万鑫涂料金属粉末烧结技术分析

万鑫粉末冶金是以金属粉末为原料，经成型、烧结后生产万鑫金属材料、复合材料及各类产品的技术。粉末冶金工艺主要包括粉末预处理、粉末压制、粉末烧结、后处理等。其中，粉末烧结是将致密或松散的粉末进一步结合以提高强度和其他性能的高温处理工艺。其产品泛应用于航空航天、机械、模具、医疗等行业。

粉末烧结工艺分析

烧结是一个降低系统自由能的过程，其特征是使烧结的颈部和颗粒表面变平，降低系统的总表面积和表面能，减少孔隙的总体积和表面积，消除晶粒中的晶格畸变。烧结过程是由表面扩散、粘性流动、蒸发冷凝、体积扩散和晶界扩散耦合而成。粉末从初始接触到烧结颈的主要扩散机制是表面扩散，烧结颈的生长阶段以体积扩散为主，气孔的收缩以体积扩散和空位扩散为主。

粉末烧结可分为三个阶段:(1)颗粒结合(初始阶段):颗粒之间的点接触或面接触转变为晶体结合，形成具有一定强度的烧结颈，导致强度和电导率的增加；(2)烧结颈生长阶段(中期):烧结颈通过原子扩散在颗粒间生长，形成连通的网络结构，减小颗粒间的距离，降低整体孔隙率；(3)闭孔球化收缩阶段(后期):孔洞多为闭孔，数量增多，烧结体收缩缓慢，主要以闭孔减少和收缩为主。

粉末冶金烧结质量的影响因素

影响烧结体性能的因素很多，包括粉末的特性、成型和烧结条件。烧结条件的因素包括升温速率、烧结温度和时间、冷却速率、烧结气氛和压力条件。烧结温度和时间会影响烧结体的孔隙率、密度、强度和硬度。烧结温度高、加热时间长会降低产品性能，甚至导致产品烧损。同时，较低的烧结温度或较长的加热时间可能会由于烧结过程而导致性能下降。

通常，粉末冶金中使用的烧结气氛是还原气氛、真空、氢气气氛等。烧结气氛直接影响烧结体的性能；在还原气氛中烧结可以防止坯块燃烧，并允许表面氧化物还原。例如，铁和铜基产品通常由气体或氨分解，而硬质合金和不锈钢通常使用纯氢气。活性或难熔金属(如铍、钛、锆、钽)、含TiC合金的硬质合金和不锈钢可用于真空烧结。

金属粉末烧结技术分析

3.1选择性激光烧结技术(SLS)

选择性激光烧结(SLS)是利用激光对固体粉末进行选择性逐层烧结，烧结形成的固化层逐层叠加，生产出所需形状的零件。整个过程包括建立CAD模型、数据处理、铺粉、烧结和后处理。

金属粉末快速成型是激光快速成型从原型制造向快速直接制造发展的趋势，可以大大加快新产品的开发，具有广阔的应用前景。在金属粉末的选择性烧结方法中，通常使用三种金属粉末:

(1)金属粉末和有机粘合剂的混合物

将两种粉末按一定比例混合均匀，然后用激光束对混合粉末进行选择性烧结。

(2)两种金属粉末的混合物

其中一种熔点较低，起粘合剂的作用。烧结过程类似于液相烧结，激光能量熔化复合成分中的低熔点成分，形成的液相渗入固相。冷却后，低熔点液相固化以粘合高熔点组分。

(3)单一金属粉末

对于单元制烧结，尤其是高熔点金属，需要在短时间内达到熔化温度，这就需要大功率的激光。最大的问题是多孔结构导致低密度和差的机械性能。

3.2选择性激光熔化技术(SLM)

SLM是近年来诞生的一种金属粉末快速成型技术。它可以用来直接成型金属零件，几乎完全的密度。SLM技术克服了SLS技术制造金属零件工艺复杂的难题。

SLM技术是利用光斑直径小于100μm的高能激光束直接熔化金属粉末，一层一层地进行，最终形成冶金结合、结构致密的金属零件。

SLM是金属3D打印技术的一个重要研究方向，可以直接形成细长点阵、中空夹层、一体化等复杂的轻量化结构件。目前，SLM技术已经应用于航空、航天、汽车、模具、医疗等领域。

3.3微波烧结技术

微波烧结是一种高效、节能、清洁、环保的烧结方法，可使烧结制品获得更精细的微观结构和力学性能。得到了世界的认可，被称为新一代烧结技术。经过十几年的发展，国内外学者在金属粉末微波烧结机理的研究方面取得了一定的进展。

微波加热通过分子或原子与电磁场的相互作用，使材料本身产生热能。在烧结过程中，颗粒结合面的质量和数量发生变化，烧结体中的孔隙发生球化和收缩。这些过程基于材料迁移，即材料迁移是烧结颈生长的根本原因。因此，了解材料迁移模式对研究金属粉末在微波场中的烧结行为非常重要。

金属粉末微波加热技术的理论还处于探索和研究阶段，对微波烧结中观察到的一些特殊现象和物理化学变化的机理还缺乏深入的研究和认识。研究手段相对缺乏，无法获得微波效应的一些直接证据，所以停留在推测阶段。

总结

近年来，随着材料、设备、模具、工艺和自动化技术的逐步发展和成熟，粉末冶金的应用越来越广泛，已成为消费电子、汽车等行业备受关注的新型工业技术。金属粉末的烧结技术越来越受到重视。我们相信，随着人们掌握激光烧结金属粉末的成型机理，获得各种金属材料的最佳烧结参数，以及特种快速成型材料的出现，金属烧结技术的研究和应用必将进入一个新的境界。