粉末冶金的应用范文
时间：2023-11-21 18:13:17
导语：如何才能写好一篇粉末冶金的应用，这就需要搜集整理更多的资料和文献，欢迎阅读由公务员之家整理的十篇范文，供你借鉴。
篇1
0.引言
所谓的粉末冶金材料指的是用几种金属粉末或者金属与非金属粉末为原料，通过配比、压制成型以及烧结等特殊工艺制成的各类材料的总称，而这种与熔炼和铸造明显不同的工艺也被统称为粉末冶金法。因其生产流程与陶瓷制品比较类似，所以又被称为金属陶瓷法。就目前而言，粉末冶金法不单是用来制取某些特殊材料的方法，也是一种优质的少切屑或者无切屑方法，且其具有材料利用率高、生产效率高，节省占地面积及机床等优点。然而粉末冶金法也并非万能之法，其无论是金属粉末还是模具都有着较高的成本，且制品的形状和大小都受到一定的限制。
1.粉末冶金材料的主要分类
1.1传统的粉末冶金材料
第一，铁基粉末冶金材料。作为最传统也是最基本的粉末冶金材料，其在汽车制造行业的应用最为普遍，并随着经济的迅猛发展，汽车工业的不断扩大，铁基粉末冶金材料的应用范围也就变得越来越广阔，因此其需求量也越来越大。与此同时，铁基粉末冶金材料对其他行业来说也非常重要。
第二，铜基粉末冶金材料。众所周知，经过烧结铜基制作的零件抗腐蚀性相对来说比较好，且其表面光滑没有磁性干扰。用来做铜基粉末冶金材料的主要材料有：烧结的青铜材质、黄铜材质以及铜镍合金材料等，此外还有少量的具有弥散性的强化铜等材质。在现代，铜基粉末冶金材料主要备用到电工器件、机械设备零件等各个制造类领域中，同时也对过滤器、催化剂以及电刷等有一定的作用。
第三，难熔金属材料。因这类材料的熔点、硬度、强度都比较高，因此其主要成分为难熔性的金属及金属合金复合材料，主要被应用国防、航空航天以及和研究领域等。
第四，硬质合金材料。所谓合金材料指的是由一种或者几种难熔性的金属经过碳化之后形成的硬质材料的总称。其主要是由金属粘结剂进行粘合之后，再用粉末冶金技术制作而成。因这类硬质合金材料具有高熔点、高硬度、高强度，所以常被用到切削领域。
第五，粉末冶金电工材料。在现代工业中，这种材料主要应用于仪表和电气领域，尤其是各类分断和接通电路重点额电接触元件和电阻焊用的电极上。近几年，随着国内无线电技术的迅速发展，电阻器件的应用范围也越来越广泛，其主要材质就是这类材料。此外，粉末冶金电动材料对真空技术领域中的电力管阴极和电加热元件也有着重要的作用。
第六，摩擦材料。顾名思义，这类材料具有很强的摩擦磨损性能，可以用于制造摩擦离合器以及制动器的摩擦部分。利用其摩擦磨损性较强的特点，有效实现各个元件之间动力的阻断性和传递性，以此实现运动物体的及时减速和停止运动等。
第七，减摩材料。与摩擦材料相反，这类材料则具有较低的摩擦系数以及较高的耐磨性，其可以是金属材质也可以是由非金属材质构成。通常情况下，建模材料主要是由教导强度的金属基体和具有减摩成分的剂构成。因粉末冶金法在一定程度上能够对金属材料的基体和减摩成分进行有效调整和控制，此外，这类减摩材料还具有较强的自性能，这就使得其在金属铸造领域和塑料减摩材料领域中发挥着重要作用。
1.2现代先进粉末冶金材料
第一，信息领域中的粉末冶金材料。在这里主要指的是软磁材料，通常情况下，其又可以分为铁氧体软磁材料和金属软磁材料两种，最大区别是前者出现较早，且只能通过粉末冶金烧结法获取。因其在烧结过程中，软磁材料有着较强的饱和磁化性能和较高的导磁率，所以被各个磁行业广泛应用。
第二，能源领域中的粉末冶金材料。顾名思义，这种能源材料指的是在不断的发展过程中，能够对促进新能源建立和发展具有重要作用的材料，其能够满足各种新能源的不同需求。能源领域中的粉末冶金材料不仅仅是当今社会新能源发展的关键组成部分，还是新能源材料发展的重要前提和基础。就目前而言，电池、氢能、太阳能等方面成为新能源材料发展的主要方向，并随着技术的不断进步，这类材料的应用范围也变得越来越广阔。
第三，生物领域中的粉末冶金材料。最近几年以来，国内的生物研究领域取得了较大的进步，生物研究逐渐对我国的经济发展及产业结构调整有着越来越重要的影响，为此国家对于生物研究领域所取得的重大突破也给予了高度关注，特别是生物材料研究方面。在医学领域中，生物材料能够有效改善人们的健康状况，大大提高了人们的生活质量。
2.粉末冶金材料的应用研究
2.1在机械合金方面的应用
机械合金主要应用的是粉末冶金技术中的高性能球磨技术。其应用原理为：在高能球磨的基础之上，有效利用了金属粉末混合物的变形和易断裂特性，逐步调整金属粉末原子之间的距离，并最终形成合金粉末。所谓机械合金指的就是在固态形式下进行的固态反应，从而科学实现了合金化，而在这种状态下形成的合金不会收到物质熔点及蒸汽压力等因素的影响，进而表现出较强的稳定性。
2.2在干燥喷雾方面的应用
所谓的烦躁喷雾指的是运用雾化器将呈现出一定浓度的原料液转变成一种具有喷射性能的雾状液滴的形式，之后再经过一系列的接触热空气程序将雾状液滴迅速转化成干燥剂，这就是粉粒状干燥喷雾的制作过程。通常情况下，制作干燥喷雾需要经过四个基本阶段，依次是料液雾化、热干燥、蒸发干燥、分离四个流程。更为重要的是，在粉末的制作过程中，还可以依据不同的需求对粉粒形状、大小进行相应的规定。
3.结语
上文系统的总结了粉末冶金材料的种类，并对其应用领域进行了分析研究。从中不难看出，相对普通材料来说粉末冶金材料无论是从性能上还是获取上，都有着无法比拟的强大优势，这也是目前这类材料应用广泛的原因之一。未来，随着经济的发展及科技的进步，粉末冶金材料将会发挥出越来越重要的作用。
【参考文献】
[1]张宪铭，张江峰.标准：粉末冶金材料的分类和牌号[J].世界有色金属，2009（05）.
