1、1 五、粉末冶金材料和制品五、粉末冶金材料和制品1. 金属粉末的直接应用金属粉末的直接应用1.1食品添加用粉末食品添加用粉末 用作食品的添加元素铁粉可以采用还原铁粉、电解铁粉和羰基铁用作食品的添加元素铁粉可以采用还原铁粉、电解铁粉和羰基铁粉。在美国用于食品的元素铁粉每年达粉。在美国用于食品的元素铁粉每年达450t。1.2颜料、油墨和复印用粉末颜料、油墨和复印用粉末 片状金属颜料的生产起源于生产金箔的方法，现今金属颜料都用片状金属颜料的生产起源于生产金箔的方法，现今金属颜料都用机械法生产。片状不锈钢粉末颜料可应用于受强腐蚀气氛作用的涂层，机械法生产。片状不锈钢粉末颜料可应用于受强腐蚀气氛作用的涂
2、层，以改善外观。铝粉颜料和金色青铜粉都可作为印刷用的油墨颜料。复以改善外观。铝粉颜料和金色青铜粉都可作为印刷用的油墨颜料。复印机采用球形铁氧体粉末是载体颗粒工艺领域中的一项重要进展。印机采用球形铁氧体粉末是载体颗粒工艺领域中的一项重要进展。1.3燃料、烟火和炸药用金属粉末燃料、烟火和炸药用金属粉末 金属粉末可用作为固体推进器的燃料、烟火以及炸药等，应用最金属粉末可用作为固体推进器的燃料、烟火以及炸药等，应用最广的是铝粉，在烟火中还使用镁、锆、钛、钨、锰、铍和铈等粉末。广的是铝粉，在烟火中还使用镁、锆、钛、钨、锰、铍和铈等粉末。21.4磁性粉末探伤磁性粉末探伤 磁性粉末探伤是一种无损检测方法，此
3、法能显示位于金磁性粉末探伤是一种无损检测方法，此法能显示位于金属表面或表面附近的缺陷。材料或零件被磁化时，通常在横属表面或表面附近的缺陷。材料或零件被磁化时，通常在横过磁场方向的方向，磁场的不连续性会使零件表面与其上部过磁场方向的方向，磁场的不连续性会使零件表面与其上部形成一漏磁场。用撒在表面的细的铁磁性粉末便可显示出这形成一漏磁场。用撒在表面的细的铁磁性粉末便可显示出这种漏磁场，从而可以显示出缺陷。图种漏磁场，从而可以显示出缺陷。图5-1是磁性粉末探伤的是磁性粉末探伤的典型应用示意图。典型应用示意图。 图图5-1 用磁粉显示断裂处的空气间隙用磁粉显示断裂处的空气间隙 五、粉末冶金材料和制品五
4、、粉末冶金材料和制品31.5焊药、表面涂层用粉末焊药、表面涂层用粉末 金属粉末可以用作焊条、焊剂中的合金材料成金属粉末可以用作焊条、焊剂中的合金材料成分，用作表面硬化的涂层材料，还可以在钎焊中作分，用作表面硬化的涂层材料，还可以在钎焊中作为填充金属。选择焊条药皮用的金属粉末，一般都为填充金属。选择焊条药皮用的金属粉末，一般都采用还原铁粉和水雾化铁粉。用作表面硬化的粉末采用还原铁粉和水雾化铁粉。用作表面硬化的粉末要有一定的粒度要求，图要有一定的粒度要求，图5-2是各种表面硬化方法是各种表面硬化方法所用粉末的粒度范围。所用粉末的粒度范围。 表面硬化粉末的化学组成对沉积金属表面硬化粉末的化学组成对沉
5、积金属 的性能影响很大。的性能影响很大。 在钎焊技术中，广泛应用金属粉末在钎焊技术中，广泛应用金属粉末 作为填充金属。作为填充金属。1.6粉末的其它应用粉末的其它应用 图图5-2 各种表面硬化方法所用粉末的粒度范各种表面硬化方法所用粉末的粒度范围围 五、粉末冶金材料和制品五、粉末冶金材料和制品42.高性能粉末冶金材料2.1 概述孔隙、成分、组织偏析定义：采用传统的或特殊的粉末冶金方法所制备的性能更高的粉末冶金材料。高性能：物理性能：光、电、磁、热、辐射 等化学性能：耐腐蚀性等力学性能：强度、韧性等 五、粉末冶金材料和制品五、粉末冶金材料和制品5使用粉末冶金材料的理由F 结构材料：主要考虑其力学
6、性能F 功能材料：力学性能以外的性能减少偏析成分偏析：材料不同的部位元素的比例不同组织偏析：材料不同的部位微观结构不同细化晶粒直接成形，减少机加工 五、粉末冶金材料和制品五、粉末冶金材料和制品6达成手段有效地消除残留在材料内的一切形式的孔隙。全致密化（结构材料：力学性能）热压热等静压热锻热挤压粉末轧制粉末高温合金粉末高速钢粉末不锈钢粉末钛合金 五、粉末冶金材料和制品五、粉末冶金材料和制品7达成手段提高密度、调整最佳组织（功能材料：物理性能）以磁性材料为例粉末颗粒的大小（与一个磁畴相当）颗粒的形状，容易取向成分的调整 五、粉末冶金材料和制品五、粉末冶金材料和制品8全致密化技术全致密化技术：热压、
