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粉末冶金材料的应用与发展

粉末冶金材料(powdermetallurgymaterial)是指用粉末冶金工艺制得

的多孔、半致密或全致密材料(包括制品)。粉末冶金材料具有传统熔铸工艺所

无法获得的独特的化学组成和物理、力学性能,如材料的孔隙度可控,材料组织

均匀、无宏观偏析(合金凝固后其截面上不同部位没有因液态合金宏观流动而造

成的化学成分不均匀现象),可一次成型等。

通常,粉末冶金材料按用途可分为7类:

①粉末冶金减摩材料,又称烧结减摩材料。通过在材料孔隙中浸润滑

油或在材料成分中加减摩剂或固体润滑剂制得。材料表面间的摩擦系数小,

在有限润滑油条件下,使用寿命长、可靠性高;在干摩擦条件下,依靠自

身或表层含有的润滑剂,即具有自润滑效果。广泛用于制造轴承、支承衬

套或作端面密封等。

②粉末冶金多孔材料。又称多孔烧结材料。由球状或不规则形状的金

属或合金粉末经成型、烧结制成。材料内部孔道纵横交错、互相贯通,一

般有30%~60%的体积孔隙度,孔径1~100微米。透过性能和导热、导

电性能好,耐高温、低温,抗热震,抗介质腐蚀。用于制造过滤器、多孔

电极、灭火装置、防冻装置等。

③粉末冶金结构材料。又称烧结结构材料。能承受拉伸、压缩、扭曲

等载荷,并能在摩擦磨损条件下工作。由于材料内部有残余孔隙存在,其

延展性和冲击值比化学成分相同的铸锻件低,从而使其应用范围受限。

④粉末冶金摩擦材料。又称烧结摩擦材料。由基体金属(铜、铁或其

他合金)、润滑组元(铅、石墨、二硫化钼等)、摩擦组元(二氧化硅、石

棉等)3部分组成。其摩擦系数高,能很快吸收动能,制动、传动速度快、

磨损小;强度高,耐高温,导热性好;抗咬合性好,耐腐蚀,受油脂、潮

湿影响小。主要用于制造离合器和制动器。

⑤粉末冶金工模具材料。包括硬质合金、粉末冶金高速钢等。后者

组织均匀,晶粒细小,没有偏析,比熔铸高速钢韧性和耐磨性好,热处理

变形小,使用寿命长。可用于制造切削刀具、模具和零件的坯件。

⑥粉末冶金电磁材料。包括电工材料和磁性材料。电工材料中,用作

电能头材料的有金、银、铂等贵金属的粉末冶金材料和以银、铜为基体添

加钨、镍、铁、碳化钨、石墨等制成的粉末冶金材料;用作电极的有钨铜、

钨镍铜等粉末冶金材料;用作电刷的有金属-石墨粉末冶金材料;用作电热

合金和热电偶的有钼、钽、钨等粉末冶金材料。磁性材料分为软磁材料和

硬磁材料。软磁材料有磁性粉末、磁粉芯、软磁铁氧体、矩磁铁氧体、压

磁铁氧体、微波铁氧体、正铁氧体和粉末硅钢等;硬磁材料有硬磁铁氧体、

稀土钴硬磁、磁记录材料、微粉硬磁、磁性塑料等。用于制造各种转换、

传递、储存能量和信息的磁性器件。

⑦粉末冶金高温材料。包括粉末冶金高温合金、难熔金属和合金、金

属陶瓷、弥散强化和纤维强化材料等。用于制造高温下使用的涡轮盘、喷

嘴、叶片及其他耐高温零部件。其中,典型的弥散强化材料有:(1)烧结铝粉

(SAP):用表面氧化法制造。SAP有很高的高温强度和抗蠕变性能,使用温

度达500℃,远优于一般铝合金。它主要用于:反应堆中的核燃料包套,飞

机机翼和机身,压气机叶轮,高温活塞等。(2)弥散强化铜:弥散质点一般

为Al2O3,常用内氧化法制造。经弥散强化后,铜的强度、硬度得到很大

的提高,导电性降低不多。它常用作电阻焊的电极,白炽灯灯丝引线,电

子管零件和电子工业中的其他材料。(3)弥散强化高温合金:最早的弥散强

化镍基合金是ThO2(2%)强化镍(TD-Ni)。一般用共沉淀法制得。机械合金

化法出现之后,又发展了一系列镍基、铁基和钴基合金。已经使用的有10

多种。MA754的性质优于ThO2-Ni-Cr,已成功地用作喷气发动机叶片。

MA956E是以Fe-Cr-Al为基的材料,有优越的抗氧化性和抗腐蚀性。

MA6000E合金,1000h的断裂应力在800OC以上远优于TD-Ni和IN792。

1100℃时,TD-Ni和IN792的1000h断裂应力只有20~30MPa,而

MA6000E还有160MPa。因此MA6000E是一种好的叶片材料。(4)其他:

弥散强化铅(DS-Pb),是惟一类似于SAP的例

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