粉末冶金材料2014

粉末冶金材料粉末冶金材料現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢概述:粉末冶金材料及其進展1.1材料世界萬物，凡于我有用者，皆謂之材料。材料是具有一定性能，可以用來制作器件、構(gòu)件、工具、裝置等物品的物質(zhì)。材料存在于我們的周圍，與我們的生活、我們的生命息息相關(guān)。粉末冶金材料：是用粉末冶金技術(shù)制得的近全致密或多孔材料。材料與人類文明材料是人類文明、社會進步、科學(xué)技術(shù)發(fā)展的物質(zhì)基礎(chǔ)和技術(shù)先導(dǎo)。材料是當(dāng)代文明的三大支柱之一。材料是全球新技術(shù)革命的四大標(biāo)志之一。材料研究的重要性挑戰(zhàn)者號哥倫比亞號

1.2粉末冶金技術(shù)

粉末冶金技術(shù)：是以金屬粉末或非金屬粉末或其混合物為原料，經(jīng)過成形和燒結(jié)，制造金屬材料、復(fù)合材料以及各種類型制品的工藝技術(shù)。能生產(chǎn)用普通熔煉方法無法生產(chǎn)的具有特殊結(jié)構(gòu)和性能的材料和制品，如硬質(zhì)合金。粉末冶金方法生產(chǎn)的某些材料，與普通熔煉法相比，性能優(yōu)越，如粉末高速鋼。(a)高密度鎢合金彈芯;(b)高密度鎢合金高爾夫球棒(b)(a)(a)(a)泡沫鎳宏觀照片;(b)泡沫鎳微觀結(jié)構(gòu)(b)

公元前3000年以前，古埃及人在一種風(fēng)箱中用碳還原氧化鐵得到海綿鐵，經(jīng)高溫鍛造成致密塊，再錘打成鐵的器件；公元前2300年左右出現(xiàn)塊煉鐵技術(shù)：固相碳還原鐵礦石（800~1000C）；1930年Hoganas公司開始用固相還原法生產(chǎn)海綿鐵；粉末冶金發(fā)展史1)粉末冶金發(fā)展簡史粉末冶金是一項新興技術(shù)，但也是一項古老技術(shù)。海綿鐵

錯金書刀劉勝墓出土印度德里鐵柱，材質(zhì)為純度高達98.72％的鐵，歷時千百年，卻少有銹蝕的痕跡。

1910年Coolidge發(fā)明電燈W絲，奠定了近代粉末冶金的基礎(chǔ)；1914年WC、MoC粉末出現(xiàn)（德國）；1923年德國人施勒特爾(K．schroter)用粉末冶金法研制成功鎢鈷硬質(zhì)合金；

1927年德國Krupp公司使用該技術(shù)生產(chǎn)硬質(zhì)合金，導(dǎo)致了金屬切削技術(shù)的革命；1956年后大量鐵基、銅基零件上市；20世紀(jì)80年代后，PM制品，如渦輪引擎零件廣泛應(yīng)用于航空。克服了難熔金屬熔鑄過程中產(chǎn)生的困難。鎢絲（鎢粉成形、燒結(jié)、再鍛打拉絲）的制造方法為粉末冶金工業(yè)邁出了第一步，從而推動了粉末冶金的發(fā)展。硬質(zhì)合金的出現(xiàn)推動了機械加工工業(yè)的發(fā)展。粉末冶金方法生產(chǎn)多孔材料的成功。1930年用粉末冶金方法制取多孔含油軸承、軸瓦取得成功，這種軸承很快在汽車、紡織、航空等工業(yè)得到了廣泛的應(yīng)用。粉末冶金新材料、新技術(shù)的發(fā)展。新型材料如金屬陶瓷、彌散強化材料、粉末高速鋼、粉末超合金等不斷出現(xiàn)。新技術(shù)如注射成形、溫壓成形、噴射成形、微波燒結(jié)等相繼出現(xiàn)。粉末冶金發(fā)展的三個重要標(biāo)志粉末冶金方法所制備材料的優(yōu)點致密度可控，如多孔材料、高密度材料等；晶粒細小、顯微組織均勻、無成分偏析；近凈成形，原材料利用率高>95%，能耗低；少無切削，切削加工僅40~50%；材料組元可控，利于制備復(fù)合材料；

