烧结没有单一的、通用的气氛。 相反，气氛是一个关键的、主动控制的变量，根据所使用的特定粉末材料和最终部件所需的性能来选择。选择范围从氢气等化学活性气体到惰性环境甚至真空，每种选择在此高温过程中都服务于独特目的。
烧结气氛的主要作用不仅仅是包围零件，而是主动控制颗粒表面的化学反应。精心选择的气氛可以防止破坏性氧化并去除污染物，确保赋予最终零件强度的原子键能够正确形成。
烧结气氛的基本作用
烧结是通过在低于材料熔点的温度下加热，将松散的颗粒集合体转变为固体质量的过程。在这些高温下，金属颗粒的表面具有很高的反应活性。周围的气氛决定了这种转变的成功与否。
防止氧化
烧结气氛最关键的功能是防止氧气与热金属发生反应。就像铁在空气中会生锈一样，大多数金属粉末在烧结温度下会迅速形成会降低性能的氧化物，从而阻碍颗粒之间的正确粘合。
受控气氛会置换氧气，从而保护材料。
去除表面污染物
许多金属粉末在进入炉子之前，其表面就已经有一层薄薄的现有氧化物。含有氢气的还原性气氛会主动剥离这些氧化物，暴露出可以有效粘合的洁净、纯净的金属表面。
这种清洁作用还有助于烧掉初始粉末压制阶段使用的残留润滑剂。
控制材料化学成分
对于某些合金，如钢，气氛可用于控制最终的化学成分。它可以被设计成防止钢表面碳的损失（脱碳），这对于保持材料的硬度和耐磨性至关重要。
常见的烧结气氛类型
选择气氛是根据所加工的材料、所需的结果和操作成本做出的明确工程决策。
还原性气氛
含有氢气 (H₂) 的气氛对于许多常见金属如铁、铜和不锈钢非常有效。高纯度氢气提供了最好的还原条件，从而获得具有优异机械性能和光亮表面光洁度的洁净零件。
一种常见且具有成本效益的替代品是分解氨气，它会分解成氢气和氮气的混合物。
惰性气氛
当主要目标仅仅是防止任何化学反应时，会使用氮气 (N₂) 和氩气 (Ar) 等气体。它们会置换氧气，但不会与金属粉末发生反应。这对于可能与氢气发生负面反应的材料至关重要。
真空
在真空中烧结是去除所有大气污染物的终极方法。通过将炉腔内几乎所有的气体抽出，热材料就没有可以反应的物质了。这种方法通常是钛或某些超级合金等高反应性金属所必需的。
理解权衡
选择气氛需要平衡性能要求与实际限制。仅仅选择反应性最强的气氛并不总是最佳方法。
材料兼容性
首要考虑的是气氛与基体金属的相互作用。例如，虽然氢气是钢的优良还原剂，但它可能导致某些其他金属产生脆化。气氛必须与材料在化学上兼容。
成本与性能
高纯度气体和高真空炉会产生显著的操作成本。对于要求不那么苛刻的应用，基于氮气的气氛或纯度较低的氢气混合物可以以更低的价格提供完全足够的结果。
安全与设备
不同的气氛带有不同的安全规程。氢气易燃，而氮气等惰性气体在密闭空间内有窒息风险。此外，炉子本身必须设计成能够安全地承受所需的气体压力或真空度。
为您的应用选择合适的气氛
最佳选择完全取决于您的最终目标。气氛不是事后才考虑的问题；它是过程中必不可少的成分。
- 如果您的主要重点是最大强度和纯度： 高纯度氢气气氛或真空是彻底去除氧化物并确保颗粒之间形成最强键的卓越选择。
- 如果您的主要重点是具有成本效益地加工普通钢材： 氮氢混合物或分解氨气在还原潜力和操作成本之间提供了良好的平衡，可获得可靠的结果。
- 如果您的主要重点是处理钛等高反应性金属： 深真空或高纯度惰性气体（如氩气）是防止任何化学污染或反应的必要条件。
归根结底，将气氛视为关键工艺成分，而不仅仅是背景条件，是成功且可重复烧结的关键。
总结表：
| 气氛类型 | 主要功能 | 理想材料 | 关键优势 |
|---|---|---|---|
| 还原性（例如，氢气） | 去除氧化物和污染物 | 铁、铜、不锈钢 | 优异的机械性能，光亮表面 |
| 惰性（例如，氮气、氩气） | 防止化学反应 | 对氢气敏感的材料 | 安全、具有成本效益的氧化防护 |
| 真空 | 消除所有大气气体 | 钛、超级合金 | 对高反应性金属的终极纯度 |
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