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粉末冶金的意義范文1
【關鍵詞】粉末冶金歷史 基本工序 粉末冶金優勢與不足 趨勢
1 粉末冶金的歷史
粉末冶金發展經歷三個階段：
20世紀初，通過粉末冶金工藝制得電燈鎢絲，被譽為現代粉末冶金技術發展的標志。隨后許多難熔金屬材料如鎢、鉭、鈮等都可通過粉末冶金工藝方法制備。1923年粉末冶金硬質合金的誕生更被譽為機械加工業的一次革命；20世紀30年代，粉末冶金工藝成功制得銅基多孔含油軸承。繼而發展到鐵基機械零件，并且迅速在汽車、紡織、辦公設備等現代制造領域廣泛應用；20世紀中葉以后，粉末冶金技術與化工、材料、機械等學科互相滲透，更高性能的新材料、新工藝發展進一步促進粉末冶金發展。并使得粉末冶金技術廣泛應用到汽車、航空航天、軍工、節能環保等領域。
2 粉末冶金的基本工序
（1）粉末的制取。目前制粉方法大體可分為兩類：機械法和物理化學法。機械法是將原材料機械地粉碎，化學成分基本不發生變化。物理化學法是借助化學或物理作用，改變原材料的化學成分或聚集狀態而獲得粉末。目前工業制粉應用最為廣泛的有霧化法、還原法和電解法；而沉積法（氣相或液相）在特殊應用時也很重要。
（2）粉末成型。成型是使金屬粉末密實成具有一定形狀、尺寸、孔隙度和強度坯塊的工藝過程。成型分普通模壓成型和特殊成型兩類。模壓成型是將金屬粉末或混合料裝在鋼制壓模內，通過模沖對粉末加壓，卸壓后，壓坯從陰模內壓出。特殊成型是隨著各工業部門和科學技術的發展，對粉末冶金材料性能及制品尺寸和形狀提出更高要求而產生。目前特殊成型分等靜壓成型、連續成型、注射成型、高能成型等。
（3）坯塊燒結。燒結是粉末或粉末壓坯，在適當的溫度和氣氛條件下加熱所發生的現象或過程。燒結可分單元系燒結和多元系固相燒結。單元系燒結，燒結溫度比所用的金屬及合金的熔點低；多元系固相燒結，燒結溫度一般介于易熔成分和難熔成分的熔點之間。除普通燒結外，還有活化燒結、熱壓燒結等特殊的燒結方法。
（4）產品的后處理。根據產品的性能要求不同，一般會對燒結品再進行加工處理。如浸油、精整、切削攻牙、熱處理、電鍍等。
3 粉末冶金的優勢與不足
粉末冶金的優勢：粉末冶金燒結是在低于基體金屬的熔點下進行，因此目前絕大多數難熔金屬及其化合物都只能用粉末冶金方法制造；粉末冶金壓制的不致密性，有利于通過控制產品密度和孔隙率制備多孔材料、含有軸承、減摩材料等；粉末冶金壓制產品的尺寸無限接近最終成品尺寸（不需要機械加工或少量加工）。材料利用率高，故能大大節約金屬，降低產品成本；粉末冶金產品是同一模具壓制生產，工件之間一致性好，適用于大批量零件的生產。特別是齒輪等加工費用高的產品；粉末冶金可以通過成分的配比保證材料的正確性和均勻性，此外燒結一般在真空或還原氣氛中進行，不會污染或氧化材料，可以制備高純度材料。
粉末冶金的不足：粉末冶金零件部分性能不如鍛造和一些鑄造零件，如延展性和抗沖擊能力等；產品的尺寸精度雖然不錯，但是還不如有些精加工產品所得的尺寸精度；零件的不致密特性會對后加工處理產生影響，特別在熱處理、電鍍等工藝必須考慮這一特性的影響；粉末冶金模具費用高，一般不適用于小批產品生產。
4 國內粉末冶金行業的趨勢
隨著我國工業化快速發展，高附加值的零部件需求將加速增長。此外，隨著全球化采購的產業鏈形成，帶給國內零部件企業商機顯而易見。因此，如何把握當前機遇，目前粉末冶金行業應該從以下四方面發展。
（1）進一步提高鐵基粉末冶金產品的密度，擴大粉末冶金件對傳統鍛件的替代范圍。當前，鐵基粉末冶金零件的密度為7.0-7.2g/cm3，而國內某企業通過技術改進，用傳統的粉末燒結和鍛造工藝相結合的辦法，用較低的成本把鐵基粉末冶金零件密度提高至7.6g/cm3，在這種密度前提下，鐵基粉末冶金已經可替代機械、汽車等行業的大多數連接件和部分功能件?？紤]粉末冶金工藝本身對材料的節省和高效特征，此類鐵基粉末冶金件的潛在價值空間可達至千億元。
（2）提高粉末冶金產品的精度、開發形狀更復雜的產品。為機械制造、航天汽車、生活家電等行業的產業結構升級服務。此方向主要以降低機械重量、節能減耗及將設備小型化、普及化為導向。如使用注射成型零件幾乎不需要再進行機加工，減少材料的消耗，材料的利用率幾乎可以達到100%。
（3）進一步合金化，目標為輕量化和功能化。在鐵基粉末中，混入鋁、鎂及稀土元素等合金粉末，可實現其超薄、輕量化等性能，可廣泛地應用電子設備及可穿戴設備等與生活密切相關的領域中。
（4）改善粉末冶金零件的電磁性，目標是對硅鋼和鐵氧體、磁介質等材料的取代。以取向硅鋼材料為例，硅鋼的導電原理是加入硅元素后，材料通過減少晶界的方式降低鐵損，特別是取向硅鋼，導向方向是一個單一粗大的晶粒。相比取向硅鋼的一維導電方向，粉末冶金零件可以實現多維導電（各個方向）。目前此技術已被少數企業實現突破，只要不斷完善，最終達到工業要求。這種技術將會廣泛在電機設備、汽車及機器人智能控制系統等領域應用。
參考文獻：
[1]黃培云.粉末冶金原理.[M].北京：冶金工業出版社，1997（2006.1重?。?1.
