粉末冶金材料

(英文:powder metallurgy dispersion-strenthened material)

金屬或合金基體相與高度彌散的、基本上不溶于基體的金屬或非金屬相所組成的粉末冶金材料。其主要特征是高溫強(qiáng)度高和抗蠕變性能好。強(qiáng)化機(jī)理與沉淀強(qiáng)化類似。但沉淀強(qiáng)化合金在高于沉淀相生成溫度加熱時(shí)，沉淀相會(huì)發(fā)生粗化和重溶，因此使用溫度受到限制。

而彌散強(qiáng)化合金，彌散相可以穩(wěn)定到基體固相線溫度。彌散質(zhì)點(diǎn)的存在改變了合金的屈服強(qiáng)度、加工硬化、蠕變和斷裂行為。高溫強(qiáng)度，特別是蠕變速率受彌散相幾何參數(shù)(即基體中質(zhì)點(diǎn)間的間距、質(zhì)點(diǎn)的直徑、形狀(長寬比))的影響。

其機(jī)制既受位錯(cuò)繞過第二相的影響，也受晶界滑移的影響，還沒有一個(gè)被普遍接受的蠕變模型。彌散相選擇的一般原則是:生成自由能高，熔點(diǎn)高，與基體不互溶，相界能低(即界面結(jié)合良好)等。彌散相通常是氧化物，也可以是穩(wěn)定的金屬間化合物，甚至是純金屬。

飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)上的剎車片、離合器摩擦片、松孔過濾器、多孔發(fā)汗材料、含油軸承、磁鐵芯、電觸點(diǎn)、高比重合金、硬質(zhì)合金和超硬耐磨零件等因含有大量非金屬成分或含有連通孔隙，都不能用普通鑄、鍛工藝制造，只能以粉末為原料經(jīng)冷壓、燒結(jié)等粉末冶金工藝來制造。

航空航天工業(yè)中使用的粉末冶金材料比較重要的有剎車片材料、松孔材料和高強(qiáng)度粉末合金三類。

剎車片是飛機(jī)機(jī)輪剎車裝置的核心?，F(xiàn)代飛機(jī)著陸速度達(dá)200公里/時(shí)以上,剎車載荷很大，剎車片表面瞬時(shí)溫度可達(dá)800~1000°C,而且不允許發(fā)生粘結(jié)，以免剎車失效引起輪胎爆裂。以鐵粉或銅粉為主要成分再添加摩擦和防止粘結(jié)的非金屬粉末制成的粉末冶金剎車片(見圖)可以滿足這種要求。

絕大多數(shù)軍用飛機(jī)和民用機(jī)都采用粉末冶金剎車片。因?yàn)槊看蝿x車都會(huì)發(fā)生磨損，100~500次后就需要更換剎車片，所以它是飛機(jī)上用量最大的粉末冶金材料制件。粉末冶金材料

即多孔滲透性粉末冶金材料。渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)潤滑系統(tǒng)和飛行器液壓操縱系統(tǒng)中使用的青銅或不銹鋼過濾器，是防止微粒堵塞和卡滯的重要部件。金屬纖維松孔材料的強(qiáng)度和塑性較好，可用于高溫部位，如渦輪噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)葉尖密封環(huán)用的高溫合金氈帶和火箭發(fā)動(dòng)機(jī)噴注器面板、燃燒室內(nèi)壁和喉部用的發(fā)汗冷卻松孔材料。

經(jīng)粉末熱成形的完全致密的高溫合金、鋁合金和鈦合金。

一些現(xiàn)代飛機(jī)的發(fā)動(dòng)機(jī)已使用了鍛造的粉末高溫合金渦輪盤和壓氣機(jī)盤。為節(jié)約原材料并省去鍛造工序,還可以直接進(jìn)行熱等靜壓精密成形。用機(jī)械合金化方法制造的彌散強(qiáng)化高溫合金和快速凝固粉末高溫合金在1000~1050°C以上強(qiáng)度可以超過定向凝固合金，是制造導(dǎo)向葉片和渦輪葉片的好材料。粉末鋁合金主要用作飛行器和發(fā)動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)材料。

機(jī)械合金化鋁合金和快速凝固粉末鋁合金的強(qiáng)度可達(dá) 700兆帕(約70公斤力/毫米)。比強(qiáng)度達(dá)到鈦合金和超高強(qiáng)度鋼的水平,使用溫度可達(dá)250~300°C，擴(kuò)大了現(xiàn)有鋁合金的應(yīng)用范圍?？焖倌痰匿X-鋰合金與變形鋁合金相比，比剛度高30%，比強(qiáng)度高一倍， 如取代鋁合金可使飛行器重量減少30%以上。

①粉末冶金減摩材料。又稱燒結(jié)減摩材料。通過在材料孔隙中浸潤滑油或在材料成分中加減摩劑或固體潤滑劑制得。材料表面間的摩擦系數(shù)小，在有限潤滑油條件下，使用壽命長、可靠性高;在干摩擦條件下，依靠自身或表層含有的潤滑劑，即具有自潤滑效果。廣泛用于制造軸承、支承襯套或作端面密封等。

②粉末冶金多孔材料。又稱多孔燒結(jié)材料。由球狀或不規(guī)則形狀的金屬或合金粉末經(jīng)成型、燒結(jié)制成。材料內(nèi)部孔道縱橫交錯(cuò)、互相貫通，一般有30%~60%的體積孔隙度，孔徑1~100微米。透過性能和導(dǎo)熱、導(dǎo)電性能好，耐高溫、低溫，抗熱震，抗介質(zhì)腐蝕。用于制造過濾器、多孔電極、滅火裝置、防凍裝置等。

