粉末冶金研究(6篇)

粉末冶金研究篇1

北京科技大学被誉为新中国培养“钢铁人才”的摇篮，这与学校拥有一批优秀的教师队伍是分不开的，我国著名金属材料科学家、冶金教育家章守华教授就是其中一位杰出的代表。章守华是北京钢铁工业学院的建校筹备委员会委员和金相及热处理系（现为材料科学与工程系）的第一任系主任，在培养中国材料科学领域学术带头人和开拓学科新领域方面，作出了卓越贡献。一方面，章先生着力提高教学质量、加强学科建设、促进中外交流、培养学术梯队，培养了10余位以两院院士为代表的一批金属材料学科的学术带头人。另一方面，章先生在适合我国资源条件的合金钢新钢种的开发、发展快速凝固技术、新型粉末高温合金、相变和强韧化理论研究以及大型轧辊的研制等方面取得重要成果。

求学之路，锲而不舍

章守华出生于江苏苏州的一个书香门第，自幼勤奋好学。早年就读于苏州中学实验班，四年级就修习英文，高中时尤其喜好采用美国英文教材的数理学科。其父毕业于日本早稻田大学法律科，历任法官、律师、大学教授、民国官员，曾以苏州律师会会长身份为著名抗日爱国人士“七君子”进行法律辩护。其对章先生家教甚严，以言传身教使章先生幼时就早早明白了为人处世之道。

1935年，章先生考入交通大学唐山工学院的矿冶科，因日本侵华，其大学生活饱受战乱之苦。先是因卢沟桥事变致其在北平西山勘测实习时无法回校而暂避交通大学北平工学院，后又至交通大学上海工学院土木科借读一个学期。继日本攻占上海，交通大学迁至湖南湘潭办学，学校矿冶科教授空缺，章先生又到湖南大学矿冶科借读一个学期，并于湘潭煤矿实习。后日军再攻至湖南，他再随交通大学迁至贵州平越县（现福泉市）。1939年，他以优异成绩毕业于福泉，获矿冶工程学士学位。大学四年的颠沛流离，使他深切地感受到：国家当自强，否则就要挨打受辱。

章先生大学毕业后应聘到重庆大渡口钢铁厂任助理工程师，参与由汉阳拆迁来厂的矿冶设备的再设计与安装，初显其在绘图、计算方面之强项，并因此奉调新建的四川綦江电化冶炼厂辅助设计平炉等主要矿冶设备。基于工业救国的强烈愿望，他于1942年在綦江厂期间考取赴美留学生资格。因经济困顿，经众好友集资相助，方于1944年10月取道印度加尔各答和孟买，远渡重洋赴美，于1945年年初抵达美国卡内基理工学院，师从莱茵斯（F.N.Rhines）开展铝合金研究，1946年获冶金工程硕士学位。毕业后他到美国西屋电器制造公司实习，次年又受聘于卡内基理工学院金属研究室，从事金属同位素研究。虽然在美国的工作稳定、前途光明，但是章先生一直心系祖国。1948年，他毅然放弃在美国的优厚待遇和生活条件，选择回国到（国立）交通大学唐山工学院任教，先后被聘为副教授、教授。

1952年，经中央人民政府教育部报呈政务院文化教育委员会核准，北京钢铁工业学院（今北京科技大学）建校，同时章守华先生被任命为建校筹备委员会委员。章先生历任北京钢铁工业学院金相热处理系、工艺系、金属学系（后来的材料科学与工程系）的教授与系主任，1981年被聘为全国首批博士生导师，1995年光荣退休。

科研之道，求实鼎新

章先生学识渊博、德高望重，是国内外材料与热处理领域的著名学者，多次应邀赴美国、加拿大等国的大学和研究机构讲学，为中国相关领域的国内外学术交流与发展作出了重大贡献。章先生密切结合中国冶金工业实际需求和金属材料科学发展的前沿问题开展科学研究，涉及面广、开拓性强，其主要研究方向集中在钢铁材料和高温合金等材料领域。在适合中国资源条件的合金钢新钢种的开发、快速凝固技术、粉末高温合金、相变和强韧化、大型轧辊研制等方面均取得开拓性成果。其中，章先生领导下获得的钢中元素作用规律及成分设计等研究成果，为我国第一颗人造卫星“东方红一号”火箭壳体用低合金超高度钢的成功研制发挥了重要作用。由于在科研领域的突出贡献，章先生先后荣获国防科工委、国家计委、国家经委、国家科委的“先进个人”四委联合表彰、国家科委和冶金工业部“国家科技攻关中作出重要贡献”的联合表彰、国防科工委“献身国防科技事业”荣誉勋章，获得多项部级和省部级各类科技奖。其事迹先后被《中国科学技术专家传略》《20世纪我国知名科学家学术成就概览》等收录。

1956年，章先生结合中国资源条件，开展低合金超高强度钢的基础研究，首次提出淬火及低温回火的回火马氏体钢的强度极限与α相中碳含量的定量关系，再次证实硅对回火马氏体钢强韧化的有利作用，揭示了Si-Mn-Mo-V系中碳钢回火马氏体具有最佳强度―韧性综合性能，为中国“东方红一号”卫星发射火箭用超高强度壳体材料的成功研制奠定了必要的学术基础。

1962年―1966年，章先生领导其研究组参加了研究GH37合金在热处理过程中组织转变及对合金高温持久断裂性能影响和GH37合金的点状偏析提高冶金质量的攻关课题，于1981年―1994年重点研究了高温合金与金属间化合物急冷凝固、Ni3Al的韧化以及机理、GH169合金的组织稳定性、ODS型高温防护涂层，取得一批重要成果。他指导的“疲劳蠕变交互作用断裂特征图研究”于1988年获国家教委理论成果奖一等奖。

1977年，为求轧辊生产立足于国内，打破依赖进口的现状，冶金工业部成立了“武汉一米七轧机冷轧工作辊攻关组”，章先生任攻关组技术总负责人之一，带领北京钢铁学院研究团队负责实验室研究工作，为工业性生产的中间试验提供了可行的技术方案和可靠的工艺参数，并为保证产品质量提供了有效的检验方法。1980年，第一对国产冷轧工作辊在武钢试轧成功，1986年和1990年此种轧辊国产化率分别达到60%和100%，质量达到了同类进口轧辊的水平。该攻关课题获冶金工业部科学技术进步奖二等奖和国家科学技术进步奖三等奖。章先生在完成此项攻关任务中，起到了总体技术决策人的关键作用。通过这项攻关任务，培养了一批大型轧辊用钢及其热处理、冷热疲劳、接触疲劳、磨损、断裂等方面的学术带头人。

1981年，冶金工业部副部长陆达召集章守华（时任北京钢铁学院材料系主任）与钢铁研究总院三室及四室的负责人等就中国开展粉冶高温合金应用基础研究课题进行专题讨论，确定成立钢铁研究总院和北京钢铁学院粉冶高温合金联合研制组。会后，章先生立即从本系粉末冶金教研组、高温合金教研组和金相教研组抽掉了一批年富力强的优秀教师组成联合课题组，迅速形成了中国粉末高温合金“六五”“八五”和“九五”国家计划中航空发动机粉末高温合金涡件研制与研究的一支中坚力量，至此揭开了钢铁研究总院和北京钢铁学院几十年通力合作开展国产粉冶高温合金研制研究的序幕。根据章先生的研究思路，课题组从应用理论基础方面，围绕粉末质量（陶瓷夹杂物）、热压缺陷控制（PPB、残留枝晶）和晶粒尺寸组织不均匀性（γ'强化相及再结晶）等一系列关键问题，开展了深入系统的研究工作。从参加“六五”至“九五”国家项目开始，从应用基础理论出发，课题组通过大量科学实验，在急冷粉末颗粒组织和性能方面70余篇，获得突破性研究成果。

育人之心，春风化雨

1952年，章守华主持创建了我国第一个金相热处理专业。他勇于开拓又不计名利，积极吸引、团结和培养教师人才，为北京科技大学乃至我国材料领域的师资队伍建设和人才培养作出了无与伦比的突出贡献。1987年，北京科技大学金属材料及热处理学科以同类学科总分排名第一被评为全国首批国家重点学科。这为北京科技大学金属材料学科乃至材料科学与工程学科一直位于全国前列并在国际上产生重要影响，打下了坚实基础。

在20世纪50年代，章守华积极倡导工艺和科学并重、教学和科研密切结合，将科学研究成果和国际上的先进思想纳入专业教学与人才培养，建立了合金钢总论及分论的专业教材体系，在我国几代材料学人中产生了重要影响。他主编了我国第一本《合金钢》教材，其后更名修订出版的《钢铁材料学》教材更获得部级高等学校教材一等奖、“部级教学成果奖”二等奖及奖章。作为金属学分支学科的主编，章先生会同副主编师昌绪、柯俊、郭可信、徐祖耀等先生，高质量主持完成了1984年《中国大百科全书・矿冶卷》第一版中相关百科条目的撰写。另外，先生多次主编高强度低合金钢系列国际会议和材料力学行为国际会议等英文文集，并出版《快速凝固技术与新型合金》等学术专著。