粉末冶金的意義范文2
關鍵詞：粉末冶金技術；新能源材料；應用
前言
為了尋求長遠的發展，需要重視能源問題。在全球經濟以及熱口增長的環境下，傳統能源彰顯匱乏性，無法滿足社會發展的實際需求。同時，也無法進行再生。因此，面對嚴重的資源危機，要對新能源的開發與利用作為項目對待。粉末冶金對傳統冶金技術進行了發揚過大，積極融合現代科技，推動信息化建設，實現現代工業的良性運轉，也為新能源的開發提供更多的技術保障。
1 對粉末冶金技術特征的分析
粉末冶金技術具有長遠的歷史，其主要立足傳統冶金技術，達到了對諸多學科知識的融會貫通，形成優勢突出的新型冶金技術。粉末冶金主要對象是粉末狀的礦石。在傳統的冶金方法中，礦石的形式為整塊，先進行提煉，而后進行冶煉。應用傳統技術，塊狀礦石提煉技術受制于技術和礦石的大小，只能達到80%左右的利用率，產生大量材料的廢置。但是，在粉末冶金技術的應用下，資源利用率得以大幅提升，有效降低資源浪費。另外，塊狀形式的礦石材料長期處于露天堆放，對環境產生不良影響，甚至破壞。由此可見，冶金技術的改善勢在必行，要重視冶金技術水平的提升，使得材料各盡所用，發揮不同冶金材料的作用，切實提升使用效率，形成高性能的新材料，達到成本的降低。利用現代粉末冶金技術，能夠對廢礦石、舊金屬材料進行再利用，有效節約資源，極大推動經濟效益的獲取，對可持續發展意義重大。因此，粉末冶金技術在原材料選擇方面相對較為寬松，能夠充分利用廢舊金屬、礦石等，形成不規則的粉末，滿足原材料節約和回收的目標。另外，鑒于粉末冶金可塑性以及相關材料的添加，促進性能的增強和平衡。
2 對新能源技術的闡述
在科技的推動下，新能源技術逐漸被科學界重視。在傳統能源開發與應用中，出現嚴重的資源匱乏現象，加之對環境的不良影響，使得新能源問題的出現備受關注。新能源材料需要在開發、存儲以及轉化方面具有突出優勢。由此可見，新能源材料是發展新能源的關鍵因素。為了更好地實現轉化和存儲，其在配件、生產要素等方面都極具特色，與傳統能源行業的材料截然不同。粉末冶金技術在整個新能源開發應用中占據舉足輕重的地位。
3 系統介紹粉末冶金技術的類型
3.1 傳統粉末冶金材料
首先，是鐵基粉末冶金。這種材料是最傳統，也是最為關鍵的冶金材料，在制造業中應用較為廣泛。隨著現代科技的不斷發展，其應用范圍不斷拓展。其次，銅基粉末冶金材料。這種材料類型較多，耐腐蝕性突出，在電器領域應用較多。再次，硬質合金材料。這種材料具有較高的熔點，硬度和強度都十分高，其應用的領域主要是高端技術領域，如核武器等。最后，粉末冶金電工材料和摩擦分類，主要應用在電子領域。隨著通訊技術的不斷發展，粉末冶金材料的需求量增大。另外，粉末冶金材料在真空技術領域也得到推廣。摩擦材料耐摩擦性較強，促使物體運動減速，抑或是停止，在摩擦制動領域應用較多。
3.2 對現代先進粉末冶金材料的介紹
首先，信息范疇內的粉末冶金材料。立足信息領域，主要是指粉末冶金軟磁材料。具體講，是指金屬類和鐵氧體材料。隨著對磁性記錄材料的研究，在很大程度上推動了粉末冶金軟材料的需求。其次，能源領域內的粉末冶金材料。能源材料的研發推動能源發展，其中，主要涉及儲能和新能源材料。全球經濟的發展使得能源需求量增大，傳統能源彰顯不足，因此，新能源開發勢在必行，尤其是燃料電池和太陽能的開發。再次，生物領域的粉末冶金技術。生物材料技術的發展對整個社會具有不可替代的作用。要將生物技術列入國家發展計劃。在生物材料中，主要包含醫用和冶金材料兩大類，在維護身心健康的同時，加快金屬行業的進步。第四，軍事領域的粉末冶金材料。在航天領域，材料的強度和硬度是重要指標，穩定性要突出，具有極強的耐高溫性。在核軍事范疇，粉末冶金技術也具有發展前景，更好地推動整個社會工業技術的進步。另外，新型核反應堆的建設需要具有較高的防輻射標準，而粉末冶金技術的支持下，切實增強核反應堆的安全性與可靠性，有效降低核輻射強度。
4 對粉末冶金技術在新能源材料中的應用的介紹
4.1 粉末冶金技術在風能材料中的應用
風能對我國而言，十分豐富，不存在污染，是新能源的主要類型。在風能發電材料中，粉末冶金技術主要實現對兩種材料的制作，即即風電C組的制動片以及永磁釹鐵硼材料。這兩種材料的制作與整個風力發電關系密切，事關發電過程的安全性與可靠性，影響發電效率的高低。風能發電機制動片在摩擦系數和磨損率方面，要求較高，同時，力學性能必須突出。目前，主要應用的是銅基粉末冶金技術，完成對壓制制動片的制作。制動片需要在導熱方面十分突出，同時，制動盤具有較小的摩擦。在應對惡劣溫度環境的時候，也能夠進行有效的使用。對于永磁釹鐵硼，系統永磁材料代替了傳統的永磁材料，燒結釹鐵硼就是加入了稀土粉，利用粉末冶金工藝制備而成。
4.2 粉末冶金技術在太陽能中的應用
太陽能突出的特點是清潔性，是新型能源的一種，被商界所看好，開發價值巨大。當前，在太陽能領域，主要的發展方向為光電太陽能與熱電太陽能，形成發展趨勢。立足光電太陽能領域。其主導作用的部件為光電池，也就是半導體二極管，依靠光伏效應，促使太陽能有效轉化為電能。目前，太陽能光電轉化效率較低，對航天事業的發展產生阻礙。在粉末冶金技術的使用下，能夠有效進行薄膜太陽能電池的制作，光電轉化率得以顯著提升。同時，粉末冶金技術也研發了多晶硅薄膜，代替了傳統的晶體硅，光電轉化率大幅提升。另外，粉末冶金技術與太陽能熱電技術也實現了融合。當太陽進行地表照射之后，為了達到對光熱技術的有效收集，需要發揮吸收板的功能。而吸收板的制作與粉末冶金技術息息相關，主要應用了其成型技術，發揮粉體在色素和粘結劑方的作用，而后混合，形成涂料，涂于基板之上。這也充分體現了粉末冶金技術在成型技術方面優勢更加突出。
5 結束語
綜上，通過對粉末冶金技術優勢的分析，可以發現，其在新能源材料的開發和應用中極具發展潛力。粉末冶金在創造性方面十分突出，塑造性較強，使得其在新能源材料的發展和應用中占據核心地位。粉末冶金技術的工藝原理使得其在新能源開發中更具經濟性與高效性。因此，要大力推進粉末冶金技術在新能源開發應用中的拓展，為新能源的可持續發展提供保障。
參考文獻
[1]陳曉華，賈成廠，劉向兵.粉末冶金技術在銀基觸點材料中的應用[J].粉末冶金工業，2009，04：41-47.