利于難熔金屬、陶瓷材料與核材料的制備。粉末冶金技術(shù)的不足：討論類別材料舉例機械零件和結(jié)構(gòu)材料摩擦材料鐵基摩擦材料、銅基摩擦材料減摩材料鐵基多孔含油軸承、銅基多孔含油軸承、鋁基多孔含油軸承機械零件鐵基機械零件、有色金屬機械零件多孔材料過濾器、多孔電極、發(fā)汗材料、吸音材料、密封材料工具材料硬質(zhì)合金WC-Co硬質(zhì)合金、WC-TiC-Co硬質(zhì)合金、碳化鈦基硬質(zhì)合金超硬材料立方氮化硼、金剛石陶瓷工具材料粉末高速鋼磁性材料和電工合金磁性材料軟磁材料、硬磁材料、高溫磁性材料、旋磁鐵氧體電觸頭材料金屬-金屬觸頭、金屬-石墨觸頭、金屬-金屬氧化物觸頭電熱材料金屬電熱材料、難熔金屬化合物電熱材料耐熱材料粉末超合金粉末鎳基超合金、粉末鈷基超合金難熔金屬及其合金金屬陶瓷氧化物基金屬陶瓷、碳化鈦基金屬陶瓷、高溫涂層彌散強化材料氧化物、碳化物、硼化物、氮化物彌散強化材料纖維強化材料粉末冶金材料的主要應(yīng)用工業(yè)部門應(yīng)用舉例采礦硬質(zhì)合金，金剛石-金屬組合材料機械加工硬質(zhì)合金，陶瓷刀具，粉末高速鋼汽車制造機械零件，摩擦材料，多孔含油軸承，過濾器機車、機床制造機械零件，多孔含油軸承紡織機械、冶金礦山機械機械零件，多孔含油軸承造船摩擦材料，油漆用鋁粉電機制造多孔含油軸承，銅-石墨電刷精密儀器儀表零件，軟磁材料，硬磁材料電氣和電子工業(yè)電觸頭材料，真空電極材料無線電和電視磁性材料計算機工業(yè)記憶元件化學(xué)工業(yè)過濾器，防腐零件，催化劑石油工業(yè)過濾器軍工穿甲彈頭，軍械零件航空摩擦片，過濾器，防凍用多孔材料，粉末超合金航天和火箭發(fā)汗材料，難熔金屬及合金，纖維強化材料原子能工程核燃料元件，反應(yīng)堆結(jié)構(gòu)材料，控制材料粉末冶金連桿油泵齒輪原子彈氫彈粉末冶金技術(shù)是現(xiàn)代工業(yè)進步的基礎(chǔ)核反應(yīng)堆粉末冶金高溫合金渦輪盤：航空發(fā)動機的關(guān)鍵部件圖154(俄)蘇-27(俄)波音737-800殲七殲擊機航空制動用粉末冶金材料日本新干線法國TVG德國的ICE最高時速達到574.8公里/小時2009年歐洲粉末冶金零件產(chǎn)量約為1590000噸，其中鐵基零部件占據(jù)主要部分。EPMA主席IngoCremer指出：中國汽車進口量快速增長，拉動了歐洲粉末冶金市場，免受經(jīng)濟危機更大的影響。

歐洲粉末冶金制品的主要用途(wt%)(來源：2010世界粉末冶金大會)2007-2010年中國汽車進口量（來源：海關(guān)總署）年各區(qū)域粉末冶金發(fā)展特點

北美鋼鐵粉末銷售量（噸）

北美銅及銅基粉末銷售量（噸）

北美地區(qū)的粉末冶金制品市場繼續(xù)保持增長。2010年鐵粉銷售量同比增長35%，達到了409159噸，銅和銅基粉總的銷售量在2010增長約80%，達到17000噸。（MichaelE.Lutheran,presidentofMPIFatPowderMet2011）噸噸年年亞洲粉末冶金制品的產(chǎn)量分布情況（來源：2010世界粉末冶金大會）中國、日本粉末冶金零件產(chǎn)量和銷售額（來源：JPMA）萬美元中國、日本、韓國、印度占亞洲市場的86％。2009年和2010年，中國的粉末冶金制品的產(chǎn)量超過日本，成為亞洲第一。但總銷售額只有日本的1/3，每公斤粉末冶金零件的價格約為日本的1/5。年2.1中國硬質(zhì)合金產(chǎn)業(yè)現(xiàn)狀19971998199920002001200220032004200520062007200820092010201115年來中國硬質(zhì)合金的總產(chǎn)量和出口量持續(xù)增長；目前中國硬質(zhì)合金總產(chǎn)量占世界硬質(zhì)合金總產(chǎn)量的40%以上單位：噸總產(chǎn)量2硬質(zhì)合金現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢1997199819992000200120022003200420052006200720082009201020112011年度中國硬質(zhì)合金出口量占硬質(zhì)合金總產(chǎn)量的20%單位：噸出口量近十五年中國硬質(zhì)合金工業(yè)銷售收入銷售收入我國硬質(zhì)合金產(chǎn)品在附加值與世界先進水平相比較大差距：我國2011年硬質(zhì)合金總銷售收入150億元，硬質(zhì)合金產(chǎn)量24000噸；Sandvik公司2011年硬質(zhì)合金及系列配套產(chǎn)品銷售收入近1000億元。產(chǎn)品結(jié)構(gòu)