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由于企业与政府实施“收支两条线”的目的不同,企业“收支两条线”与政府财政“政支两条线”相比,存在以下特点:
1.企业实施收支两条线,要在考虑投入产出比、实现利润的前提下统筹协调各单位的收入与支出。而行政事业单位的收入和支出并没有必然的联系。
2.企业“收支两条线”管理具有较强的“发散性”;在收入环节除了对已到帐的现金进行管理,还要对企业的应收帐款进行管理;在支出环节则要与企业的支出体系相关,要“量力而行”,合理控制企业的费用支出;收支又都要与企业的资产经营和资本运营相结合。对于行政事业单位而言,其收支相对比较固定和简单,两条线管理的“发散性”较弱。
3.由于企业“收支两条线”“发散性”较强,加之现金流量管理在企业财务管理中处于核心地位,企业有可能以“收支两条线”资金管理模式为平台和切入点构建企业的财务管理体系和内部控制系统。而行政事业单位,只要“收支两条线”相关工作实施到位,就可以有效地达到严肃财经纪律和规范财政秩序的目的。
二、“收去两条线”资金管理模式的构建
收支两条线资金管理模式比较适合于有多个独立的现卖收支部门或分支机构的大型企业或企业集团。企业构建“收支两条线”资金管理模式的基本原则主要有:
(1)明确划分收入资金和支出资金的流动,严禁现金坐支;
(2)确保收入的资金能够及时、安全、足额地回笼,并能实行有效的集中管理,减少现金持有成本,加速资金周转;
(3)围绕企业利润目标的实现。根据预算合理安排支出,并保持企业持续经营所必需的最佳现金余额。
(4)建立“收支两条线”资金管理内部控制体系。在上述原则指导下,企业“收支两条线”资金管理模式的构建可从规范资金的流向、流量和流程三个方面入手:
1.资金的流向方面:企业“收支两条线”要求各部门或分支机构在内部银行或当地银行设立两个帐户(收入户和支出户),并规定所有收入的现金都必须进入收入户(外地分支机构的收入户资金还必须及时、足额地回笼到总部),收入户资金由企业资金管理部门(内部银行或财务结算中心)统一管理,而所有的货币性支出都必须从支出户里支付,支出户里的资金只能根据一定的程序由收入户划拨而来,严禁现金坐支。
2.资金的流量方面:在收入环节上要确保所有收入的资金都进入收入户,不允许有私设的帐外小金库。另外,还要加快资金的结算速度,尽量压缩资金在结算环节的沉淀量;在调度环节上通过动态的现金流量预算和资金收支计划实现对资金的精确调度;在支出环节上、根据“以收定支”和“最低限额资金占用”的原则从收入户按照支出预算安排将资金定期划拨到支出产,支出户平均资金占用额应压缩到最低限度。有效的资金流量管理将有助于确保收入资金及时、足额地回笼,各项费用支出受到合理的控制和内部资金的有效调剂。
3.资金的流程方面:资金流程是指与资金流动有关的程序和规定。它是收支两条线内部控制体系的重要组成部分,主要包括以下几个部分。
(1)关于帐户管理、货币资金安全性等规定;
(2)收入资金管理与控制;
(3)支出资金管理与控制;
(4)资金内部结算与信贷管理与控制;
(5)收支两条线的组织保障等。
需要说明的是,收支两条线是一种企业的内部资金管理模式,它与企业的性质、发展战略、管理文化和组织架构都有很大的关系。因此,企业在构建收支两条线管理模式时,一定要注意与自己的实际相结合,以管理有效性为导向。比如、把资金从收入户向支出户划拨就有三种方式可以选择:一是总公司统一划拨,便于集中控制;二是经营单位就地划拨,便于灵活控制;三是经营单位的上一级单位划拨、便于平衡控制。选择哪一种划拨方式必须结合企业的实际情况而定。
三、落实“收支两条线”资金管理模式过程中应注意的问题企业在落实收支两条线资金管理模式过程中,应该注意以下问题:
1.加强银行帐户的管理、在实行收支两条线过程中,应对现金收支部门或分支机构银行帐户的开设、使用和清理实行严格的集中管理。单位应就收入户和支出户的使用同银行签定协议,利用银行资源来维持收支两条线管理。设有内部银行或财务结算中心的单位。下属单位可不在银行开户而在内部银行或财务结算中心开户。
2.强调结算纪律。严禁现金坐支。在收支两条线资金管理模式中,不仅收入的现金不得直接用于开支,银行收入户的资金也不能直接用于开支,所有支出的资金来源只能是支出户。为了杜绝现金坐支。企业还应采取措施进一步强调结算纪律,如当回收入的现金应及时缴存收入户,超过规定限额的现金必须通过银行支付,以及不难白条抵库等。
3.以现金流转为核心来进行财务管理这一观点正在被理论界和实务界越来越多的人士所认同。只有控制现金流量才能确保收入项目资金的及时回笼及各项费用支出的受控,才能加速资金的周转,提高资金的使用效益;在预算管理中,各项预算项目应以现金流为控制源头。因此,企业应有意识地围绕现金流转这一核心,借助于收支两条线这一平台,结合企业的实际情况来构建适合于自身的财务管理体系和内部控制系统。
篇3
英文名称：Powder Metallurgy Industry
主管单位：中国钢铁工业协会
主办单位：钢铁研究总院;中国钢协粉末冶金专业协会;中国机协粉末冶金专业协会
出版周期：双月刊
出版地址：北京市
语
种：中文
开
本：16开
国际刊号：1006-6543
国内刊号：11-3371/TF
邮发代号：82-79
发行范围：国内外统一发行
创刊时间：1991
期刊收录：
CA 化学文摘(美)(2009)
核心期刊：
中文核心期刊(2008)
中文核心期刊(2004)
期刊荣誉：
Caj-cd规范获奖期刊
联系方式
期刊简介
篇4
1粉末冶金技术应用于钢铁循环经济的意义
1.1提升资源利用率
粉末冶金是制取金属粉末或用含有金属的混合粉末作为原料，通过化学方法、物理方式进行加工，制造金属材料、复合材料以及其他各种类型制品的一种生产、加工技术。在钢铁工业的生产活动中，会产生许多金属粉末和混合粉末，对其进行二次加工可以有效提升铁资源的利用率[1]。
1.2提升经济效益
钢铁循环经济的重要追求之一即是对经济效益的提升，而粉末冶金技术则是钢铁循环经济的重要组成部分，其可以通过对金属粉末的二次利用达到提升企业经济效益的目的[2]。
2粉末冶金技术在钢铁循环经济中的应用
2.1含铁粉末产生的环节
一般来说，钢铁企业的含铁粉末主要是来自于两个生产环节，即炼铁原料系统和出铁口系统，以武汉钢铁集团为例，其部分产生含铁二次资源的统计如表1所示。
2.2制取铁粉的方式和要求
2.2.1利用固体碳制取铁粉
固体碳还原法是目前使用较为广泛的铁粉制取方法，其具有操作简单、技术成熟、经验丰富的优势，其基本原理是将还原剂、脱硫剂加入含铁粉末中，再进行粉碎筛选，直到所获铁粉达到合格要求，具体流程是，在各生产车间放置收集设备，对含铁粉末进行收集，之后对其进行简单加热，使粉末中的水分蒸发，放入反应容器中，加入固体碳还原剂，初步将铁粉和其他杂质脱离，再加入脱硫剂，去除铁粉中的硫化物，之后通过磁化设备进行精选，得到质量较高的铁粉后，通过专业设备进行检测，如果其质量达标，则属于合格产品，可以用于正常使用，如果质量不达标，则需进行二次制取，重新筛选，直到合格为止，利用固体碳回收的铁粉，其品质较高，利用粉末冶金技术，可以将其加工成复合材料和金属材料，用于相关领域[3]。
2.2.2固体碳回收法对含铁粉末的要求
一般来说，含铁粉末是在加工过程或者出铁时产生，由于加工技术、钢铁用途的差异，含铁粉末往往也不尽相同，比如含硫量、其他杂质含量的不同等。主要标准为粉末的铁含量，铁含量在70％以上的混合粉末回收价值较大，由于我国目前对含铁粉末二次加工的技术并不是特别先进，如果混合粉末中铁含量较低，那么加工所需花费和消耗将大于回收的铁粉的价值，二次利用就没有意义了，通常来说，如果混合粉末中铁粉含量低于20％，就不适合通过固体碳方式进行回收，同时，如果混合粉末中盐酸等不溶物的含量大于1％、硫含量大于0.5％，也要考虑更合适的回收方式，比如磁化装置回收法。
2.2.3磁化装置回收法
磁化装置回收法是最简单的铁粉回收法，其基本原理是利用铁元素同极相斥、异极相吸的原理，通过对较大型的装置进行磁化，使其将铁粉从混合粉末中分离出来。磁化装置回收法的基本流程是，在车间、出铁口周围安置混合粉末回收装置，大量收集混合粉末，之后提取部分粉末送检，研究其铁含量，如果铁含量较高，则可以通过固体碳等方式回收，如果其铁含量在30％以下，则表明这部分混合粉末适合通过磁化装置回收法进行回收[4]。
2.3铁粉的压制
通过固体碳、磁化装置等方式完成铁粉收集工作后，需要对铁粉进行压制处理，将其加工成具有一定规格和形状的铁坯，压制处理的方式通常为加压式，即通过物理方法向铁粉增加压力，将颗粒之间的空气挤压出去，使其最终成型[5]。
2.4铁坯的烧结
烧结是压制过后的进行粉末冶金的关键技术。压制成型后的铁坯，往往依然含有较多的杂质、碳化物、硫化物等，通过烧结，可以使铁坯在高温中发生变化，最终将杂质去除。通常来说，烧结分为元烧结和多元烧结，一些特殊的领域也会采用熔浸、热压等烧结方法。烧结环节需要重点注意的是温度，其基本流程是，将铁坯输入烧结设备中，如果采取的是固相烧结，需保持烧结温度低于铁坯的熔点，铁坯只发生纯金属的组织变化，同时铁粉颗粒间黏结、致密化，金属组织间的不会出现溶解，也不出现合金等新型金属。烧结过后的铁坯，基本上可以满足各行业所需，其杂质等经过铁粉制取、烧结已经基本被清除，此时可以根据所要加工的工件对铁坯进行热处理、电镀、轧制等，将其制成工件或者使其符合下一步加工的要求[6]。
2.5回收铁粉的应用
调查显示，利用回收的铁粉进行机械加工，材料利用率往往在90％以上，而直接使用金属材料进行加工，利用率只有50％左右，一个值得注意的现象是，大部分的回收铁粉都被应用于汽车制造行业，日本80％的回收铁粉应用于汽车零部件制造，其行业利润也远大于我国，如何将回收铁粉应用于汽车制造领域或者其他领域，是目前我国相关行业需要考虑的问题。
3总结
对资源进行二次利用，是社会进步的体现，也是时展的要求，在钢铁循环经济中应用粉末冶金技术，充分了解铁粉回收、铁坯压制、铁坯烧结等关键环节并对其进行有效把控，有利于粉末冶金技术的发展、进步，也有利于其在钢铁循环经济中的进一步应用。
作者:胡沙 潘友发 单位:商丘阳光铝材有限公司
参考文献
[1]郭志猛，杨薇薇，曹慧钦.粉末冶金技术在新能源材料中的应用[J].粉末冶金工业，2013，（3）：10-20.
[2]江涛，吕巧飞，张维娜，等.粉末冶金技术在材料科学与工程专业教学实践中的研究和讨论[J].人力资源管理，2014，（4）：182-183.
[3]任朋立.浅析粉末冶金材料及冶金技术的发展[J].新材料产业，2014，（9）：17-20.
[4]陈晓华，贾成厂，刘向兵.粉末冶金技术在银基触点材料中的应用[J].粉末冶金工业，2009，（4）：41-47.