章先生长期坚持在教学科研第一线，辛勤工作，为整顿教学秩序、提高教学质量、加强学科建设、培养学术梯队、开展科学研究、促进中外交流，作出了重要贡献。1981年，他被聘为全国首批博士生导师，先后培养金属材料及热处理专业研究生37名，包括博士生10名。中国科学院院士葛昌纯高度评价章先生淡泊宁静、提携后辈的一生：“他虽不是院士，但培养出了一批院士，包括中国科学院院士邹世昌、葛昌纯、陈国良，中国工程院院士殷瑞钰、周邦新、柯伟、涂铭旌等。1995年退休后，章先生仍躬耕不止，继续指导钢铁材料与粉末高温合金领域的科学研究，关心年p教师与学子的成长，是青年一代德高望重的良师益友。”

在章先生百岁华诞座谈会上，原冶金工业部副部长、中国工程院院士殷瑞钰表示：“章先生用他的一生，谱写一位教育家甘为人梯、无私奉献的瑰丽诗篇，用他严谨的治学态度、高度的社会责任感和谦和的人格魅力将‘学风严谨、崇尚实践’的优良传统言传身教，为我国材料学科的诞生与发展作出了杰出贡献，也为国家培养了数以万计的精英人才。”

“执着于理想，纯粹于当下”，对于自己的工作，章先生在座谈会上表示，“我没什么自豪的事情”“钢铁学院就像我的家一样”“工作中也是我个人的成长过程”“能够培养国家需要的创新型人才，很高兴”。章先生的工作时间长达43年，在这43年工作中，他始终坚守在教学和科研第一线，大多数时间都是和青年教师、学生一起上课、下厂、编写教材、从事科学研究。章先生以几十载的无私奉献，践行了一位教育家立德树人的朴实之言。

粉末冶金研究篇2

（北华航天工业学院金属材料系，河北廊坊065000）

摘要：作为材料表面强化技术之一，等离子热源在材料表面喷焊技术是本论文的主要研究方向。在不同条件下使用等离子喷焊技术喷焊WF372铁基合金粉末，而后对各喷焊层进行硬度特性和显微组织等分析，通过对离子喷焊的工艺参数的调整，分析工艺参数对喷焊层性能的影响。

关键词：Q235钢；铁基合金粉末；喷焊层；耐磨性

中图分类号：O59文献标识码：A文章编号：1671—1580（2014）07—0153—02

收稿日期：2013—12—28

作者简介：白雪松（1991—），男，吉林白城人。北华航天工业学院金属材料系本科生，研究方向：金属材料学。

通过以往实验案例分析可知，合金粉末WF372等离子喷焊后可形成具有一定耐磨性的合金涂层。等离子喷焊层是由各种化合物硬质相和基体组成，形成含有化合物的等离子喷焊层，这些含有化合物的喷焊层具有更好的硬度和耐磨性。通过对以往案例进行分析得出工艺参数，喷焊电流保持在140A时，喷焊电压保持在14V时，得到最佳耐磨性，约提升耐磨性20倍以上。

一、等离子喷焊在国内外的发展及应用

20世纪40年代末期，我国的喷焊技术才开始起步。60年代中期，我国开始着手研发等离子喷涂设备和自熔性合金粉末制造技术。到了80年代，热喷涂技术有了革命性的进步。我国完成了对超音速火焰喷涂技术的自主研发，同时，热喷涂设备中电子计算机的应用使得热喷涂涂层向着更精密化、更细致化的方向发展。

国外专家对等离子弧热喷焊技术的研发起步较早，现已形成了颇具规模的集研发、生产为一体的综合基地。不同公司之间有着拥有自己独立知识产权的系列产品，并且通过多年的实际应用，不断地进行改进与完善。

二、实验材料设备及研究方法

（一）实验材料

1.实验基体材料

实验时基体材料选用Q235碳素结构钢，尺寸大小为57×25.5×6mm，其主要化学成分见表1。

考虑到成本问题，本实验采用WF372铁基合金粉末进行研究。

2.实验设备

包括喷焊设备、金相试样抛光机、金相显微镜、洛氏硬度计、显微硬度计、磨损试验机。

（二）等离子喷焊工艺实验

1.合金粉末准备

每次实验前，需要对合金粉末进行烘干处理。烘干处理主要是使水分蒸发，为后续喷焊试验质量提供保证。

2.喷焊试件准备

温度、湿度、散热速度等焊接环境对焊接质量都有着较大的影响。试验选取了Q235钢材作为基材，其规格为57mm×25.5mm×8mm。在进行等离子弧粉末喷焊处理前，使用机械打磨法去除工件表面在轧制、切削等工艺过程中产生的油污，清理表面的铁锈、表面氧化物等污物，并且使用丙酮进行清洗以获得洁净表面。

本实验选取对喷焊层影响相对较大的变量作为焊接参数来分析焊接参数对喷焊层质量以及性能的影响。

实验时的焊接参数等离子气体流量为200L/h，保护气体流量为200L/h，送粉气体流量为200L/h，喷距为10～15mm，电弧电压电流对应为12V110A、14V120A、16V130A、18V140A、20V150A。

三、喷焊层基本性能分析

（一）磨损失重量分析

对WF372合金粉末在不同喷焊电流或喷焊电压下喷焊件的磨损试样进行磨损后，比较其失重量可以定性地得出喷焊层耐磨性的优劣。结论如下：

1.等离子喷焊可以提高Q235基体钢10倍以上的耐磨料磨损的耐磨性。

2.喷焊后，在喷焊电流不变时，随着喷焊电压的增大，耐磨性先升高，再降低。这主要是由于固定电流在140A时，电压在14V时所产生的送粉数度使得熔合比较好。

3.喷焊后，在喷焊电压不变时，随着喷焊电流的增大，耐磨性先升高再降低。这主要是由于固定电压在16V时，电流在140V时使得熔合比较好。

4.粉末在不同参数下喷焊层耐磨性相差不是很大，但喷焊电流数值对喷焊层耐磨性的影响较大。

（二）喷焊层的宏观硬度

冶金结合是涂层材料与基材在界面形成“晶内结合”，喷焊技术是使喷焊材料在基体表面重新熔化以实现焊层与基体之间、焊层内颗粒之间的冶金结合。然后，消除孔隙，使其形成致密组织，让冶金形成缺陷较少，与基体结合强度高。

1.焊接电流140A一定，改变焊接电压，材料力学性能受到的影响

焊接电流稳定在140A时，洛氏硬度的趋势随着焊接电压而变化。由此得出，保持电流不变，随着前期喷焊电压、送粉量的不断增加，喷焊层变厚，熔合比增加，材料稀释度降低，喷焊层合金含量逐渐增高，硬质相不断增大到最大值。而当喷焊电压继续增加时，由于此时焊接电流值不变，焊接电源输出的功率不能完全融化合金粉末，未融化的合金粉末在喷焊层上会造成夹杂、气孔等缺陷，使得喷焊层组织性能被破坏，硬度随之下降。

2.送粉速度保持不变，通过改变焊接电流，材料力学性能受到的影响

当焊接电压为16V不变时，随着焊接电流的增加，洛氏硬度值呈上升趋势，但当焊接电流达到一定数值时，洛氏硬度值又出现下降趋势。由此初步推断：焊接电压恒定，当焊接初期，强力的等离子术使粉末融化达到预期设想，从而产生良好的硬质相，出现缺陷较少，从而导致喷焊层硬度增加且呈上升趋势；但当焊接电流继续增加时，基体材料融化量增加，从而稀释合金粉末，致使喷焊层的合金含量降低，合金粉末产生的硬质相变少，导致喷焊层的宏观洛氏硬度值减小；焊接电流的提高会导致双弧现象的发生，主弧的电流和功率都会受到影响，不稳定的主弧使焊接时保护气的保护效果减弱，致使喷焊层出现缺陷，导致组织性能降低，硬度下降，趋势自然下降。

四、结论

本实验是等离子喷焊实验，实验使用等离子弧喷焊设备对铁基进行自溶性合金粉末喷焊（Q235钢为基材）以获取喷焊层。实验结束后分析喷焊层的组织与性能，主要结论如下：

（一）实验最优喷焊工艺参数是当焊接电流保持140A时，喷焊电压保持14V时。

（二）实验获得结论：当喷焊电流一定时，喷焊层硬度随喷焊电压增加而增加，等到喷焊电压达到一定数值时，喷焊层的硬度开始下降；当喷焊电压一定时，喷焊层硬度也随喷焊电流的增加而增加，直到当喷焊电流增加到一定数值时，喷焊层的硬度才开始下降。