7、热等静压、热挤压、粉末热煅近终成形:优点：材料与能量的合理利用 成分设计的灵活性 微观组织的完整性 五、粉末冶金材料和制品五、粉末冶金材料和制品9粉末冶金结构零件(粉末冶金机械零件和高温结构材料)粉末冶金减摩零件粉末冶金摩擦零件 五、粉末冶金材料和制品五、粉末冶金材料和制品10类别材料及制品名称烧结结构零件烧结铁基材料:烧结铁,碳钢,合金钢,不锈钢烧结铜基材料:烧结青铜,黄铜,Cu-Ni合金,弥散强化烧结铝基材料:烧结铝合金,弥散强化铝烧结镍基材料:烧结钛基材料:烧结减摩零件多孔轴承:铁基,铜基,铝基,不锈钢基固体自润滑材料:铁基,铜基,银基,双金属烧结摩擦零件铜基摩擦零件:铁基摩擦零件:碳-
8、碳复合材料:陶瓷基复合摩擦材料; 五、粉末冶金材料和制品五、粉末冶金材料和制品112.2 粉末冶金机械零件粉末冶金机械零件2.2.1烧结铁基机械零件烧结铁基机械零件 烧结铁基机械零件主要用作为中等以上负荷的零部件。与烧结铁基机械零件主要用作为中等以上负荷的零部件。与铁基含油承轴相比，烧结铁基机械零件具有高的密度（孔隙度铁基含油承轴相比，烧结铁基机械零件具有高的密度（孔隙度低于低于10或密度高于或密度高于7.07.6g/cm）、高的强度（抗拉强度）、高的强度（抗拉强度在在3501100MPa），并能保证一定的尺寸精度。烧结铁基机），并能保证一定的尺寸精度。烧结铁基机械零件械零件按强度可分为四类（
9、按强度可分为四类（表表5-2）。）。 五、粉末冶金材料和制品五、粉末冶金材料和制品表5-2 铁基结构材料分类表12 五、粉末冶金材料和制品五、粉末冶金材料和制品13 五、粉末冶金材料和制品五、粉末冶金材料和制品14 五、粉末冶金材料和制品五、粉末冶金材料和制品15 五、粉末冶金材料和制品五、粉末冶金材料和制品16生产工艺路线为: 五、粉末冶金材料和制品五、粉末冶金材料和制品171). 孔隙对性能的影响承受载荷面积的减少结构缺陷与应力集中硬度与强度大体随密度而线性增大韧性在接近理论密度时急剧增加 五、粉末冶金材料和制品五、粉末冶金材料和制品18 五、粉末冶金材料和制品五、粉末冶金材料和制品19复
10、压复烧:二次压制与烧结.熔浸:低熔点组元熔化后浸入到骨架中.粉末冶金热锻:热等静压: 五、粉末冶金材料和制品五、粉末冶金材料和制品20还原铁粉复压复烧后的密度与性能复压压力（MPa）复压密度 （g/cm3）抗拉强度 （MPa）延伸率 （%）2004006008006.36.87.17.315720124526016.016.521.025.5 五、粉末冶金材料和制品五、粉末冶金材料和制品21浸铜烧结铁-石墨材料的性能化学成分化学成分 （%）密度密度 （g/cm3）抗拉强抗拉强度度 （MPa）延伸率延伸率 （%）硬度硬度（HB）孔隙度孔隙度（%）FeCuC余余1500.250.50.751.08
11、.027.947.897.907.6946859364471372085444747887909323 五、粉末冶金材料和制品五、粉末冶金材料和制品22金属学原理与普通钢一致金属学原理与普通钢一致合金元素选用上的差别合金元素选用上的差别孔隙度对合金元素的强化效果有直接影响孔隙度对合金元素的强化效果有直接影响,密度小密度小于于6.5g/cm3时效果不好时效果不好强化效果好的元素强化效果好的元素Cr,Mn易于氧化易于氧化,合金形式合金形式Cu,P在烧结钢中有强化作用在烧结钢中有强化作用 五、粉末冶金材料和制品五、粉末冶金材料和制品23原理,工艺与普通钢基本相同孔隙度超过10%的制品不能盐浴加热孔隙
12、使材料的导热性变差防止内部的渗碳与氮化需保护气体,防止表面氧化与脱碳淬火介质一般采用油 五、粉末冶金材料和制品五、粉末冶金材料和制品24Fe-C 体系含碳量的控制游离石墨的防止组织性能还与烧结后的冷却速度有关 五、粉末冶金材料和制品五、粉末冶金材料和制品25由铁粉与石墨粉的混合粉成形的压坯，在烧结时，石墨中的碳扩散到铁由铁粉与石墨粉的混合粉成形的压坯，在烧结时，石墨中的碳扩散到铁中，形成奥氏体（碳在高温形态铁中的固溶体）压坯烧结后冷却到室温中，形成奥氏体（碳在高温形态铁中的固溶体）压坯烧结后冷却到室温时，奥氏体发生相变，化合碳含量为时，奥氏体发生相变，化合碳含量为0.80时，形成珠光体（铁素体
13、与时，形成珠光体（铁素体与渗碳体的共晶混合物）；化合碳含量低于渗碳体的共晶混合物）；化合碳含量低于0.80(即亚共析钢即亚共析钢)时，形成铁时，形成铁素体与珠光体的混合物；化合碳含量高于素体与珠光体的混合物；化合碳含量高于0.80(即过共析钢即过共析钢)时，形成珠时，形成珠光体与渗碳体的混合物。烧结碳素钢的金相组织和常规的共析钢、亚共光体与渗碳体的混合物。烧结碳素钢的金相组织和常规的共析钢、亚共析钢及过共析钢是一致的。普碳钢的强度因含碳量增加而增高。碳钢的析钢及过共析钢是一致的。普碳钢的强度因含碳量增加而增高。碳钢的抗拉强度一直增高到共析组成，当含碳量更高时，抗拉强度大体上处于抗拉强度一直增高
