粉末冶金烧结工艺

粉末冶金烧结工艺(powdermetallurgicalsinteringprocess)

将粉末或粉末压坯经过加热而得到强化和致密化制品的方法和技术。烧结是粉末冶金过程中最重要的工序。在烧结过程中，由于温度的变化粉末坯块颗粒之间发生粘结等物理化学变化，从而增加了烧结制品的电阻率、强度、硬度和密度，减小了孔隙度并使晶粒结构致密化。

根据致密化机理或烧结工艺条件的不同，烧结可分为液相烧结、固相烧结、活化烧结、反应烧结、瞬时液相烧结、超固相烧结、松装烧结、电阻烧结、电火花烧结、微波烧结和熔浸等。

为了控制周围环境对烧结制品的影响并调整烧结制品成分，在烧结中使用以下几类不同功能的烧结气氛：(1)氧化性气氛，包括纯氧、空气、水蒸气等，用于贵金属的烧结，氧化物弥散强化材料和某些含氧化物质点电接触材料的内氧化烧结以及预氧化活化烧结；(2)还原性气氛，包括氢、分解氨、煤气、转换天然气等，用于烧结时还原被氧化的金属及保护金属不被氧化，广泛用于铜、铁、钨、钼等合金制品的烧结中；(3)惰性或中性气氛，包括氮、氩、氦及真空等；(4)渗碳气氛，即CO，CH4及其他碳氢化合物的气体，对于铁及低碳钢具有渗碳作用；(5)渗氮气氛，即NH。以及对于某些合金系而言的N2。对于不同合金，上述分类可以有变化。在烧结过程中，在不同阶段可能采用不同的气氛。

烧结制度包括升温、高温烧结、冷却等几个部分。在烧结时，根据需要，可以采用快速升温，也可以采用慢速升温；可以直接升温到最高烧结温度，也可以分阶段逐步升温，如在需预烧或脱除成形剂和润滑剂时的情况，烧结温度和保温时间由金属特性和制品尺寸决定。冷却也有慢冷、快冷和淬火等几种情况。

在烧结过程中，粉末体发生以下一系列变化：表面吸附的水分或气体挥发或分解；应力松弛；发生回复和再结晶；原子在颗粒表面、晶界或晶内扩散，使颗粒间的结合由机械结合逐步转变为冶金结合，化学组分均匀化；在有液相存在时，发生颗粒重排，固相物质的溶解和析出，液相网络提供一物质输运的快速通道。在这些过程的综合作用下，能获得满足一定物理、化学和几何特性要求的材料或零件。

烧结过程受许多因素影响，它们可分为3类。第1类与材料的温度特性有关，包括自由表面能、界面能和体积自由能，以及点阵、晶界、表面扩散系数等。第2类为粉体特性，包括有效接触面积、表面活性、体积活性、接触面取向等。第3类为外部因素，包括烧结气氛、烧结温度、烧结保温时间、升温及降温速度、颗粒表面层附层状态等。

常用的烧结设备有箱式炉、管式炉、马弗炉、碳管炉、感应炉、推舟炉、带式炉、辊式炉、反射炉等，分间断式、半连续、连续式等几类。采用的加热方式有电阻加热，以镍铬合金、铁铬铝合金、钨、钼、碳化硅、硅化钼等作为发热元件。还可以用碳管来通电发热，有时也利用坯块本身的电阻。感应加热的应用也很普遍。除电能外，天然气、燃油、煤亦可作为加热能源。根据对温度、升降温速度、气氛、生产的连续与否等要求，选择烧结炉及加热方式。