21非铁金属及粉末冶金材料
上千种粉末冶金材料化学成分
上千种粉末冶金材料化学成分
摘要：
一、粉末冶金材料概述
二、粉末冶金材料的分类
三、粉末冶金材料的应用领域
四、粉末冶金材料的发展趋势与前景
正文：
粉末冶金材料是一种以金属粉末或金属与非金属粉末的混合物为原料，通过成形和烧结等工艺制造的金属材料或复合材料。
粉末冶金材料因其独特的化学成分和物理、力学性能，在新材料的发展中起着举足轻重的作用。
粉末冶金材料可以分为以下几类：
1.粉末冶金结构材料：这类材料能承受拉伸、压缩、扭曲等载荷，具有良好的力学性能。
包括烧结结构材料、粉末冶金高速钢等。
2.粉末冶金工模具材料：包括硬质合金、粉末冶金高速钢等。
这类材料具有较高的硬度、韧性和耐磨性，可用于制造切削刀具、模具和零件的坯件。
3.多孔粉末冶金材料：这类材料具有孔隙度可控的特点，如多孔过滤材料、多孔含油轴承等。
4.粉末冶金磁性材料：如铁氧体磁性材料、永磁合金等。
这类材料具有较高的磁性能，广泛应用于磁性器件、磁力矫治等领域。
5.粉末冶金功能材料：如电催化材料、导电材料、热管理材料等。
这类材料具有独特的功能特性，可在电子、能源等产业中发挥重要作用。
粉末冶金材料广泛应用于航空航天、汽车、摩托车、家电、能源、电子、通讯、仪器仪表等领域。
随着科技的进步和产业的发展，粉末冶金材料在新能源、节能减排、环保等领域将发挥越来越重要的作用。
粉末冶金材料的分类及应用
粉末冶金材料的分类及应用粉末冶金材料的分类及应用粉末冶金材料的分类及应用【摘要】粉末冶金材料有着传统熔铸工艺不能获取的独特化学成分及物理性能，且具有一次成型等特点，因此被广泛应用。
本文主要从粉末冶金材料的主要分类入手，重点对其应用进行了阐述，希望给行业相关人士一定的参考和借鉴。
【关键词】：粉末冶金;材料;分类;应用0.引言所谓的粉末冶金材料指的是用几种金属粉末或者金属与非金属粉末为原料，通过配比、压制成型以及烧结等特殊工艺制成的各类材料的总称，而这种与熔炼和铸造明显不同的工艺也被统称为粉末冶金法。
因其生产流程与陶瓷制品比较类似，所以又被称为金属陶瓷法。
就目前而言，粉末冶金法不单是用来制取某些特殊材料的方法，也是一种优质的少切屑或者无切屑方法，且其具有材料利用率高、生产效率高，节省占地面积及机床等优点。
然而粉末冶金法也并非万能之法，其无论是金属粉末还是模具都有着较高的成本，且制品的形状和大小都受到一定的限制。
1.粉末冶金材料的主要分类1.1传统的粉末冶金材料第一，铁基粉末冶金材料。
作为最传统也是最基本的粉末冶金材料，其在汽车制造行业的应用最为普遍，并随着经济的迅猛发展，汽车工业的不断扩大，铁基粉末冶金材料的应用范围也就变得越来越广阔，因此其需求量也越来越大。
与此同时，铁基粉末冶金材料对其他行业来说也非常重要。
第二，铜基粉末冶金材料。
众所周知，经过烧结铜基制作的零件抗腐蚀性相对来说比较好，且其表面光滑没有磁性干扰。
用来做铜基粉末冶金材料的主要材料有：烧结的青铜材质、黄铜材质以及铜镍合金材料等，此外还有少量的具有弥散性的强化铜等材质。
在现代，铜基粉末冶金材料主要备用到电工器件、机械设备零件等各个制造类领域中，同时也对过滤器、催化剂以及电刷等有一定的作用。
第三，难熔金属材料。
因这类材料的熔点、硬度、强度都比较高，因此其主要成分为难熔性的金属及金属合金复合材料，主要被应用国防、航空航天以及和研究领域等。
第四，硬质合金材料。