（三）实验得到结论：当喷焊电流一定时，增加喷焊电压，磨损量减少，但当喷焊电压达到一定数值时，磨损量开始增加；当喷焊电压一定时，提高喷焊电流，则磨损量减少。同样，当喷焊电流增加到一定数值时，磨损量开始增加。

［

参考文献］

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粉末冶金研究篇3

不锈钢具有良好的耐腐蚀、综合力学性能等优点，一般采用熔工艺法生产，由于其切削加工困难，故由其制造的零件存在尺寸精度差、表面粗糙、易产生元素偏析、有缩孔和砂眼等不足，因此在不锈钢的加工制造中仍存在许多技术难题［1］。早在20世纪70年代，人们就开始采用雾化法制备不锈钢预合金粉，进而利用粉末冶金工艺制备出高性能的不锈钢［2］。粉末冶金不锈钢具有良好的力学、物理和化学性能，与传统熔炼工艺生产的不锈钢相比，生产的零件接近净成型、尺寸精度高、材料利用率高、组织结构均匀，使其在实际生产中具有较大优势，已广泛应用于机械、化工、船舶、汽车、仪器仪表等行业［3］。由于粉末冶金不锈钢内部会存在孔隙，其力学性能、耐磨性和耐腐蚀性都不及致密不锈钢的，从而较大地限制了其应用［4］。有研究表明，粉末冶金不锈钢几乎所有的性能都随着密度的增大而提高［5］。因此，如何提高粉末冶金不锈钢的密度，减少其孔隙度，从而提高粉末冶金不锈钢的性能，是研究者们一直探究的问题。以此问题为核心，作者综述了近年来国内外利用粉末冶金工艺制备不锈钢的研究进展，包括烧结理论、成形和烧结技术的进展及成分添加剂对其组织和性能的改善，并提出了今后研究应重点关注的方向。

1烧结理论的研究进展

烧结是粉末冶金制备不锈钢最重要的环节之一，它对不锈钢烧结体的显微组织以及材料的最终性能起着决定性作用。不锈钢粉体颗粒的烧结是物理、化学、物理化学和物理冶金等多种因素相互作用的复杂过程，其理论研究主要包括烧结的驱动力（热力学）和烧结机制（动力学）两个最基本的问题［6］。20世纪40年代，Krenkel发表了粘性流动烧结理论，并与Kuczynski创立了烧结模型；50年代Kuc－zynski、Kingery、Coble等提出了粘性及塑性流动、蒸发与凝聚、表面扩散和体积扩散等烧结理论，并提出了烧结动力学方程；在60年代，人们对烧结过程和机制进行了大量研究，如多种烧结机制进行了大量研究综合作用下的烧结动力学［6］。80年代后期，随着人们对烧结过程本质的了解和计算机模拟的发展，开始使用计算机对不锈钢烧结时的晶粒生长进行模拟，并建立了两球单元烧结模型［7］。

传统不锈钢烧结一般采用固相烧结，烧结温度一般为1100～1390℃［8］。其烧结过程如下：当粉体作规则堆积并加热至0．4T熔（T熔为不锈钢的熔点）时，由于原子热振动振幅的增大，颗粒接触处许多原子开始离开初始晶格点阵发生扩散，形成了颗粒间的初始金属结合；当烧结温度升高到0．5T熔时，颗粒凸出处自由表面上的原子开始向邻近颗粒的接触区迁移，形成烧结颈；随着烧结的进行，烧结颈长大，孔隙开始球化并缩小，使烧结体致密度提高、强度增加［6］。

然而，固相烧结时不锈钢内部残留大量孔隙，使其致密度和性能都较低。近年来，人们开始采用超固相线液相烧结（SLPS）使不锈钢预合金粉末在烧结时形成液相，液相通过流动填充孔隙进而提高烧结体的致密度和性能［9］。不同于普通的液相烧结，SLPS是对预合金粉的烧结，且在烧结过程中始终是单一相，烧结温度位于固相线和液相线之间，在该温度下预合金粉颗粒的晶粒内、晶界处及颗粒表面均形成液相，颗粒在液相毛细管力作用下实现重排，其表面曲率变化较大的地方将优先溶解，通过液相流动传质，在大颗粒凹陷处或孔隙处析出，达到快速传递物质的目的，从而使烧结体达到致密［10］。

在SLPS过程中，当孔隙被流动液相填充时，原液相处可能出现二次孔隙，但SLPS的液相是由晶界处的晶粒熔化产生，其形成的液相单元较小，使孔隙也相对较小，故SLPS可达到较高的烧结密度。Balaji等［11］发现在1400℃超固相线液相烧结时，得到316L不锈钢的致密度、硬度、耐磨性和耐腐蚀性均高于1200℃下固相烧结的。然而，因SLPS烧结温度过高，会使晶粒过度长大，当温度接近熔点时，不锈钢制品发生软化，产生歪曲和变形，造成过烧。此外，从炉子维修、节约能源、经济效益等方面考虑，一般要求烧结温度不宜过高。

2成形和烧结技术的研究进展

2．1成形技术

粉末冶金不锈钢的成形一般采用室温模压成形。由于不锈钢粉体颗粒较硬且压缩性较差，其压制压力较铁基粉体的高，一般为400～800MPa［8］。为了改善压制性能，常在预合金粉中加入剂，其主要作用是减缓压制过程中粉体之间及粉体与模壁之间的摩擦、减小脱模压力和提高压坯密度，常用的剂有硬酯酸、硬酯酸锌、硬酯酸锂和石蜡等［8］。室温模压成形因压制压力过高，对压力机及模具的要求也较高，且烧结后的制品弹性后效严重、密度低，且只能制备形状简单的零件，所以又开发了新的成形技术，如温压成形、金属注射成形、凝胶注模成形等来改善不锈钢粉的压制性并提高压坯密度［4，12－13］。

温压成形是将粉体和特殊的剂混合并加热至一定温度后在加热的模具内压制成形［12］。相比于冷压成形，它可以用较低的压制压力获得较高的压坯密度和强度，此指标可分别提高0．15～0．3g•cm－3和50％～100％，且可降低弹性后效［12］。温压工艺之所以能使生坯密度增加，其一是由于温压降低了粉体的加工硬化速率，从而使粉体的塑性变形增强，进而提高生坯密度；其二是由于剂的作用，当剂熔点较高时，它在温压温度下呈半固态，其液相成分会由颗粒间界流入孔隙，从而增加颗粒的接触，而当剂熔点较低时，它将全部熔化并从压坯中流出，起到模壁的效果，从而降低了脱模压力［14］。曹顺华等［15］研究了420不锈钢粉的温压工艺，在粉体温度为90℃，模具温度为120℃的条件下，当压制压力为784MPa时，相比冷压成形，其压坯密度提高了0．2g•cm－3。然而，由于温压成形的不锈钢零件密度较高，可能导致封闭孔中的聚合物裂解后很难挥发，进而使得其在预烧时产生缺陷，所以预烧时聚合物的脱除是温压成形的关键。

金属注射成形（MIM）是一种接近净成形的粉末冶金成形技术，它是将金属粉体或预合金粉体与有机粘结剂按一定比例并在一定工艺条件下混合成均匀的粘弹性体，经注射机注射成形，然后脱除粘结剂，最后烧结成高性能的粉末冶金制品［4］。它适合生产形状复杂的零件，其尺寸精度可达±（0．3％～0．5％）［16］。同时，它能够克服常规模压成形－烧结制品密度低、力学性能差的缺点，烧结密度可达理论密度的95％～99．5％［17］。Sung等［18］将17－4PH不锈钢粉和粘结剂按质量比60∶40的比例在行星式混料机中热混1h，然后在29．4kN•cm－2的注射压力下注射成形，经热脱脂后于氢气气氛中烧结，当烧结温度从900℃提高至1350℃，其烧结试样的相对密度从61％提高到了99％，抗拉强度也随着烧结体中气孔的球化、缩小和消失而不断提高。然而，由于金属注射成形过程中剂含量较高，需要专门的脱脂工艺，使成本大大提高。

用传统模压成形制备的不锈钢制品，因孔隙率高而使其力学、耐腐蚀和表面等性能均较差，且只限于生产形状简单的零件，而金属注射成形虽能使不锈钢零件达到净成形，但很难实现大尺寸且形状复杂零件的制备。凝胶注模成形技术（GelCasting）是继注射成形之后发展起来的又一种近净尺寸成形技术，它是将高分子化学单体聚合的方法引入到粉体的成形过程中，通过制备低黏度、高固相含量的浓悬浮体，可净成形获得强度高、均匀性好的坯体［13］。张建伟等［19］利用凝胶注模成形技术，分别用天然琼脂和聚丙烯酸作凝胶体和分散剂，在优化工艺条件下，成形出的浆料可烧结制备形状复杂的316L不锈钢制品，其烧结体的屈服强度达138MPa。然而，在制备不锈钢金属粉体时，由于其颗粒直径和密度较大，使其容易在悬浮液中沉淀，进而导致浆料凝聚和胀性流动，难以制得高浓度悬浮料浆。此外，此工艺在浆料凝胶成坯后会产生翘面、变形、装卸转运难等问题。