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金刚石可切削性指标主要选择刀具磨损和工件表面质量。由图5和图6可以看出，深层渗氮纯铁的金刚石可切削性较好，其中渗氮纯铁试样的表面粗糙度值在6nm以下，刀具磨损主要以微崩刃为主，崩刃长度约35μm，原因可能是主轴转速较高而且ε-Fe2-3N相脆性较强，切削时易引起高速冲击，可以通过控制工艺参数使刀具磨损进一步减小。传统认为金属材料可被加工出镜面质量与其中某些重要微量元素及其分布有关。此次纯铁渗氮层成分主要为Fe2-3N，几乎无其他元素，说明Fe2-3N物质本身具有被金刚石加工出镜面质量的潜质。由此得到一个启示：氮化铁材料适合金刚石超精密切削。表面改性的实质是在被加工件表面制造了一种新材料，然后对此化合物层进行切削。如果有针对性地将表面改性方法中几个缺陷加以克服，直接制备出整体单相可控、杂质很少的氮化铁(或加入微量有益于减少刀具磨损和提高表面质量的合金元素)工件材料，将非常有可能解决黑色金属的金刚石超精密切削问题。
2氮化铁粉末冶金钢的金刚石可切削性实验研究
2.1氮化铁粉末冶金钢的制备
氮化铁材料的制备研究可以追溯到20世纪50年代初，Jack最早确定了Fe-N相图，并从结构上分析和确定了相、相、相和相及其他氮化铁。这些氮化铁在强度、硬度和韧性等方面有着各自不同的特点。由于氮化技术在表面强化方面具有明显的优势，所以被广泛用于动力机器制造工业。近年来，由于氮化铁具有优异的软磁性能和良好的耐腐蚀和抗氧化性，被应用在了制作磁记录介质、磁感元件和吸波材料等方面，受到了广泛的关注[9]。国内东北大学佟伟平教授[10,11]]以及西南交通大学杨川教授的课题组[12,13]等在单相氮化铁纳米粉体制备以及铁氮粉末冶金方面做了大量研究。粉末冶金是制取金属粉末或用金属粉末(或金属粉末与非金属粉末的混合物)作为原料，经过成形和烧结，制取金属材料、复合材料以及各种类型制品的工艺技术[14]，已成为新材料科学和技术中最具有发展活力的领域之一[15]，而铁基粉末冶金材料是最重要的粉末冶金材料之一。西南交通大学杨川教授的课题组采用将一般纯铁粉进行模压成形方式加工成生坯，在烧结过程中进行渗氮处理的方法制备铁氮粉末冶金零件取得了一定效果，其烧结后的主要成分由Fe和Fe4N两相组成（部分原因是烧结温度高，导致脱氮），孔隙度为8.73~11.14，密度为6.2035~6.591g/cm3，硬度为128.3~307.1HV。本研究采用此材料进行初步切削实验。
2.2切削实验结果及讨论
实验条件及实验装置同图4，金刚石切削氮化铁粉末冶金钢所产生的刀具磨损和工件表面质量分别如图7、图8所示。金刚石刀具在直接切削相同面积的模具钢时，VB值达16μm，而金刚石刀具切削氮化铁粉末冶金钢后的VB值仅为1.16μm。与直接切削模具钢相比后刀面磨损明显减小。工件端面靠近圆心处的表面粗糙度为64.34nm（实验最大切削距离处）。在靠近端面外侧附近还观察到了如图9所示的孔隙。尽管氮化铁粉末冶金钢的各项指标（孔隙度、密度、硬度以及成分等）与光学级模具型芯材料的要求还有一定距离，但此结果已经说明了氮化铁材料的金刚石可切削性较好。还需要进一步提高各项指标以达到模具钢的性能要求，以及严格控制其成分，如果能进一步控制氮化铁为某一单相，从而还可以验证是哪种相对减少金刚石刀具磨损起着关键作用，进而可以揭示工件表面改性方法的内在机理。
3结论
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【关键词】激光焊接技术；原理；应用
一、激光焊接技术的基本原理
激光焊接就是以激光为热源进行的焊接。激光是一束平行的光，用抛物面镜或凸透镜聚光，可以得到高的功率密度。与电弧焊接的功率密度102～104kw/cm比较，聚集的激光束可以得到105～108kw左InZ的功率密度。用功率密度高的热源进行焊接，可以得到熔深较大的焊缝。激光焊接可以得到与电子束焊接同样熔深的焊缝。激光焊接可使表面温度迅速上升，激光照射完后迅速冷却，可以进行熔融或非熔融的表面处理。当功率密度大于103kw/c耐时，可进行熔深较大的焊接。这时，在大气中熔融金属容易被氧化。因此，要用Ar、He、CO，等气体密封焊接部位。尤其是提高功率密度时，瞬间从光束中熔融金属被排出，这时若辅以高压气体吹扫，可促进熔融金属排出，适宜进行开孔或切断。激光焊接最大的特点是选择适合的焊接材料和功率密度，可以得到稳定的焊接形态。激光焊接有两种基本方式：传导焊与深熔焊。这两种方式最根本的区别在于：前者熔池表面保持封闭，而后者熔池则被激光束穿透成孔。传导焊对系统的扰动较小，因为激光束的辐射没有穿透被焊材料，所以，在传导焊过程中焊缝不易被气体侵人；而深熔焊时，小孔的不断关闭能导致气孔的产生。传导焊和深熔焊方式也可以在同一焊接过程中相互转换，由传导方式向小孔方式的转变取决于施加于工件的峰值激光能量密度和激光脉冲持续时间。激光脉冲能量密度的时间依赖性能够使激光焊接在激光与材料相互作用期间由一种焊接方式向另一种方式转变，即在相互作用过程中焊缝可以先在传导方式下形成，然后再转变为小孔方式。可以调节激光焊接过程中各因素相互作用的程度，使得小孔建立以后能够在脉冲间歇阶段收缩，从而减小气体侵入的可能性，降低气孔产生的倾向。
二、激光焊接技术的应用领域
（1）制造业领域。20世纪80年代后期，千瓦级激光器成功应用于工业生产，而今激光焊接生产线已大规模出现在汽车制造业，成为汽车制造业突出的成就之一。90年代美国通用、福特和克莱斯特公司竟相将激光焊接引入汽车制造，尽管起步较晚，但发展很快。日本的本田和丰田汽车公司在制造车身覆盖件中都使用了激光焊接和切割工艺，高强钢激光焊接装配件因其性能优良在汽车车身制造中使用的越来越多。（2）粉末冶金领域。随着科学技术的不断发展，许多技术对材料有特殊要求，应用冶铸方法制造的材料已不能满足需要。由于粉末冶金材料具有特殊的性能和制造优点，在某些领域如汽车、飞机、工具刃具制造业中正在取代传统的冶铸材料，随着粉末冶金材料的日益发展，它与其它零件的连接问题显得日益突出，使粉末冶金材料的应用受到限制。在20世纪80年代初期，激光焊以其独特的优点进入粉末冶金材料加工领域，为粉末冶金材料的应用开辟了新的前景，如采用粉末冶金材料连接中常用的钎焊方法焊接金刚石，由于结合强度低，热影响区宽特别是不能适应高温及强度要求高而引起钎料熔化脱落，采用激光焊接可以提高焊接强度以及耐高温性能。（3）电子工业领域。激光焊接在电子工业中，特别是微电子工业中得到了广泛的应用。由于激光焊接热影响区小，加热集中迅速、热应力低，因而正在集成电路和半导体器件壳体的封装中，显示了独特的优越性，在真空器件研制中，激光焊接也得到了应用，。传感器或温控器中的弹性薄壁波纹片其厚度在0.05～0.1mm，采用传统焊接方法难以解决，电弧焊容易焊穿，等离子焊稳定性差，影响因素多，而采用激光焊接效果很好。（4）生物医学领域。生物组织的激光焊接始于20世纪70年代，Klink等及Jain用激光焊接输卵管和血管的成功及显示出来的优越性，使更多研究者尝试焊接各种生物组织，并推广到其它组织的焊接。有关激光焊接神经方面，目前国内外的研究主要集中在激光波长、剂量及对功能恢复及激光焊料选择等方面，刘铜军在激光焊接小血管及皮肤等基础研究的基础上又对大白鼠胆总管进行了焊接研究。激光焊接方法与与传统的缝合方法比较，激光焊接具有吻合速度快，愈合过程中没有异物反应，保持焊接部位的机械性质，被修复组织按其原生物力学性状生长等优点，将在以后的生物医学中得到更广泛的应用。（5）其他领域。在其他行业中，激光焊接也逐渐增加，特别是在特种材料焊接方面，我国进行了许多研究，如对BT20钛合金、HE130合金、Li-ion电池等激光焊接。德国玻璃机械制造商Glamaco Coswig公司与IFW接合技术与材料实验研究院合作开发出了一种用于平板玻璃的激光焊接新技术。
参 考 文 献
[1]游德勇，高向东．激光焊接技术的研究现状与展望[J]．焊接技术．2008（4）
[2]杨春燕．激光焊接技术的应用与发展[J]．西安航空技术高等专科学校学报．2008（5）
篇7
【关键词】金属基复合材料 性能 关键技术
一、背景
