新粉末冶金制備技術(shù)
金屬粉末注射成形（MIM）技術(shù)作為一種近凈成形技術(shù)，可制備高質(zhì)量、高精度的復(fù)雜零件，被認(rèn)為是目前最有優(yōu)勢(shì)的成形技術(shù)之一。用MIM法制造鈦及鈦合金近凈形零件，可大幅降低加工費(fèi)用。據(jù)估計(jì)，目前全世界鈦的MIM部件的生產(chǎn)量為每月3～5T。隨著制備鈦粉工藝的改進(jìn)和粉末成本的降低－，鈦合金注射成形件的生產(chǎn)量呈增長(zhǎng)趨勢(shì)。
日本最早采用MIM技術(shù)生產(chǎn)TI一4WT％FE合金運(yùn)動(dòng)夾板�，F(xiàn)在最大的鈦粉末注射成形的生產(chǎn)廠是日本INJEX，每月生產(chǎn)約2～3T。鈦的MIM產(chǎn)品已在高爾夫球頭、自動(dòng)汽車(chē)、醫(yī)療器械、牙科植入體及表殼表帶等方面獲得應(yīng)用一。日本HITACHIMETALRECISION公司和CASIO計(jì)算機(jī)公司制作的鈦合金表殼在1999年國(guó)際粉末冶金會(huì)議上獲得MIM優(yōu)勝獎(jiǎng)，此表在水深200M仍能正常運(yùn)轉(zhuǎn)。1997年日本太平洋金屬有限公司采用住友SITIX氣霧法制得的球形鈦粉，平均粒徑23.8M，采用4O聚丙烯＋6O石蠟粘結(jié)劑，經(jīng)1443K燒結(jié)1.5H得到MIM鈦材，材料中間隙元素含量及力學(xué)性能如表1表1日本太平洋金屬有限公司MIM鈦件性能間隙元素含量WT％力學(xué)性能OCNσ0.2MPAσBMPAδ％0.2260.040.001736050419日本一些大學(xué)采用住友SITIX氣霧化球形鈦粉，由MIM法制取了TI一6AL一4V、TI一12MO、TI一5CO合金等。材料性能均優(yōu)于同等條件下用常規(guī)粉末冶金工藝所制得的材料性能，完全達(dá)到了相同成分的熔煉鍛造材料的水平。此外，日本一家公司用注射成形法制造形狀復(fù)雜的鈦鐵合金零件，如田徑跑鞋的鞋底釘子。該方法將鈦鐵合金（TI一5WT％FE）粉末和有機(jī)粘結(jié)劑混合，以196MPA的壓力注射成形，在550。C脫脂后，再在1000－1400。C，1.33×1O帕斯卡條件下進(jìn)行真空燒結(jié)。這樣制成的鈦鐵合金鞋釘與鉬合金鞋釘相比，耐磨性和耐沖擊性均提高。且重量減輕45％。汽車(chē)噴油嘴形狀復(fù)雜，尺寸小，用注射成形技術(shù)（MIM）研制的TI？AL金屬間化合物和TI一7.6A1？2.6CR合金噴油嘴，具有耐高溫、耐磨損、質(zhì)量輕等優(yōu)良性能，其尺寸精度也達(dá)到了使用要求。
激光成形技術(shù)
激光成形法是一種將高功率激光涂覆技術(shù)同先進(jìn)的快速原型復(fù)制法相結(jié)合以直接制造復(fù)雜三維 零部件的激光定向金屬沉積加工工藝。激光成形工藝具有高精密、高質(zhì)量、非接觸性、潔凈無(wú)污染、無(wú)噪音、材料消耗少、參數(shù)精密控制和高度自動(dòng)化等特性，可以 制造充分致密和高度完整的金屬零部件而不需要像鑄造、熱等靜壓或低熔點(diǎn)合金的反滲透這樣一些中間工藝步驟，因此特別適合于金屬化合物等脆性合金的成形與加 工。
美國(guó)AEROMET公司開(kāi)發(fā)的激光成形工藝，是把鈦合金粉沉積到基體上預(yù)先成形，再加工成精密件。該公司用激光成形技術(shù)生產(chǎn)的F一22飛機(jī)支架、F／A一18E／F飛機(jī)機(jī)翼連接板的翼根加強(qiáng)筋，以及起落連桿件3種部件可滿足飛機(jī)性能的要求。他們用的材料都是TI一6A1？4Y合金。用鑄造和鍛造技術(shù)制造這些飛機(jī)零部件的材料利用率低于5，交貨時(shí)間長(zhǎng)達(dá)1～2年。利用激光成形法則可以克服這些缺點(diǎn)。目前已用該技術(shù)制造出了TI一6A1？4V、TI一5A1？2.5SN、TI一6AL一2SN一4ZR一2MO一0.1SI和TI一6A1？2SN一2ZR一2CR一2MO一025SI等合金。