2．2烧结技术

真空／气氛烧结是制备粉末冶金不锈钢最常用的烧结方法。在烧结过程中，选择真空、还原性或惰性保护气氛是为了避免氧化、脱碳、渗碳等的发生，保护气氛除了可以控制压坯与环境之间的化学反应外，还可以排除剂中的分解产物［8］。姜峰等［20］研究了烧结气氛对316L不锈钢性能的影响，发现由于氮气露点较氢气和氩气的高，导致粉体烧结时水分和氧含量高，其氧化膜的产生阻碍了烧结颈的形成和原子扩散，在液相形成时包围液相颗粒阻碍液相流动，使烧结体的致密度较在氢气和氩气中低，但由于氮的固溶强化作用使其强度和硬度均高于在氢气和氩气中烧结的。目前，基于粉末冶金工艺制备不锈钢的烧结方法还有压力烧结、放电等离子烧结、微波烧结和激光烧结等［21－24］。

压力烧结是在对粉体压坯加热的同时也对其施加压力，其物质的迁移可以通过位错滑移、攀移、扩散、扩散蠕变等多种机制完成［21］。该工艺可获得比常压烧结晶粒更细、更致密的烧结体，人们常用热等静压（HIP）、低压热等静压烧结制备高性能的不锈钢。Kim等［25］在烧结温度为1125℃时，分别用50，100MPa的压力对不锈钢工件进行热等静压烧结，研究证明烧结时的压力加速了液相的流动和颗粒重排，压力越大，其致密化速率越大，经热等静压烧结后的不锈钢产品接近完全致密。然而，经热等静压处理的产品由于体积收缩容易发生畸变，会使其尺寸精度变差。

放电等离子烧结（SPS）是一种新型的烧结技术，它是直接将直流电施加于试样上加热，具有很高的升温和烧结速率，可以保证粉体在短时间内实现快速烧结的同时获得细小、均匀的组织［22］。张鑫［26］利用机械合金化制备了超细晶高氮304不锈钢粉，并采用放电等离子烧结技术对其进行烧结，发现在烧结过程中，颗粒间的放电对初始粉体有净化、活化的作用，从而有利于活化晶界和晶格扩散而抑制表面扩散，进而促进了不锈钢的烧结致密；当烧结温度为900℃、压力为50MPa时，烧结不锈钢试样的硬度和抗拉强度分别达460HV和557MPa，比普通304不锈钢的分别提高了近200HV和250MPa，且耐腐蚀性能也有所提高。故放电等离子烧结虽然成本相对较高，但对于制备超细晶烧结不锈钢仍具有一定的研究价值。

微波烧结是利用微波电磁场中材料的介质损耗使烧结体整体加热至烧结温度而实现致密化的快速烧结技术［23］。在烧结过程中，微波烧结可以快速跳过表面扩散阶段，使晶粒来不及长大就完成致密化并快速冷却，因而它对于控制烧结过程中晶粒的长大是一种比较有效的方法［27］。Panda等［28］经研究发现，在2．45GHz微波炉内以45℃•min－1的速率升温至1400℃对434L不锈钢进行微波烧结，相比于传统烧结法的烧结时间缩短了近90％，且致密度有较大提高。尽管微波烧结能抑制晶粒的过度长大，但由于烧结后残留有一些不规则大孔洞，使其硬度、强度和伸长率都低于传统烧结的。

选择性激光烧结（SLS）是将三维数值模型分解成一系列二维层片结构后由计算机控制激光束移动，在逐层烧结的粉体上建构三维实体的快速成形技术［24］。其作为一种新型粉末冶金成形技术，能够自由成形，无需模压过程，使得产品开发时间大大缩短［29］。张永忠等［30］采用SLS技术制备的316L不锈钢组织致密、成分均匀，具有快速凝固组织特征，其力学性能与铸造及锻造退火态的相当，可直接满足使用要求。但该法需要昂贵的激光烧结设备，生产成本比较高。

3成分添加剂对组织和性能的改善

3．1合金元素的添加

为了降低粉末冶金制备不锈钢的成本，同时提高其致密度和性能，通常在粉体中添加某些低熔点的合金元素，通过其在烧结时形成的液相大大降低其孔隙率，从而使不锈钢满足更高的性能要求，这些合金元素主要有铜、锡、硼、硅等。Uzunsoy［31］在304不锈钢粉中添加2％～8％（质量分数，下同）的铜基合金，由于铜的熔点较低，在960℃时就开始形成液相，到1000℃时全部形成液相，当温度高于铜的熔点时，液相的流动使得表面气孔不断球化和缩小；通过显微分析发现，由于铜对不锈钢基体有较好的润湿性，可均匀分布在不锈钢基体中，使得烧结体的气孔显著减少，显微硬度也明显提高；在添加量为8％时，分别于1250℃和1350℃烧结后的密度分别提高至6．95g•cm－3和7．05g•cm－3。Coovattanachai等［32］在316L不锈钢粉中加入2％～6％的锡粉和锡合金粉，于氢气中在1300℃烧结45min，随着添加量的增加，其液相的形成逐渐增多使致密度逐渐提高，但其晶粒也有一定长大；其力学性能受致密度和晶粒长大两方面制约，在添加量为4％时其强度和硬度最高，但由于其在晶界上形成了固体锡和锡合金相，使伸长率有所下降。zkan［33－34］研究了添加NiB对17－4PH沉淀硬化马氏体不锈钢显微组织、致密度、力学性能和耐磨性的影响，结果发现，由于NiB的加入，在1161～1175℃发生了共晶反应，其液相在铁中的溶解度极低，包围在固相晶粒周围，形成了典型的液相烧结；随着NiB含量的增加，气孔逐渐减少且逐渐球化，当添加NiB的质量分数为1％时，在1280℃时烧结45min后其共晶液相完全包覆在固相晶粒周围，使烧结体几乎达到完全致密，其抗拉强度和硬度分别达到1402MPa和52．3HRC，相比于传统金属注射成形17－4PH不锈钢的分别提高了43％和53％；并且磨损质量损失和磨损速率也有所减小，耐磨性相比传统金属注射成形17－4PH不锈钢的提高了近49％。邱伟刚等［35］在316L奥氏体不锈钢粉中添加40％（质量分数）硅后，相同温度下由固相烧结变为部分液相烧结，其烧结密度较单相奥氏体的提高了近12％，孔隙率明显降低。由于硅为铁素体稳定元素，其组织变为α、γ双相不锈钢，其拉伸断裂形式由单一的穿晶断裂变成了穿晶断裂和解理断裂组合的混合断裂形式，明显改善了力学性能，其抗拉强度达到541MPa，伸长率达23．4％，接近冶炼316L不锈钢的水平。

3．2强化相的添加

通过添加强化相来进一步改进粉末冶金不锈钢的性能，特别是力学性能越来越受到人们的重视，这些增强体相主要有氧化物、碳化物、氮化物和金属间化合物等。Tiwari等［36］在434L不锈钢中添加了5％YAG（钇铝石榴石，化学式为Al5Y3O12或AlYO3，是由Y2O3和Al2O3反应生成的一种复合氧化物），在超固相线液相烧结时YAG均匀分布在不锈钢的晶界处，产生了弥散强化，并且抑制了烧结体晶粒的长大，孔隙也逐渐球化并变得更小，由于YAG和Cr2O3之间的交互作用形成了耐腐蚀性较强的氧化物，使得不锈钢耐腐蚀性在没有明显降低的情况下，强度、硬度和耐磨性都有所提高。Abenojar等［37］在316L不锈钢中分别添加了体积分数为1．5％和3％的SiC增强相，研究发现，由于SiC和不锈钢基体之间的交互作用，形成了低熔点的Fe－SiC相，提高了烧结体的致密度，其硬度和耐磨性也均有所提高，当SiC的添加量为3％（体积分数）时，其耐磨性最好，但耐腐蚀性有所降低。Farid等［38］研究了添加Si3N4对465不锈钢显微组织和力学性能的影响。结果表明，在1300℃烧结60min时，随着Si3N4添加量的增加，烧结体致密度随之增加，当Si3N4的质量分数超过2％时，多余的Si3N4在不锈钢基体中分解为硅和氮，使得基体中的氮含量超过其固溶极限而使过多的氮从基体中析出并留下气孔，从而使烧结体的致密度和抗拉强度降低；当Si3N4的质量分数为2％时烧结体的力学性能最好，其抗拉强度和硬度分别达到1011MPa和21HRC。Balaji等［39］研究了Ni3Al和Fe3Al两种金属间化合物的添加对316L不锈钢性能的影响，由于在高温时不锈钢基体和铝化物界面存在相互扩散，使得在超固相液相烧结时其致密度并没有降低，当这两种铝化物添加5％时，在没有明显降低耐腐蚀性的情况下，改善了强度和耐磨性。