14、到共析组成，当含碳量更高时，抗拉强度大体上处于恒定状态。恒定状态。由铁粉与石墨粉的混合粉制成的结构零件，其材料的强度同样随着含碳由铁粉与石墨粉的混合粉制成的结构零件，其材料的强度同样随着含碳量增加而增高。在化合碳含量达到共晶点之前，强度随着化合碳含丛增量增加而增高。在化合碳含量达到共晶点之前，强度随着化合碳含丛增加而增高；化合碳含量超过共晶点之后，由于连续的、脆性的渗碳体网加而增高；化合碳含量超过共晶点之后，由于连续的、脆性的渗碳体网络出现，烧结碳钢的横向断裂强度减低。络出现，烧结碳钢的横向断裂强度减低。 五、粉末冶金材料和制品五、粉末冶金材料和制品26 五、粉末冶金材料和制品五、粉末冶金材料
15、和制品27烧结铜烧结铜:10%以内以内熔浸铜熔浸铜:1525%较佳配比为较佳配比为C,1.5%;Cu,8%时效作用比较明显时效作用比较明显对尺寸变化有很大影响对尺寸变化有很大影响Mo的主要作用是固溶强化的主要作用是固溶强化,细化径粒细化径粒Mo的扩散慢的扩散慢,一般采用合金粉一般采用合金粉 五、粉末冶金材料和制品五、粉末冶金材料和制品28在粉末冶金铁基结构零件生产中的一种常用合金元素是铜。在常在粉末冶金铁基结构零件生产中的一种常用合金元素是铜。在常用的烧结条件下，虽然可能有些铜末熔化，但在烧结温度用的烧结条件下，虽然可能有些铜末熔化，但在烧结温度10951120时，时，7.59的铜可溶于奥氏体
16、铁中，由铁粉与铜粉的的铜可溶于奥氏体铁中，由铁粉与铜粉的混合粉压制成形的压坯烧结后冷却到室温时，在烧结温度下以混合粉压制成形的压坯烧结后冷却到室温时，在烧结温度下以液相存在的铜将凝固，同时将铁粉颗粒铜焊在一起。在室温下，液相存在的铜将凝固，同时将铁粉颗粒铜焊在一起。在室温下，铜在纯铁体中的平衡溶解度不大于铜在纯铁体中的平衡溶解度不大于0.1，因此溶解于固溶体铁中，因此溶解于固溶体铁中的铜将沉淀出来。粉末冶金的铜将沉淀出来。粉末冶金Cu-Fe合金零件材料的强度与硬度，就合金零件材料的强度与硬度，就是由于是由于铜的铜焊与时效硬化铜的铜焊与时效硬化作用而大大高于烧结纯铁材料。作用而大大高于烧结纯铁材
17、料。 五、粉末冶金材料和制品五、粉末冶金材料和制品29用铜熔渗烧结钢结构零件，可改进结构零件的密度均一性，提高结构零用铜熔渗烧结钢结构零件，可改进结构零件的密度均一性，提高结构零件材料的抗拉强度、硬度、韧性、疲劳强度及冲击性能。烧结铁结构零件材料的抗拉强度、硬度、韧性、疲劳强度及冲击性能。烧结铁结构零件，其各个截面的密度不同熔渗铜可使各截面的密度趋于均一。件，其各个截面的密度不同熔渗铜可使各截面的密度趋于均一。也可以仅对结构零件的某一部分熔渗铜，将铜粉，铜粉压坯或铜线段置也可以仅对结构零件的某一部分熔渗铜，将铜粉，铜粉压坯或铜线段置于结构零件压坯的熔渗部位，在烧结时铜熔化后借毛细作用灌入相应部
18、于结构零件压坯的熔渗部位，在烧结时铜熔化后借毛细作用灌入相应部位，例如，用铜熔渗烧结钢齿轮的齿，称为局部熔渗。用局部熔渗可控位，例如，用铜熔渗烧结钢齿轮的齿，称为局部熔渗。用局部熔渗可控制熔渗铜结构零件的密度与力学性能的变化。通过熔渗铜还能将几个零制熔渗铜结构零件的密度与力学性能的变化。通过熔渗铜还能将几个零件组合成一个形状复杂的结构零件，例如汽车分动器中的行星齿轮托架。件组合成一个形状复杂的结构零件，例如汽车分动器中的行星齿轮托架。将一结构零件分成几部分分别压制成形，将各部分的压坯组装后同时进将一结构零件分成几部分分别压制成形，将各部分的压坯组装后同时进行烧结与熔渗铜，通过铜焊将各部分压坯连
19、接成一体，形成一形状复杂行烧结与熔渗铜，通过铜焊将各部分压坯连接成一体，形成一形状复杂的结构零件。的结构零件。熔渗铜时，被熔渗的零件压坯的尺寸可能发生变化，通常量胀大，这些熔渗铜时，被熔渗的零件压坯的尺寸可能发生变化，通常量胀大，这些尺寸变化可能不均一，较难控制。尺寸变化可能不均一，较难控制。 五、粉末冶金材料和制品五、粉末冶金材料和制品30Ni:稳定奥氏体,固溶强化降低各元素的扩散速度,提高淬透性需要选用细的Ni粉随Ni含量增加,强度增加 五、粉末冶金材料和制品五、粉末冶金材料和制品31通常也用铁粉、镍粉及石墨粉的混合粉生产铁基粉末冶金结通常也用铁粉、镍粉及石墨粉的混合粉生产铁基粉末冶金结构