粉末冶金材料配方
粉末冶金材料配方粉末冶金（PowderMetallurgy，简称PM）是将金属（粉末）制成零件的一种技术，它比传统机械加工技术更省时、更可靠。
PM材料可用于制造锻件和其他类型的零件，它们的强度和耐久性比传统锻件要高。
PM材料的配方直接决定了最终零件的性能，因此非常重要。
PM 材料的配方通常包括金属、非金属和合金。
金属包括铁、钢、铝、镍、铜和锡等；非金属包括碳、氮、氧、硅、氟等；合金包括钨铁、铬钽、钛铌、钛钡和钛锌等。
PM材料通常需要经过多次添加材料来改变配方，以确保粉末在热压模具中获得高品质的零件。
PM材料的配方也可以用来制造膨胀体和其他特定形状、重量或力学性能的零件，这些零件经常用于涡轮机和制动器等电气设备。
PM 材料的配方还可以用来制造各种新型复合材料，用于特殊应用，如汽车零件、航天器零件和太阳能电池片。
为了达到最佳性能，PM材料的配方应该考虑其特性、性能和结构。
首先，应考虑金属和合金的粒子大小、元素组成和比例，以及非金属的种类和比例，这些都会影响PM材料的机械性能。
粒子大小和元素比例在确定烧结行为和结构的时候也很重要。
其次，应考虑PM 材料的热性能、弹性、疲劳和潮湿行为，以及高温、低温和抗腐蚀行为。
最后，应考虑PM材料的重量和形状，以及其制造的零件的尺寸和精度。
PM材料的配方是一项复杂的科学技术，需要考虑多因素因素，改变其中任何一个因素都会引起PM材料性能的变化。
经验丰富的冶金工程师可以根据用户的要求，研究不同的材料配方，确定最优的配方，并可以给出有关参数和具体的生产工艺要求。
PM材料的配方是一门复杂的科学技术，其配方的精密性和复杂性直接影响零件的性能，因此需要专业的冶金工程师研究原料配方，及时调整配方，以达到最佳性能。
只有通过正确的配方和工艺技术，才能达到最佳的性能要求，保证质量，并降低生产成本。
粉末冶金
热处理炉
粉末冶金件的显微结构通常不如传统钢件那样均匀，因此在淬火表面以下任何给定距离，烧结钢件的显微硬 度值比传统钢要分散得多。有时候试锥打在马氏体基体中分散的铁素体、残留奥氏体或珠光体的软点上或孔隙上， 测量会有很大的偏差。
Ⅱ-6粉末冶金常见缺陷：
缺陷内容
图片
原因及解决方法
每个烧结炉中第 一个部件发泡
（2）、高速压制技术
原理：高速压制采用液压冲击机,它与传统压制有许多相似之处,但关键是压制速度比传统快500～1000倍, 其压头速度高达2～30m/s,因而适用于大批量生产 特点：压制件密度提高，提高幅度在0.3g/cm3左右；压制件抗拉强度可提高20%～25%；高速压制压坯径向 弹性后效很小, 脱模力较低；高速压制的密度较均匀, 其偏差小于0.01g/cm3
粉末冶金工艺
Ⅰ粉末冶金概述
粉末冶金是一门制造金属粉末，并以金属粉末（有时也添加少量 非金属粉末）为原料，经过混合、成形和烧结，制造材料或制品的技 术。
粉末冶金最突出的优点有两个： (1)能够制造目前使用其他工艺无法制造或难于制造的材料和制 品，如多孔、发汗、减震、隔音等材料和制品，钨、钼、钛等难熔金 属材料和制品，金属-塑料、双金属等复合材料及制品。 (2)能够直接制造出合乎或者接近成品尺寸要求的制品，从而减 少或取消机械加工，其材料利用率可以高达95%以上，它还能在一些 制品中以铁代铜，做到了“省材、节能”。