最近，美國(guó)坩堝公司利用大功率CO的激光設(shè)備，將氣霧化法制備的TI一47AL一2CR一2NB合金粉末喂入激光束聚焦點(diǎn)，通過(guò)計(jì)算機(jī)三維圖形控制制備了尺寸為200×150×32MM的R－TIAL合金板材。利用激光成形技術(shù)，板的成分與原始粉末的成分相近，在制造過(guò)程中不會(huì)失去鋁和吸收氧氣。產(chǎn)品的顯微組織為完全的片狀組織，片團(tuán)大小為18O～600UM（平均尺寸為400UM），片間距約為0.5UM，其力學(xué)性能如表2（略）。激光成形法制備的TI一6A1？4V合金的力學(xué)性能如表3（略）， 其疲勞性能介于鑄造與鍛造之間。選擇性激光燒結(jié)技術(shù)作為激光成形技術(shù)中發(fā)展最迅速的技術(shù)之一，目前得到了廣泛的發(fā)展。它原則上適合于任何可以與激光發(fā)生相 互作用的粉末材料，尤其是金屬粉末。日本大阪大學(xué)采用選擇性激光燒結(jié)技術(shù)制備醫(yī)用鈦牙冠件，取得了很好的效果。它是以ND：YAG激光器為能量源（平均功率為50W），原材料為球形鈦粉。粗鈦粉激光燒結(jié)件的相對(duì)密度為84％，抗拉強(qiáng)度為70MPA。而細(xì)小的球形鈦粉（粒度為25UM）的激光燒結(jié)件，其相對(duì)密度達(dá)到93％�？估瓘�(qiáng)度是150MPA。
溫壓成形技術(shù)
溫壓成形技術(shù)是近幾年新發(fā)展起來(lái)的一次壓制、一次燒結(jié)工藝，是制造高密度、高性能粉末冶金結(jié)構(gòu)零件的一項(xiàng)經(jīng)濟(jì)可行的新技術(shù)。它是在混合物中添加新型潤(rùn)滑劑，然后將粉末和模具加熱至15O。C左右進(jìn)行壓制，最后采用傳統(tǒng)的燒結(jié)工藝進(jìn)行燒結(jié)，是普通模壓技術(shù)的發(fā)展與延伸，被國(guó)際粉末冶金界譽(yù)為“開(kāi)創(chuàng)鐵基粉末冶金零部件應(yīng)用新紀(jì)元”和“導(dǎo)致粉末冶金技術(shù)革命”的新成形技術(shù)。
最近德國(guó)FRAUNHOFER研 究所在溫壓成形技術(shù)的基礎(chǔ)上開(kāi)發(fā)了一種被稱為流動(dòng)溫壓工藝的粉末冶金新技術(shù)一。該技術(shù)以溫壓工藝為基礎(chǔ)，結(jié)合金屬注射成形的優(yōu)點(diǎn)，通過(guò)加入適量的微細(xì)粉末 和加大潤(rùn)滑劑的含量大大提高了混合粉末的流動(dòng)性、填充性和成形性。流動(dòng)溫壓成形技術(shù)原則上可適合所有具有足夠好的燒結(jié)性能的粉末體系。其主要特點(diǎn)是可成形 幾何形狀復(fù)雜的零部件；產(chǎn)品密度高、性能均勻；工藝簡(jiǎn)單、成本低廉。
研究人員采用的是一種可拆鋼模，水平孔和垂直孔的直徑都是16RAM。所用粉末為純TI粉，用150GM以下顆粒的粉末為粗粉，細(xì)粉由氣霧化法制備。樣品在T一型模具中壓制，于1250。C真空中燒結(jié)2H后，用密度儀測(cè)得不同部位（在零件幾何草圖上用1～6標(biāo)出）的密度（理論密度為4.5G／CM。）， 得知，采用流動(dòng)溫壓成形技術(shù)可以獲得很高的密度。微細(xì)粉末的加入可以使裝粉更均勻，并且具有較好的燒結(jié)性能，燒結(jié)后樣品密度分布也較好，如距離零件中心軸 采用常規(guī)粉末壓制法，該處往往密度偏低。用傳統(tǒng)模壓工藝在壓機(jī)上成形零件時(shí)，一般說(shuō)來(lái)，其各個(gè)斷面的密度是不同的，這主要是由于模壁摩擦造成的，也是內(nèi)壓 力在壓制的粉末中分布不均所致。而采用流動(dòng)溫壓成形技術(shù)后，由于在壓制時(shí)，混合粉末變成具有良好流動(dòng)性的粘流體，因此摩擦力減小，壓制壓力也得到了很好的傳遞，從而密度分布也得到了很好的改善。
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