粉末冶金生产工艺的两大发展.pdf

第 2 1 卷第 1 期 2 0 1 1年 2月 粉末 冶金 工业 POW DER M ETALLUR GY I N DUSTRY Vol _ 21 NO． 1 Fe b． 20 11 粉末冶金生产 工艺 的两大发展 曹 勇家 ， 钟 海 林 ， 郝权 ， 李 小 明 。 况 春江 。 方玉 诚 中国钢研科技集 团公 司， 北京1 0 0 0 8 1 摘 要 粉末 冶金 是 节能 、 高效 、 环境 友好 、 适 合 大批 量 生产 的金 属 成形 工 艺 ， 又 因其 工 艺特 点 ， 创造 了一 系列特殊 性 能和 用途 的新 材 ， 有 着广 阔 的发展 前景 。但 是 传 统 粉 末 冶金 工 艺制备 的 材料均含有残余孔 隙， 影响 了性能的提高， 其生产的零件的形状复杂性也受到限制。以粉末冶 金 高速 工具钢 为代 表 的完全 致 密化 工 艺是粉 末 冶金 生 产 工 艺 的一 大发 展 ， 粉 末 注射 成 形 则是 对粉 末 冶金 零件 复 杂形 状局 限性 的 又一 大发展 。本文 简述 了近 年 来这 两大发展 的新进展 。 关 键词 粉 末 冶金 ； 粉 末 冶金 高速 钢 ； 粉 末 冶金 工具 钢 ； 粉 末 注射 成形 中图分 类号 TF 1 2 文献 标 识码 A 文 章编 号 1 0 0 6 6 5 4 3 2 0 1 1 0 1 0 0 4 5 0 9 T HE TW O BREAKTHROUGI ES oF POW DER M ETA LLU RGY DEVELOPM ENT CI AO Y o n g - j i a 。ZHONG Ha i - l i n，HA0 Qu a n，L I Xi a o - mi n g 。KUANG Ch u e n g - j i a n g 。F ANG Yu - c h e n g Ch i n a I r o n a n d S t e e l Re s e a r c h I n s t i t u t e Gr o u p，Be ij i n g 1 0 0 0 8 1 ，Ch i n a Ab s t r a c t Co nv e nt i on a l p owde r m e t a l l u r gy ma t e r i a l s c o nt a i n r e s i d ua l p o r e s， whi c h a f f e c t s t he ma t e r i a l s pr o pe r t i e s a nd r e s t r i c t s t he pr o du c t s ha pe ． As r e pr e s e nt a t i v e f ul l d e ns i t y ma t e r i a l ， t h e d e n s i f i c a t i o n p r oc e s s o f p owd e r m e t a l l ur g y h i gh s pe e d s t e e l i s a bi g br e a kt hr o ug h o f p o w d e r me t a l l u r g y t e c h n o l o g y ． An o t h e r ma j o r b r e a k t h r o u g h i s p o wd e r i n j e c t i o n mo l d i n g f o r e o m- p l e x s ha pe s of p o wde r m e t a l l ur g y pa r t s ． Thi s a r t i c l e d e s c r i b e d ne w de v e l o p m e nt s o f t h e t wo ma j o r b r e a k t h r o u g h s i n r e c e n t y e a r s ． Ke y wo r d s p o wd e r me t a l l u r g y ；p o wd e r me t a l l u r g y h i g h s p e e d s t e e l ；p o wd e r i n j e c t i o n mo l d i ng 粉末 冶金 是 节材 、 节 能 、 高效 、 环境 友好 、 适合 大 批量 生 产 的金属 成形 工艺 。