[2]邱智海，曾維平.粉末冶金技術在航空發動機中的應用[J].科技創新導報，2016，07：10-12.
粉末冶金的意義范文3
【關鍵字】有限元；閥板；模具設計；粉末冶金
1 引 言
閥板是安裝在壓縮機氣缸上控制氣體進出的重要部件，它與氣閥片一起控制著壓縮機的吸氣、壓縮、排氣、和膨脹四個過程。閥板上氣閥片安裝部位的尺寸形位公差，影響著壓縮機工作過程的泄露量，對壓縮機節能及噪音都有著重大的影響。因此為提高閥板生產精度而進行研究，對壓縮機工作中節約能源、降低使用成本等都有重要的意義。粉末冶金成形技術是一種節材、省能、投資少、見效快，而且適合大批量生產的少無切削、高效金屬成形工藝。
長期以來，成形工藝的模具的設計以及工藝過程分析注意的依據是積累的實際經驗、行業標準和傳統理論。但由于實際經驗的非確定性，以及傳統理論對變形條件和變形過程進行了簡化，因此，對復雜的模具設計往往不容易獲得滿意的結果，使得調試模具的時間長，次數多。通常情況下，為了保證工藝和模具的可靠與安全，多采用保守的設計方案，造成工序的增多，模具結構尺寸的加大，甚至還達不到設計的精度要求。傳統的設計方式已遠遠無法滿足要求。隨著計算機技術的飛速發展和七十年代有限元理論的發展，許多成形過程中很難求解的為題可以用有限元方法求解。通過建模和合適的邊界條件的確定，有限元數值模擬技術可以很直觀地得到成形過程中模具受力、模具失效情況、模具變形趨勢。這些重要數據的獲得，對合理的模具結構設計有著重要的指導意義。
2 實例分析
以下結合實例，介紹Solidworks Simulation有限元分析在改善模具設計中的應用。如圖是一款壓縮機閥板的圖紙。閥板粉末冶金件通過成形模具在高壓下，對金屬粉末進行壓制，再經過燒結、整形、表面處理制成。排氣閥與閥片安裝面N面高度差0.05～0.10mm，閥面平行度0.02。為保證閥面線精度，成形時需控制高度差及平行度基準面N面的平行度，以確保精整時整個閥面有相同的精整余量。
成形閥面模具三維圖。
由于成形模具面型高度及形狀不同，導致成形各面密度不同，壓制壓力不同，導致成形時模具變形不一致，影響產品精度。通常情況下，需要等模具完成，成形出產品后才能對模具作進一步的改善，這樣導致產品試制周期長。為了提高模具設計的準確性，縮短產品試制周期，模具設計階段，我們可利用SolidworksSimulation進行有限元分析，優化模具設計。
3 有限元分析過程
（1）首先，對模具數學模型進行簡化，添加約束條件。模具面型復雜，且有限元分析中，小倒角圓角不利于分析，將小圓角、倒角簡化，較小的斜面簡化成直面，易于加載壓力條件。
（2）根據成形產品各面的密度分布，參考赫格納斯AHC100.29 +0.6%P11壓力與密度關系圖，確定成形壓力。
赫格納斯AHC100.29+0.6%P11數據
假設粉料松裝密度為3.0g/cm3，模具各區域面型受力如下。
區域 壓縮比 成形密度（g/cm3） 壓力壓強(MPa)
① 2.22 6.65 380
② 2.44 7.3 750
③ 1.76 5.26 220
④ 1.82 5.47 240
⑤ 2.116 6.35 320
（3）按區域添加受力條件后，模具模擬變形如下圖。
可看出，由于區域③密度高，壓制壓力大，模沖變形大，導致產品成形出來后N面平行度大，一邊高一邊低，兩邊高度差0.03～0.04mm，這樣會導致精整時各部位精整余量不一致，導致精整后該面平行度不好，難以控制閥口到N面的高度差0.05～0.10mm，必須將N面變形量差控制在0.02mm以內。
（4）改善的方法有兩種，一是將面型做成斜面，補償模具變形量：二是在模沖上增加彈性平衡孔，使得模具兩側變形量增大，從而減少N面變形差異。由于N面較平整，改斜電極是比較方便的做法，而且模具變形小的地方在兩側，若增加彈性平衡孔會導致模具易變形，所以采取將面型做成斜面的方法。成形產品N面平行度控制在0.02mm以內，精整后可保證閥口到N面高度差0.05～0.10mm。通過有限元分析，改進模具結構，控制模具壓制變形，從而改善產品N面平行度，使得高度差能夠滿足客戶要求。
4 結語
隨著競爭的日益加劇，低成本、高質量和高效率是制造業所追求的目標。在粉末冶金行業中，要提高競爭力，就必須提高設計效率、降低制造成本和提高產品質量，必須對生產過程中影響產品質量的各項工藝參數進行優化。由于粉末冶金壓制成形過程中，模具變形是一個十分復雜的問題，傳統的設計方法很難滿足精度要求。運用有限元分析，不僅可以模擬模具的受力狀態。更重要的是，在模具設計階段，就可以預估成形件壓制方向尺寸精度，優化模具結構，減少燒結風險，提高產品精度。隨著計算機及有限元理論的不斷發展和完善，基于有限元分析的優化設計方法在粉末冶金成形模具設計中的應用將越來越廣泛，這是一種必然趨勢。
參考文獻
[1]申小平.空氣壓縮機用粉末冶金閥板模具設計及應用[J].粉末冶金工業,1998(03).