对于支架、连杆、轴承板、偏心轮以及配种块，一般选用SMF40系列，优点是成形性好，价格低，烧结硬 度低，整形容易，缺点是一般变化率大，非整形的产品尺寸相对不易控制。对于轴套、隔套等定位零件，AMF 和SMF系列均可，视其功能及工作要求选用，对于荷重齿轮、链轮、棘轮选用SMF50系列，其中的镍和钼均可
粉末冶金材料的应用
粉末冶金材料的应用粉末冶金是一种重要的材料加工方法，它通过将金属或非金属粉末压制成所需形状，然后在高温下烧结或热处理，从而制造出各种精密的工程材料。
粉末冶金材料在各个领域都有广泛的应用，以下是一些典型的应用领域：1. 汽车工业：●引擎零件，如曲轴、连杆、气缸套等，常使用粉末冶金材料制造，因为它们具有高强度、轻量化和耐磨性等特点。
●制动系统中的金属基复合材料，用于提高制动性能和耐磨性。
2. 航空航天业：●航空发动机零件，如涡轮叶片、涡轮盘等，通常使用超合金粉末冶金材料制造，以承受高温和高压条件下的应力。
●航天器的结构组件，如火箭发动机零件、卫星零件等。
3. 医疗器械：●人工关节、牙科植入物和医用工具等医疗器械中，粉末冶金材料常用于制造耐腐蚀、生物相容性好的部件。
4. 电子和电气工程：●电子电路板上的金属化连接器、封装材料和导电粘合剂中常使用粉末冶金材料。
●用于磁性元件、电感器和传感器的软磁材料，如铁氧体粉末。
5. 工具和刀具：●刀片、铣刀、钻头、齿轮和锯片等切削工具常使用粉末冶金材料制造，因为它们具有高硬度、耐磨性和耐热性。
●硬质合金（碳化钨等）用于制造切削刀具。
6. 磁性材料：●用于电机、变压器、传感器和磁盘驱动器的永磁体材料。
●电感线圈和电子元件的软磁材料。
7. 能源产业：●用于太阳能电池和燃料电池的材料。
●用于储能系统中的电池材料。
总的来说，粉末冶金材料在制造业中发挥着重要作用，因为它们具有高度可控性、高精度和多种定制化特性，可以满足各种应用的要求。
由于粉末冶金材料的广泛适用性和优越性能，它们在现代工程和科学领域中扮演着不可或缺的角色。
粉末冶金是什么
粉末冶金是什么?粉末冶金（Powder Metallurgy)是制取金属粉末，及采用成形和烧结工艺将金属粉末（或金属粉末与非金属粉末的混合物）制成材料和制品的工艺技术。
它是冶金和材料科学的一个重要分支学科。
粉末冶金有历史2500年前块炼铁锻造法制造铁器20世纪初制取难熔金属。
1909年制造电灯钨丝，推动了粉末冶金的发展；1923年粉末冶金硬质合金的出现被誉为机械加工中的革命。
30年代成功制取含油轴承。
粉末冶金铁基机械零件的发展，充分发挥了粉末冶金少切削甚至无切削的优点。
40年代金属陶瓷、弥散强化等材料60年代粉末冶金高速钢，粉末高温合金应用80年代~ 汽车领域应用迅速发展粉末冶金的特点节材，节能低环境污染较好的尺寸精度较好的表面状态接近最终形状降低产品制造成本产品一致性好特殊的多合金组织多孔性组织复杂的形状适合大批量生产经济性节能：粉末成形所需压力远低于锻造、辊轧等传统制程；烧结温度又低于主成分熔点。
故耗费之能源远低于铸造、机械加工等其它制程。
省材：粉末冶金法的材料利用率高达95%以上，远高于其它制程。
例如机械加工法的材料利用率平均仅有40∼50%之间。
省时：在自动化生产在线，成形一个生胚的时间可低至0.5秒；而每一成品所耗费的平均烧结时间亦可低至数秒钟。
其时间成本远低于其它制程。
精度：粉末冶金产品的尺寸精度极高，在一般用途中，几乎无须后续加工性质上某些具有独特性质或显微组织的产品，除粉末冶金制程外，无法以其它制程获得。