粉末 冶 金工 艺 的主要 组 成是 粉末 的制取一 原料 粉 末 的配料 和混 合一 成形 一 固结 。可 以根 据 对 材 料 性 能 的要 求 和 零 件 使 用 性 能 ， 在很 宽 的范 围 内组 合 材 料 成 分 。主要 的粉 末 冶 金产 业是 铁基 机 械 零 件 。基 于其 工 艺 特 点 ， 还 可 制 备高熔点金属 ， 如钨、 钼等 ； 金属陶瓷材料 ， 如硬质合 金 、 镍基 高 温 材 料等 ； 假 合 金 ， 如 钨 铜 、 铜 石 墨 等 ； 多 孔材 料 ， 如含 油轴 承 、 过 滤 材 料 、 固 一液 一气 分 离 材 料等 ； 多组 元 特殊 材 料 ， 如 摩 擦 材 料 、 金 刚石 工 具 超 硬材 料等 ； 微 观或 宏 观 复 合 材 料 ， 如 颗 粒 弥 散 材料 、 磁粉 芯 、 纤 维 或 晶须 增 强 材料 、 梯 度材 料 、 多层 复 合材 料等 。这 些特 殊材 料 只能用 粉末 冶金 工艺 制备 和生 产 ， 完全超 越 了传 统 熔 炼 一铸 造 一 热 变形 一机 加工 生产 的可 能性 。 但是 传统 粉末 冶金 工 艺 制 粉一 模 压成 形 一 烧 结 有 两 大局 限性 。其一 粉 末冶 金材 料 中的 的残余 孔 隙 难 于完全 消 除 ， 负 面影 响 了其 物 理 一力 学性 能 。 其 二 零件 形状 的复 杂 性 和 精度 低 ， 难 以控 制 ， 产 品 一 致 性波 动大 等 ， 满 足不 了高新技 术 的高要 求 。 2 O世纪 6 O年代 后 期 ， 出现 了气 雾 化 一热 等 静 压 技术 ， 彻 底解 决 了粉末 冶金 材料 完全 致密 化 问题 。 收稿 日期 2 0 1 0 0 7 0 9 作者 简介 曹勇家 1 9 3 5 ， 男 汉 ， 上海人 ， 教授级高工 ， 主要从事 粉末冶金新工 艺、 新材料 的研发 。 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 46 粉末冶金工业 第 2 1 卷 粉冶不 锈钢 、 粉冶高速 工具 钢 、 粉 冶高温 合金等 相继 工业生 产 。2 O世 纪 8 0年代 出现 了粉 末 注 射 成 形 ， 则成 了大批量 生产 三 维复 杂形 状 零 件 的新 工 艺 ， 突 破 了形状 复杂 性 的 限制 。近 年 又 发 展 了微 注 射 成 形 ， 其零 件尺 寸 达 到 微 米 级 ， 开辟 了 广 阔 的 应 用 前 景 。 本 文结 合 上述 两大 发 展 ， 介 绍 粉 冶高 速 工具 钢 和粉末 注射成形 的发展 现状 。 1 粉冶高速工具钢 P MHS S 1 ． 1 粉冶 高速钢 的优异性 能 铸一锻高速钢 由于合金含量高 ， 铸锭冷却凝 固 时不 可避免 地 会 产 生 粗 大 的 莱 氏体 碳 化 物 偏 析 组 织 。偏 析的存 在严 重 损 害 了钢 的各 种 性 能 ， 限制 了 高速钢合 金含量 的增 加 ， 影 响 了高 速钢 的发展 。 2 0世纪 6 O年代 后期 出现 了气 雾 化 一热 等静 压 粉 末冶金 新工艺 。气雾 化 的高速钢 粉末颗粒 冷却 速 度很 高 。将这些颗 粒 内已不存 在偏 析的粉末 用热 等 静压 固结成 完 全致 密 化 的 P MHS S材 料 内 ， 也 不存 在 偏 析 。与铸 锻 高 速 钢 比较 ， P MHS S具 有 一 系列 优异 性能 _ 1 ] 1 无偏 析 、 晶粒细小 、 碳化 物细小 ， 均匀分 布 ； 2 热 加工性 好 ； 3 可磨 削性好 ； 4 热处 理变形 小 ； 5 力学性 能 韧 性 、 硬 度 、 高 温硬度 等 佳 ； 6 可扩 大高速钢 合金 含量 ， 创 造新 的超硬 高速 钢 ； 7 提高 了刀具切 削寿命 ， 扩大 了使用 领域 。 1 ． 