[2]杜貴江,趙彥啟,李榮洪.壓縮機閥板精沖復合成形工藝的研究[J].壓力加工,2003(03).
粉末冶金的意義范文4
【關鍵詞】 納米增強 制備方法 優缺點
隨著科技進步，各個領域對于相關材料的性能要求日益提高。納米增強技術是改善材料性能的重要方法之一，其在金屬材料領域尤其應用廣泛。在電子、汽車、船舶、航天和冶金等行業對高性能復合材料需求迫切， 選用最佳制備方法制備出性能更優良的納米材料是當前復合材料發展的迫切要求。
1 納米增強技術概述
納米相增強金屬材料是由納米相分散在金屬單質或合金基體中而形成的。由于納米彌散相具有較大的表面積和強的界面相互作用，納米相增強金屬復合材料在力學、電學、熱學、光學和磁學性能方面不同于一般復合材料，其強度、導電性、導熱性、耐磨性能等方面均有大幅度的提高[1]。
1.1 機械合金化法
機械合金化法（MA）是一種制備納米顆粒增強金屬復合材料的有效方法。通過長時間在高能球磨機中對不同的金屬粉末和納米彌散顆粒進行球磨，粉末經磨球不斷的碰撞、擠壓、焊合，最后使原料達到原子級的緊密結合的狀態，同時將顆粒增強相嵌入金屬顆粒中。由于在球磨過程中引入了大量晶格畸變、位錯、晶界等缺陷， 互擴散加強，激活能降低，復合過程的熱力學和動力學不同于普通的固態過程，能制備出常規條件下難以制備的新型亞穩態復合材料。
1.2 內氧化法
內氧化法（Internal oxidation）是使合金霧化粉末在高溫氧化氣氛中發生內氧化，使增強顆粒轉化為氧化物，之后在高溫氫氣氣氛中將氧化的金屬基體還原出來形成金屬基與增強顆粒的混合體，最后在一定的壓力下燒結成型。因將材料進行內氧化處理，氧化物在增強顆粒處形核、長大，提高增強粒子的體積分數及材料的整體強度，這樣可以提高材料的致密化程度，且可以改善相界面的結合程度，使復合材料的綜合力學性能得到提高。
1.3 大塑性變形法
大塑性變形法（Severe plastic deformation）是一種獨特的納米粒子金屬及金屬合金材料制備工藝。較低的溫度環境中， 大的外部壓力作用下，金屬材料發生嚴重塑性變形， 使材料的晶粒尺寸細化到納米量級。大塑性變形法有兩種方法：等槽角壓法（ECA）和大扭轉塑性變形法（SPTS）。
1.4 粉末冶金法
粉末冶金法（PM）是最早制備金屬基復合材料的方法，技術相對比較成熟。其工藝為：按一定比例將金屬粉末和納米增強顆?；旌途鶆?、壓制成型后進行燒結。
1.5 液態金屬原位生成法
原位反應生成技術[2]（In-situ synthesis）是近年來作為一種突破性的金屬基復合材料合成技術而受到國內外學者的普遍重視。其增強的基本原理是在金屬液體中加入或通入能生成第二相的形核素，在一定溫度下在金屬基體中發生原位反應，形成原位復合材料。
除上述幾種常用的納米增強制備方法外，還有真空混合鑄造法、納米復合鍍法等[3]。
2 納米增強制備工藝優缺點比較
對以上幾種納米增強制備技術在工藝及質量性能方面的優缺點進行分析：
2.1 工藝復雜性及成本和產量方面
機械合金法：制備成本低、產量高、工藝簡單易行，但是能耗高；內氧化法：制備工藝簡單、有利于規模生產，但是生產成本高；大塑性變形法：制備工藝簡單、成本低、不可規模生產；粉末冶金法：制備工藝復雜但成熟、生產成本高、效率低；原位生成法：工藝性差、制備成本高、不適于規模化生產。
2.2 制備材料質量和性能
機械合金法：各項性能良好，硬度提高明顯，能制備常規條件難以制備的亞穩態復合材料，但增強粒子不夠細化，粒徑分布寬，易混入雜質；內氧化法：提高增強粒子的體積分數，改善相界面結合程度，綜合力學性能得到提高，但內部氧化劑難以消除，易造成裂紋、空洞、夾雜等組織缺陷；大塑性變形法：組織晶粒顯著細化，無殘留孔洞和夾雜，粒度可控性好，但粒度不均勻，增強粒子產生范圍?。环勰┮苯鸱ǎ翰牧闲阅芎?，增強相含量可調，增強相分布均勻，組織細密，但材料界面易受污染；原位生成法：材料熱力學穩定，力學性能優良，且界面無雜質污染，但增強顆粒限于特定基體中，增強相顆粒大小、形狀受形核、長大過程影響。
上述分析可以得出，粉末冶金法技術最為成熟，機械合金法工藝最為簡單易行，內氧化法有利于大規模生產，金屬液態原位生成法最具有發展前景。王自東[4]等人應用金屬液態原位生成納米增強技術，使得金屬材料強度大幅度提高的同時，塑性也能大幅度提高，解決了增強同時增韌或增強同時塑性不下降這一世界難題。以錫青銅為例：強度從270Mpa提高至535Mpa，延伸率從12%提高至38%，沖擊韌性從14提高至39。這項技術成果獨立于國外，優于國外，為我國原創。
3 結語
納米增強金屬材料在工程方面具有廣泛應用領域和前景，例如：我國目前建筑用鋼約4億噸，如采用該技術，至少可節約10%的用量，在節約資源，節能減排，提高效率等方面意義重大！其它主要應用領域有：鐵路應用的高鐵輸電電纜、高鐵車軸、軌道、車輛走行部分、車鉤等需要滿足強度要求又需滿足如導電性、韌性、耐疲勞性、減輕結構重量等特殊要求的領域。船舶中大量的銅合金泵、閥和管材，材料大幅增強、增韌后可減少用材10%-20%。軋制低于8μm的銅箔用于柔性印刷電路板的覆銅，減少用銅、減輕重量、降低成本等。武器裝備中裝甲用鋼、艦船殼體鋼、飛機起落架用鋼，以及航空、航天等領域都有著廣泛的應用前景。
我們要繼續開發新型的具有高性能價格比、工藝簡單、適于大規模生產且符合我國工業現狀的納米增強制備技術。
參考文獻：
[1]郝保紅，喻強，等.顆粒增強金屬基復合材料的研究（一）.北京石油化工學院學報，2003.