20世纪60年代，美国航天飞机主舱体的主龙骨的支柱就采用了硼纤维增强铝基复合材料；20世纪80年代初期，逐渐强化对碳纤维增强铝基复合材料制备工艺技术研究力度，如压铸、半固态复合铸造以及喷射沉积和原位金属直接氧化法、反应生成法。80年中期开始加强对金属基复合材料界面稳定性研究。
二、金属基复合材料特征性能内容
高强度、高模量、低密度的增强纤维的加入，使MMC的比强度和比模量成倍地提高；良好的高温稳定性和热冲击性。金属基体的高温性能比聚合物高很多，加上增强材料主要为无机物，在高温下具有很高的强度和模量，因此MMC比基体金属具有更高的高温性能；热膨胀系数小、尺寸稳定性好；良好的导热性；不吸潮、不老化、气密性好。
三、MMC的制备工艺和制备方法研究
金属基复合材料的制备工艺研究主要包含以下几个方面：金属基体和增强物的结合方式和结合性；增强物在金属基体中的混合分布情况；降低成本，复合材料硬度、稳定性的提升；避免连续性纤维在制作中的出现伤损状况。
目前制备方法有固态法，液态法，喷涂喷射沉积，原位复合等。
（一）固态法。固态法指在制备过程中把纤维、颗粒等与金属基体按照原始设计要求，通过低温、高压条件将二者复合粘结，最终形成金属基复合材料。该制备方法整个工艺保持在低温环境下、且金属材料和纤维、颗粒等增强物状态呈现为固态、界面反应不严重。固态法制备工艺包含以下两个方面：
1.扩散结合。扩散结合是指金属材料在一定温度和压强下，把新鲜清洁表面的金属和增强材料，通过表面原子的互相扩散而连接在一起的固态化焊接技术。如图
2.粉末冶金。粉末冶金（Powder Metallurgy）适应范围广，对于长纤维、短纤维、颗粒性金属基增强材料的制备都适合，粉末冶金制作工艺是将金属材料和增强物（颗粒、纤维等）按照一定要求混合，并经过压制、烧结及后期一系列处理工艺制成金属基复合材料。在制备过程中，为提升该方法产品的压制性和烧制收缩率，可根据实际需要加入液相烧结组元，通过这种工艺制备的金属基复合材料可有效增强其室、常温条件下材料的硬度、耐磨度的部分。[1]粉末冶金法工艺过程如下图
（二）液态法。液态法包含压铸、半固态的符合铸造、搅拌法和无压渗透法等，根据其内容划分又称之为“熔铸法”。这些方法的共同持点是金属基体在制备复合材料时均处于液态。这种方法优点显著，成本低、基础设施要求不高，且只需要一次性即可完成，它的这些优势决定其可批量大规模进行生产。其中日本松下润二 采用离心铸造法制造出AlSi 基石墨增强复合材料[2]。
（三）喷涂与喷射沉积。喷涂沉积主要应用于纤维增强金属基复合材料的预制层的制备，亦可以作为获取层状复合材料坯料的方法。该工艺主要用作颗粒型金属复合材料的制作，其最大的优势在于对增强材料、金属润湿要求不高，接触时间较短且界面反应量少。
（四）原位复合。解决了增强材料与金属基体之间的相容性问题、即增强材料与金属基体的润湿性要求。解决了高温下的界面反应等。例如：
四、技术关键以及难点
主要是加工温度高，性能波动，成本高以及制造工艺中的金属基复合材料中的金属与增强物的相容性。
五、应用前景
金属基复合材料独特优势，决定其必然在将来得到广泛利用，并得到规模生产，且伴随着科技发展，其成本亦会变得越来越低。当前就工艺技术而言，铸造法和原位复合法得到广泛应用，前者工艺流程简易、且成本廉价，而后者具备优良工艺特征，具备极强发展前景。若将来可综合二者，金属基复合材料将会取得更为显著的成果。
参考文献：
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2013年3月7日，怀柔区区委书记齐静从北京市副市长苟仲文手中接过中关村国家自主创新示范区怀柔园的牌子，不到一年的时间，怀柔园已在加速产业升级方面取得了显著的成绩。
“我们将以三大特色园区建设和龙头项目带动为抓手，大力引进科技资源，积极发展战略性新兴产业集群，使怀柔园在‘十二五’期间迅速成长。”
怀柔园负责人所说的三大特色园区即纳米科技产业园、科技服务产业园和数字信息产业园。纳米科技产业园不仅是怀柔园的一张金名片，也是北京市的一个符号。2013年6月18日，怀柔纳米科技产业园被科技部高新司评定为北京国家纳米高新技术产业化基地。这是中国第二个纳米领域国家级高技术产业基地。
“我们对怀柔纳米科技产业园定下的目标是，到2015年实现总产值200亿，到2020年达到500亿。未来我们要把纳米科技产业园做成全国的纳米科技创新源头，聚集纳米产业链的各大要素。”怀柔园负责人告诉记者，仅2013年上半年就吸纳了13个项目，到现在为止，建成时间才2年的纳米科技产业园一共有29个项目入驻。这些项目分布在环保、能源、传统工业、生物医疗四大领域。比如在水处理领域，吸引了行业龙头企业碧水源公司；在能源领域，吸引了有研粉末公司；在生物医疗领域，吸引了欧亚瑞康等龙头企业。
除了纳米科技产业园，怀柔园引以为豪的还有科技服务产业园。科技服务产业园脱胎于中科院怀柔科教产业园，始于2009年6月12日，它由教育基地即中科院大学、科研与转化基地、北京综合研究中心三部分组成。
中科院大学占地1300亩，计划2014年全部竣工；科研与转化基地占地1334亩，有12个研究所的24个项目入驻；北京综合研究中心一期工程总投资预计75.7亿元，计划2014年启动建设，2019年全部建成，包括北京先进光源、物质科学综合极端条件设施、地球系统数值模拟装置等三大科学装置和依托于科学装置的若干研究中心。
“科技服务产业园引进世界先进的服务资源和模式，探索科技服务业快速发展道路，力争率先形成带动北京、辐射全国、链接全球的世界级科技创新专业化服务基地。到2020年，科技服务业将实现总收入120亿元，培育大型龙头企业10家，集聚10家市场化运行孵化平台。”
与此同时，怀柔园抓住新一代信息技术产业发展和产业价值链中数据、信息等服务业态专业化布局的机遇，在园区布局建设数字信息产业园，总面积800亩。重点发展云计算关键技术研发与应用、物联网关键技术研发与应用、大型数据中心建设、芯片研发设计、数字内容领域。其中北京超级云计算中心，其计算速度达到了千万亿次/秒，2013年已投入运营。
“怀柔园要打破传统的规模外延、技术外生、市场外向的发展路径依赖，在‘绿色生态，创新驱动、内生发展’的道路上更进一步，探索一条全面转型升级的发展路径，打造成为符合首都经济转型升级和中关村建设要求的新型科技园区。”怀柔园负责人说。
玛氏食品：
创新铸成品牌多元化
集玛氏在华的行政管理中心、结算中心、人才发展中心以及科技研发中心等总部职能于一身的玛氏（食品）中国有限公司总部基地于2010年9月落户怀柔雁栖经济开发区，总投资达1.3亿人民币。当时玛氏中国总裁易瀚博在致辞中表示，作为全球前三甲的食品企业，玛氏将其中国总部基地项目选址在北京市怀柔区雁栖经济开发区，不仅充分表明了玛氏对北京投资环境的看好，同时也显示了对中国市场未来发展的巨大信心。
时任怀柔区区长池维生在奠基仪式上的致辞中也特别指出，玛氏中国总部基地项目不仅符合北京市“人文北京、科技北京、绿色北京”的城市发展战略，更是与其建设“世界城市”和怀柔区经济发展的战略构想相契合，玛氏中国总部基地项目所呈现出的经济与环境和谐发展这一“绿色”双赢的特点，正是对可持续发展理念的集中诠释。
这个全球最大的家族企业在中国有三大生产基地，其中有两大生产基地就在怀柔园，2013年产值25.9亿，税收5.0亿。玛氏中国以其众多的国际知名品牌，如德芙（DOVE）、M&M's、士力架（SNICKERS）、彩虹糖（SKITTLES）、宝路PEDIGREE）、伟嘉（WHISKAS），在市场上树立起自己的形象。作为玛氏公司在中国的业务，玛氏中国代表全球领先的食品生产商，由宠物护理、巧克力、箭牌业务组成，是全球超过300亿美元销售额的重要组成部分。
创立于1911年的玛氏公司是全球最大的食品生产商之一，是全球巧克力、宠物护理、糖果等行业的领导者，拥有众多世界知名的品牌。在这些品牌中，价值超过十亿美元的品牌就包括德芙、玛氏、M&M’S、士力架、UNCLE BEN’S、傲白、宝路、皇家、伟嘉和特趣。其中，糖果巧克力类产品和宠物类产品销量分别位居全球同类产品首位。目前全球有三分之一的宠物每天都在食用玛氏公司的宝路狗粮和伟嘉猫粮。2008年10月，玛氏联手股神巴菲特，斥资230亿美元收购口香糖制造商箭牌，迅速得到一个充分全球化的网络，以及与主业巧克力相比更具有健康形象的业务。