粉末冶金研究篇4

关键词：粉末冶金；发展；探究

DOI：10.16640/ki.37-1222/t.2017.06.011

1粉末冶金的起源c概述

1.1粉末冶金的起源

在1930年代，螺旋磨削后还原铁粉，因此铁粉和碳粉制成的铁基粉末冶金方法的机械零件获得快速发展。第二次世界大战后，粉末冶金技术就得到了快速发展，新的生产技术和技术设备，许多新材料和产品可以衍生出一些特殊材料的制造领域，成为现代工业的重要组成部分。

1.2粉末冶金的概述

粉末冶金是一项能将金属粉末或金属粉末（或金属粉末和非金属粉末的混合物）作为原料烧结，制造出金属材料、复合材料以及各种类型的产品技术。粉末冶金方法和生产陶瓷有相似的地方，都是粉末烧结技术的一部分，因此，一系列粉末冶金新技术也可用于陶瓷材料的制备。由于粉末冶金技术的优点，它已成为解决问题的关键性新材料，在整个工程系统领域的发展中发挥关键作用。但是从定义上说粉末冶金产品往往是远超出了材料和冶金的范围，通常跨越多个学科（材料、冶金、机械、力学等）的技术。特别是现代金属粉末3d打印技术，集机械工程、AUTOCAD、逆向工程技术，分层制造技术、数控技术、材料科学、激光技术共同与粉末冶金产品技术进入一个更全面的现代技术的学科。

2我国粉末冶金面临的技术难题

我国冶金技术目前的困难，是如何积极培育自己的核心竞争力的团队已成为国家和企业急需的解决问题。我们都知道汽车零部件核心技术的价值所在，高价值主要包括：发动机进排气阀，发动机连杆，传动齿轮同步器锥环和泵在主从动齿轮等等。在这些零部件中，主流技术，粉末冶金技术。如：连杆是发动机的重要部件之一，许多进口车型的绘图规则都有连杆疲劳试验载荷，而且载荷下的载荷疲劳循环次数每年超过500多万次。而国产汽车发动机连杆锻造钢连杆和连杆疲劳铸造用途大多数次大于500000周以上是比较困难的，因为汽车钢部件的连杆没有切割，微小缺陷对连杆的疲劳寿命影响较大。国外主流主要采用粉末锻造，如：别克汽车，德国的宝马，GNK公司制造的连杆甚至达到了1041MPa的抗拉强度。因此，要培养自己的核心竞争力，首先必须加强对粉末冶金技术的发展，加强国内零部件的竞争力，从技术薄弱为突破点。

3粉末冶金在我国工业家族中的布局与现状

3.1布局

根据中国粉末冶金协会的统计数据，34家企业有国内大中型粉末冶金生产（占全国64%），53家企业数量累计产量长期53家企业生产比重高达85%，大多数都是粉末冶金部件制造商有34家公司专注于进行改革发展。在过去十年中，我国受益于汽车生产的增长，汽车用粉末冶金零件的需求也呈现快速增长的局面。未来，除了汽车工业本身的成长，粉末冶金部件的需求也将从双重替代进口替代和加工零件更换中受益，粉末冶金用量将得到明显改善，保护传统粉末冶金汽车备件的需求将保持稳定增长。自2008年以来，从行业发展趋势，由于价格优势，世界粉末冶金生产焦点逐渐转向中国，日本的生产，有明显的下降。根据中国粉末冶金协会在34家粉末冶金企业生产基地，2009/2010/2011粉末冶金自行车用量分别为3.1/3.6/3.76kg/m，消费增长趋势明显，2011年略有下降，2012年并恢复到3.71kg/m的水平。行业信息网络认为，考虑到车辆节能，产品轻便和精确的吸引力，随着中国粉末冶金生产企业的未来规模大，技术加强的成本优势仍强，进口替代粉末冶金零件在需求增长的趋势下将继续发生。

3.2现状

根据中国研究结果，2017年我国粉末冶金产品的平均自行车用量至少为8公斤，这个差异不从国外计算粉末冶金用量（进口或部分装配件）的发动机，这部分进口替代需求构成了粉末冶金部件未来需求增长的一部分。我们保守估计，未来车辆本地化的粉末冶金的更换率约为自行车用量的7%-9%。研究及相关原材料，辅助材料，各种粉末制备，烧结设备制造设备的生产。产品包括轴承，齿轮，硬质合金刀具，模具，摩擦产品等。军事企业，采用粉末冶金技术生产铠装穿刺鱼雷，制动副坦克等飞机的重型武器装备。粉末冶金汽车零部件近年来已成为粉末冶金工业在中国最大的市场，约60%的汽车零件用于粉末冶金零件。

4粉末冶金在我国的发展前景

4.1发展

粉末冶金工业在中国已经有近十几年的快速发展，但与国外工业仍存在差距如：企业规模小，经济效益远，与国外企业长距离。各种产品交叉，企业竞争激烈。况且大多数企业缺乏技术支持，研发能力，产品规模低，难以与国外竞争。加工设备及配套设施落后。产品的出口贸易渠道常被限制。

4.2前景

随着中国加入了世界贸易组织，上述问题已显著经改善，因为加入世界贸易组织后，国际市场将逐渐使粉末冶金市场将进一步得到扩大的机会。与此同时，越来越多的企业在引入粉末冶金和相关技术水平的外国资本和技术，我国冶金项目有就是这样得到改善和发展的。依据目前的数据，我国的粉末冶金零件与各项产值超过55.1亿人民币，占全球市场份额非常的小，根据我国国粉末冶金制造业在2014年和2018年生产报告和销售记录预测出转型的升级空间等。中国粉末冶金行业中的54家企业协会统计，2013年我国粉末冶金零部件的生产总值实现了主营业务收入484.11亿元，增长40左右同比增长了2个百分点，利润为7.6亿元人民币，是去年同期的两倍左右。在生产粉末冶金零部件行业里头实现了工业产值突破了57亿多元人民币，其中新产品的产值达到了7.3亿RMB，新产品（新产品输出/工业产值）所占比例为14.4%。且行业销售产值达到57.73亿元RMB，其中出口价值8.28亿元RMB，出付价值/工业销售价值的21.62%。从生产规模和销售规模分析，根据中国粉末冶金协会的统计数据显示，2017年中国粉末冶金零部件的行业产量2.61142亿吨，增长49.31%；销售了182万吨左右，增长63.75%。先后通过引进了国外的先进技术和自主发展创新，在我国粉末冶金工业的新技术的表现和快速发展的趋势下，在各种我国的机械通用零部件行业里，粉末冶金行业是这一年增长和发展得最快的一个产业，我国家的GDP增长率是36.12%。当下全球制造业迅速转移到中国的步伐正在加速，各种汽车工业和高科技产业的快速发展都离不开粉末冶金的各项技术，因此。粉末冶金行业的发展给各种行业的发展带来了一个个有利的机会和良好的市场空间。所以，我国将粉末冶金产业列为了我国优先发展的行业，并鼓励外企和投资公司对其进行大力发展。

5结束语

粉末冶金工业是机械工业在重要零部件制造中的基础。近年来，中国自行发展通过不断引进国外先进技术和创新，粉末冶金工业和技术在中国的组合显示出了快速发展的趋势，是中国机械通用部件行业增长最快的行业之一。在中国经济的快速发展中，特别是在中国汽车工业发展势头强劲的推动下，中国粉末冶金行业增长强劲。粉末冶金汽车配件占45%以上，粉末冶金汽车配件成为中国粉末冶金行业最大的市场。

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粉末冶金研究篇5

【关键词】热等静压粉末冶金扩散连接

热等静压（hotisostaticpressing，简称HIP）是粉末冶金领域等静压技术的一个分支，现已成为一种重要的现代材料成型技术。该技术将制品放置到密闭的容器中，以密闭容器中的惰性气体或氮气为传压介质，向制品施加各向同等压力的同时施以高温（加热温度通常为1000～2000℃，工作压力可达200MPa。），使得制品在高温、高压的作用下得以烧结和致密化。

随着热等静压设备性能的不断改进完善，HIP技术现已在硬质合金烧结、钨铝钛等难熔金属及合金的致密化、产品的缺陷修复，大型及异形构件的近净成形，复合材料及异种材料扩散连接等方面得到了广泛应用，已经发展成为一种极其重要的材料现代成型技术。

1热等静压设备的结构

热等静压设备主要由高压容器、加热炉、压缩机、真空泵、冷却系统和计算机控制系统组成。图1为典型热等静压系统的示意图。

高压容器是由无螺纹、底部封闭钢丝缠绕的预应力筒体和钢丝缠绕及预应力框架组成。加热炉提供热等静压所必需的热量，通常为电阻式加热炉，可视不同温度档的要求，采用不同的电阻材料，如最高工作温度为1450℃条件时可用钼丝加热炉，为2000℃条件时可用石墨加热炉。HIP设备通常采用非注入式电动液压压缩机可给热等静压提供高达200MPa的高压气体。真空泵采用旋转叶轮，在产品烧结中用于真空抽吸，同时抽除容器内的氧、水汽和其它杂质。冷却系统采用内外循环回路设计；内循环通过管道内冷却水的流动与压力容器外壳间进行热交换，为了保护冷却系统，冷却水的质量很重要，需采用去离子水，管路也需进行防锈处理；外循环则通过换热器将内循环的热量带出。计算机控制系统实现温度、压力、真空的程序控制，并显示所有工作状态，可编制控制器提供安全可靠的联锁。