[2]王慶平，姚明，陳剛.反應生成金屬基復合材料制備方法的研究進展[J].江蘇大學學報，2003.
粉末冶金的意義范文5
關鍵詞：新型金屬材料；成型加工；加工技術創新
1概述
隨著科學技術的發展，新型的金屬材料在現代化工業中得到了全面的推廣與應用，與普通金屬材料相比，新型金屬材料具有更為優異的性能與質量，已經成為很多領域中重要的工程材料，尤其是在能源開發、零部件制作、交通運輸機械輕量化等方面[1]。在采用新型金屬材料作為工程材料時，涉及到很多繁復的成型加工技術與工作，在現代化工業飛速發展的今天，如何不斷發展與完善新型金屬材料的成型加工技術，更好地發揮新型金屬材料的特性，已經成為各領域中材料工程師們的研究重心。
2新型金屬材料及其加工特性
金屬材料是由金屬元素或金屬元素為主所構成的具有金屬特性的材料。金屬材料通常具有較好的延展性。新型金屬材料都屬于合金，其種類較多，性能與質量較普通金屬材料都有很大的突破，目前在市場上廣泛使用的新型金屬材料有高溫合金、形狀記憶合金、非晶態合金等。新型金屬材料的二次成型加工過程通常包括焊接、擠壓、鑄造、超塑成型等等復雜的加工技術。新型金屬材料的加工特性如下[2]：
2.1鑄造性
新型金屬材料都屬于合金，因此其熔點一般比較高，導致金屬材料的流動性較低，收縮性較低，便于新型金屬材料的鍛造與二次成型加工。
2.2鍛壓性
鍛壓性是新型金屬材料的基本特性之一，該特性可以提高新型金屬材料的可塑性，時成型加工的金屬材料能夠具有更高的性能優勢。
2.3焊接性
原始金屬材料通常需要經過焊接后二次成型再進行后續的工程應用，因此新型金屬材料成型加工的基礎特性就是焊接性，其需要有良好的焊接性與高導熱性能，才能在成型加工過程中保證材料不會產生氣孔與裂縫等。
3新型金屬材料成型加工的原則
新型金屬材料通過會在工程施工、機械設備、航空航天等方面廣泛使用，一般具有良好的耐磨性與較高的硬度，以滿足各類工程建設與機械化生產的質量需求。但是新型金屬材料的這一特性也給其在成型加工方面增加了一定程度的困難，例如金屬材料的硬度較高會導致其在普通的鍛造環境下很難發生變形，使得很難將其塑造成一定形狀或尺寸的工業零部件[3]。不同的金屬材料具有不同的特性，市場對金屬材料成型加工后的質量與性能也有不同的要求，因此通常會根據金屬材料不同的特性采取不同的成型加工技術。例如，某些特殊的金屬材料只有通過纖維性增強才能實現其二次成型加工。因此在實際對新型金屬材料進行成型加工時，需要針對材料的特性采取相應的技術手段，切實推進新型金屬材料成型加工工作的開展。新型金屬材料的二次成型加工過程是一個非常復雜且細致的過程，其涉及的技術通常包括焊接、擠壓、鑄造、超塑成型等等復雜的加工技術，在實際的成型加工工作流中，一旦由于操作人員的操作不當而出現即使是小型的失誤，都會給加工的金屬成品帶來無法磨滅的負面影響。例如，在鑄造工藝中，如果沒有對鑄型的尺寸、大小等參數進行詳細周密的把控，會導致成型加工之后的金屬成品不符合零部件要求的質量與規格，不僅會給加工單位帶來極大的成本損耗，還會影響工程的施工進度或機械設備的制造進度，延長施工或制造周期。因此，在對新型金屬材料進行成型加工之前，加工人員需要對金屬材料的物理與化學特性進行透徹的分析與掌握，才能夠具體問題具體分析、因地制宜地針對不同的金屬材料進行成型加工。
4新型金屬材料成型加工技術
4.1粉末冶金技術
粉末冶金技術是以金屬粉末為原料，通過不斷的燒結與塑形，形成金屬材料、新型金屬復合材料等的工業技術。粉末冶金技術是早期使用最為廣泛的新型金屬材料成型加工技術，在增強晶須的功能等方面具有獨特的優勢?，F階段，粉末冶金技術主要應用于制造小尺寸且形狀粗糙、不復雜的精密零部件，其通過不斷地對金屬粉末進行燒結與塑形，可以精密控制并提高金屬材料中的金屬含量，因此在小型零部件制作中擁有廣泛的市場前景[4]。
4.2電切割技術
電切割技術是通過在介電流中插入移動的電極線，然后利用局部的高溫對金屬材料進行幾何形狀切割，這樣的方式也可以充分高效地利用沖洗液體的壓力對零部件與負極之間的間隙進行沖刷，因此較傳統的放電方式具有一定的優勢。在采用電切割法進行新型金屬材料的成型加工時，通常會由于放電效果較差等原因導新型金屬符合材料的切割速度變慢，從而產生切割的切口不光滑等問題。
4.3鑄造成型技術
鑄造成型技術是將液態的金屬澆注到與零件尺寸、形狀相匹配的鑄型中，待液態的金屬冷卻凝固之后，將固態的金屬材料取出，即可獲得與鑄型形狀一致的毛坯或零件。在鑄造成型技術的應用過程中，鑄型的有效性檢驗是非常重要的環節，其形狀、尺寸等質量的把控直接關系到零部件的質量與性能。
4.4焊接技術
原始金屬材料通常需要經過焊接后二次成型再進行后續的工程應用，焊接技術是在高溫或者高壓的環境下，采用焊接材料，例如焊條或者焊絲，將多個待焊接的金屬材料連接成一個整體技術，該技術被廣泛應用于航天航空、機械制造等領域。需要注意的是，在新型金屬材料的焊接過程中，在金屬與增強物二者之間常常會發生化學反應，會影響焊接的速度，在遇到這一問題時，通?？梢詫饘倩蛘咴鰪娢镞M行軸對稱旋轉，然后將焊接接頭置于高溫下，使其達到熔化狀態[5]。
4.5模鍛塑型技術
對于一些硬性較大的新型金屬材料，一般的鍛造環境無法使其加工塑形，以鈦合金、鎂合金等為例，這些金屬材料由于鍛造溫度范圍窄，可塑性較差，因此在變形時會產生極大的抗力，很難將其塑造成一定形狀或尺寸的工業零部件，為了解決這一問題，模鍛塑型技術應運而生。模鍛塑型技術包含超速成型、模鍛與擠壓等方法，在對金屬材料進行擠壓時需要保持甚至提高鍛造環境的溫度，以提高金屬材料的可塑性，同時需要在模具的表面涂上劑，降低模具表面的摩擦力，從而進一步降低模鍛塑型的難度。通過模鍛塑型技術進行金屬材料的成型加工，可以使得生產出來的零部件具有較高的質量與性能，其組織也更為嚴密，已經成為金屬材料成型加工中使用最為普遍的技術手段。
5結束語
與普通金屬材料相比，新型金屬材料具有更高的鑄造性、高鑄壓性、良好的焊接性與高導熱性等性能優勢，已經成為很多領域中非常重要的工程材料。本文對現有的金屬材料成型加工技術進行了詳細的闡述，如粉末冶金技術、電切割技術、模鍛塑型技術等，并對這些技術中的問題與關鍵技術點進行分析，對發展與完善新型金屬材料的成型加工技術具有重要的促進作用。
參考文獻
[1]李蘭軍.淺談新型金屬材料成型加工技術[J].科技視界，2015（15）：286+291.