1983年，玛氏公司开始通过分销商在中国市场上销售糖果产品。1990年，作为最大的赞助商之一，玛氏公司以M&M's品牌赞助了第十一届亚运会。这次赞助活动使玛氏与中国消费者建立了深厚的关系和友谊，使M&M's成为中国最受欢迎的糖果品牌之一。1993年， 玛氏食品（中国）有限公司在北京正式成立，是最早的外商独资企业之一。巧克力生产工厂在同年建成投产。1995年又投资建立了宠物食品工厂，生产宝路狗粮和伟嘉猫粮。1996年将中国的公司总部和巧克力糖果生产厂落户怀柔。2008年，玛氏中国以士力架巧克力作为奥运会官方巧克力，赞助了北京奥林匹克运动会。 2010年，玛氏巧克力总部落户怀柔。
碧水源：创新引领跨越式发展
2013年12月16日，万众瞩目的2014年碧水源新品会在北京召开，全球首发了国际领先的超低压纳滤膜净水机，全面塑造“碧水源，净水行业第一专业品牌”形象。
碧水源进入净水民用市场并非拍脑门战略，而是在进行了充分的市场调研之后，并结合自身的研发、技术、产能及资金优势做出的前瞻。成立于2001年的碧水源，视科技创新为企业持续发展的生命，先后与清华、浙大等高校强强联合，吸纳国际一流的行业专家学者，形成强大的研发团队，取得多达170项专利技术成果，掌控国际核心膜技术，堪称世界前三甲。
十多年的积淀，碧水源在工程净水领域业绩遥遥领先，膜过滤技术久经考验，也为民用净水应用打下了基石。如奥运水环境工程、国家大剧院景观水工程、滇池流域、太湖流域、海河流域治理等国家水环境治理重点工程，每年为我国提供高品质再生水达30亿吨，是解决我国“水污染、水资源匮乏、饮水安全”问题的强力技术支撑。“在这样的背景下，开拓进入民用净水市场，完全是专业的技术和团队做专业的事情。很多民用净水企业，都是从其他行业转行的，不具备对核心技术的掌握，膜滤芯只能依靠外购，受制于人，碧水源具备完全拥有自主知识产权的世界顶级膜过滤技术。”碧水源净水科技有限公司总经理梁辉自豪地说，“民用净水与工程净水不同，不仅需要技术，还需要资金。2010年4月碧水源成功上市，资金优势凸显，足够的资金投入为拓展民用净水领域新业务解除了后顾之忧，也加快了生产线的建设投产，成为规模化生产膜滤芯和净水产品的少数企业之一。”
截止目前，碧水源有世界最大、工艺水平一流的膜研发与生产基地，年产高品质增强型PVDF中空纤维微滤膜400万㎡、超滤膜200万㎡、反渗透膜100万㎡和超低压反渗透膜100万㎡，建成了现代化的民用净水设备生产线，年产100万台，并配备国际领先的产品检验和水质检测系统。“如此庞大的生产能力属国内唯一，在世界也属领先水平。”
本次首发的新产品超低压纳滤膜净水机堪称国际领先。超低压纳滤膜是碧水源耗费巨资，从美国引进反渗透膜生产线，历时2年，近100名国内外专家参与研发，专为民用净水市场开发的重量级膜产品，是目前世界上技术最先进、独一无二的净水膜材料。超低压纳滤（NF）是介于超滤与反渗透之间的一种压力驱动膜分离技术，其截留分子量在200～1000的范围内，孔径为几纳米。相比反渗透膜，纳滤膜具有操作压力低（一般在0.5-2.0MPa，故有“低压反渗透”之称）、水通量大的特点。低压纳滤膜多为复合膜及荷电膜，因而其耐压密性和抗污染能力强。此外，还保留了部分对人体有益的营养元素，克服了超滤膜不能去除重金属和水垢、反渗透膜出水过于纯净的缺点，更适于民用净水领域。
“超低压纳滤膜制水时仅需要2-3公斤压力，低压节能，废水率仅为普通RO膜的1/10，是一项最具发展前景的节能节水产品。”梁辉介绍，碧水源第二代产品WaterPad便携式净水机因时尚超薄、精致小巧、安装和滤芯更换便捷等显著特点而著称于业界，仅一年时间即突破了4万台的销量大关；WaterPlant迷你水厂采用微滤、超滤、超低压反渗透三膜组合，做到大通量、无压力桶、无废水，在业界独秀一枝。另外，碧水源还了首款智能化高端全屋净水机。
有研粉末：创新实现“开药方”式飞跃
与外企玛氏食品和民企碧水源的性质不同，有研粉末新材料（北京）有限公司（简称有研粉末）是北京有色金属研究总院科研院所转型的国企，但这并没阻碍它在技术创新上的作为。
自2004年3月4日成立以来，通过技术创新，有研粉末已发展成为国内排名第一，亚洲规模最大，世界第三的高新技术企业。其金属粉末及粉末冶金制品的年产能达到1.7万吨，国内市场占有率约35%，国际市场占有率约10%，是主要竞争对手金川公司和重庆冶炼公司市场占有率之和。尤其是近两年来，经过并购重组，有研粉末拥有3家控股公司：北京恒源天桥粉末冶金有限公司、北京康普锡威焊料有限公司和Makin Metal Powders（UK） Limited（英国）。2013年年销售收入超过10亿元，净利润近6000万元。
问渠那得清如许，为有源头活水来。提起金属粉末，制粉技术是一大关键，用通俗的话讲，就是将金属原材料研制成粉末，然后压制烧结成各种部件，比如汽车、飞机零部件。在这个过程中，涉及诸多环节，首先要根据制品的使用环境来做材料设计，比如在航天环境下使用的制品跟汽车上使用的制品，其材料在耐磨性、耐蚀性、强度等方面的要求是完全不一样的，这就要求设计材料的时候考虑各种金属材料以及添加材料的配比。比如铁基粉，有时候需要在一吨铁基粉里添加500克碳元素，以增强它的韧性，怎样把它均匀混合？这就需要综合技术的提升。再比如切割大理石的金刚石工具，就是用合金粉末制成的。最初的金刚石工具有切割不平整的问题，后来有研粉末的研发人员发现是因为工具的平衡性达不到要求。经过反复试验，研发人员最后在合金材料中添加了另外一种材料才解决了工具的平衡性问题。“材料设计就像开药方的医生，要深入研究病人的病情才能做到对症下药。这方面正是有研粉末的核心竞争优势。”有研粉末总经理汪礼敏说。
材料设计完后，另一大关键技术就是制粉技术。制粉技术工艺不同，研制成的金属粉末质量就有很大差别。经过多年的实验，有研粉末已经具有电解法、雾化法、化学法、扩散烧结法、氧化还原法、机械法等多种制粉技术。生产的电解铜粉、雾化铜粉、铜合金粉等产品，广泛应用于粉末冶金零部件、含有轴承、摩擦材料、金刚石工具、电碳、导热、触点、催化剂、射孔弹等行业。例如，“改进型雾化工艺生产高品质（无铅）铜合金粉技术改造”实现节电13%，节水18%，铅含量能控制在100ppm以下。这个过程就如同药厂根据医生开出的配方制作出各种药剂。此外，有研粉末已建成国内第一条粉末冶金中空凸轮轴生产线，年产300万件的具有自主知识的复合凸轮片生产线，高端粉末冶金零部件制造技术处于国内领先水平。
随着我国工业特别是汽车工业的快速发展，粉末冶金产品的应用越来越广，其中以高密度、高强度、高尺寸精度、结构特殊为特点的“三高类”粉末冶金零部件需求量越来越大，例如大型客机、高速列车、船舶制动用高性能粉末冶金摩擦材料及刹车片。然而，目前我国平均每辆汽车的粉末冶金零部件用量约5kg，仅为美国的1/4，每年需进口相关金属粉末及制品近100亿元。为此，国家工信部的《新材料产业“十二五”重点产品目录》已经将用于金刚石、粉末冶金等领域用的金属粉末和制品列入“新材料产业‘十二五’重点产品”。
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1高速压制成形技术最新研究进展
1．1成形装备