2热等静压技术的应用领域

2.1粉末冶金领域

粉末冶金是用粉末作为原材料，经过成形、烧结和后处理将粉末固结成产品的工艺，能生产特殊性能的多孔制件、复合材料、复杂结构件，其产品具有组织成分均匀、力学性能优越的特点。采用热等静压（HIP）进行粉末固结是将粉末采用金属、陶瓷包套（低碳钢、Ni、Mo、玻璃等）或不采用包套置于热等静压设备中，以高压氮气、氩气作传压介质对粉末施加各向均等静压力，在高温高压作用下热等静压炉内的包套软化并收缩，挤压内部粉末使其经历粒子靠近及重排阶段、塑性变形阶段扩散蠕变阶段三个阶段实现制品的致密化。

图2为粉末热等静压固结工艺。粉末填充一般在真空或惰性气体氛围中进行。为了提高填充粉末的密度，包套要不停的振动。为了得到统一的收缩，则需要填充粉末的密度应不低于理论密度的68%，填充后包套要抽真空并密封，这是因为热等静压过程是通过压差来固结被成型粉末和材料的，一旦包套密封不严，气体介质进入包套，将影响粉末的烧结成型。另外，真空密封可以去除空气和水，防止氧化反应和阻碍烧结过程。

热等静压是在高温下对工件施加各向均等静压力，与传统粉末冶金工艺相比有如下优点；

（1）制件密度高。通过金属粉末HIP致密化成形的制件密度分布均匀，可以消除材料内部的孔隙，制造出理论密度的致密体零件。

（2）晶粒细小。包套受到等静压力的作用，可抑制粉末的晶粒快速增长，得到良好晶粒尺寸的制件。

（3）力学性能好。由于通过金属粉末HIP致密化成形的制件晶粒各向同性且均匀细小，能闭合材料内部孔隙和疏松等缺陷，提高材料的性能可提高制件宏观力学性能的均匀性，有助于提高制件的疲劳寿命，增强延展性、抗冲击强度及蠕变性能。

（4）实用范围广。可以对难加工材料（如钛合金、高温合金、钨合金、金属陶瓷等材料）以粉末HIP的方式成形和致密化。

（5）材料利用率高。包套与粉末在HIP过程中均匀变性，可以实现复杂零部件的近净成形，减少昂贵材料的浪费，达到节约成本的目的。

HIP成形能得到全致密的粉末冶金制品，其抗拉强度、延伸率、疲劳强度等力学性能优于烧结制品，因而HIP成形工艺在粉末冶金成形工艺中占有十分重要的地位，在现代工业生产中得到广泛的应用。

高速钢是一种化学成分复杂的高合金钢。在采用传统的熔炼-锻造法生产高速钢时，由于铸锭尺寸大，冷却缓慢、不可避免的产生碳化物偏析。这种偏析组织不仅给锻、轧等热加工造成困难，损害了产品的各种性能，而且限制了合金含量的进一步增加，阻碍了高速钢的发展。HIP技术的问世，使许多高速钢可以采取粉末冶金工艺来制造，从而克服了熔铸钢中碳化物偏析这类缺陷，把粉末冶金技术成功引入了致密钢材和合金钢的生产领域。

硬质合金是粉末冶金产品的代表作，通常采用氢气烧结或者真空烧结进行合金化；相比之下引入HIP技术制备硬质合金具备以下优点；1）残余孔隙几乎完全消除，相对密度达到99.999%；2）制造大型或长径比大的制品时，废品率低，表面缺陷大幅降低，抛光后可得到光洁度极高的表面；3）制品性能大幅度提高。

钛合金因具有高强度、高韧性、抗氧化及耐腐蚀的特性，广泛应用于航天、航空、航母和化工等领域。钛制品的传统制造工艺复杂，二次加工材料损失大。用HIP技术制备的粉末钛合金，不仅简化了熔炼工艺和切削工序，而且合金组织更趋均匀，性能明显改善。

陶瓷材料的特点是熔点高、弹性模量大、硬度高、密度低、热膨胀小及耐磨、耐腐蚀等。通常采用粉末压制成型和烧结或热压，通常制品孔隙度较大，性能较差。HIP工艺提供了生产高性能、高均匀程度、高致密度陶瓷或陶瓷金属复合材料的手段。在加工过程中，由于原料粉末直接进入包套，不再添加传统工艺所需的有机成型剂，所以原材料在整个工艺过程中不受污染，这样生产的材料是一种纯洁的匀质材料，具有均匀的细晶粒和接近100%的密度。而且，等静压技术将高压惰性气体和高温同时作用于产品，能够有效地去除内部空隙，并在整个材料中形成强的冶金结合，极大地解决了陶瓷或陶瓷金属复合材料制备的困难，特别在制备大尺寸、复杂形状的陶瓷材料方面有较大的优势。

另外，HIP工艺能生产基本不需要机加工的近终形部件。一个热等静压的近终形部件，由于可做成最终尺寸或接近最终的制品尺寸，因此用料少。据统计，采用HIP近终成形工艺制得的产品，其材料的利用率一般可达到80%～90%，其价格比常规工艺制得的产品低20%以上，同时显著减少了机加工的时间和成本。HIP近终成形技术中使用的模具已经可以用钢板焊接而成，其形状可以任意变化，部件的设计自由度较大。由于可制作各种异型体及整体部件，减少了焊接的数目，也提高了制品整体的可靠性。HIP近终成形技术可提高原材料的使用率和机加工效率，常用于整体成形许多常规方法难以成形的零件，特别适合于航空航天、船舶、武器设备、核设施、发电设备等关系国计民生的重大应用领域。

CFM国际公司生产的CFM56发动机中有2个挡板通过粉末HIP近净成形，截止2007年12月31日，有17532台CFM56发动机在役，已装备7150架飞机。俄罗斯使用EI1698P镍基高温合金粉末HIP近净成形，为地面涡轮装置生产大尺寸盘型零件，其强度和塑形比铸、锻件提高了10%～15%，近净成形的盘类零件直径可达1100mm（图3）。Bjurstrom等利用HIP近净成形方法成功制造了高压泵体，并将泵的支撑、关口、凸缘等部位与泵体一起整体成形，不仅显著缩短了部件的制造周期，且明显提高了制件的力学性能。瑞典Stephen等将板材焊接拼合成复杂包套的外壳与内部模芯，对APM2218粉末HIP近净成形，成功制造了复杂的蒸汽管路系统。他们还以超级双相不锈钢粉末为原料，采用HIP近净成形技术制备出深海下使用的高压阀体，完全克服了传统铸、锻件的缺陷，综合性能明显提高。法国Baccino等采用HIP近净成形技术制备出镍基高温合金、钛合金、不锈钢类非常复杂的零件，如直升飞机发动机的涡轮轴、叶轮等制件，还制造出尺寸达1m的大型不锈钢件。

我国在粉末HIP近净成形领域的研究工作开展较少，目前主要由北京航空材料研究院、航天材料及工艺研究所、中南大学、北京科技大学、西北有色金属研究院等单位开展了相关研究工作，尚处于研究初期，与国外先进水平相比，还有很大差距。

2.2扩散连接

扩散连接是一种新型的焊接工艺，对于难于焊接的金属以及异种材料之间进行固态连接具有很大的应用价值。热等静压扩散连接是将两种材料表面磨平和抛光后，用某种液体或气体介质在各个方向加力将两种材料紧密地压在一起，然后加热到熔点以下的某个温度，并保温保压一段时间，使材料通过原子间相互扩散实现连接。热等静压扩散连接涉及到的材料可以是金属-金属、金属-非金属、非金属-非金属，在核工业、航天等多个领域方面值得应用推广的一项较好技术。

从上世纪70年代以来，国内外采用热等静压扩散连接的方法对铍/钢，铍/铜合金，铜合金/钢，铜合金/铜合金，铜合金/Al合金连接进行了大量的研究，实现了铍/HR-1不锈钢、Al-Si合金/HR-2不锈钢、Be/CuCrZr合金W/Cu、V-4Cr-4Ti/HR2钢的热等静压扩散连接。