[2]張利民.新型金屬材料成型加工技術研究[J].科技資訊，2012（16）：113-114.
[3]薛宇.新型金屬材料成型加工技術分析[J].才智，2012（27）：37.
[4]高寶寶，解念鎖.金屬材料環境友好成型加工技術研究[J].科技創新與應用，2016（10）：43.
粉末冶金的意義范文6
（1．太原理工大學輕紡工程學院，山西太原030600；
2．太原理工大學機械工程學院，山西太原030024）
【摘要】因進口新型紡織機械上出現多種磁滯張力控制器件，為解決國產化過程中遇到的許多問題，結合前期實踐，在綜述現代磁學理論相關知識點基礎上，探討磁滯轉化能的物理本質。磁滯卷繞張力器屬于被動磁能耗磁力機械，其磁滯環在永磁場將機械能轉化成熱能是形成阻尼張力的物理基礎。通過實踐證明選矯頑力大、易制成形的粘結永磁Nd－Fe－B做永磁環可提供足夠磁場；選加工易磁能積大的粉末冶金Fe－Cr－Co做磁滯環比較合理。
關鍵詞 磁滯張力器；粘結Nd－Fe－B；粉末冶金Fe－Cr－Co；磁滯機理
Doi:10.3969/j.issn.2095-0101.2015.04.009
中圖分類號：TS103．1文獻標識碼：A文章編號：2095-0101（2015）04-0028-05
1永磁磁滯阻尼卷繞張力器選題背景和意義
近幾年，在進口高檔紡織機械中出現多種新型磁滯卷繞張力器。這類永磁磁滯阻尼機械具有結構簡單、易于單獨控制、節能環保和運行平穩等優點，在紡織工程、金屬和非金屬線纜制造等領域應用前景廣闊［1］。但其基礎研究尚不成熟，客觀上增加了設計制造的難度，總體上也導致目前此類器件在性價比上并無明顯優勢。究其原因，許多廠家在盲目試制過程中出現磁性材料選材不當、價格高、工藝不成熟、成品率低、受控張力松勁波動性大、性能一致性差或標定困難、產品壽命不長及預期又不可修復等情況，導致產品全壽命周期的功能價格比倒掛，使得這類貌似簡單適用的張力控制器件難以在張力控制很多工序批量使用。
現結合開發磁滯卷繞張力器［2］過程所遇知識點，綜合國內外磁滯阻尼器件有關理論、應用研究成果，以已研發的特種磁滯卷繞張力器［3］選材試制過程所遇到的一系列問題為主線，論述磁性材料在其中相互作用機理，并就工程問題提出相應建議和解決辦法［4］。
2永磁磁滯阻尼卷繞張力器的磁性器件屬性［5~7］
磁力機械都是以磁場為媒介將能量進行轉換。從動力輸入方式分類，可以分為兩類，第一類是磁力驅動機械，主動力來源是永磁能，再轉換成機械能［8］，例如永磁電機等；另一類是磁滯阻尼從動機械，主動力來源是外部機械能，經磁能轉換成熱能，例如永磁剎車制動器和永磁磁滯阻尼卷繞張力器?，F研究的是專屬此類被動消耗機械能，將卷繞主動力矩通過磁能轉換熱能生成阻力矩（卷繞張力矩）的磁力機械。這兩類在結構上有很多共同點，區別在于，前者定子繞組、轉子磁件都充磁，后者定子磁環轉子磁環只有一個充磁，另一環隨動感應生磁；因此，磁耦合機理不同。為此建立涉及磁性材料學、機械學等多學科的磁滯阻尼器件基礎理論，系統研究磁滯阻尼機械的設計理論和方法，對磁滯阻尼機械的應用與發展是很有必要的。
3永磁磁滯阻尼卷繞張力器典型結構
永磁磁滯阻尼張力器典型結構組成簡圖如圖1所示。
磁滯阻尼張力器器結構組成有轉軸1、軸承2、端蓋3、卷繞張力輪4、外轉子永磁環5、內定子磁滯環6（或磁滯環5、永磁環6）、調節盤7、多頭調節螺桿軸8、支架9和緊定螺釘10。永磁環磁N/S極對相間圓周排布及隨動內轉子磁滯環如圖2所示。
4永磁環材料選擇主要參數及其原則問題［9~10］
磁滯環、永磁環作為耗能磁性器件的核心元件，永磁環利用磁性材料的內稟性質如飽和磁化強度、居里溫度和磁各向同性等影響外磁場，磁滯環磁性材料的阻尼特性如磁導率、矯頑力、剩磁、矩形比和磁能損耗等是此類器件應用的基本條件。
磁性材料品種繁多、技術更新很快［11］，而磁性材料一般選擇原則：能保證永磁環和磁滯環之間氣隙磁場強度足夠強大；滿足工作環境條件溫度時保證必要的磁穩定性、耐蝕性和良好的制備工藝性；可滿足制造幾何精度；全壽命周期經濟性合理性。
4．1粘結Nd－Fe－B材料特點分析
根據上述原則，在國內現有條件下，考慮器件形狀尺寸及制備工藝，永磁環材料建議選擇粘結Nd－Fe－B［12］，圖3為永磁環實物粘結Nd－Fe－B微觀形貌圖。粘結釹鐵硼永磁材料是近幾年發展出來的新產品。習慣上將粘結釹鐵硼永磁分為3個類型，I型為模壓成型的環氧樹脂粘結各向同性磁體；Ⅱ型為熱壓的各向同性磁體；Ⅲ型為熱變形的各向異性磁體。其特點如下［13］：容易制成形狀復雜的磁體或薄壁環狀磁體，還能嵌入其他零件一起成形；尺寸精度高，不需二次加工；磁性能分散性小，適于大批量生產；機械強度高；易于實現多極充磁；材料利用率高，廢品等經退磁就能簡單地再生使用；對于多極轉子或多極定子，可以簡化磁力機制造工藝［14］。磁滯卷繞張力器工作在常溫下，居里溫度高的Nd－Fe－B牌號，可致磁性更穩定。
4．2永磁環矯頑力機理
磁場相對轉動時，只要磁滯環反向激磁的磁場小于永磁環矯頑力，就不會發生明顯的退磁現象，見圖4所示的I型粘結Nd－Fe－B磁化曲線及退磁曲線圖。
退磁曲線的兩個極限位置是表征永磁材料磁性能的剩磁密度和矯頑力。張力器運轉過程中，為避免發生退磁現象，永磁環選用高矯頑力的Nd－Fe－B材料。研究表明，矯頑力由均勻疇璧釘扎機理決定的磁體，疇璧被釘扎在缺陷或晶粒邊界處，因此疇璧的移動比較困難，初始磁導率很低，當磁化場達到一個與矯頑力相當的臨界值時，剩磁和矯頑力急劇上升，而且矯頑力的上升比剩磁的上升快［15］。