20、零件。由铁粉与镍粉的混合粉末压制成形的压坯，烧结时镍构零件。由铁粉与镍粉的混合粉末压制成形的压坯，烧结时镍将扩散到铁中形成固熔体。添加镍粉的颗粒大小与烧结温度决将扩散到铁中形成固熔体。添加镍粉的颗粒大小与烧结温度决定固溶体的均一性，从而影响到对固溶体的强化作用大小。细定固溶体的均一性，从而影响到对固溶体的强化作用大小。细镍粉镍粉(如羰基镍粉如羰基镍粉)和高温烧结和高温烧结(1315烧结烧结)可使固溶体较快可使固溶体较快地均一化：地均一化：较难评估镍粉与石墨粉对烧结镍钢力学性能的综合影响。烧结较难评估镍粉与石墨粉对烧结镍钢力学性能的综合影响。烧结时，镍可能扩散不充分，残留有富镍奥氏体，从烧结温度
21、冷却时，镍可能扩散不充分，残留有富镍奥氏体，从烧结温度冷却时，这些富镍区可能溶解足够数量的碳形成马氏体，因此由铁时，这些富镍区可能溶解足够数量的碳形成马氏体，因此由铁粉、镍粉及石墨粉的混合粉压制粉、镍粉及石墨粉的混合粉压制-烧结生产的烧结镍钢零件，微烧结生产的烧结镍钢零件，微观组织非常复杂。观组织非常复杂。 五、粉末冶金材料和制品五、粉末冶金材料和制品32Fe-Mn-C系系固溶强化固溶强化,提高淬透性提高淬透性资源丰富资源丰富,价格低价格低易于氧化易于氧化Fe-Cr-C系系改善力学性能改善力学性能抗氧化性抗氧化性,耐腐蚀性耐腐蚀性以合金粉的形式加入以合金粉的形式加入 五、粉末冶金材料和制品五、
22、粉末冶金材料和制品33形成Fe-P固溶体,固溶强化缩小奥氏体区,促进扩散Fe-P在1050度共晶,形成液相,促进烧结以合金形式加入 五、粉末冶金材料和制品五、粉末冶金材料和制品342.2粉末冶金不锈钢粉末冶金不锈钢 不锈钢的价格通常都远高于钢铁，但由于不锈钢具有耐腐不锈钢的价格通常都远高于钢铁，但由于不锈钢具有耐腐蚀性、抗氧化性、外观好、耐磨、力学性能好，某些还具有淬蚀性、抗氧化性、外观好、耐磨、力学性能好，某些还具有淬硬性和非磁性，因此不锈钢获得广泛采用。粉末冶金不锈钢零硬性和非磁性，因此不锈钢获得广泛采用。粉末冶金不锈钢零件是粉末冶金技术中的一个重要的正在发展的领域。件是粉末冶金技术中的一
23、个重要的正在发展的领域。 工业用的压制级的不锈钢粉末都是用雾化法生产的。工业用的压制级的不锈钢粉末都是用雾化法生产的。 不锈钢粉末由于高度合金化，其硬度较铁或铜等金属为高，不锈钢粉末由于高度合金化，其硬度较铁或铜等金属为高，因此在压制时可以采用因此在压制时可以采用硬质合金模具硬质合金模具。烧结是不锈钢粉末冶金。烧结是不锈钢粉末冶金零件最重要的工序。由于碳能降低不锈钢的耐蚀性，因此在烧零件最重要的工序。由于碳能降低不锈钢的耐蚀性，因此在烧结过程中必须注意到结过程中必须注意到碳碳的因素。工业上常用的烧结气氛是的因素。工业上常用的烧结气氛是离解离解氨氨。另外，进行。另外，进行真空烧结真空烧结也是很好
24、的一种烧结方法。也是很好的一种烧结方法。 五、粉末冶金材料和制品五、粉末冶金材料和制品352.3烧结有色金属机械零件烧结有色金属机械零件2.3.1烧结铜和铜合金烧结铜和铜合金 烧结有色金属材料应用较多的是烧结铜及其合金。常用烧结有色金属材料应用较多的是烧结铜及其合金。常用的烧结铜基合金有青铜（铜的烧结铜基合金有青铜（铜-锡）和黄铜（铜锡）和黄铜（铜-锌）以及铜锌）以及铜-镍镍-锌、铜锌、铜-镍、铜镍、铜-铝等合金系。铜基材料具有耐腐蚀的特点，铝等合金系。铜基材料具有耐腐蚀的特点，有一定的强度和韧性，较容易进行机械加工。烧结铜基合金有一定的强度和韧性，较容易进行机械加工。烧结铜基合金零件采用一般
25、的压制、烧结法。零件采用一般的压制、烧结法。 烧结铜基合金多用来制造含油轴承、摩擦材料、电器接烧结铜基合金多用来制造含油轴承、摩擦材料、电器接点材料、过滤材料以及发汗材料的渗透金属。此外，也可用点材料、过滤材料以及发汗材料的渗透金属。此外，也可用来制造小型齿轮、凸轮、垫圈、螺母等高密度烧结铜基机械来制造小型齿轮、凸轮、垫圈、螺母等高密度烧结铜基机械零件。零件。 粉末冶金铜基材料的性能列于表粉末冶金铜基材料的性能列于表5-4。 五、粉末冶金材料和制品五、粉末冶金材料和制品36 表表5-4 粉末冶金铜基材料的性能粉末冶金铜基材料的性能2.3.2烧结铝和铝合金烧结铝和铝合金 几乎所有粉末冶金生产工艺
