粉末冶金材料強化材料

(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度高和抗蠕變性能好。強化機理與沉淀強化類似。但沉淀強化合金在高于沉淀相生成溫度加熱時，沉淀相會發(fā)生粗化和重溶，因此使用溫度受到限制。

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

其機制既受位錯繞過第二相的影響，也受晶界滑移的影響，還沒有一個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，熔點高，與基體不互溶，相界能低(即界面結合良好)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。

①粉末冶金減摩材料。又稱燒結減摩材料。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、燒結制成。材料內部孔道縱橫交錯、互相貫通，一般有30%~60%的體積孔隙度，孔徑1~100微米。透過性能和導熱、導電性能好，耐高溫、低溫，抗熱震，抗介質腐蝕。用于制造過濾器、多孔電極、滅火裝置、防凍裝置等。

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

④粉末冶金摩擦材料。又稱燒結摩擦材料。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，能很快吸收動能，制動、傳動速度快、磨損小;強度高，耐高溫，導熱性好;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器。

⑤粉末冶金工模具材料。包括 硬質合金 、粉末冶金高速鋼等。后者組織均勻，晶粒細小，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?？捎糜谥圃烨邢鞯毒摺⒛＞吆土慵呐骷?。

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。用于制造各種轉換、傳遞、儲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 、彌散強化和纖維強化材料等。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有很高的高溫強度和抗蠕變性能，使用溫度達500℃，遠優(yōu)于一般鋁合金。它主要用于:反應堆中的核燃料包套，飛機機翼和機身，壓氣機葉輪，高溫活塞等。

彌散質點一般為Al2O3，常用內氧化法制造。經(jīng)彌散強化后，銅的強度、硬度得到很大的提高，導電性降低不多。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。

最早的彌散強化鎳基合金是ThO2(2%)強化鎳(TD-Ni)。一般用共沉淀法制得。用濕法制得的還有用Th02強化的Ni-Mo、Ni-Co、Ni-Cr-Al等合金。機械合金化法出現(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。表中列出了幾個典型的合金。

MA754的性質優(yōu)于ThO2-Ni-Cr，已成功地用作噴氣發(fā)動機葉片。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的斷裂應力在800OC以上遠優(yōu)于TD-Ni和IN792。

1100℃時，TD-Ni和IN792的1000h斷裂應力只有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強化的Al-Fe合金等。

飛機發(fā)動機上的剎車片、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、高比重合金、硬質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、松孔材料和高強度粉末合金三類。

剎車片是飛機機輪剎車裝置的核心。現(xiàn)代飛機著陸速度達200公里/時以上,剎車載荷很大，剎車片表面瞬時溫度可達800~1000°C,而且不允許發(fā)生粘結，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)軍用飛機和民用機都采用粉末冶金剎車片。因為每次剎車都會發(fā)生磨損，100~500次后就需要更換剎車片，所以它是飛機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)動機潤滑系統(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度和塑性較好，可用于高溫部位，如渦輪噴氣發(fā)動機葉尖密封環(huán)用的高溫合金氈帶和火箭發(fā)動機噴注器面板、燃燒室內壁和喉部用的發(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)代飛機的發(fā)動機已使用了鍛造的粉末高溫合金渦輪盤和壓氣機盤。為節(jié)約原材料并省去鍛造工序,還可以直接進行熱等靜壓精密成形。用機械合金化方法制造的彌散強化高溫合金和快速凝固粉末高溫合金在1000~1050°C以上強度可以超過定向凝固合金，是制造導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)動機結構材料。

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

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

MJ316高效防銹劑,為工序間產品表面提供了優(yōu)秀的防銹性能,