我國附加值最高的切削刀片產(chǎn)量只有3000余噸，只占20%。高端硬質(zhì)合金刀片刀具90%依賴進口。因此，單從現(xiàn)有市場容量來看，高端硬質(zhì)合金國產(chǎn)化實現(xiàn)進口替代空間巨大。此外，從將來市場容量來看，我國已經(jīng)進入制造業(yè)升級階段，而且此次將高端設(shè)備制造以及信息產(chǎn)業(yè)列入國民經(jīng)濟的支柱性產(chǎn)業(yè)，這將極大的帶動硬質(zhì)合金刀片刀具、鉆頭等一系列需求，前景不可估量。高端應(yīng)用按照Prismark估計，2011年我國PCB產(chǎn)值規(guī)模達到184.61億美元，2013年我國PCB規(guī)模將達到228.2億美元。而每銷售10億美元PCB板，帶動鉆頭的消費在0.25億美元。2013年我國230億美元PCB規(guī)模計算，PCB鉆頭的市場在5.75億美元，折合人民幣約38億元。新型工具材料

金屬陶瓷、非金屬陶瓷和超硬工具材料盡管不屬于硬質(zhì)合金范疇，但由于具有極其優(yōu)異的性能，尤其是在某些方面（如高速精加工）明顯優(yōu)于硬質(zhì)合金，因此這些材料的發(fā)展將有利于硬質(zhì)合金工具材料的延伸，和鎢、鈷、鉭等重要戰(zhàn)略資源的合理使用。目前金屬陶瓷、非金屬陶瓷刀具、立方氮化硼、聚晶金剛石和金剛石涂層刀具等在國外已經(jīng)得到快速發(fā)展和應(yīng)用。研究正朝著超細納米結(jié)構(gòu)、晶須（纖維）增韌復(fù)合陶瓷等方面發(fā)展。據(jù)報導(dǎo)，日本金屬陶瓷刀具已占可轉(zhuǎn)位刀具的三分之一。陶瓷刀具材料不用鈷或少用鈷，這對鈷資源相對貧乏的我國，無疑也是應(yīng)該加大力度研究開發(fā)的一個方向。

Co分布硬度分布梯度結(jié)構(gòu)硬質(zhì)合金30瑞典山特維克鑿巖工具公司開發(fā)出鑿巖工具用功能梯度結(jié)構(gòu)硬質(zhì)合金（DP合金），其耐磨性和韌性均明顯優(yōu)于標(biāo)準(zhǔn)硬質(zhì)合金。

存在問題：芯部含有η相，在一定程度上影響的其韌性。

發(fā)展方向：芯部不含有η相的梯度結(jié)構(gòu)硬質(zhì)合金。

主要應(yīng)用：已經(jīng)越來越多地應(yīng)用于鑿巖工具、頂錘、涂層刀片基體。硬質(zhì)合金廢料回收及其高端應(yīng)用

Sandvik公司是鎢精深加工技術(shù)與應(yīng)用技術(shù)高度集成的國際典范，其實也是鎢回收資源高效利用的國際典范，目前該公司大約40%的硬質(zhì)合金生產(chǎn)用鎢原料來源于鎢的回收資源，而眾所周知，Sandvik公司的刀片與刀具屬國際王牌產(chǎn)品，這說明鎢回收資源原料同樣可實現(xiàn)其高值化利用。

趨勢：低能耗（高效）低污染（環(huán)境友好）高端應(yīng)用（優(yōu)異的制品性能）頁巖氣開發(fā)是粉末冶金產(chǎn)業(yè)的新機遇2011年底，頁巖被正式批準(zhǔn)為中國第172個獨立礦種；2012年全國兩會期間，溫家寶總理在政府工作報告中明確提出“加快頁巖氣勘查、開發(fā)攻關(guān)”；“十二五”規(guī)劃也明確要求：“推進頁巖氣等非常規(guī)油氣資源開發(fā)利用”，提出2015年達到65億立方米的產(chǎn)量目標(biāo)；根據(jù)國土資源部《頁巖氣探礦權(quán)投標(biāo)意向調(diào)查公告》，這一領(lǐng)域?qū)γ褓Y開放，可以預(yù)見，未來數(shù)年內(nèi)頁巖氣領(lǐng)域的投資將十分火爆；由于頁巖氣位于地下3000-4000米的地層，因此對鉆頭要求極高，其中涉及高端硬質(zhì)合金的鉆頭為牙輪鉆，預(yù)計其相關(guān)合金齒產(chǎn)品毛利率遠高于普通礦用合金齒。可燃冰是一種能量密度很高的清潔能源。能量密度高，燃燒值高，1m3相當(dāng)于164m3的天然氣。