2 粉 冶高速钢 的发 展 P MHS S的研究始于 1 9 6 5年， 并于 2 o世纪 7 o 年代 由美 国 C r u c i b l e厂 和 瑞 典 S t o r a厂 现 属 法 国 E r a s t e e l 公 司 相 继 投 入 工 业 性 生产 。主要 工 艺路 线采 用的是 “ 气 雾 化 制粉 热 等 静 压 HI P ” 技 术 。 目前 粉末 高 速 钢 的产 量 已经 占铸 锻 高速 钢 总量 的 1 0 ～1 5 ， 目前 ， 国外有 代表性 的粉末 冶金 高速钢 生产企 业 有 5 ～ 8家 ， 包 括 乌 克 兰 D S S公 司 、 美 国 C a r p e n t e r 技术公 司、 美 国 C r u c i b l e公 司、 瑞 典 S c a r l a 公 司 、 瑞 典 Ud d e h o l m 公 司 、 法 国 的 E r a s t e e l 公 司 、 奥地 利 B o h l e r公 司及 日本 日立 金属 等 。美 国 的 P MHS S用量 已超过 普通熔 炼 高速钢 。 据瑞 典 粉 末 技 术 公 司 的 Ol i e G r i n d e r 博 士 统 计 ， 2 0 0 4年 HI P的 PMHS S产量为 9 7 5 0 t 。 到 目前 为止 ， 国外 粉冶 高 速钢 已经 发 展 到第 三 代水 平 。2 O世 纪 7 0年 代 P MHS S由美 国 C r u c i b l e 厂和瑞 典 S t o r a厂 相 继 投 入 工业 性 生 产 ， 此 为第 一 代 P MHS S ， 其 钢材 夹杂物 含量相 当于 电弧炉 L F 钢包精 炼钢 的水平 。 1 9 9 4年 法 国高 速 钢 公 司 的 瑞典 S o e d e r f o r s厂 对制备 气雾 化前 钢液 的熔 炼工 艺作 了改进 ， 称 E S H 法 El e c t r o S l a g He a t i n g 。 其 产 品 也 改 称 为 AS P 2 O O O系列 ， 称为 第二代 。据 报 道钢 中所 含 的各 种 尺寸 非金 属 夹 杂物 0 ．6 ～ 2 2 m用 E S H 法 可 以 比原方 法减少 9 O ， 从 而得 到高纯 净的钢 。 2 0 0 0年 B o h l e r - Ud d e h o l m 集 团 的 P MHS S 全 线制造设备投产 ， 产品质量 比第二代 P MHS S又有 所 提 高 ， 称 为第 三 代 P MHS S 。生 产 线在 钢 的熔 炼 工艺 上也 是 E S H 法 ， 但 其喷 粉设 备 已做 了改 进 ， 可 进一 步细化 氮气雾 化后 的粉末 颗粒 尺寸 。据 报道 其 粉末 尺寸 为 4 5 ～ 2 5 0 m， 即 D 。 为 6 0 m，最 大钢 粉 尺 寸为 5 0 0 m， 二 次枝 晶臂距约 为 1 m ； 夹杂 物 数量减少， 其最大尺寸减小； 使钢的抗弯强度约比第 二 代 的相应 值 提 高 2 0 。该 厂 第 三 代 P MHS S 以 MI C R0 C L E AN 微 小纯 净为商标 ， 其 生产 工艺 流 程 图如 图 l所示 。 法国 E r a s t e e l公 司从 2 0 0 2年起 对其 第二 代 PMHS S的生产 全过 程进行 改进 ， 形 成 Dv a l i n工 艺 。 自2 0 0 4年起其商标称 Dv a l i n 丁 M， 标志生产的第三代 P MHS s 。第 三代 D v a l i n T M P MHS S 比第二 代 的夹 杂物 又减少 9 O 。若 以每 1 c m。 钢 中尺 寸为 5 0 p t m 的夹 杂 物 数 目计 ， 则 传 统 或 第 一 代 P MHS S约 含 0 ． 6个 ， 第 二 代 的含 0 ． 0 3个 ， 而 第 三 代 D v a l i n T M的 则仅 含 0 ． 0 0 2个 。夹 杂物 的大 量 减 少 ， 使 P MHS S 的抗 弯强度 逐 代增 加 ； 以从 1 0 0 mm 材 上 取样 测 定 的横 向抗 弯 强 度 为 例 ， 通 常 的 M4 2钢 S 1 ． 5 9 ． 5 ～1 ． 2 8 为 1 ． 