例如：多孔材料：过滤器、含油轴承、透气钢等复合材料：弥散强化或纤维强化复合材料合金系统：大部分合金系统均有固溶限，超过此一限度，其铸造组织会产生共晶、共析、或金属间化合物等偏析现象，形成不均匀的组织结构；而某些元素间即使在熔融状态下也不互溶，故不可能以铸造法制造。
粉末冶金法的特性却使其可轻易调配出任意比例且组织均匀的合金材质(因其制程中未达熔点)。
特殊性上有些材料虽可能以其它方法制作，在实作上却有相当的困难度，例如：高熔点金属：钨(3380℃)、钼(2615℃)、陶瓷等高熔点材料很难熔化铸造。
非铁金属材料与粉末冶金材料知识
非铁金属材料与粉末冶金材料知识非铁金属材料与粉末冶金材料知识非铁金属材料指除铁以外的金属材料。
非铁金属材料具有重要的物理、化学和机械特性，被广泛应用于航空、航天、汽车、电子等领域。
非铁金属材料能够制造出高强度、高耐热、高抗腐蚀、高导电和耐磨损的材料。
下面将介绍几种常见的非铁金属材料。
1.铜及其合金铜是唯一既能够被用作结构材料，又能够被用来制造电器、导线等高电导性材料的金属材料。
铜合金包括黄铜、青铜、铜铝合金、铜镍合金和铜镍硅合金等。
在黄铜中，含有30%至40%的锌，既能够提高铜的强度，又能够降低材料成本。
青铜中，铜和锡的比例大概是9：1，它具有良好的耐腐蚀性和机械性能，被广泛应用于制造自动化机器、伺服机和船舶轴承等领域。
2.铝及其合金铝合金具有轻、强度高、耐腐蚀等特点，被广泛应用于航空、汽车和建筑等领域。
铝合金的主要组成元素是铜、镁和锌。
在铝合金中，不同的合金组成会产生不同的性能。
例如，铝镁合金强度高、刚性好、耐腐蚀性好；铝锰合金具有高的强度和淬火性能；铝锌合金容易加工，强度高；铝铝合金强度高、可焊。
3.镁及其合金镁具有极低的密度，仅为钢的2/3、铝的1/4，所以被称为轻金属。
镁的强度和硬度较低，但其强度和刚性可以通过合金化得到提高。
镁合金主要包括镁铝合金、镁锌合金和镁锰合金。
镁合金具有极低的密度、良好的耐腐蚀性、高的热导率和良好的可加工性。
4.钛及其合金钛和其合金具有优异的机械性能、抗腐蚀性能、重量轻，因此被广泛应用于航空、航天、船舶、汽车、医疗等领域。
钛合金的主要组成元素为铝、钼、铁、钒等，其中最重要的是钛铝合金和钛铝锌合金。
钛及其合金具有良好的可塑性、良好的焊接性和优异的热膨胀性和低温性能。
5.镍及其合金镍合金主要包括镍铬合金、镍钴合金、镍钼合金等。
镍及其合金具有极高的耐热性、耐腐蚀性和耐磨性，因此被广泛应用于石化、航空、航天和制造业等领域。
在极端条件下，镍合金可以保持其稳定性和可靠性，尤其是在高温、高压环境下，镍合金的性能十分优越。
机械工程材料及成形工艺非铁金属和粉末冶金材料
日常生活领域
体育器材：如自行车、摩托艇、网球拍、马具、高尔夫球头等。 医疗器材：牙种植、齿形矫正器，人工关节、心脏瓣膜、、假肢等 照相器材：快门金属帘布、照相机外壳、取景镜架等 其它：手表壳体、表带，珠宝，眼镜架等
钛合金应用示例1
应用示例2
钛-钢复合板反釜
全钛换热器
• 变形铝合金牌号表示方法
用四位字符表示 四位字符表示规则 例如：2A11表示主要合金元素为铜的11号Al-Cu原始铝合金
变形铝合金牌号及标记方法
第一位：数字如表所示 第二位：数字（或字符）表示原始纯铝或铝合金的改型情况 第三、四位：表示同一组中的铝合金序号；纯铝则表示铝的 纯度，小数点后面的两位数字