4．3永磁環制作主要技術要點
4．3．1粘結釹鐵硼永磁材料制備工藝
粘結釹鐵硼永磁材料化學成分如圖5所示。可用粘結劑，在160℃下穩壓成形制備Nd－Fe－B磁體零件，溫度再高磁性能會隨著固化溫度升高而降低。雖然尼龍粘結Nd－Fe－B磁體的剩磁和磁能積比環氧樹脂和酚醛樹脂兩種粘結磁體低，但其粘結磁體的內稟矯頑力比其另外兩種粘結劑制備的磁體高［17］。作為永磁環粘結磁體零件的力學性能可以滿足要求，但表面必須噴粉烤漆作防氧化處理。
4．3．2永磁環充磁方法
永磁環被作為磁能源的永磁體，經過徑向充磁，使磁體內部的磁疇由混亂排列轉變為朝單一特定方向的排列，從而對外顯示出其強磁性。對于永磁環徑向輻射狀充磁，得出以下規律性要點［18~19］：在線圈總匝數相同時，盡量在較小電壓、電流的情況下使磁體達到飽和充磁；增加磁軛可減小所充磁體磁性能峰值大小，但采用純鐵磁軛可增加峰值寬度，更好地滿足磁阻尼力偶矩形波的要求；在永磁體對面添加純鐵磁軛可以增加磁力線的穿透率，減少在內部形成回路的磁力線個數。徑向輻射充磁磁力線圖如圖6所示。
5磁滯環選Fe－Cr－Co阻尼材料特點
推薦用作磁滯轉子的永磁合金材料是Fe－Cr系阻尼合金。這類合金的應用研究始于20世紀80年代的美國［16］。除磁阻尼特性優良外，首先其具有一般金屬材料的力學性能，且是矯頑力在10~250Oe之間的磁性材料。鐵鉻鈷系永磁合金，以鐵、鉻、鈷元素為主要成分，燒結Fe－Cr－Co化學成分能譜圖如圖7所示。相對其它永磁材料，其顯著特點是加工性能好，可進行冷熱塑性變形和切削加工，且可通過塑性變形和熱處理改善磁性能。抗氧化性能優異，無需表面處理。
5．2磁滯環選Fe－Cr－Co材料磁性特點分析
磁滯環利用這類材料是應用其全部磁滯回線，需要有適當高的矯頑力和高滯磁比，既保持其穩定工作狀態又能磁化和反磁化［20］，其轉矩與磁滯損失Eh成正比。整體磁滯環轉子特別推薦低Co低價的2J21，2J23，在中高磁場下具有良好的磁滯特性；小微型磁滯轉子零件可用2J83，2J84，2J85鐵鉻鈷變形永磁合金，加工性能優越［21］。
5．3磁滯環制作主要技術要點
磁滯環制作建議由Fe－Cr－Co金屬粉末顆粒，采用粉末冶金技術制造，粉末冶金Fe－Cr－Co微觀形貌圖如圖8所示［22］。一步壓制成簿壁環形的或碗形零件，具有良好的各向同性磁性能。對于大批量生產，這種材料在壓制過程不僅簡單而且沒有邊角料浪費，所以成本將大幅減少。磁滯合金Fe－Cr－Co熱處理爐內溫度調控在400～650℃范圍內，控制精度應達到±2℃，否則導致磁性能不一致，使卷繞張力器張力大小個體間相差不一致，會批量報廢。
5．4磁滯環渦流損耗分析［23］
由于卷繞張力器工作轉速不高，磁滯環處在低頻動態磁場中，磁滯損耗是相對渦流損耗更主要的損耗形式［24］。磁滯環在交變磁場作用下產生的渦流，它受磁場分布及溫升影響大。卷繞阻尼張力器工作時，氣隙磁場的磁通密度是非線性的，且各處的磁通密度不同，而磁滯環損耗又與磁通密度幅值呈非線性關系［25］，對于此類損耗的計算是比較困難的。磁滯張力器中的損耗由交變和旋轉磁通產生。所以張力器設計時可忽略渦流效應和磁后效應等的影響。
6磁滯力耦作用機理分析
磁滯是磁性材料受外磁場作用在磁不平衡狀態下的現象。據微磁學理論［26］，磁滯環的磁性主要來自于電子軌道角動量矩與電子自旋角動量矩相結合的磁矩。在永磁環產生的氣隙磁場的作用下，相當于產生了感應電流。依照楞次定律，磁滯環感應的磁場與永磁環作用的磁場方向相反，即磁滯環在外磁場的作用下電子軌道動量矩的微小改變，隨動所產生的軌道磁矩和永磁環外磁場的方向相反。
6．1磁滯環磁能損耗做功
在機械外力作用下磁滯環與永磁環相對轉動，即利用原動機來拉動轉子旋轉，通過內外永磁體磁場之間的磁滯耦合作用，使磁滯環在交變磁場中會被磁化而儲能，材料從交變磁場中吸收并以熱的形式磁能損耗做功［27］［28］。微觀磁疇發生的移動和轉動或按最低總能量原則重新排列，在此過程中克服磁疇壁之間的摩擦產生熱量而消耗掉，這就是磁滯損耗［29］。在高的磁通密度下可能導致高的磁滯損耗，原因是在高磁通密度下有更多的疇壁發生位移，阻礙疇壁的位移就可能產生高的磁滯損耗［30］。磁滯是不可逆的熱效應。
7結語
研發的特種磁滯卷繞張力器在選材及試制有下列特點。
7．1磁滯卷繞張力器屬于被動磁能耗磁力機械。
7．2選粘結永磁Nd－Fe－B可提供足夠磁場，矯頑力大，易制成形，表面需防氧化。
7．3磁滯阻尼材料選粉末冶金Fe－Cr－Co磁能積大，加工易，成本低，熱處理須嚴格控溫。
7．4磁滯環在永磁場將機械能轉化成熱能是形成阻尼張力的物理基礎。
參考文獻
［1］石鋼，呂明．論紡織工程張力控制技術發展路線圖［J］．紡織導報，2011，（5）：105－108．
［2］石鋼，李海濱．永磁式磁滯紗線張力器的研究與開發［J］．廣西紡織科技，2009，（4）：12－14．
［3］李海燕，石鋼．一種永磁直捻機內紗張力器［P］．中國專利：ZL201120107355．2，2012－04－07．
［4］石鋼，梁國星，樊虎榮．一種用于非線性力矩表盤上不等間隔刻度標定的裝置［P］．中國專利：ZL201110142974．X，2012－07－11．