3 GP a ， 第 一 代 P MHS S AS P 3 0 S 6 ． 4 5 3 ． 1 ～ 8 为 3 ． 0 G P a ， 第 二 代 P MHS S E S H AS P 2 0 3 0为 3 ． 5 GP a ， 而第 三代 P MHS S D v a l i n AS P 2 0 3 0为 4 ． 2 G P a ， 第 三 代 P MHS S的 抗 弯 强 度 比第 二代 的抗弯 强度又 提高 2 O ] 。 参考文 献 E 1 3 第 7 3 3页 表 6 ． 2 2 3列 出 了一 般 公认 的现今 世界 生 产 的粉 末 冶金 高速 钢 的牌 号 、 商 业名 称和化 学组 成 。 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 第 1期 曹勇家等 粉末冶金生产工艺的两大发展 4 7 流拌 冈 图 1 B o h l e r U d d e h o l m高速钢 工艺流程图 5 0 l o o 2 0 0 3 0 0 4 0 0 5 0 0 裂 纹源 尺 、j d／ p m 图 2碳 化 物 组 织对 高速 钢 裂 纹 源 尺 寸 和 抗 弯 强 度 的影 响 1 ． 3 国 内粉 末 高速钢 的研 发 中国是 高速 钢生产 大 国， 但 同时也是 进 口大 国 。 2 0 0 8 进 口高速 钢 6 1 9 6 ． 4 0 9 t 。国 内钢 铁 研 究 总 院 于 7 O年 代 中期组 织 了“ 粉 冶高 速钢 ” 专题 ， 着 手建 立 了氮 气雾 化制 粉 设 备 3 0 k g感 应 炉 和 高 9 m 雾 化 筒 ， 并 开始设 计 制造冷 、 热 等静 压机 。 当 时 ， 氮 气 雾 化 高 速 钢 粉 末 氧 含 量 在 3 0 0 1 O 水 平 ， 为 了减 少 粉 末 颗粒 表 面 氧 化 物层 对 高 速 钢性 能 的不利 影 响 ， 采 用 了 热挤 压 致 密 化 成 形 工 艺 成材 [ 5 ] 。在 挤 压剪 切 力 的 作 用 下 ， 粉末 颗 粒 表 面 氧 化物 层破 碎 ， 弥散分 布 ， 热挤 压棒 材 达到全 致 密 。虽 然氧 含 量 为 2 7 0 1 0 一 。 ， 横 向 抗 弯 强 度 达 3 2 7 2 MP a ， 淬 回火 硬度 6 6 ～ 6 8 HR C。在 三 机 部支 持 下 ， 在航 空发 动机 厂加 工 成 组 合 拉 刀 、 插 齿 刀 、 滚 刀 、 钻 头等 刀具 ， 切削 加工 难加 工 的高温 合 金涡 轮盘 、 叶片 和高 强度 钢齿 轮 等 零 件 。与 进 口的 M4 2熔 铸 高 速 钢相 比 ， 刀 具 寿命 提 高 了 3 ～ 8倍 l 5 ] 。经 冶金 部 、 三 ⑨ 锻 件 压 制 棒 材 机 部联 合鉴 定后 ， 荣 获 国防科工 委“ 重大 军工 科研 成 果 奖” 。但热 挤压 的棒 材截 面 尺寸受 到 限制 ， 成材率 低 。 “ 六 五” 期 间 ， 采 用 非 真空 冶炼 一氮 气 雾 化 的 高 速钢 粉末 氧 含 量 降 至 1 0 0 x 1 0 ～， 达 到 国外 先 进 水 平。中国第一台 自行设计制造的冷、 热等静压机在 钢铁研 究 总 院诞 生 ， 进 而掌 握 了非 真 空 冶炼 一抽l真 空振 动装 包套 一热 等静 压 一热精 锻成 材一 套完 整 的 工艺 ， 生 产 出直径 2 0 0 mm、 高 9 3 0 mm 的 F T1 5粉 冶高 速钢 ， 性 能达 到 国际先进 水平 。热挤压 、 热 等静 压粉末 高 速钢 荣获 冶金 部“ 科 技进 步 二等奖 ” 。 2 0 0 6 年 ， 安 泰 科 技 股 份 有 限 公 司 为 了产 业 发 展 ， 而安 泰公 司属 下 的河 冶 公 司又 是 国内 第二 大 熔 铸 高 速钢 生产 单位 ， 面对 国 内对 粉 冶 高 速 钢 旺盛 需 求 ， 但 只 能从 国外进 口的现状 ， 安 泰 公 司成 立 了 “ 粉 冶高 速钢 ” 专 题 ， 利 用 引 进 和 改 进 的先 进 气 雾 化 装 置 、 大 型热 等静 压 机 ， 在 原 有 科 研成 果 的基 础 上 ， 从 新 的起 点 ， 开展 粉 冶 高 速 工 具 钢 的研 发 。