王锡胜等采用热等静压（HIP）技术实现了进行扩散连接，研究表明中间过渡层及连接工艺参数对接头性能存在明显影响。在580℃，140MPa下Be与CuCrZr直接扩散连接以及采用Ti（Be上PVD镀层）/Cu（CuCrZr上PVD镀层）作过渡层的间接扩散连接均达到了较好的连接效果。表面采用Ti镀层的间接扩散连接，可有效阻止Be与Cu形成脆性相。另外，中间层或扩散阻碍层材料对连接成功与否或质量高低有着重要的影响，其选择原则是在设定的温度下，尽可能阻止Be的扩散，减少脆性金属间化合物的生成，同时又能缓和接头的内应力。国内外研究了多种材料作为Be/Cu连接的中间层或阻碍层，如Ag、Ti、Cu、Al、BeCu合金以及复合层Ti/Ni、Ti/Cu、Cr/Cu、Al/Ni/Cu等。

在核聚变反应装置中，偏滤器面对等离子一面的材料要求有很好的耐高温性能和良好的热传导性能。现有的单一材料不能同时满足两种需要，因而设计了W-Cu复合材料。钨具有很高的熔点，可作为面对等离子一侧的耐高温材料，铜具有很好的导热性能，作为基体材料能满足导热和冷却的要求。吴继红等采用热等静压实现了核聚变反应装置中偏滤器面对等离子一面的铜和钨进行连接，焊接性能满足了偏滤器工作需要。

钒合金作为聚变堆结构材料的候选材料，在作为结构材料应用时，须与不锈钢等金属进行连接。冷邦义等以AuNi合金作为过渡层材料，采用热等静压（HIP）方法进行V-4Cr-4Ti/HR2钢扩散连接。

3结语

热等静压设备和工艺日益改善，应用领域不断扩大，目前热等静压技术已广泛应用于航空、航天、能源、运输、电工、电子、化工和冶金等行业。热等静压技术能使粉末冶金件在高温高压的作用下实现全致密化，晶粒细小，大幅度提高制品的宏观力学性能的均匀性，有助于提高制件的疲劳寿命，增强延展性、抗冲击强度及蠕变性能，而且能够实现近净成型，是制备新型材料的重要手段。

对于难以焊接或材料性能相差较大的异种材料，热等静压方法能够通过异种材料间的原子扩散形成性能较为满意的连接接头。因此，热等静压扩散连接是一种可在多个领域推广的技术方法。

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粉末冶金研究篇6

好在才让是个小有名气的人，好在我深知基础数据在网上都会有，好在安泰科技是个上市公司，企业有定期的报告，股票市场有横着杀出来的一些“市场分析师”；好在我在中关村也算混了快十年。

那么半个小时，对我来说也是够了。此前的各种各样的大会议小论坛里，见过才让；也在一些杂志的封面上、网页上，见过他的照片，有时候更折服于他偶然脱口而出的企业理念。我只需要问他一些表面上不着边际的问题，似乎就可以完成我的采访。

安泰科技脱胎于北京钢铁研究院，而安泰现在的产品，却是越来越精细、越来越高端；安泰科技原本是非流通股占大头的国有企业，而去年底的一场变革，让企业越来越开放，给了小股东更多说话的理由；安泰科技本来对员工的福利照顾得不周到，现在，越来越多的精力放在“惠泽员工”上。这一切都在说明，安泰科技，正越经营越高雅，上市时间越长越高贵，企业精神也越来越“高档”。

产品应越做越精细

2006年1月初，在钢铁研究总院粉末冶金研究室922老厂房会议室举办的座谈会上，才让邀请曹勇家、李献璐、王恩珂等粉末冶金领域的老专家，以及中国钢协粉末冶金分会、《粉末冶金工业》与相关单位的领导共聚一堂，探讨如何利用总院和安泰科技的技术与产业基础进一步强化发展粉末冶金事业，同时也正式宣告安泰科技股份有限公司旗下的“粉末冶金与环境技术事业部”正式更名为“粉末冶金事业部”。

安泰科技是由钢铁研究总院投资控股的高科技上市公司，下设11个实体分公司和事业部、11个参控股子公司，现拥有4个产业基地，在国内新材料行业中占有重要的地位。公司目前已形成了以超硬、难熔材料，非晶、微晶合金带材及元器件，稀土永磁、软磁材料和生物医学材料等为代表的六大系列主导产品。这些浓缩了大量科研成果的新材料，不仅用在航空、航天、国防等尖端领域，还被广泛用于日常的生产和生活，有着极广阔的市场前景。

“粉末冶金与环境技术事业部”是公司于2001年由粉末冶金材料分公司和石化用材事业部合并成立的。主营业务包括粉末冶金、环保与石化特种合金材料等领域。随着事业部产业的迅速发展，特别是公司投资1.5亿元在永丰基地建立雾化制粉、注射成形和过滤元器件三个产业项目后，事业部已经形成了制粉、成形和元件生产的完整产业链。其中，注射成形产品90%进入了国际市场，雾化合金粉末和金属多孔材料元件等产品也占据着国内主流市场，三条生产线的装备水平和量产规模均处于国内领先地位。另外，随着市场竞争和新材料技术发展的需要，粉末冶金工艺技术将在其中显现出越来越重要的地位。因此，此次的事业部的更名不仅展示出公司在粉末冶金领域的长期产业发展战略，而且突出了主营业务优势，更加有利于整合与利用钢铁研究总院、安泰科技和北京市地方的相关资源。粉末冶金事业部更名后，将在粉末冶金材料技术、工艺装备和测试分析技术等方面集中优势资源，不断强化和扩大其产品与产业发展领域。

才让说，“粉末冶金事业部”名称的启用更加凸现了安秦科技的战略意图，对公司和事业部的资源整合、技术创新、产品和产业结构的发展规划有着重大的意义。粉末冶金事业部也将基于此加快产业发展的步伐，迅速在国内外构建起品牌，为安泰科技参与国际化竞争以及参与推动我国粉末冶金技术的产业化发展奠定坚实的基础。

才让一坐下，就和记者说起安泰公司的一个主营业务“生物材料”，安泰科技公司正用研制出的一种合金，生产一种供心脏病人用的“带药支架”。这种支架上附着了一些药物，既可以减少病人的排异，也放缓了支架本身与身体结构的冲突，降低了支架本身的损坏对身体的影响。“现在，市场要求越来越精细了，不带药的支架已经很难卖出去了。”

“我们做的本质上是新材料领域，这个领域可能范围都不大，但附加值很高，我们主营的几大领域，表面上似乎都很狭窄，很微细，可都需要极高的技术和极精细的制作能力。过去我们钢铁研究院有技术，可是缺乏向市场靠拢的精神，于是国家就想办法通过改变院所体制，让我们以事业单位上市，强迫我们在二三年内，自生或者组配上各种市场经济能力，这样，我们的研究就更加的有目的了，企业就变得更生动了。企业就一定要有市场来呼应的，我们要生产什么？我们的优势产品是什么？显然，我们的优势产品是精细化的产品，过去的实验室无法生产，我们就建立小型的生产车间，让高端的技术与精细的生产线配合起来，既转化了我们的技术，又提升了我们精细生产的才能；我们的产品几乎全部出口，这样能带来巨大的利润。”

大量出口也一度带来了其他国家同行的嫉妒。前不久，美国商务部就收到了来自下属一些企业的申诉，要求对中国、台湾、韩国相关企业进行“反倾销调查”，要求对安泰科技的产品加收168%以上的惩罚性关税。美国商务部为此派了好多次调查组亲自到安泰科技现场调研，看有没有接受国家的“非市场经济”支援，看技术是不是很真实，看生产线是不是很到位，检查的结果对安泰科技非常有利，商务部裁定安泰科技要多交0.1%的关税。“这等于承认了我们的技术非常好，等于承认我们没有接受来自国家的任何补贴，等于承认了我们的企业是完全市场经济型企业。这个结果还对早于我们进入美国市场的韩国企业台湾企业是个坏消息，因为他们被要求加收比我们高得多的关税。当然，我们为此也花了不少学费，因为官司在美国打，得请美国律师。但这正是一个企业走向国际化必须之路，这学费交得值。”

上市公司要有开放精神

1997年底，当时还有冶金部工作的刘淇（现北京市委书记），“把最后一个上市名额给了我们。以前上市指标都是给企业，给事业单位这是第一次。这个机会给钢铁研究院转型带来了很好的机会。2000年，公司完成各种上市考试之后正式上市。”

上市了，就要遵守上市的游戏规则。中国证监会于2005年5月9日开始进行资本市场上市公司的股权分置改革。2005年10月24日，安泰科技的股改方案一公布，就遭遇了股改以来的首起散户股东有组织、大规模的自发联合事件。非流通股股东对安泰科技10股送2.6股的对价方案表示不能接受，天津一位资深股市投资者发起散户联盟，他本人握有安泰科技200万股，又通过网络征集了共645万股，成为安泰科技第一大流通股股东代表，在10月29日来到北京与安泰科技公司进行了当面沟通交流。

