简介粉末冶金中烧结是如何工作的

粉末冶金是一个涵盖多种制造工艺的总称。这些工艺的共同点是它们在零件制造中使用粉末原料。烧结是一种热处理，通常用于提高给定材料的强度和结构完整性。粉末冶金工艺利用烧结将金属粉末和其他的材料转化为Z终用途的零件。烧结通常在具有不同温度区域的单个细长炉中进行。

为了促进该过程，可以向金属粉末中加入合金元素或压制润滑剂。在传统的固态烧结中，压制润滑剂首先通过蒸汽的蒸发和/或燃烧来消除。颗粒表面的氧化物也须被充分还原，以使该过程得以进行。

传统粉末冶金中使用的铁粉通常使用高压水雾化法制造，这是一种相对便宜的方法，用于不与水反应的金属。这种方法产生不规则形状的粒子。

金属粉末例如钛、钴铬和不锈钢，通常使用等离子体雾化来生产，这产生了高质量的球形颗粒，用于在3D印刷工艺中烧结。颗粒大小和形状的一致性产生了可预测的结果。

一、烧结过程:初始阶段

烧结过程在熔炉中进行，熔炉以与马氏体晶体结构的形成相一致的速度冷却材料。

起初，离散的颗粒会保留下来，因为压实或熔化不会发生。在粉末冶金中，选择的烧结温度总是低于材料中主要金属的熔点。然而，所选择的温度足够高，以促进相邻颗粒之间接触点处的颈部形成，尽管颈部之间仍存在通道。

固结过程以多种方式完成，包括使用工具集将颗粒压得更近。其他固结过程包括3D打印中的烧结，这包括通过激光或热打印头部分熔化粉末。

在与粉末冶金相关的传统烧结中，颗粒Z初是通过冷焊接结合在一起的。这使得粉末具有足够的生坯强度，以便在进一步加工过程中保持在一起。

二、烧结过程:中间阶段

在烧结过程的中间阶段，随着相邻颈部逐渐融合和颗粒扩散，堆积密度增加。由此产生的通道闭合增加了致密化。实现这一点的两种常用方法是瞬时液相烧结和液相烧结。

1、瞬时液相烧结

瞬时液相烧结可能包括向铁粉中添加铜粉，以抵消烧结过程中可能发生的自然磁极收缩。在正常的烧结温度下，铜熔化，熔化的铜熔化并使铁颗粒膨胀。经过仔细计算的铜含量会导致膨胀，抵消否则会发生的收缩。当物体冷却和硬化时，熔融的铜进一步强化了物体。

2、液相烧结

烧结的概念促进了毛细作用，将液体吸引到开放的孔隙中，导致颗粒运动，从而改善包装。液相烧结通常用于硬质合金等材料。

三、烧结过程:Z后阶段

在烧结过程的Z后阶段，孔隙收缩减少了体积。一些孤立的孔隙可能会保留下来，但是在烧结过程早期存在的松散堆积的材料已经在很大程度上转变为固态材料。

在液相烧结的Z后阶段，液体从更密集的区域迁移到剩余的孔中。成功地将颗粒重新排列成理想的堆积体通常需要熔化粘合剂添加剂。

一旦粉末冶金过程中的烧结完成，可采用多种二次操作来进一步优化性能，例如用树脂或油浸渍和用熔融金属渗透。二次操作还包括各种形式的表面工程，如机械加工、喷丸、蒸汽处理、气相沉积和高速热喷涂。