• 工业纯钛在不同温度下的力学性能
温度/℃ b/MPa s/MPa
/%
20
520
400
24
-196
990
750
44
-253
1280
900
29
-269
1210
870
35
ψ/% 59 68 64 58
• 纯钛的应用 耐腐蚀件：化工、滨海发电、舰船、电镀热交换器 生物材料：与骨组织牢固结合 生活用品：如高尔夫球杆、网球拍，在珠宝行业
应用： 形状复杂的中等负荷零件， 如压缩机叶片，飞机桨叶片
常用变形铝合金牌号、性能及应用
（续表）
四、铸造铝合金（分类与牌号表示）
• 分类、代号：
铸造Al–Si合金，代号ZL1××，如ZL102 铸造Al–Cu合金，代号ZL2××，如ZL201 铸造Al–Mg合金，代号ZL3××，如ZL303 铸造Al–Zn合金，代号ZL4××，如ZL401
和α固溶体组织。固溶处理后的铝合金强度、硬度并不高
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工业纯铝的牌号按杂质含量编制。有1070、1370、1050、 1035、1200等，编号越大，杂质含量越高，纯度越低。 主要制作电线、电缆及强度要求不高的器皿。 二、常用铝合金 1．铝合金的分类及热处理 (1) 分类
2．变形铝合金
(1) 防锈铝合金。热处理不能强化。
主要有Al-Mn、Al-Me系。强度适中、良好的 塑性和抗蚀性。主要制造油罐、各种容器等。
(2)硬铝合金。Al-Cu-Me、Al-Cu-Mn系。
淬火和时效后可获得高强度，故称硬铝。由 于耐蚀性差，有些硬铝板材在表面包一层纯铝后 使用。可轧成板材、管材和型材，以制造较高负 荷下的铆接与焊接零件。
根据成分及生产工艺分：变形铝合金和铸造铝合金。 铝合金相图的一般类型如图所示。
D左，当加热到固溶线以上时，可获得均匀的单相固溶体，塑性 好，易锻压，称变形铝合金。D右，由于共晶组织的存在，只适
于铸造，称铸造铝合金。
变形铝合金又分为两类。
F 点左，固溶体的溶解度
不随温度变化，故不能用热处 理方法强化，称不能用热处理 强化合金。
3) H62。有较高的强度，热态下塑性良好，切削性能 好，易焊接，耐腐蚀，价格较便宜，工业应用较多， 如作散热器、油管、垫片、螺钉等。
由于不稳定固溶体在析出第二相过程中会导致晶格畸变， 从而使合金的强度和硬度显著提高，而塑性则明显下降。
这种力学性能在固溶处理后随时间发生显著变化的现
象称为“时效强化”或“时效”。
在室温下进行的时效称“自然时效”，加热条件下
(100～200℃)进行的时效称“人工时效”。
时效温度越高，则时效过程越快，但强化的效果越差。
铜及铜合金
一、工业纯铜 外观呈紫红色曾称紫铜，有良好的塑性、导电导热性 和耐蚀性，但强度低(200～250MPa)，不宜作结构零件， 广泛用于制造电线、电缆、铜管及配制铜合金。 代号有T1、T2、T3。序号越大，纯度越低。T1、T2主 要制造导电器材或配制高级铜合金。T3主要配制普通 铜合金。 二、常用铜合金 黄铜：以铜和锌为主的合金。普通黄铜是铜锌合金； 在铜锌合金中加硅、锡、铝、铅、锰等称特殊黄铜。 白铜：铜、镍为主的合金。 青铜：除黄铜和白铜外的铜合金。
牌号：Z＋Al＋主要合金元素及质量分数，如
ZAlSi12，表示ωSi = 12％的铸造铝合金。
1)铝硅系(硅铝明)。牌号最多、应用最广。
有良好的铸造性，加铜、镁、锰等元素使强化，