成形设备是实现粉末冶金高速压制成形的硬件基础，是发挥高速压制成形技术优势的前提条件，因此成形设备的研究进展也是高速压制技术研究人员关注的重点。为使冲击锤头获得高速度和高能量脉冲，目前可以采用的技术包括压缩空气、燃烧汽油－空气混合气、爆炸、电容器放电、叠并磁场、磁力驱动和机械弹簧等［2］。目前，基于液压驱动、重力势能驱动、机械弹簧蓄能驱动的高速压制成形设备进展较快。Hydropulsor公司以专利技术液压动力单位控制油路系统实现锤头的高速下降和提升，可实现高速的冲击压制和在极短时间间隔内多次高速压制，该公司已经成功开发出第四代HVC压机，可供应2 000t、900t、350t、100t等不同规格的机型，并销往多个国家和地区，对高速压制成形技术的研究起到积极的推动作用。但该类HVC成形设备成本较高、售价高昂，且压制速度通常在10m／s以下，无加热等辅助装置，在一定程度上限制了它的普及。重力势能驱动的HVC成形装置具有成本低廉，压制速度调节范围大等优势引起了研究人员的高度重视，华南理工大学肖志瑜教授等人［3］自行设计制造了一种重锤式温粉末高速压制成形试验装置。该装置采用独特的冲击结构，直接利用重力势能获得压制能量，通过调节重锤下落高度获得不同的冲击速度，最大理论速度可达18．78m／s，与Ku－mar［4］等人采用的重锤式试验装置冲击速度只能达到10m／s相比，具有明显的优势。该装置通过加热圈直接对模具进行加热，替代了热油加热，简化了加热元件的安装，加热温度可以精确控制，通过测温仪可以读出模具温度。同时，拿掉加热圈，就可以进行传统的高速压制，从而进行高速压制和温高速压制的对比实验，为研究提供了极大的方便。华南理工大学邵明教授等人［5］，自行设计和制造了一种基于机械弹簧蓄能的粉末冶金高速压制压力机，并用于基础探索研究。该设备可以将气动、液压或其他动力机构能量储蓄在机械弹簧中，通过一个锤柄锁紧释放机构将压缩弹簧的机械势能瞬间释放，驱动冲击锤头达到10m／s以上的高速度，使压制瞬间的重锤冲击速度达到HVC技术的要求，并将冲击波通过上模冲传递给金属粉末颗粒，使其在极短时间内致密成形。
1．2模具结构优化
模具的稳定性和寿命影响着高速压制技术的工业化应用，而改善高速压制模具寿命的手段不外乎于合理选材和优化模具结构设计。在高速压制过程中，上模冲要承受剧烈的冲击，因此宜选用韧性好的材料；而模具结构优化方面，一般认为冲锤与模冲直径相等且均为等截面杆时，对模冲寿命和撞击效率来说 都 是 最 佳 选 择，但 这 势 必 会 缩 小 高 速 压 制（HVC）技术的应用范围，因此需要对模具进行进一步的结构优化，目前利用高速压制技术除已成功制备了圆柱体、环形、棒体和凸轮等单层零件外，还可以成功制备轴承盖、牙齿冒等复杂多级产品。如Hinzmann［6］等人即成功设计出可用于多级零部件高速压制成形的模具，他指出模具设计时采用单个上模冲和每级一个下模冲的结构更有利于模具寿命和冲击能量的传递；Le［7］等人用高速压制的方法将WC－Fe等材质成功压制成多级试样，并对界面的凝聚力和界面几何尺寸进行了分析；法国机械工程技术中心（CETIM）采用HVC技术成功制备了多阶零件和有内齿或沿高度方向有外齿的复杂形状部件［8］；Eriksson等人［9］采用HVC和弹性模相结合的方法，使冲击能量通过弹性模以准等静压方式转移至零件的不同部位进行压制，成功制备了形状复杂的3D齿帽零件。
1．3成形过程数值模拟
数值模拟能大幅度降低设计成本、缩短设计周期，因此对高速压制致密化过程的数值模拟也是近几年的研究热点。对于粉末压制成形的数值模拟，目前主要是基于金属塑性力学和广义塑性力学两种方法，但在低密度情况下，其假设条件与实际情况有出入，因此在实际应用中，粉末压制模型是以完全致密化材料的基本模型为基础，加上给定的一系列引起塑性流动的条件而建立的。Haggblad［10，11］等利用Hopkinson实验装置对硅胶和钛粉进行高速压制，根据所得数据分别建立了相应的数学模型，用有限元法模拟了硅胶模中压制钛粉的情况得出密度分布和最佳尺寸设计，其结果与实验结果一致。中南大学的郑洲顺教授［12］等对高速压制成形过程中应力波的传播特征和粉末流动过程进行了数学建模和数值模拟，其研究结果表明，高速压制过程中，应力波的传播会使粉末应力突跃到峰值，每层的应力峰值随时间以指数衰减，从上层到下层应力峰值呈指数下降；应力波作用后，铁粉压坯垂直方向的线密度值从上层到底层递减，中间各层的线密度均匀；压制过程开始后，密度最先变化的是底层的单元，它们之间的空隙迅速缩小（对应颗粒重排），顶层的单元继续往下运动（对应颗粒塑性变形），顶层颗粒受压继续往下运动而底层颗粒运动基本达到平衡，粉末的密度分布开始趋于均匀，这一过程与高速压制成形的试验结果相符［13］。Jerier等［14］建立了一种高密度粉体接触模型，并在YADE开源软件系统上进行了离散元（DEM）数值模拟，其结果与多粒子有限元数值模拟及试验结果吻合程度均较高，在一定程度上克服了离散元法（DEM）数值模拟不能正确推演高密度粉末压制过程应力演变的缺点，为金属粉末高密度压制的数值模拟拓展了新理论和新方法。秦宣云［15］等通过等效热阻法建立了粉末散体空间导热的并联模型，并考虑了热辐射的贡献，推导的有效导热率的计算公式表达了分形维数、温度对有效导热率的影响。
1．4致密化机理
高速压制技术已经成功用于生产实际，但高速压制的致密化机理目前尚无定论，HVC致密化机理的分 析 也 一 直 是 研 究 热 点 之 一。果 世 驹 教 授 等人［16］提出了“热软化剪切致密化机制”，据此给出了相应的压制方程，该方程可合理地定性与定量解释高速压制下粉末压坯的致密化行为与特性；Sethi等人［2］认为HVC过程中并无冲击波产生，粉末体受冲击时，应力波形是一种逐渐上升的波形，在冲击速度不是非常高的情况下，很难在粉末内产生真正的冲击波；北京科技大学曲选辉教授等人［17］对铁粉、铜粉、钛粉等多种粉末进行的压制中证明了HVC过程中温升现象的存在，但并未发现绝热剪切现象；易明军等［18］初步研究了HVC过程中应力波波形的基本特征和对压坯质量的影响，结果表明，应力波为锯齿波形，每一个加载波形上都有数个极值点，其持续时间受加载速率的影响，且应力波在自由端面反射后会造成拉应力，从而导致压坯表面分层和剥落。陈进［19］对高速压制致密化机理进行了初步探讨，他认为粉末剧烈的塑性变形和颗粒间的摩擦产生较大温升，对粉末致密化起到主导作用。此外在成形过程中，气体绝热压缩对致密化也起到了重要的作用，即在高速压制时，瞬间内气体难以逸出而产生绝热压缩，使温度升高，从而使孔隙中气体分子的热运动加速，使粉末散体的传热增强，能量沉积在颗粒界面而使其软化，有利于进一步致密化。此外，高速压制的压坯密度不仅取决于冲击能量，还与压坯质量有很大关系，因此应该采用既能体现冲击能量又能反映压坯质量的质量能量密度的概念，即单位质量的压坯在压制过程中所受到的冲击能量，单位为J／g。闫志巧等［20］通过钛粉高速压制试验得知，对外径60mm内径30mm圆环形压坯，质量能量密度为40．1J／g时相对密度达到76．2％；而对直径20mm的圆柱形压坯，质量能量密度为121．7J／g时相对密度达到96．0％；不同压坯形状的致密化机理有所不同，圆环形压坯主要以颗粒滑动和颗粒重排为主，而圆柱形压坯主要以塑性变形为主。目前HVC研究的压制速度一般在10m／s左右，其机理无法套用爆炸成形的致密化机理，需要进一步进行研究与探索，尤其是重点研究粉末颗粒的微观行为，如粉末塑性变形、粉末碎裂等，以及粉末颗粒界面的显微组织形成与演变，粉末颗粒边界的扩散、焊合过程，孔隙形状的演变等现象。
1．5 HVC的成分体系适应性
近几年，国内外研究人员已经对铁粉、铜粉、钛粉、合金钢粉末、软磁材料以及聚合物等成分体系的高速压制致密化行为进行了初步探索，如Bos［21］等人所在的SKF公司用HVC技术大规模制备高密度、高强度的铁基和316L不锈钢零件，所生产的铁基齿轮件密度可达7．7g／cm3；王建忠［22，23］等人对铁粉和铜粉的高速压制试验表明：单次压制铁粉时，当冲击能量增加到6 510J时生坯密度达到7．336g／cm3，相对密度约为97％；单次压制铜粉时，当冲击能量为6 076J时，试样的生坯密度达到最大，为8．42g／cm3，相对密度约为95％；Eriksson［24］等人采用HVC技术制备了致密度为98．5％的钛／羟基磷灰石复合压坯，在500℃的低温即可实现材料的烧结；闫志巧［25］等人的研究表明，高速压制可制备高密度的钛粉压坯，当冲击能量为1 217J时，直径为20 mm圆柱试 样的压坯密度 最 大，达 到4．38g／cm3，相对密度为97．4％；中南大学的王志法［26，27］教授等人在950℃高速压制获得了相对密度大于80．65％的W骨 架，从 而 为 高 温 熔 渗 制 备90W－10Cu复合材料奠定了基础；Andersson［28］等人指出，由于高速压制（HVC）技术能显著提高磁粉的压制密度，从而能大幅提高其磁性能，使软磁材料具有更强的竞争力和更广泛的应用范围；Poitou［29］等人对聚四氟乙烯进行高速压制，发现其密度、晶体质量分数、抗磨损性能等物理和力学性能相对常规压制有所提高；Jauffres［30，31］等人采用高速压制技术对超大分子量聚乙烯进行成形，研究发现其杨氏模量、延伸率、屈服强度、蠕变强度和耐磨性等各项性能指标均优于传统压制成形方法。在上述研究的基础上，应进一步拓展合金钢粉末、复合材料粉末、铜合金粉末、钨合金粉末、铝合金粉末、磁性材料及非晶合金材料等成分体系的高速压制技术，从而为制备高密度高性能粉末冶金制品提供新途径。