现在 已掌 握 了工业 化制 备技 术 ， 还 特 别 着 力 于 研究 非金 属 夹 杂对钢 材 性能 的影 响 ， 和减小 其不 利 影响 的措施 ， 确 定 了最 佳 工 艺参 数 和 热 处 理 制 度 。 同 时 为 刀 具 生 产 ， 为 使用 单位 提供 国产 粉冶 高速 工具 钢 ， 积 累使 用 经 验 、 推广 使用 范 围 、 开 拓 市 场 ， 为 建立 粉 冶 高 速 工 具钢厂提供技术经济资料 。 1 ． 4新一 代粉 冶 高速钢 的发 展 第 三代 P MHS S带 动 了高合 金 高 硬度 新 钢种 的 发展 ， 第 三代 P MH S S因夹杂 物减少 而钢 的强度 和韧 性提 高 ， 可克 服高 速钢 合 金含 量愈 高 ， 韧性 愈 低 的 问 题 。法 国 E r a s t e e l 公司开发 了 D v a l i n T M A S P 2 0 8 0高硬 6 5 4 3 2 d 。 ＼ 嗳 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 4 8 粉末冶金工业 第 2 1卷 粉冶 高 速 钢 ， 淬 回火 硬 度 最 高 可 达 7 1 HR C， B o h l e r - 钢 ， 淬 回火硬度最高可达 7 0 HR C ， 化学成分见表 1 。 Ud d e h o l m也 开 发 了 S 2 9 0 Mi c r o c l e a n超 硬 粉 冶 高 速 表 1 新开发的高合金、 高硬度 P M H S S 2粉末 冶 金 工具 钢 粉 末 冶金 工 具 钢 是 粉 冶 高 速 工 具钢 的组 成 部 分 。 表 2列 出了一些 商业 出售 的粉末 冶金冷作 工具 钢的成 分 Ⅲ 。 表 2粉 末 冶 金 冷作 工 具 钢 的 成 分 2 ． 1高钒冷作 模具钢 利用 粉末冶 金工艺 的特 点开发 的新 的冷作工 具 钢 中 ， 一个 主要类 别 是提 高合 金 中 的钒含 量 以提 高 耐磨 性 。第一个是 作 为高性 能耐磨 使用设计 的这种 钢是 C P M 1 0 V， 1 9 7 8年 商业规 模生产 。 C P M1 0 V是 C P M 系列粉 末冶 金高 钒冷 作模具 钢 中最具 代表性 的一个 钢种 。Cr u c i b l e公 司逐 渐 形 成 了含钒 1 ～ 1 8 的一 系 列 粉 末 冶 金 耐 磨 工 具 钢 。这些 高性能 的粉末 冶金工具 钢广 泛用 于冷作 冲 头 和模 具应 用 。高 钒粉末 冶金工 具钢特 别适 合于耐 磨损 的应用 。 K3 9 0 mi c r o c l e a n 由 Bo h l e r 公司开发 ， K3 9 0 mi c r o c l e a n有着非 常高 的耐磨 性能 ，又具 有足 够 的韧性 和可加工 性 。其 冲击 韧性 和热稳定 性甚 至 优于 C P M1 0 V。 AHP 9 VNb 2由北 京 安泰 科 技 股份 有 限公 司研 发 ， 其 成本相 对 Mi c r o c l e a n K3 9 0要 低 ， 但力 学 性能 要 优 于AHP 1 0 V。 在 不 同 热 处 理 条 件 下 ， AHP g VNb 2的硬度 与 AHP 1 0 V 相 当 ， 但 是抗 弯强 度能 提高 1 O 左 右 ， 如图 3所示 。 2 ． 2耐蚀耐磨 工具 钢 在 许多 制 造 操作 中 ， 工 具 和耐磨 部 件不 仅 要经 受 运动 部件或 工作介 质 中硬的研 磨颗粒 的直接 接触 引起 的磨损， 还要经受潮湿 、 酸或其他腐蚀剂的腐蚀 作 用 。 针对 这些 工作要 求 ，开发 了一些 高性能 耐磨性 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 第 1期 曹勇家等 粉末 冶金生产工艺的两大发展 4 9 强 图 3 AH P 9 V Nb 2与 1 0 V ． CP M 力 学 性 能对 比 1 一AH P1 o v抗 弯 强 度 2一AH P 9 VN b 2抗 弯 强 度 3一AH P 9 V N b 2硬 度 耐蚀 粉末 冶 金 工 具 钢 。