烧结零件是如何制造的？粉末冶金的分步指南

从本质上讲，制造烧结零件涉及将细粉末转化为坚固、致密的部件，而无需将其熔化。该过程包括三个主要阶段：混合原材料粉末，在高压下将其压制成初步形状，然后将该形状在受控炉中加热以将颗粒粘合在一起。

关键的见解是，烧结不是一个熔化过程。相反，它利用低于材料熔点的热量，使原子跨越颗粒边界扩散，将粉末熔合形成一个坚固的、近净形的零件。这使其成为难以熔化、铸造或加工的材料的理想方法。

烧结工艺：分步解析

要真正理解烧结零件是如何制造的，我们必须研究粉末冶金（针对金属）或陶瓷制造过程的每个阶段。

整个过程始于原材料，它始终是细粉末。这可以是纯金属、金属合金或陶瓷化合物。

这种粉末通常与其他元素混合。可以添加润滑剂以改善压实过程，或者可以混合不同的金属粉末以直接在零件中创建特定的合金。

接下来，将精确测量量的混合粉末送入刚性模具或模具中。

然后，粉末在巨大的压力下被压实，通常来自上方和下方。这迫使粉末颗粒紧密接触，形成一个脆弱的、自支撑的部件，称为“生坯”零件。这种生坯零件具有所需的形状和尺寸，但机械强度非常低。

生坯零件被小心地放置在陶瓷托盘上，并装入具有受控气氛的高温炉中。这种气氛可以防止加热过程中氧化。

零件被加热到低于材料熔点的温度。在这个高温下，会发生原子扩散过程。原子跨越单个颗粒的边界迁移，导致它们融合在一起。这会使零件收缩，消除大部分孔隙率，并显著增加其密度、硬度和强度。

从炉中取出的零件通常不是最终产品。可以应用各种二次和精加工工艺来满足特定的工程要求。

对于需要特定性能的应用，烧结零件可以进行浸渍。油浸常用于制造自润滑轴承，而树脂浸渍则用于密封任何剩余的孔隙并使零件耐压。

虽然烧结生产近净形零件，但高精度应用可能需要进一步精加工。研磨、珩磨和抛光等机械加工工艺可用于实现非常严格的尺寸公差和光滑的表面光洁度。对于陶瓷，这通常需要超硬金刚石工具。

为了提高耐腐蚀性或美观性，烧结金属零件可以进行涂层。常见的工艺包括镀锌、镀镍、镀铬和蒸汽氧化，后者在表面形成耐用的氧化层。

像任何制造过程一样，烧结具有独特的优点和局限性，使其适用于某些应用而不适用于其他应用。

烧结擅长以最少的材料浪费生产复杂、精密的形状。由于零件是从粉末而不是从实心块加工而成，因此它是一个极其高效的近净形工艺。这对于昂贵或难以加工的材料尤其有价值。

除非进行浸渍或热等静压等二次步骤，否则烧结零件将保留一定程度的孔隙率。这可能使其不如由锻造金属或完全致密铸件制成的同等零件坚固。在设计阶段必须考虑这种孔隙率。

用于压实的硬化钢模具设计和制造成本高昂。这种高昂的初始投资意味着烧结对于中高批量生产运行最具成本效益，因为模具成本可以分摊到数千或数百万个零件上。

使用这些指南来确定烧结是否符合您的目标。

通过了解从粉末到成品部件的完整过程，您可以自信地利用烧结来实现您的特定设计和制造目标。