［5］趙克中．磁力驅動技術與設備［M］．北京：化學工業出版社，2003．
［6］星云儀表廠．磁滯電動機理論與設計［M］．北京：國防工業出版社，1977．
［7］唐任遠等．現代永磁電機理論與設計［M］．北京：機械工業出版社，1997．
［8］ZHAOKezhong．TechnologyandEquipmentofMagneticForceDriving［M］．Beijing：ChemistryIndustryPress，2003．
［9］黃永杰，李世坤，蘭中文．磁性材料［M］．北京：電子工業出版社，1994．
［10］高義紅，任德民，焦澤德．永磁磁滯同步電機運行特性分析［J］．中國電機工程學報，1999，（10）．
［11］HADJIPANAYISGeorgec．，LIUJin－fang．CurrentStatusofRare－EarthPermanentMagnetResearchinUSA［R］．Proceedingsof19thInternationalWorkshoponRareEarthPermanentMagnets＆TheirApplications．
［12］LIUWei，JIANGJianhua，CAOLijun．MagneticForceMicroscopeandItsApplicationsinNd－Fe－BPermanentMagnet［J］．JOURNALOFSHANGHAIJIAOTONGUNIVERSITY，2003，（2）：241－244．
［13］朱中平，薛劍峰．中外磁性材料實用手冊［M］．北京：中國物資出版社，2004．
［14］DavidJ．Sellmyer，YiLiu，D．Shindo．HandbookofAdvancedMagneticMaterials［M］．北京：清華大學出版社，2005．
［15］HUANGYongjie，LIShi－kun，LANZhongwen．MagneticMaterial［M］．Beijing：ElectronIndustryPress，1994．
［16］劉薇等．磁力顯微鏡在Nd－Fe－B硬磁材料上的應用［J］．上海交通大學學報，2003，（2）：241－244．
［17］張修海．粘結Nd－Fe－B永磁體制備工藝及其性能研究［D］．武漢：華中科技大學，2008．
［18］孫微．有限元模擬NdFeB永磁環脈沖充磁的研究［D］．杭州：浙江工業大學，2007．
［19］J．M．D．Coey．Topicalreview：Permanentmagnetapplications［J］．JournalofMagnetismandMagneticMaterials2002，248：441–456．
［20］齊鳳春．永磁材料的磁穩定性［J］．磁性材料裝置，1998，（5）：26－30．
［21］朱中平，薛劍峰．中外磁性材料實用手冊［M］．北京：中國物資出版社，2004．
［22］宋紅章，曾華榮，李國榮．磁疇的觀察方法［J］．材料導報：2010，（9）：106－111．
［23］R．L．Stoll．TheAnalysisofEddyCurrents．Oxford［M］．England：ClarendonPress，1974．
［24］D．Pulino－Sagradi，M．Sagradi．DampingCapacityofFe－Cr－XHing－DanoubgAlloysandItsdependenceonMagneticDomainStructure［J］．SeriptaMaterialia，1998，（2）：131－138．
［25］NorioTakahashi．ToshiomiSakura．ZhiguangCheng．NonlinearAnalysisofEddyCurrentandHysteresisLossesof3－DStrayFieldLossModel（Problem21）［J］．IEEETRANSACTIONSONMAGNETICS，2001，（9）：3672－3675．
［26］S．Blundell．MagnetisminCondensedMatter［M］．北京：科學出版社，2009．
［27］李鳳輝，王群，郭紅霞．Sendust軟磁合金材料磁損耗研究及器件的制備［J］．功能材料與器件學報，2009，（12）：591－594．
［28］E．Ferrara，C．DeLuigi．Energyloosvs．magnetizingfrequencyinfield－annealednonocrystallinealloys［J］．MagnetismandMagneticMaterials，2000，（1）：466－468．
［29］G．Bertotti．Connectionbetweenmicrostructureandmagneticpropertiesofsoftmagneticmaterials［J］．JournalofMagnetismandmagneticMaterials2008，（320）：2436－2442．
［30］X．F．Hu，X．Y．Li，B．Zhhang．MagneticdomainstructureanddampingcapacityofFe－13Cr－2．5Moalloy［J］．MaterialScienceandEngineering，2010，171：40－44．