表 3列 出 了 一 些 商 售 的粉 末冶 金耐 磨耐 蚀工 具 钢种 的标称 成分 。同时列 出 了 普 通 方法 生产 的 T4 4 0 C不 锈钢 和 D2工具 钢 的化学 成 分 。 如表 3所示 ， 粉末 冶 金耐 磨 耐蚀 材 料 含有 约 1 4 ～ 2 4 Cr ， 约3 9 ／ 6～ 1 5 V， 约1 ～ 3 Mo， 和 约 1 ． 7 9 ／ 6 ～3 ． 7 5 9 ／ 6 C。 2 ． 3粉末 冶金 易切 削 工具钢 提 高 工模具 材 料 的可 磨 削性能 对 于降低 工模 具 加 工成本 非 常重 要 。采用 增加 硫含 量 的方式 是提 高 可磨削性能的有效途径 ， 但是如果采用传统的铸锻 法生产 ， 较高硫通常又会增加热脆 和韧性下降 的风 险 ， 而采 用 粉末冶 金 工艺则 能很 好地 解决 这个 问题 。 表 3耐磨损耐腐蚀 工具钢 成分 表 4几 种 常 用 工 具 钢 成 分 2 ． 4粉末 冶金 工具 钢 的应 用 实例 粉 末 冶 金 工 具 钢 的典 型 应 用 主 要 包 括 两 个 方 面 冷作 模 具 、 耐 蚀耐 磨模 具 。 冷 作模 具 的选材 主要 集 中在具 有 高钒 成分 特 点 的钢种 ， 如 C P M1 0 V、 Mi c r o c l e a n K3 9 0 、 AHP 9 VNb 2等 ， 在 一 些 硬 度 要 求 不 高 但 对 韧 性 要 求 较高 的场 合则 可 以选择 C P M9 V、 C P M3 V 等 。 1 冲裁 模 具 表 5 。 表 5冲裁 模具材料应用对比 2 冷压成 形 模具 表 6 。 表 6冷 压 成 形 模 具 对 比 3 工 业裁 剪 刀具 表 7 。 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 5 O 粉末冶金工业 第 2 1 卷 表 7工 业 裁 剪 刀 具 应 用对 比 4 注塑成 形模具 图 4 。 5 高光 洁表面 塑料模 具 图 5 图 4 注塑成形模 具的典型应用 图 5 高光洁表 面塑料模具的典型应用 3 粉末注射成形最新进展 3 ． 1粉末 注射成 形 P I M 发展概 况 [ 7 ] 图 6显示 ， 技 术注射 成形 MI M 元 器件 应 用领 域 很广 ， 如 I T、 通 信 、 消 费 品、 医疗及 牙科 、 机 械及 汽 图 6 MI M 零 部 件 在 欧 洲 、 亚 洲 及 美 国 的 应 用 领域 车 等行 业 。不 同 MI M 产 品 的 市 场 份 额 因 地 域 而 异 ， 汽 车行 业 在 欧洲 的市 场 份 额 约 占 5 o ％， 占据 主 导 地位 ， 而 医疗 及 牙 科 应 用 在 北 美 占据 主 导 地 位 。 市场 预测 ， 在亚 洲及北 美 ， 汽车 应用未 来几 年将有 相 当可观 的增 长 ， 包 括 P I M 高温 汽油及 柴油 引擎 的涡 轮减 压器 目前 由精密铸 造而成 。 根据几 家 主要 的注 射料／ 粉末生产 厂家估 计 ， 结 合所 有地 区已安装 炉子 的生产 能力 ， MI M 产 品每 年 超过 1 ． 4万 吨 。MI M 公 司 过 去 五 年 平 均 1 0 ～ 1 5 的年增 长率 ， MI M 销售 额超过 1 O亿 包括 硬 质 合金 表 8 。MI M 不 锈钢 产 品 占据 主导 地 位 ， 然 后是低 合 金 粉 末 ， Ti 、 C u 、 青 铜 及 镍 合 金 呈 增 长 趋 势 。 表 8 2 0 0 4 ～2 0 0 8年世界 MI M 金属及硬质合金 销售额 3 ． 1 ． 1 亚 洲 亚 洲 MI M 公 司数量 剧增 ， 中 国有 近 6 O家小 型 MI M 厂 ， 2 0 0 9年 中 国台 湾第 2 7家 MI M 厂 家 也 已 启 动 。据报道 ， 2 0 0 8年亚洲 消 费的 注射 料 量 占全世 界 总量 的 4 8 ， 估 计 销 售 额 为 3 ． 8亿 美 元 表 9 。 在 MI M 产 品销 售方 面 。 