2高速压制成形技术的发展方向
高速压制是在传统模压中输入高速度机械能产生的新型压制技术，作为近十年才发展起来的一种新技术，其相关基础研究还不够系统和深入。此外，为了进行技术创新，可以考虑将高速压制技术与温压、模壁、复压复烧等工艺有机地结合起来，更深入、更全面地进行探索。尤其要深化以下几个方面的研究：
2．1温高速压制
华南理工大学肖志瑜教授等人［3］提出了一种高速压制和温压相结合的温高速压制（warm high ve－locity compaction，简称WHVC）技术的思路，并设计制造出了实验装备，开展了相关基础研究，并取得一系列研究成果。其实验结果表明，温高速压制能否获得更高的压坯密度，取决于粉末的种类和特性。对于316L不锈钢粉末、混合铁粉、电解铜粉等粉末来说，温高速压制压坯密度高于传统高速压制，这是因为：（1）在温度场条件下，粉末中潮气得到充分挥发，同时粉末中气体也得到较好地排出；（2）在一定的加热温度下能够降低粉末的屈服强度，延缓其加工硬化程度并提高其塑性变形能力，塑性变形能力的改善为颗粒重排过程提供协调性变形，克服粉末颗粒之间的相互牵制，从而降低颗粒重排阻力，有利于颗粒重排的充分进行。而对于铝粉来说，温高速压制和传统高速压制致密化程度相差不大，这是因为铝是面心立方结构的金属，且具有12个滑移系，发生滑移的临界分切应力很小，塑性变形能力非常高，传统高速压制已经能够达到理想的压坯密度。在实验基础上，还对温高速压制的致密化机理和应力波特点进行了分析，认为在致密化过程中温升效应起了很大作用，致密化过程主要以剧烈塑性变形和颗粒冷焊为主。截止目前，温粉末高速压制成形技术的研究只有华南理工大学开展，其研究具有前瞻性和新颖性，有望在高密度成形中获得新的突破。
2．2条件对HVC结果的影响
由于高速压制自身的特点，HVC成形粉末时可在少量剂甚至无剂的条件下成形［32］，减少了脱脂和间隙元素引起的污染。如何在剂最少的前提下获得最理想的致密化程度是一个重要的研究目标。对于铁基、铜基等成形性较好的粉末通常采用模壁（即外），如邓三才等［33］研究了模壁对Fe－2Cu－1C粉末高速压制成形效果的影响，研究结果表明，模壁能有效降低粉末与模壁之间的摩擦，减少粉末颗粒与模壁冷焊的机会，相对提高有效压制压力，从而获得较高的生坯密度和生坯强度，以及较弱的弹性后效；此外，在相同压制速度时，有模壁时的最大冲击力要高于无模壁时的最大冲击力，且脱模力要小5～20kN。对于钛粉、钼粉等高硬化速率粉末的高速压制，通常采用内部添加剂的方式（即内），如闫志巧等人［34］研究了剂含量对钛粉高速压制性能的影响，结果表明，加入适量的剂，可以提高钛粉成形时的质量能量密度，从而获得更高密度的压坯。当剂加入量为0．3％（质量分数）时，钛粉成形的最大质量能 量 密 度 为0．192kJ／g，压 坯 密 度 为4．38g／cm3，相对密度为97．4％。此外，适量的剂能提高钛粉压制过程中的最大冲击力降低脱模力，但却会显著降低压坯的强度，密度较低的纯钛压坯的强度显著高于致密度较高的含剂压坯。对于不同剂含量的压坯，当密度接近时，其强度相差不大。在更广泛的成分体系内，研究方式、剂种类、剂添加量对高速压制成形效果的影响，开发适合高速压制条件下的新型剂，如高分子极性剂、大分子极性剂、无机层间化合物剂等都是今后较有价值的研究方向。
2．3复压复烧对HVC效果的影响
一般认为，与传统压制压坯密度只取决于压制压力而不随压制次数的增加而显著提高不同，高速压制的能量是可以累加的，即可以通过多次小冲击能量的压制得到与一次大冲击能量压制相同的效果，但王建忠等［35］对铁粉进行高速压制时发现，在总冲击能量相同的情况下，分两次压制制备的压坯密度最大，分三次压制的最小，一次压制的居中。Metec粉末冶金公司采用高速复压技术（HVR）制造出密度为7．7g／cm3的铁基粉末冶金制品，此外还通过高速压制316L不锈钢金属粉和1 385℃烧结工艺生产出高密度不锈钢零件，此类不锈钢制品在抗拉强度、冲击韧性和延展性等方面性能均较为突出。陈进等［36］在多次压制的基础上对铁粉进行了复压试验，即在两次高速压制之间引入预烧结工序，其研究结果表明，在冲击能量相同的条件下，复压比二次高速压制得到的生坯的密度更高，且随着复压冲击能量的增加生坯密度逐渐增大，在相同复压冲击能量下，预烧结温度为780℃时生坯密度最高，径向弹性后效最小。复压能大幅度提高生坯密度，主要是因为压坯经过预烧结阶段的回复与再结晶，粉末颗粒的强度和硬度下降，弹性储能得到一定的释放，再进行复压后，剂的去除促进更多的粉末颗粒发生塑性变形、微观焊接和熔合，颗粒界面得以消失，这有利于致密度的提高。此外，复压能量更多用于预压坯的塑性变形，弹性能量释放的少，一定程度上减轻了压坯尺寸的弹性膨胀，使得压坯与模具模壁的摩擦减小，从而导致复压时的脱模力较单次高速压制时显著降低。Fe－C粉末复压压坯经过复烧之后，密度高，孔隙少，珠光体较多且分布均匀，裂纹可能在晶粒内部沿着珠光体相或颗粒“烧结”界面展开，诱发了沿晶断裂，使得抗弯强度明显增强。复压复烧工艺是进一步发挥高速压制优越性的重要方向之一，需要进行更广泛、更细致、更深入的研究。
篇10
着重论述钨铜复合材料的制备方法，并探讨钨铜复合材料制备技术发展趋势。
关键词： 钨铜复合材料；制备技术；制备方法
中图分类号：TB331 文献标识码：A 文章编号：1671－7597（2012）0210146－02
所谓钨铜复合材料，是指以高熔点与高硬度的钨，结合以高塑性、高导电导热性的铜粉作为原料，运用粉末冶金技术而制备出来的一种复合型材料。这种材料具有较高的导电导热性，良好的耐电弧侵蚀性与抗熔焊性，较高的强度与硬度等众多优势，被广泛地应用于开关电器、电加工电极、电子封装及高密度合金等产品之中。由于钨铜复合材料的运用范围正在变得越来越广阔，这在客观上对于钨铜复合材料之设计与制备提出了新的更高的要求。
1 钨铜复合材料制备技术的发展现状
鉴于现代科技的高速发展，对于钨铜复合材料所具有的性能也提出了新的要求，那就是致密度和散热率要高，导电导热要好等等。但是，传统粉末冶金与熔渗法所制备的钨铜复合材料已无法满足以上要求。纳米钨铜复合材料因为具有众多传统钨铜复合材料所难以比拟的性能。比如，可以提高钨铜复合材料的固溶度，极大地提高烧结的活性，并且降低烧结的温度，提升烧结的致密度，以上这些均将提高钨铜复合材料的性能。因为纳米技术在快速发展，所以在纳米钨铜复合材料在制备方法上出现了新的突破，比如，功能梯度、剧烈塑性变形等被运用在钨铜复合材料制备上，使钨铜复合材料制备技术有新的发展。
2 钨铜复合材料的制备方法
2.1 普通烧结法
这种方法属于传统意义上的粉末冶金制备方法。其制备步骤如下：一是要把钨粉与铜粉进行称量与混合，随后再压制成形与烧结。普通烧结法的工艺较为简单，成本偏低，然而这一烧结方式因为温度较高，所以容易出现钨晶粒较为粗大之问题，因而难以获得成分均匀的那种合金。通过实施机械合金化，能够让粉末在压制与烧结之前得到原子级标准上的均匀与混合。这种在钨粉中有铜粉存在的一种复合粉，在稍微高于铜熔点之上的温度在短时间内烧结，就能得到94%以上致密度的钨铜复合材料，特别是适合低铜含量的钨铜材料之制备。因为超细粉末的表面活性较高，能够在较低的烧结温度上与较短的烧结时间条件内来得到致密化。把钨铜粉末的原料在高温之下进行氧化以后，通过三至六个小时的高能球磨，再在630℃的条件下还原以得到0.5μm之下均匀分散的一种钨铜复合粉。把这种复合粉在1200℃的高温烧结60分钟之后得到钨铜合金，致密度达到了99.5%。因为普通烧结设备的要求并不够高，而且工艺相对较为简单。因此，这一方法所制备的钨铜材料只能运用于对于材料性能要求并不高的一些地方。
2.2 熔渗法