26、均可用来生产烧结铝基材料。成形几乎所有粉末冶金生产工艺均可用来生产烧结铝基材料。成形工艺可用模压、等静压、轧制和挤压等。烧结可以在低露点工艺可用模压、等静压、轧制和挤压等。烧结可以在低露点（40）的惰性或还原性气氛中进行，也可用真空烧结。为进一步提）的惰性或还原性气氛中进行，也可用真空烧结。为进一步提高烧结体的密度和强度，可以采用复压、冷凝或热煅等工艺。烧结高烧结体的密度和强度，可以采用复压、冷凝或热煅等工艺。烧结铝材料可以进行热处理，也可以进行机械抛光和电化学处理等。铝材料可以进行热处理，也可以进行机械抛光和电化学处理等。 五、粉末冶金材料和制品五、粉末冶金材料和制品372.3.3烧结钛和钛
27、合金烧结钛和钛合金 钛的相对密度低，强度高，耐蚀性好，使用温度范围为广钛的相对密度低，强度高，耐蚀性好，使用温度范围为广（540253）。烧结钛合金具有较高的纯度和可加工性，）。烧结钛合金具有较高的纯度和可加工性，其性能列于表其性能列于表5-5。 表表5-5 烧结钛基合金的性能烧结钛基合金的性能2.3.4烧结铍和铍合金烧结铍和铍合金 五、粉末冶金材料和制品五、粉末冶金材料和制品383. 粉末冶金摩擦材料粉末冶金摩擦材料 摩擦材料是组成摩擦式离合器和振动器的关键材料。摩擦材摩擦材料是组成摩擦式离合器和振动器的关键材料。摩擦材料应满足如下要求：足够的摩擦系数和必要的热稳定性；耐磨性料应满足如下要求
28、：足够的摩擦系数和必要的热稳定性；耐磨性好，使用寿命长；良好的磨合性；良好的抗卡性，平稳的传动扭好，使用寿命长；良好的磨合性；良好的抗卡性，平稳的传动扭矩和制动性能；足够的强度，能承受较高的工作压力和速度；其矩和制动性能；足够的强度，能承受较高的工作压力和速度；其它特殊要求，如耐蚀性、制动均匀、接合平稳等。它特殊要求，如耐蚀性、制动均匀、接合平稳等。 粉末冶金摩擦材料的成分是由三部分组成粉末冶金摩擦材料的成分是由三部分组成：（：（1）基体组元，）基体组元，其中基体组元保证材料的承受能力、热稳定性和耐磨性，它占摩其中基体组元保证材料的承受能力、热稳定性和耐磨性，它占摩擦材料质量的擦材料质量的50
29、90。辅助组元则是用来改善基本组元的。辅助组元则是用来改善基本组元的性能；（性能；（2）润滑组元，一般用石墨和铅，也可用铋代替铅，它）润滑组元，一般用石墨和铅，也可用铋代替铅，它一般占摩擦材料质量的一般占摩擦材料质量的525，有，有利于材料的抗卡性能和抗利于材料的抗卡性能和抗粘结性能，提高材料的耐磨性；粘结性能，提高材料的耐磨性； （3）摩擦组元，多用二氧化硅、）摩擦组元，多用二氧化硅、石棉、碳化硅、三氧化二铝、氧化硅等。其作用是可以提高摩擦石棉、碳化硅、三氧化二铝、氧化硅等。其作用是可以提高摩擦材料的摩擦系数和耐磨性，防止焊接。材料的摩擦系数和耐磨性，防止焊接。 五、粉末冶金材料和制品五、粉
30、末冶金材料和制品39 粉末冶金摩擦材料因其强度不足，制品都带有钢芯板而呈双金粉末冶金摩擦材料因其强度不足，制品都带有钢芯板而呈双金属形式。工艺流程如图属形式。工艺流程如图5-4所示。所示。 图图5-4 粉末冶金摩擦材料工艺流程图粉末冶金摩擦材料工艺流程图 粉末冶金摩擦材料主要分为铜基和铁基两大类。铜基摩擦材料粉末冶金摩擦材料主要分为铜基和铁基两大类。铜基摩擦材料工艺性能好，摩擦系数稳定，抗粘性、抗卡滞性能好；铁基摩擦工艺性能好，摩擦系数稳定，抗粘性、抗卡滞性能好；铁基摩擦材料在高温负荷下能显示出更好的摩擦性能。近年来，又研制出材料在高温负荷下能显示出更好的摩擦性能。近年来，又研制出了如纸基摩擦
31、材料和碳基摩擦材料。了如纸基摩擦材料和碳基摩擦材料。 五、粉末冶金材料和制品五、粉末冶金材料和制品404. 粉末冶金磁电和功能材料粉末冶金磁电和功能材料4.1 磁性材料磁性材料 磁性材料通常分为三大类：磁性材料通常分为三大类： 即具有高矫顽力与高剩磁的硬即具有高矫顽力与高剩磁的硬 磁材料、具有低矫顽力与高磁磁材料、具有低矫顽力与高磁 导率的软磁材料以及后来出现导率的软磁材料以及后来出现 的半硬磁材料。磁性材料的种的半硬磁材料。磁性材料的种 类如图类如图5-5所示。所示。 磁性材料大部分可用熔铸磁性材料大部分可用熔铸 法和粉末冶金法生产。其中，法和粉末冶金法生产。其中， 粉末冶金磁性材料更具优点