日本 MI M 行 业 的领 军者 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 第 1 期 曹勇家等 粉末冶金生产工艺 的两大发展 5 l S u mi t o mo Me t a l Mi n i n g L t d有超 过 0 ． 5亿 美 元 的 销 售 额 ， 居 第 二 位 的 E p s o n At mi x销 售 额 为 0 ． 3 8 亿 美元 。 表 9 2 0 0 8年 亚 洲 各 国及 地 区 MI M 金 属 及 硬 质 合金 销 售 额 3 ． 1 ． 2 欧洲 2 0 0 8年 欧 洲 厂 家 占 了 世 界 MI M 生 产 量 的 2 3 。被调 研 的 6 0家 MI M 生 产 商 中有 半 数 在 德 国 、 奥 地 利 、 瑞 士 。德 国 MI M 生 产 商 如 S c h u n k S i n t e r n e t a l I t e c h n i k和 GKN S i n t e r Me t a l s着 重 于 汽 车行 业 包 括 涡 轮 减 压 器 上 所 用 的 MI M 零 部 件 。 3 ． 1 ． 3北 美 北美 约 有 6 O家 MI M 生 产商 ， 其 中大 部分 位 于 美 国 。2 0 0 8年 约 占世 界 注射 料用 量 的 2 9 ， 销 售额 估计 为 3亿 美 元 。AF T公 司 自称 不 仅 是 北 美 最 大 的 MI M 厂 家 ， 更 是 全 球 第 一 ， 它 在 美 国 、 印 度 及 匈 牙利都 有 自己的 MI M 工厂 。 3 ． 1 ． 4全球 根 据 B C C R e s e a r c h 2 0 0 8年 1 0月 的销 售 市 场 研究报 告 预 测 ， 全 球 MI M 销 售 额 在 2 0 1 4年 将 由 2 0 0 8年 的 1 O亿 翻倍 至 1 9亿 。亚 洲 将 因此 获 益 最 多 ， 在 未来 的 5年将 占据 超 过 5 O ％ 的 MI M 市 场 份 额 。 表 1 0世 界 不 同 地 区 MI M 产 品销 售 额 预 测 ⋯ 2 0 0 9 2 0 1 4 增长率／ 区域 戛 百 百 2 0⋯ 0 9 。 2 0 1 4 亚 洲4 6 0 ． 8 4 8 欧 洲 2 7 9 ． 7 2 8 北 美 2 3 1 ． 0 2 3 其他 1 3 ． 4 1 总计 9 8 4． 9 1 O 0 3 ． 1 ． 5 中 国 2 0 0 6年 中国市 场 的 销 售 额 大 约 为 0 ． 3 0 ～0 ． 4 5 亿美 元 ， 估计 2 0 0 7年有 1 5 的增 长 。医疗 器 械 、 电 子 产 品 、 光 纤 通 信 是 中 国 MI M 产 品 的三 大 应 用 领 域 ， 近 年 来 有 大 幅增 长 。枪 械 、 硬 件 、 及 汽 车行 业 市 场 份额稳 定 ， 但 近 年 来增 长缓 慢 。钟 表行 业 零 部 件 产 量也 有轻 微下 滑 。 2 0 0 6年 中国 约有 3 5 ～4 O家 MI M 生 产厂 商 最 新 的数据 为 6 0家 、 1 2 O ～1 6 0台注射 机 、 约 9 O台烧 结炉 。此 外 ， 中国 MI M 生 产商 加快 了 MI M 研 发 的 步伐 ， 转 为研 究新 型 高 附 加值 P I M 材 料 、 粘结 剂 及 工艺 技术 。 3 ． 2 P I M 新工 艺 粉 末微 注射 成形 [ 8 随着 微 系 统 技 术 Mi c r o s y s t e ms Te c h n o l o g y ， 简称 MS T 的不 断 飞 速 发 展 ， 全 球 对 精 细 复杂 结 构 的微 型零部 件 的需 求 日益 增 大 ， 而 粉 末 微 注射 成 形 技 术 Mi c r o P o wd e r I n j e c t i o n Mo l d i n g ， 简 称 ／ , P I M 正 能满 足 MS T 的要 求 。它 制 备 的微 型 零 件 的质量 以毫 克计 ， 几 何尺 寸 以微米 度量 ， 而 且还保 留 着 传统 P I M 可 以批 量生产 复 杂形状 零 部 件 的优 点 ， 且 其成 本 比其 他微 加 工 技 术 低 ， 因此 P I M 极 具 批 量 生产 精细 复杂 形状 微 型零部 件 的潜力 。 