）高强、高韧性。
烧结铁基材料 烧结铜基材料
烧结铝基材料
5.2.1 烧结铁基材料
包括烧结铁、烧结碳钢、烧结合金钢和熔浸钢等； 密度一般小于7.8g/cm3，烧结温度900-1200℃，加入Cu、Ni、
Mo、Mn、Cr、P等扩大γ区和稳定γ区的元素。
铁基减摩零件
良好的储油 特性
粉末冶 金铁基 材料
较低的摩擦 系数
制备方法
铸造法

金属粉末 混合均匀
发泡粉末
粉末冶金法 金属沉积法 烧结法 熔融金属发泡法 共晶定向凝固法
压力成形
预制件
轧制、模锻、挤压
半成品
接近或高于混合物熔点
受热、 发泡剂分解
多孔泡沫 金属
5.4.1 多孔含油轴承的制备
铁基含油轴承的自润滑：多孔材料的孔隙中贮存润滑油，在使用时形成润
用途广泛
应用前景
（1）能源材料——泡沫镍电极，提高能效90%，容量提升40%，可快速充 电，锂电池的理想材料； （2）反应材料——制作高效催化剂或催化剂 载体，如汽车尾气催化中和器，可降低CO排 放量2/3，毒性减少90%；工业废水处理装置 、去臭材料 （3）缓冲材料——保护精密仪表、汽车保险 杠、航天器起落架（可能） （4）消声材料 （5）阻燃、阻爆材料
对基体金属的适应性
表面硬化粉 末的选择
材料费用 冲击强度、腐蚀性能、氧化及热性能
5.2 粉末冶金结构材料
Powder Metallurgy Materials：用粉末冶金工艺制备的多孔、半致密 或全致密材料（制品）。具有传统熔铸工艺所无法获得的独特的化
烧结结构零件工艺 流程
学组成和物理、力学性能，如孔隙度可控、组织均匀、无宏观偏析、 可近终成形等。
国 内
平均每辆汽车使用粉末冶金件仅为3~6kg； 未来发展前景广阔！
5.2.1 烧结铜基材料
主要用来制造含有轴承、摩擦材料、电器接点材料、小模数的齿 轮、凸轮、连杆、螺母等机械零件。 （1）耐腐蚀； （2）一定的强度和韧性； （3）机械加工性能良好。 烧结青铜 烧结 铜基 材料 烧结镍铜 其余合金
烟火粉末
着火时可以控制化学反应速度的物质或材料的混合物
可在规定的时间内产生所要求数量的热、烟、响声、光或红外辐射； 必须燃烧，但不能爆燃； 用作照明弹时，能提供强烈的光照；信号弹时，产生区别于背景的光源；
——镁和铝粉的组合
烟幕弹：铝或镁的金属粉末与六氯乙烷和锌盐组成；加入挥发性有机染料，
良好的强度、刚度、 硬度和抗磨性能
铁基结构零件
烧结铁基零件制备生产工艺流程
渗碳、淬火、 调质等热处理
烧结铁基复合材料的应用——汽车工业
• 欧洲每部汽车中约有7kg的粉末冶金件： • 美国每部汽车中粉末冶金件达16kg； • 未来10年，预计每部汽车中粉末冶金件达到25kg。
国 外
高性能铁基粉末冶金件已普遍用于汽车传动装置、发动 机、通用机械和工具等制造。