并通过热处理进一步提高力学性能。
作内燃机活塞、汽缸体、汽缸套、形状复杂的薄壁零 件、仪表外壳等。
2)铝铜系。强度较高，加入镍、锰可提高耐热性，用 于高强度或高温下工作的零件。
F点右，固溶体的溶解度
随温度变化，可用热处理强化， 称能用热处理强化合金。
(2) 铝合金的热处理
固溶处理----将能热处理强化的变形铝合金加热到某一
温度，保温获得均匀一致的固溶体，在水中急冷，使α固溶
体来不及发生脱溶反应。
固溶处理的铝合金，常温下其固溶体处于不稳定的过饱 和状态，具有析出第二相，过渡到稳定的非过饱和状态的趋 向。
(2) 铝合金的热处理
1．固溶强化 纯铝中加合金元素，形成铝基固溶体，造成晶格畸变，阻碍位错
运动，起固溶强化作用，使强度提高。Al－Cu/Mg/Si/Zn/Mn等二元 合金一般都形成有限固溶体，且有较大的极限溶解度，因此具有较 大的固溶强化效果。 2．时效强化 由于铝没有同素异构转变，所以热处理相变与钢不同。铝合金的热 处理强化，主要是由于合金元素在铝合金中有较大的固溶度，且随 温度的降低急剧减小。所以铝合金加热到某一温度淬火后，可得到 过饱和的铝基固溶体，它放置在室温或加热到某一温度时，强度和 硬度随时间延长而增高，但塑性、韧性降低，这个过程称时效。 室温下进行的时效称为自然时效，加热条件下的时效称人工时效。
3)铝镁系。良好的耐蚀性，可作腐蚀条件下工作的铸 件，如氨用泵体、泵盖等。
4)铝锌系。有较高的强度，价格便宜，用于制造医疗 器械零件、仪表零件和日用品等。
(2) 铝合金的变质处理 铸造铝合金一般有较多的共晶组织，这种组织
粗大，导致铸件性能降低。为了提高铸件的性能， 需变质处理。
变质处理： 在合金浇注前，向液态合金中加占合金的质量分 数为2％～3％的变质剂 (2／3的氟化钠和1／3的氯 化钠的混和物)以细化共晶组织，从而显著提高合金 的强度和塑性 (强度提高30％～4％，伸长率提高1 ％～2％)。
主要内容
铝及铝合金 铜及铜合金 滑动轴承合金 粉末冶金
工业上常用的金属材料中，通常称铁及其合金(钢铁)为黑色金 属，其它的非铁金属称有色金属。有色金属由于具有许多良好 的特殊性能，成为现代工业中不可缺少的材料。
铝及铝合金
一、工业纯铝
纯铝是银白色的轻金属，密度小，熔点低(660℃)，有良 好的导电、导热性(仅次于银、铜)。在空气中极易氧化生成一 层致密的Al2O3薄膜，能阻止铝进一步氧化，从而使铝在空气 中有良好的抗蚀能力。
1．黄铜 (1) 普通黄铜。牌号：“H”加数字表示，数字表示 铜含量。常用的有：
1) H80。色泽美观，可作装饰品，有金色黄铜之称。 有较好的力学性能和冷、热加工性能，耐蚀性好。
2) H70。强度高，塑性好。冷成形性好，可用深冲压 的方法制弹壳、散热器、垫片等零件，故有弹壳黄铜 之称。因其铜与锌之比为7：3，亦称为7-3黄铜。
(3)超硬铝合金。属于Al-Cu-Me-Zn系，强度高于硬铝。 主要制造重量轻、受力较大的结构零件。
硬铝淬火后多自然时效；超硬铝淬火后多人工时效。
(4) 锻造铝合金。大多属于Al-Cu-Me-Si系。 优良的锻造工艺性。主要制造各种锻件和模锻件。
3．铸造铝合金 (1) 常用铸造铝合金
分铝硅系、铝铜系、铝镁系和铝锌系等四类。 代号：ZL＋三位数字，ZL表示铸铝；第一位数 表示合金类别：1铝硅系，2铝铜系，3铝镁系，4 铝锌系；第二三位数表示合金顺序号。