③粉末冶金結(jié)構(gòu)材料。又稱燒結(jié)結(jié)構(gòu)材料。能承受拉伸、壓縮、扭曲等載荷，并能在摩擦磨損條件下工作。由于材料內(nèi)部有殘余孔隙存在，其延展性和沖擊值比化學(xué)成分相同的鑄鍛件低，從而使其應(yīng)用范圍受限。

④粉末冶金摩擦材料。又稱燒結(jié)摩擦材料。由基體金屬(銅、鐵或其他合金)、潤滑組元(鉛、石墨、二硫化鉬等)、摩擦組元(二氧化硅、石棉等)3部分組成。其摩擦系數(shù)高，能很快吸收動(dòng)能，制動(dòng)、傳動(dòng)速度快、磨損小;強(qiáng)度高，耐高溫，導(dǎo)熱性好;抗咬合性好，耐腐蝕，受油脂、潮濕影響小。主要用于制造離合器和制動(dòng)器。

⑤粉末冶金工模具材料。包括 硬質(zhì)合金 、粉末冶金高速鋼等。后者組織均勻，晶粒細(xì)小，沒有偏析，比熔鑄高速鋼韌性和耐磨性好，熱處理變形小，使用壽命長?？捎糜谥圃烨邢鞯毒?、模具和零件的坯件。

⑥粉末冶金電磁材料。包括電工材料和磁性材料。電工材料中，用作電能頭材料的有金、銀、鉑等貴金屬的粉末冶金材料和以銀、銅為基體添加鎢、鎳、鐵、碳化鎢、石墨等制成的粉末冶金材料;用作電極的有鎢銅、鎢鎳銅等粉末冶金材料;用作電刷的有金屬-石墨粉末冶金材料;用作電熱合金和熱電偶的有鉬、鉭、鎢等粉末冶金材料。

磁性材料分為軟磁材料和硬磁材料。軟磁材料有磁性粉末、磁粉芯、軟磁鐵氧體、矩磁鐵氧體、壓磁鐵氧體、微波鐵氧體、正鐵氧體和粉末硅鋼等;硬磁材料有硬磁鐵氧體、稀土鈷硬磁、 磁記錄材料 、微粉硬磁、磁性塑料等。用于制造各種轉(zhuǎn)換、傳遞、儲(chǔ)存能量和信息的磁性器件。

⑦粉末冶金高溫材料。包括粉末冶金高溫合金、難熔金屬和合金、 金屬陶瓷 、彌散強(qiáng)化和纖維強(qiáng)化材料等。用于制造高溫下使用的渦輪盤、噴嘴、葉片及其他耐高溫零部件。

用表面氧化法制造。SAP有很高的高溫強(qiáng)度和抗蠕變性能，使用溫度達(dá)500℃，遠(yuǎn)優(yōu)于一般鋁合金。它主要用于:反應(yīng)堆中的核燃料包套，飛機(jī)機(jī)翼和機(jī)身，壓氣機(jī)葉輪，高溫活塞等。

彌散質(zhì)點(diǎn)一般為Al2O3，常用內(nèi)氧化法制造。經(jīng)彌散強(qiáng)化后，銅的強(qiáng)度、硬度得到很大的提高，導(dǎo)電性降低不多。它常用作電阻焊的電極，白熾燈燈絲引線，電子管零件和電子工業(yè)中的其他材料。

彌散強(qiáng)化材料的主要制造方法是粉末冶金法，其代表性方法分類如圖。

最早的彌散強(qiáng)化鎳基合金是ThO2(2%)強(qiáng)化鎳(TD-Ni)。一般用共沉淀法制得。用濕法制得的還有用Th02強(qiáng)化的Ni-Mo、Ni-Co、Ni-Cr-Al等合金。機(jī)械合金化法出現(xiàn)之后，又發(fā)展了一系列鎳基、鐵基和鈷基合金。已經(jīng)使用的有10多種。彌散相一般為ThO2和Y203。表中列出了幾個(gè)典型的合金。

MA754的性質(zhì)優(yōu)于ThO2-Ni-Cr，已成功地用作噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)葉片。MA956E是以Fe-Cr-Al為基的材料，有優(yōu)越的抗氧化性和抗腐蝕性。MA6000E合金，1000h的斷裂應(yīng)力在800OC以上遠(yuǎn)優(yōu)于TD-Ni和IN792。

1100℃時(shí)，TD-Ni和IN792的1000h斷裂應(yīng)力只有20~30MPa，而MA6000E還有160MPa。因此MA6000E是一種好的葉片材料。

例如:彌散強(qiáng)化鉛(DS-Pb)，是惟一類似于SAP的例子，彌散相為PbO，主要用于聲音衰減、化工器具、放射屏蔽和電池;含鋁、鋯的鎂合金(鋁和鋯均溶于鎂，但溶解后析出A1Zr4彌散相);金屬間化合物FeAl3、FeNiAl9強(qiáng)化的Al-Fe合金等。

粉末冶金材料由于其獨(dú)特的化學(xué)組成和物理、力學(xué)性能,為新材料的開發(fā)利用提供了廣闊的前景.曼景技術(shù)提供

MJ316高效防銹劑,為工序間產(chǎn)品表面提供了優(yōu)秀的防銹性能,