t L P I M 应 用 领域举 例 如下 1 微 化 学 工 程 。 P I M 在 微 化 学 工 程 中 主 要 是用 于制 备微 反应 器 、 微混 合器 、 微 交换 器及微 流 体 装置 。 2 医学应用 。在 医学 上 ， g P I M 主要是 用于 制备 微型人 工骨 图 7 、 微 型外科仪 器组件 、 牙 科用微 型元 件 图 8 、 微型医学分析系统及微型 医疗传感器等 。 图 7 人 工镫 骨 图 8微 型 1 74 P H部 件 牙 科 用 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 5 2 粉末冶金工业 第 2 1 卷 3 共 注射 成 形 。t , P I M 技 术 还 可 用 于 共 注 射 成形 ， 将磁 性材料 与非磁 性 材料 图 9 、 硬 质材 料 与 软质 材料 、 导电材 料与绝 缘材料 结合 在一起 。 图 9 铁 磁 性 1 7 4 P H与 无磁 性 ST S 3 1 6 L共 注 射 4 微型零部件 。／ , P I M 技 术 常用 于制 备一 些微 型零部 件 ， 如齿轮 图 1 0 、 叶轮 图 1 1 和拉伸件等 。 图 1 0烧结金属齿轮 直径 8 5 0 p m 图 1 1 3 1 6 L齿 轮 和 叶 轮 3 ． 3 粉 末注射 成形在 中 国面 临 的机遇和 挑战 P I M 作 为粉末 冶金工 艺 的又一 突 破 ， 成 为 发 展 最快 的成形 新 工 艺 。国 内外 关 于 P I M 的应 用 基 础 研究 论文不 少 ， P I M 零 件 的应 用 领 域也 越 益 扩 张 ， 世界 P I M 年 增长率 达 1 0 ％～1 5 。 中 国于 2 0世 纪 8 O年 代 开始 关 注 P I Ml 9 j ， 钢 铁 研究 总 院于 1 9 8 9年 成 立 P I M 课 题 组 ， 历 经 创 业 艰 辛 ， 1 9 9 8年在北 京 昌平 用拼 凑 的非专 用 设备 建 立 了 P I M 小 厂 ， 年产 值达 5百 万元 。后 借安 泰科 技 公 司 上市 发展产 业 ， 在 中关 村 永 丰建 立 安泰 产 业基 地 的 契机 ， 设计 建立 了新 P I M 厂 。2 0 0 3年 投 产 ， 拥 有 国 产和 引进 的注射 成形 机十数 台 ， 真 空脱粘烧 结炉 、 气 氛保 护脱粘 烧结 炉十数 台 ， 生产 的 9 5 产 品是 国外 用户订 单 ， 在 国 内外 树 立 了一定 信 誉 。主 要产 品也 从 钨基 高密 度合金 转 向不 锈 钢 、 低 合 金 钢 等多 元 结 构 。安 泰科 技 公 司 P I M 产 业 十年 磨 一 剑 、 十 年 拼 杀 ， 至今仍处 于求 生存 谋发展 的艰难 阶段 。 据 悉 ， 全 国 P I M 生 产 单 位 已 达 6 O余 家 。这 一 方 面说 明 ， 国 内 P I M 仍 处 于扩 张 之 中。另 一 方 面 ， 欣 喜 之余 ， 不 免有 些忧 虑 。因为 P I M 产业 的持 续 发 展 仍 面临诸 多 困难 的挑 战 ， 试 简述之 。 1 P I M 用 粉 末 一 般 要 求 平 均 粒 度 2 0 t i m 以 下 ， 其 价 格 仍 是 限 制 成 本 降 低 的 主 要 因 素 之 一 。 P I M 只能大 批 量 生 产 形 状 复 杂 的 小 零件 才 可能 有 较 好 的利 润 。 2 脱 粘时 问 是产 品截 面 厚度 平 方 的 函数 。对 于 厚截 面的零 件 ， 不但 大大增 加脱 粘时 间 ， 还易 产生 各种 脱粘 缺 陷而报 废 。所 以对 于形 状 较 简单 、 体 积 较 大的零 件 ， P I M 在 成本 上 与传 统模 压 一烧 结或 精 密铸 造等相 比无竞 争 优势 。 3 P I M 零 件 的 尺 寸公 差 大 致 为 0 ． 3 ～ 0 ． 5 9 ／ 5 ， 低于 烧结整 形 和机加 工 。所 以严格控 制工 艺 参数 ，