32、。粉末冶金磁性材料更具优点。 图图5-5 磁性材料分类磁性材料分类 可用粉末冶金法生产的磁性材料可用粉末冶金法生产的磁性材料 五、粉末冶金材料和制品五、粉末冶金材料和制品414.1.1软磁材料软磁材料 软磁材料主要应用在电力、电讯仪表、计算机、磁记录等软磁材料主要应用在电力、电讯仪表、计算机、磁记录等领域。软磁材料性能要求具有低的（小于领域。软磁材料性能要求具有低的（小于400A/m）矫顽力，）矫顽力，最优质的软磁材料达最优质的软磁材料达0.4A/m；最大磁导率和高的起始磁导率；最大磁导率和高的起始磁导率；具有高的饱和磁感应强度，目前最大值达到具有高的饱和磁感应强度，目前最大值达到2.2T；具
33、有低的；具有低的消耗功率（包括磁滞损失、涡流损失和不正常损耗）；同时还消耗功率（包括磁滞损失、涡流损失和不正常损耗）；同时还要求磁性能稳定，不随外界条件的变化而发生较大的变化。要求磁性能稳定，不随外界条件的变化而发生较大的变化。 金属软磁材料包括工业纯铁、铁金属软磁材料包括工业纯铁、铁-镍、铁镍、铁-硅、铁硅、铁-钴、铁钴、铁-铝、铁铝、铁-铬、铁铬、铁-锰、和铁锰、和铁-硅硅-铝等合金（都以铁、镍、钴为铝等合金（都以铁、镍、钴为基），以及由这些材料与绝缘材料粘结的软磁材料。由于其中基），以及由这些材料与绝缘材料粘结的软磁材料。由于其中一些材料含有大量昂贵的镍和钴而不能得到广泛应用。目前大一些
34、材料含有大量昂贵的镍和钴而不能得到广泛应用。目前大多以铁多以铁-铝系合金来代替铁铝系合金来代替铁-镍、铁镍、铁-钴系合金。钴系合金。 五、粉末冶金材料和制品五、粉末冶金材料和制品42 铁氧体软磁材料的主要特点是电阻率比一般软磁合金大许铁氧体软磁材料的主要特点是电阻率比一般软磁合金大许多倍，涡流损耗极小，但磁导率低，性脆，不耐磨。软磁铁多倍，涡流损耗极小，但磁导率低，性脆，不耐磨。软磁铁氧体主要有锰氧体主要有锰-锌系、铜锌系、铜-锌系、镁锌系、镁-锌系等，其主要性能由表锌系等，其主要性能由表5-6所示。软磁铁氧体用于高频电讯、计算机元件、无线电所示。软磁铁氧体用于高频电讯、计算机元件、无线电元件
35、等方面。可用粉末冶金压制、烧结工艺进行生产。元件等方面。可用粉末冶金压制、烧结工艺进行生产。 表表5-6 几种常用软磁铁氧体材料性能几种常用软磁铁氧体材料性能 五、粉末冶金材料和制品五、粉末冶金材料和制品434.1.2硬磁材料硬磁材料 硬磁材料应具有高的剩余磁感应强度、矫顽力大，并具硬磁材料应具有高的剩余磁感应强度、矫顽力大，并具有高的最大磁能积（有高的最大磁能积（BH）max。硬磁材料的作用是提供一个。硬磁材料的作用是提供一个磁场。高矫顽力可使硬磁材料在退磁条件下保持不变的有效磁场。高矫顽力可使硬磁材料在退磁条件下保持不变的有效磁通。因此，矫顽力和最大磁能积是硬磁材料质量好坏的标磁通。因此，
36、矫顽力和最大磁能积是硬磁材料质量好坏的标志。硬磁材料的主要品种有铝志。硬磁材料的主要品种有铝-镍镍-钴、铁氧体以及近年崛起钴、铁氧体以及近年崛起的钕的钕-铁铁-硼永磁材料。硬磁材料约硼永磁材料。硬磁材料约50用于马达、电子计算用于马达、电子计算机和计测系统。其主要性能列于表机和计测系统。其主要性能列于表5-7。 表表5-7 硬磁材料性能比较硬磁材料性能比较 五、粉末冶金材料和制品五、粉末冶金材料和制品444.2 电工材料电工材料4.2.1电触头材料电触头材料 电触头材料是指电器开关中用来接通或断开电路的那一部分触点电触头材料是指电器开关中用来接通或断开电路的那一部分触点材料。对它的技术要求是：
37、（材料。对它的技术要求是：（1）具有高的电导率和低的接触电阻；）具有高的电导率和低的接触电阻；（2）具有良好的高温机械性能；（）具有良好的高温机械性能；（3）抗电弧而不熔焊；（）抗电弧而不熔焊；（4）具有）具有抗大气腐蚀、高温氧化和电化学作用的能力。抗大气腐蚀、高温氧化和电化学作用的能力。 电触头材料一般由下列两部分组成电触头材料一般由下列两部分组成：（：（1）具有优良电导率的金属）具有优良电导率的金属银和铜；（银和铜；（2）具有耐热、抗电弧、抗腐蚀的难熔金属、难熔金属化）具有耐热、抗电弧、抗腐蚀的难熔金属、难熔金属化合物和氧化物。合物和氧化物。 用粉末冶金法可以制取两种互不相溶的金属、金属与
38、非金属、或用粉末冶金法可以制取两种互不相溶的金属、金属与非金属、或金属与金属化合物组成的复合材料，而且可以任意比例组合。金属与金属化合物组成的复合材料，而且可以任意比例组合。 五、粉末冶金材料和制品五、粉末冶金材料和制品45 五、粉末冶金材料和制品五、粉末冶金材料和制品464.2.2金属金属-石墨电刷石墨电刷 电刷是在发动机和发电机中用来转换和传导电流的零件。电刷是在发动机和发电机中用来转换和传导电流的零件。电刷有三种：石墨电刷、电化石墨电刷和金属电刷有三种：石墨电刷、电化石墨电刷和金属-石墨电刷。粉石墨电刷。粉末冶金电刷是指金属含量大于石墨量的金属末冶金电刷是指金属含量大于石墨量的金属-石墨