面对投资者反响热烈的局面，为了更广泛的听取投资者的意见，公司开辟了多种渠道与股东沟通：设立了股改热线、股改邮箱、网络专栏；举行了网上路演；既做到“走出去”，组织股改工作小组赴各地沟通；也能够“请进来”，邀请流通股股东到公司交流，用诚挚的沟通获得了投资者的理解和支持。10月29日，安泰科技副总裁、董事会秘书钱学军向股东代表们介绍了公司的发展现状和未来前景。才让总裁、钢院总院副院长李波亲自与部分流通股股东作了面对面的交流。随后公司组织部分流通股股东参观了公司产业基地。10月31日，安泰科技又举行了股权分置改革网上交流会。路演结束后，董事长干勇院士表示：通过这次交流，公司更进一步地了解了流通股股东和广大投资者对公司股改的要求和期望。

才让对记者坦言：“要给安泰科技一个逐步改善的时间。我们也是在实践中摸索经验。如果我不是一个科技工作者，我就理解不了安泰科技，无法在这里管理和驾驭；如果我不拿职业经理人来要求自己，我就无法面对市场的挑战，我们必须要竞争，必须要盈利，必须要发展。但是，这两者的基础是：我是国有控股公司的管理者，如果我忘了这一点，我就没有立身之地；我的饭碗是投资者给的，我也是小股东投资者的委托管理人，忘了这一点，同样就没有发展空间。我要对小股东负责，也要对大股东负责。客观要求我必须要用多重标准来适应角色。安泰科技是慢慢地转型的，它既要满足上市公司的商业化要求，满足流通股股东和投资机构的要求，又要满足监管机构的要求，满足《证券法》和《公司法》的要求，要高速发展，回馈股东。但是，它的控股人是国务院国资委，它还要满足国家对央企的要求和对国有资产的管理。我们要走两根钢丝。”

通过与散户联盟“盟主”等和一些代表流通股股东的沟通，根据全体非流通股股东提议，安泰科技将股权分置改革方案的部分内容进行了调整。11月2日，安泰科技公告，将10股送2.6股改为10股送3.2股，按送出率计算，目前在央企中处于较高水平，并把售股价格底限从6元提高到10元。

“盟主”回去之后，于11月2日晚写了《我的自白书》，发在了安泰科技的股东论坛上。他这样写道：“安泰科技背靠钢院，技术和创造力一流，行业壁垒高，景气周期长，像一个体能储备十足的长跑健将；行事低调，只做不说，像性情内敛的智者……今天安泰股改方案修改稿已公布，10送3.2股，减持价10元，虽然较《征求意见稿》有较大的提高但没有达到或接近联盟的要求，我感到非常对不住大家，辜负了各位的信任和期望。安泰科技是我非常看好的公司，本着关心安泰爱护安泰的原则，实不忍尽全力否决它，尽管否决我们只会有短期的损失，对今后的股改和行情的发展会有极大的促进，但对安泰则伤害至深，也是我们最不想见到的结果，最后是一个两败俱伤的局面。可以这么讲，如果非要否决一个方案，也不应该是安泰。”

同一天的《证券日报》分析文章认为：“新方案体现了流通股股东和非流通股股东利益平衡点，是各方利益博弈的结果。”“新方案保证了流通股股东的利益，力争流通股股东和非流通股股东得到双赢的结果。新的股改方案对原方案有3处重要改动。”“一是大幅提高对价水平”，“提高幅度在已经公布的方案中名列前茅。新方案已超过市场对价的平均水平，在央企中更是处于较高水平”；二是“在提高对价的同时，控股股东钢铁研究总院还修改承诺为：“自改革方案实施之日起，其持有的原非流通股股份在二十四个月内不上市交易或者转让；承诺期满后，通过证券交易所挂牌交易出售原非流通股股份，出售数量占公司股份总数的比例在十二个月内不超过百分之十，且出售价格不低于每股人民币10.00元。”减持价格在原基础上提高了80％，体现了大股东对公司未来的发展充满信心。三是“取消增持股份计划。因为，原定的增持条款投资者反映意义不大。”

才让笑着说：“上市是把一家封闭型公司走向开放化的过程，是由国有控股走向全面考虑小股东利益的过程，过去我们对大股东利益考虑得太少，今后，会像公司的产品一样，我们会对小股东的利益考虑得越来越精细、周到。因为市场经济的原则，第一是公平和公正。”

给员工更多的“惠泽”

安泰科技专注的新材料行业，被认为是新技术进步的基础，新材料领域的每一项技术突破，都会带来全社会的重大技术变革。同时，中国拥有的丰富新材料资源，也成为安泰科技的一大优势。比如安泰科技涉及的稀土钕铁硼材料，全球产量有一半在中国。“安泰科技将逐步实现在有优势的新材料行业合并和扩张，以整合产业群，占据各个新材料行业的国内甚至国际领先地位。”才让说，由于国外同类企业尚未大规模进入，而在国内还无等量匹敌的对手企业，才让对这样的未来信心勃勃。

“但是有时候，我们会对一些重要的方面照顾不周，尤其对人才价值的体现方式上。我们考虑得可能太简单了。”过去的钢铁研究院，有许多优秀的人才，有良好的工作作风。“即使我们不上市，不作经营，大家也会像往常一样工作。所以，在这方面，我们对员工非常放心，以前我以为，只需要给他们创建一个良好的宽松的工作环境，他们就能做出让人满意的成果。”

记者问：那么什么样的环境是合适的工作生态环境呢？如果压迫得太紧，显然对员工未必有好处，如果放得太宽，可能又有纵马驰骋、漫无收束之嫌。

才让说：“这需要两个方面的精细化制度设计。工作目标上要明确，要量化，该什么时候出成果就要什么时候出成果；二是你的科研方向要与公司的方向一致，我们是搞材料的，你去搞太不沾边的东西，可能就不行，要么你就转到适合你意愿的方向，要么就要和公司的方向保持大体一致。在这个前提下，我们再讨论其他方面的宽松。因为知识分子有他的特点，他最需要考虑的，是自己有没有业务前途，能不能在单位和社会上显现他的价值。”

才让说到这里，话锋又一转。“过去，我们以为，知识分子的价值主要体现在事业上，在收入上只要能够解决温饱，满足其基本体面生活的需求，就可以了，现在看来，我们对其价值考虑得还不够。所以我们现在在设计股权激励方案，以前我们想过一些奖励办法什么的，今后，我们还要有更多的激励方案出台，目前正在设计之中，上报批准之后，预计就能马上实施。因为虽然我们说‘劳动者创造价值’，但在现实中，更多的时候，是‘资本创造价值’，劳动者的利益往往被大小股东剥削了，他们的付出与报酬不能成为正比，这是不公平的，必须改变，必须让更多愿意与安泰科技一起奋斗的人，必须让更多的为安泰科技贡献青春和才华的人，得到更多价值体现，这种体现既是在事业上，也要在收益上。看我们公司口号的转变你就会知道，以前我们的口号叫‘稳健成长、高速成长、造福社会、回报股东’，当时觉得已经很全了，后来慢慢发现，好像少了些什么，最后我们看出来了，对员工的福利考虑得不够细致，于是我们加上了‘惠泽员工’这一句，这样就比较全面立体地体现了我们企业的精神。”

到今年，安泰科技已连续7次获得海淀园二十强企业称号，显然，今后这个次数会继续增加。2006年初，安泰科技连续入选上海、深圳等地的三大证券指数。根据各指数的编制规则来看，安泰科技入选深证100和沪深300指数，表明公司的流通市值、成交活跃度达到了一定的规模，同时也是对公司一直以来业绩稳定增长、坚持分红回报股东、规范运作等方面的良好市场形象也得到了证券市场广大投资者的认同；而入选新的深证创新指数，更显示了公司作为金属新材料行业的领先企业所具有的强大研发创新实力，而这正是国家鼓励自主创新的政策环境和证券市场投资者所鼓励和认同的。

才让（次仁），在藏语中的意思是“长寿”。这也是才让对安泰事业的追求目标。他说，安泰科技有“3年”、“5年”和“10年”的不同阶段目标。“3年”目标是在金属新材料中国上市公司中做到“第一集团”；“5年”目标是在中国高新技术企业同类企业中做到“第一集团”；“10年”目标是进入全球该行业的“第一集团”。但这些都有个前提，就是做“百年老店”，追求长期发展，而非短期辉煌，因为持续增长比超常规增长更有价值。“可也有人说过，中国的上市公司有一个三年门坎，头年募得很多资金，第二年到处投资，第三年就倒闭了。又有一个说法是中关村的上市公司有一个五年门坎，上市之后，到第五年往往就会出问题。安泰科技似乎都在一关关地渡过。因为，只要我们在产品上给社会造福利，在权益上给股东良好的回报，在企业内部给员工美好的未来，那么，安泰科技一定能够实现可持续发展、长远发展的远大理想。争取用10年左右的时间，将公司发展成为以高新技术材料及其纵深制品为主业，进军信息、环保、生物工程等领域，成为跨行业、跨地区、乃至跨国性生产与控股经营相结合的大型高科技企业。”

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