这一方法的制备步骤如下：先那钨粉或者添加混有少量引导铜粉的钨粉制作成为压坯，随后在还原气氛或者真空当中，在900℃至950℃的条件之下进行预烧结，从而得到相当强度的多孔钨骨架。把块状铜金属或者压制好的铜坯放在多孔钨骨架之上或者之下，在高于铜熔点之上的温度实施的烧结被称之为熔渗，而把多孔钨骨架全部浸没于熔点比较低的铜熔液之中所得到的致密产品办法就是熔浸。铜熔液在多孔钨骨架毛细管的作用用，通过渗入钨骨架中的孔隙当中，从而形成了铜的网络分布。熔渗密度一般的理论密度为97%至98%，由于烧结骨架当中总是会存在着非常少的封闭孔隙无法为熔渗金属所填充，而在熔渗之后还可通过冷加工与热加工进一步地提高材料的密度。当前，这一种工艺方法已经被一些大、中型高压断路器与真空开关钨基触头生产当中得到运用。但是，熔浸法的工艺技术难度相对较高，所得到的触头材料成分较为均匀，而且性能也比较好。
2.3 热压烧结法
热压烧结法又被之称为加压烧结法，也就是将粉末装到模腔之中，并在加压同时让粉末能够加热到正常的烧结温度或者更低一些的温度。在通过比较短时间的烧结之后，能够得到致密而且均匀的制成品。热压烧结法是把压制与烧结这两道工序在同时加以完成，并能在比较低的压力之下快速得到冷压烧结状态之下所难以得到的密度。然而，热压烧结工艺对于模具的要求比较高，而且耗费比较大，而单件生产的效率又相对较低，所以，在实际生产中并不是经常用到的。比如，在1800℃下的炉膛压力是18N/mm3，在2h的条件之下获得的材料理论密度达到了94.6％，而富铜端的铜含量最高值是22.55vo1％。对于钨铜复合材料来说，热压烧结法还需要得到氢气保护或者真空烧结，因此生产的成本比较高。
2.4 活化烧结法
一般来说，为了加快钨铜复合材料在烧结当中的致密化进程，完全可通过添加其他类别的合金元素这种方法来加以实现。比如，Co与Fe的活化烧结效果是最好的。究其原因就在于Co与Fe 在铜当中的溶解度是有限的，可以和钨在烧结时形成较为稳定的中间相，并且形成大量具有高扩散性的界面层，并且促进固相钨颗粒之烧结。对于W-10Cu材料来说，Fe或者Co含量在0.35%至0.5%之时，它的密度、强度与硬度出现了最佳结果。同时，加入到活化剂之中的方式具有多样性。把钨粉直接加入到含有活化剂离子的盐溶液当中，随后在低温之下进行烘干，从而能够得到表面较为均匀的活化剂所覆盖的钨颗粒。其后，再对已经经过化学涂层处理的粉末压坯加以烧结，从而得到了致密度达到97%的复合材料。然而，活化剂之加入也就相当于引入了杂质元素，从而导致材料在导电与导热之时的电子散射作用有所增加，而且明显地使钨铜复合材料所具有的热导性与电导性有所下降。有鉴于此，采取活化烧结法制备的钨铜复合材料所具有的最大不足就是降低了钨铜材料所具有的导电性与导热性。然而，因为这一方法较为简单，而且生产成本偏低，对于一些性能要求相对较低的钨铜产品依然具有一定的生命力。
2.5 注射成形法
通过注射成形法所生产出来的钨铜复合材料主要有以下两种方法：其一是运用钨铜混合粉加以注射成形，其后再进行直接烧结。比如，在对纳米钨铜复合粉实施注射成形所得到的W-30Cu的主要参数所进行的研究。通过开展实验，就能得到粉末填充量是体积分数为45％至50％的注射成形坯，而且直接烧结之后的成品密度要高于96％。其二是首先注射成形钨坯，随后再通过熔渗进行烧结，比如，在对质量分数分别为10％、15％、20％的钨铜材料实施注射成形，粉末填充量的体积分数达到了52％，在经过了两步脱脂之后，在1150℃的高温下预烧结钨坯30分钟，最后再在1150℃的高温下熔渗5分钟，其中，W-15Cu在熔渗之后的致密度就达到了99％。对于钨铜复合材料而言，通过注射成形的最大优势就在于大批量地生产小型而复杂的零件或者细长的棒材。
2.6 功能梯度法
对于钨铜功能梯度材料所进行的研究，主要来自于传统均质材料所难以满足的高功率等条件。钨铜功能梯度材料的一端可以是高熔点与高硬度的钨或者高钨含量的钨铜复合材料，而另一端则是高导电性、导热性、可塑性的铜或者较低钨含量的钨铜复合材料，而中间则是成分进行连续变化的一个过渡层。这样一来就能较好地缓和因为钨和铜的热性能不相匹配而导致的热应力，这在整体上具有比较好的力学性质与抗烧蚀性、抗热震性等各种性能。据报道，可以运用热等静压扩散连接等方法，把不同组织的钨铜复合材料结合成为功能梯度材料。同时，一部分特殊成形工艺也能实现的成分梯度进行分布。比如，进行等离子喷涂，开展激光熔覆，实施电泳沉积与离心铸造等等。功能梯度之中心在于材料所具有的功能梯度设计进行优化，因而可以借助于数学计算方法与计算机分析软件进行辅助实施。
2.7 剧烈塑性变形法
这种方法完全是近年来逐步地发展起来的，是一种十分独特的运用超微粒子，即纳米晶、亚微晶等金属及其合金材料所制备出来的工艺。它在材料当中处在相对比较低的温度环境之中，一般是低于0.4Tm。在比较大的外部压力作用之下，可以发生较为严重的塑性变形，从而实现材料晶粒尺寸的细化至亚微米级或者纳米量级，这一方法具备十分强烈的细化晶粒之能力，甚至还能把晶体加工成为非晶体。当前，学术界研究比较多的剧烈塑性变形法主要有以下方法，比如，累计轧合的方法、等通道角挤压的方法、高压扭转的方法。其中，高压扭转法的重要装置由模具与压头组合而成，其一端是固定的，而另一端则是运动的，试样会被放置在模具当中，其后再靠近压头与模具，在数个GPa压力之下进行扭转变形。试样在压头旋转所产生的剪切力的影响之下，材料沿着半径方向上的不同位置进行晶粒细化的速率是不一致的，材料边缘部分的晶粒细化速率是最快的，在达到了一定的尺寸之后就不再细化，材料组织主要是沿着半径朝中心方向不断细化，一直到样品组织更加地均匀。尽管材料中的心位置理论应变量还是零，但是因为受到了四周材料之带动，其上、下部分也出现了旋转剪切的变形，所以，中心位置晶粒同样也被细化了。通过实验研究，对于原始钨晶粒的尺寸是2至10μm，而且晶粒的分布不均匀的W-25%Cu，运用高压扭转的方法。W-25%Cu的试样直径达到了8mm，其厚度则是0.8mm，所施加的压力是8GPa。总而言之，当应变比较小，即小于等于64之时，温度之变化对于显微结构之影响并不是十分明显的。一旦应变比较大，也就是大于64时。温度对于显微结构之影响也就比较大了。在室温情况下，当应变比较小时，也就是小于等于4时，只有很少量的钨晶粒出现了断裂，并且形成了少量塑性的变形带。但是，随着应力的不断增加，这种塑性变形也得到了进一步的增加，局部塑性变形带与钨颗粒的断裂也在增加。一旦当应变增加到64之时，钨晶粒就会被拉长，而且和剪切面形成了一定角度，即0°至20°。虽然复合材料中显微组织的均匀性能十分差，然而当应变增大到了256之时，所观察到的晶粒度则是从10 nm至20nm呈现均匀分布状况的一种钨铜复合材料，这时的晶粒度已达到了一定程度的饱和，也就是说，即使应变还会继续进一步地增加，晶粒也不会再持续地细化下去。
3 钨铜复合材料制备技术发展趋势
笔者认为，新型钨铜复合材料的制备肯定会朝着更高性能的趋势发展下去。虽然一些新技术因为设备与成本等各种因素的制约，还处在实验室研究状态之中，尚未真正达到可以进行规模化生产的状态，但是这一技术的发展前景是可靠的。一是粉末制备技术。比如，热气流雾化与热化学法等先进的制粉技术有希望在制备纳米钨铜复合材料中得到新的突破。前者能够增长金属液滴在液相之中的时间，导致粉末能够经过二次雾化而极大地提升雾化效率，从而容易得到更加细密的粉末粒度，而后者的优势主要是易于实现混合粉所具有的高分散性以及超细化。二是粉末压制技术。随着近年来德国Fraunhofer研究所已经制成了流动温压技术。这一技术在传统冷压工艺的基础之上，以相当低的成本制成高密度、高性能的粉末冶金方法，然而，在关键技术与工艺上还需要进一步加以完善。
4 结束语
综上所述，作为一种十分重要的粉末冶金复合材料，钨铜复合材料因其具备了很多优秀性能而倍受关注，并得到了广泛的运用。但是，在常规的熔渗与烧结条件之下，钨铜复合材料因为受到了两种金属之间互不溶性、低浸润性等影响，由此而导致其致密化的程度、组织结构的分布、成分、形状及尺寸控制等均无法实现理想化的状态。鉴于现代科技的进一步发展，一些新型技术的引进，获得综合性能更好的高致密性钨铜复合材料已经具有现实可能性。笔者坚信，这肯定会进一步拓展钨铜复合材料的应用范围。
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