39、电刷。金属石墨电刷。金属-石墨电刷一般用在电池、整流器或传感装置输出的直流电源。石墨电刷一般用在电池、整流器或传感装置输出的直流电源。4.2.3电阻点焊电极材料电阻点焊电极材料 电阻焊接是使电流直接通过被焊接工件，并同时对工件施电阻焊接是使电流直接通过被焊接工件，并同时对工件施加压力，使接触区金属发热变形而被焊接在一起的方法。常用加压力，使接触区金属发热变形而被焊接在一起的方法。常用的电阻焊有点焊、缝焊和凸焊。电阻焊中用来导电的电极叫焊的电阻焊有点焊、缝焊和凸焊。电阻焊中用来导电的电极叫焊接电极。接电极。4.2.4电热材料电热材料 利用本身电阻发热作为加热体的材料称为电热材料。利用本身电阻发热
40、作为加热体的材料称为电热材料。 五、粉末冶金材料和制品五、粉末冶金材料和制品474.3 记忆合金记忆合金 若施加压力使在某一工件上使之产生若施加压力使在某一工件上使之产生10左右形变，当除去左右形变，当除去应力加热时，工件就回到原来位置，这一现象称为形状记忆效应，应力加热时，工件就回到原来位置，这一现象称为形状记忆效应，这种合金就称为记忆合金。由应力而产生的弹性马氏体会使合金这种合金就称为记忆合金。由应力而产生的弹性马氏体会使合金产生很大非线性应变，当应力去除后，这种附加应变也趋于回复，产生很大非线性应变，当应力去除后，这种附加应变也趋于回复，此现象称为伪弹性。形状记忆和伪弹性的机理都是马氏体
41、发生可此现象称为伪弹性。形状记忆和伪弹性的机理都是马氏体发生可逆相变而恢复到母相时的现象。逆相变而恢复到母相时的现象。 形状记忆合金的品种主要有钛形状记忆合金的品种主要有钛-镍、银镍、银-镉、金镉、金-镉、铜镉、铜-铝铝-镍、镍、铜铜-金金-锌、铜锌、铜-锡、铜锡、铜-锌等合金。上述形状记忆合金均为单向记锌等合金。上述形状记忆合金均为单向记忆，若将其再放到低温就不能记忆起低温时的形状。而新研究出忆，若将其再放到低温就不能记忆起低温时的形状。而新研究出的钛的钛-镍合金是一种双向形状记忆合金，具有高、低温反复使用镍合金是一种双向形状记忆合金，具有高、低温反复使用的形状记忆。它可制成自动记忆笔、仪表
42、指针的驱动构件、温度的形状记忆。它可制成自动记忆笔、仪表指针的驱动构件、温度控制器的断路开关、离合器等工业零部件。控制器的断路开关、离合器等工业零部件。 五、粉末冶金材料和制品五、粉末冶金材料和制品484.4 贮氢材料贮氢材料 氢为理想的清洁能源，利用金属氢化物来贮氢具有很强氢为理想的清洁能源，利用金属氢化物来贮氢具有很强的吸引力。目前，广泛研究的贮氢材料有的吸引力。目前，广泛研究的贮氢材料有：（：（1）以镧）以镧-镍为镍为代表的稀土系；（代表的稀土系；（2）以钛）以钛-铁为代表的钛系；（铁为代表的钛系；（3）以镁）以镁-镍镍为代表的镁系材料。其中以镧为代表的镁系材料。其中以镧-镍为代表的贮氢
43、材料是主要研镍为代表的贮氢材料是主要研究方向。究方向。表表5-9为某些金属氢化物的贮氢能力。为某些金属氢化物的贮氢能力。 表表5-9 某些金属氢化物的贮氢能力和密度某些金属氢化物的贮氢能力和密度 五、粉末冶金材料和制品五、粉末冶金材料和制品49 贮氢合金应具有下述特征贮氢合金应具有下述特征：（：（1）大的贮氢比容；（）大的贮氢比容；（2）合适的应力特性；（合适的应力特性；（3）容易激活；（）容易激活；（4）氢气能快速被吸收）氢气能快速被吸收和释放；（和释放；（5）良好的抗毒化性能，具有长的循环寿命；（）良好的抗毒化性能，具有长的循环寿命；（6）资源丰富而廉价。资源丰富而廉价。4.5 超导材料超
44、导材料 超导材料是绕制超导材料是绕制 以下的大型磁体的最合适材料。以下的大型磁体的最合适材料。大多数的超导材料是以金属铌为基的。表大多数的超导材料是以金属铌为基的。表5-10为铌基超导为铌基超导材料的一些性能。材料的一些性能。 表表5-10 高磁场铌基超导化合物的一些性能高磁场铌基超导化合物的一些性能 五、粉末冶金材料和制品五、粉末冶金材料和制品50 铌铌-钛复合导体通常制成直径小于钛复合导体通常制成直径小于10的细丝，然后把几百的细丝，然后把几百股扭绞的多芯复合导体换位成电缆，或者编织成扁带作为脉冲超导股扭绞的多芯复合导体换位成电缆，或者编织成扁带作为脉冲超导磁体。在高磁场使用的柔软合金主要
45、为铌磁体。在高磁场使用的柔软合金主要为铌-钛钛-钽合金。实用的铌三钽合金。实用的铌三锡材料有两种结构形式：一种是带材，又可分为气相沉积带和扩散锡材料有两种结构形式：一种是带材，又可分为气相沉积带和扩散带；另一种是多芯复合导体。图带；另一种是多芯复合导体。图5-6为用粉末冶金方法制取带材的为用粉末冶金方法制取带材的工序图解。工序图解。 图图5-6 粉末冶金制取铌三锡带材的工序粉末冶金制取铌三锡带材的工序 五、粉末冶金材料和制品五、粉末冶金材料和制品515. 粉末冶金多孔材料粉末冶金多孔材料 粉末冶金多孔材料是指用粉末冶金方法制成的，其孔隙度粉末冶金多孔材料是指用粉末冶金方法制成的，其孔隙度通常大
46、于通常大于15的金属材料。这种材料具有优良的透过性能，且的金属材料。这种材料具有优良的透过性能，且渗透稳定，过滤精度高，具有足够的强度和塑性，有耐高温、渗透稳定，过滤精度高，具有足够的强度和塑性，有耐高温、抗热震等一系列优良性能。它可在高温或低温下工作，寿命长，抗热震等一系列优良性能。它可在高温或低温下工作，寿命长，制造简单。因而可以弥补其它材料的不足得到较快的发展。制造简单。因而可以弥补其它材料的不足得到较快的发展。 粉末冶金多孔材料中，由于其高的孔隙度使它具有很大的粉末冶金多孔材料中，由于其高的孔隙度使它具有很大的孔隙内表面，这就决定了它有许多特殊的物理化学性能和作用。孔隙内表面，这就决定
47、了它有许多特殊的物理化学性能和作用。例如，物质的贮存作用，过滤和分离作用，热交换作用，吸附、例如，物质的贮存作用，过滤和分离作用，热交换作用，吸附、催化作用，电极化作用以及不良的传导作用。由于具有这些性催化作用，电极化作用以及不良的传导作用。由于具有这些性能和作用，这种材料的应用相当广泛。能和作用，这种材料的应用相当广泛。 五、粉末冶金材料和制品五、粉末冶金材料和制品525.1 粉末冶金多孔材料的制造粉末冶金多孔材料的制造 粉末冶金多孔材料是以金属粉末或合金粉末为原料，采粉末冶金多孔材料是以金属粉末或合金粉末为原料，采用各种粉末冶金工艺方法制造的。制造这种材料有多种工艺，用各种粉末冶金工艺方法
48、制造的。制造这种材料有多种工艺，其工艺流程图如图其工艺流程图如图5-7所示。所示。 图图5-7 金属粉末多孔材料制造工艺流程金属粉末多孔材料制造工艺流程 五、粉末冶金材料和制品五、粉末冶金材料和制品53 粉末冶金多孔材料使用的原料有各种纯金属、合金、难熔粉末冶金多孔材料使用的原料有各种纯金属、合金、难熔化合物等的球形和非球形粉末以及金属纤维。常用的有铁、铜、化合物等的球形和非球形粉末以及金属纤维。常用的有铁、铜、青铜、黄铜、镍、钨、钛、不锈钢、镍青铜、黄铜、镍、钨、钛、不锈钢、镍-铜、碳化钨等粉末以铜、碳化钨等粉末以及不锈钢、镍及不锈钢、镍-铬合金等纤维。铬合金等纤维。 制造粉末冶金过滤器大多
49、用球形粉末或近球形粉末。非球制造粉末冶金过滤器大多用球形粉末或近球形粉末。非球形粉末可采用下述方法处理成球形粉末形粉末可采用下述方法处理成球形粉末：等离子枪球化法、垂：等离子枪球化法、垂直炉球化法以及惰性填料球化法。直炉球化法以及惰性填料球化法。 多孔材料可采用多种方法进行固结：模压成形与烧结、等多孔材料可采用多种方法进行固结：模压成形与烧结、等静压制、松装烧结、粉末轧制、粉末增塑挤压以及粉浆浇注等静压制、松装烧结、粉末轧制、粉末增塑挤压以及粉浆浇注等法。法。5.2 烧结金属多孔材料的应用烧结金属多孔材料的应用 五、粉末冶金材料和制品五、粉末冶金材料和制品545.2.1自润滑轴承自润滑轴承 自
50、润滑轴承有铁基、铜基、铝基等，其中应用最广泛的是铁基和铜基自润滑轴承有铁基、铜基、铝基等，其中应用最广泛的是铁基和铜基自润滑轴承。所谓自润滑就是含油轴承在工作时能将多孔体中贮存的润自润滑轴承。所谓自润滑就是含油轴承在工作时能将多孔体中贮存的润滑油自动供给给摩擦表面，并且形成表面油膜。滑油自动供给给摩擦表面，并且形成表面油膜。5.2.2烧结金属过滤器烧结金属过滤器 烧结金属过滤器是由粉末随机堆集构成无规则的微孔通道，通过改变烧结金属过滤器是由粉末随机堆集构成无规则的微孔通道，通过改变粉末粒度、粒度分布、粉末颗粒的密集程度和厚度，来控制和调整过滤粉末粒度、粒度分布、粉末颗粒的密集程度和厚度，来控制
