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粉末冶金的优缺点赏析八篇

时间:2023-12-13 11:24:37

粉末冶金的优缺点

粉末冶金的优缺点第1篇

关键词 TiAl基合金;粉末冶金;力学性能

中图分类号TF12 文献标识码A 文章编号 1674-6708(2013)91-0045-02

0 引言

作为高温结构材料,TiAl基合金正受到业内界人士的越来越高度关注,良好的抗氧化性能,低密度,耐高温性能等,让其比之镍基合金和钛基合金更具优越性[1],因此成为航空,国防,军工等高科技领域极具吸引力的材料。然而,室温塑性低,高温屈服应力高和加工成形性差等,使得TiAl合金广泛应用受到严重的制约。因此,研究和开发针对TiAl合金合理高效的制备与成形技术,是科技工作者的一个重要课题。常规制备TiAl基合金的方法主要有粉末冶金,铸造,铸锭冶金等。其中粉末冶金方法有其显著独特优点:克服了铸造缺陷,如疏松缩孔等;加入合金元素来制备复合材料变得容易;材料成分均匀,显微组织细小,力学性能优异;复杂零件易于实现近净成形。

1 预合金粉末制备工艺

采用预合金粉末成型工艺制备TiAl基合金首先要制备γ-TiAl预合金粉末,之后经过模压成型与烧结反应而制得所需制件的工艺。此工艺的成本有些昂贵,因为,Ti熔点高且活性比较大,需要在制备过程中严格控制工艺,故难度也较大。现阶段,发展出来很多方法制备γ-TiAl预合金粉,其中主要被采用的有:雾化法、机械合金化法(MA)、自蔓延高温合成法(SHS)等。此工艺所获材料其晶粒大小,相分布以及合金元素分布的均匀性与相应的锻件相比,都得到显著提高。用预合金法,德国姆波公司制造出大型客机连接臂,和直升机叶片连杆接头,产品相比于锻件,材料和成本分别节省40%和34%[2]。随后美国坩埚公司又开发出,可以制备全致密,形状复杂的钛合金近形产品的陶瓷模热等静压技术,使得合金材料的力学性能得到进一步提升。

2 元素粉末法

元素粉末法是对Ti、Al和Nb、Cr、Mo等外加元素预压成形,在高温下反应合成之后进行致密化来制备TiAl基合金材料的,制品组织细小、成分均匀。此法优点是成本比较低,工艺设备简单而且容易添加各种高熔点合金元素,通过均匀化混合和高温反应能避免成分偏析。元素粉末法制备TiAl基合金,已经得到了广泛研究,所制备出来的材料性能可与铸造TiAl基合金媲美。元素粉末法制备TiAl合金时Ti,Al元素会发生扩散反应,基本反应过程为[3]:6Ti+6Al4Ti+2TiAl3, 4Ti+2TiAl3Ti3Al+TiAl+2TiAl2,Ti3Al+2TiAl2+TiAl 6TiAl。

3 成型工艺

预合金粉末属硬脆粉末,不便直接模压成形,所以采用挤压方式进行成形。有冷挤压和热挤压两种方式。此工艺让粉末晶粒得到了细化,组织均匀性和粉末间的高温扩散能力得到提高。对于元素粉末挤压可以消除压坯膨胀开裂,而对于预合金粉末,挤压也提高了粉末变形能力。随着科技的进步,出现了很多新技术如:温压技术,流动温压技术,模壁技术,爆炸压制技术,高速压制技术等。这使得粉末冶金成形技术正向高性能化,高致密化方向发展。

4 烧结反应工艺

以下是对目前出现的几种TiAl合金粉末冶金烧结工艺简单介绍。

4. 1热压和热等静压

热压和热等静压是目前两种很可行的制备钛铝基合金的工艺。在压制的过程粉末的受力比较均匀,所得制件的致密度很高,力学性能很优异。经文献和实践所知,在1100℃~1300℃,压力大于100MPa时,将雾化TiAl预合金粉末,直接进行热等静压效果为最好。刘咏等人用此热等静压的工艺方法所制得的钛铝基合金制件,致密度高,显微组织细小,结果很是成功[4]。

4.2 自蔓延高温合成工艺

自蔓延高温合成(也被称为燃烧合成方法),是利用化学反应过程所生成的热量和产生的高温,而使自身反应持续下去,进而获得所需材料或制品的方法。该工艺简单,高效节能,成本低且制品质量高,自问世后在世界范围内得到了广泛的研发与应用。其中开发出来的SHS制备粉体,烧结,致密化技术,能够制备出常规方法难以制备出的TiAl化合物,且产物形状复杂,致密度高,目前SHS粉末技术已成功应用与工业生产且技术越发成熟。

4.3 放电等离子烧结

放电等离子体烧结亦叫作等离子体活化烧结,最早源于20世纪30年代年美国人的脉冲电流烧结原理,但此快速烧结工艺真正发展成熟是90年代从日本开始的,此后才得到广泛的关注与研发。在装有粉末的模具上联通瞬间,断续,高能脉冲电流,粉末颗粒间就能产生等离子放电现象,产生的高活性离子化的电导气体,迅速消除粉末粒表面的杂质和气体, 并加快粉末的净、活、均化等效应[5]。SPS艺有其独特优势:加热均匀,烧结温度低且升温速度快,产品组织细小均匀且致密度高。研究表明,用MA技术与SPS技术结合制备出的TiAl合金,组织均匀,性能优良。

4.4 粉末注射成形工艺

此技术是把塑料注射成形工艺和传统粉末冶金技术相互结合,而发展成为一种新型的近净成形的工艺。主要步骤为:混合粉末与粘结剂,注射成形,脱模,烧结。此工艺制备的制件致密度高,组织均匀,性能优越,能够制备质量要求高且精密复杂的制品,而且成本低,自动化程度高,材料利用率几近百分百。因此该工艺在国际上很热门,很受欢迎。采用PIM工艺制备出的TiAl合金组织细小均匀,相对密度高,性能优良,而且成本与传统工艺比大大降低,当然此方面的研究还有广阔空间。

5 粉末冶金TiAl基合金的力学性能

作为高温结构材料,TiAl合金因为低的密度,高强度系数,良好的抗氧化性能和抗蠕变性能等,而备受关注与欢迎。然而因低室温延展性,难加工性,使其被广泛应用受到制约[6]。如何使其强度和延展性相平衡是一个很大挑战,有关此方面的研究工作一直在进行。研究表明,TiAl合金中增加Nb能改善TiAl合金高温抗氧化性能,适量Cr可以提高延性,B可以细化晶粒, 提高抗蠕变性能。经过不断地改进和完善,粉末冶金TiAl合金的一些力学性能已得到了显著的提高。近期研究发现,合金添加Mo,V和Ag能改善显微组织,在1350度烧结能提高其致密度能达到96%,而抗压缩强度可达到1782MPa。然而,孔隙的难以彻底消除,间隙元素难于控制等问题,还需要不断地克服。

6 结论

TiAl合金因其独特的性能在军工,航空等高技术产业占有重要地位,采用粉末冶金工艺制备TiAl基合金,优势明显,能够制备得精密度很高的制件。在TiAl合金制备技术中,极富吸引力,进而脱颖而出。然而,粉末冶金法制备TiAl基合金技术并不是完美至极的,还有一些工作需要进一步研究和拓展:控制间隙元素和杂质的污染;合金元素的合理选择与添加,改善TiAl合金的性能;进一步完善致密化技术,让显微组织更加均匀细化,消除孔隙缺陷等;进一步研发让生产低成本,高效率,规模化,不但为军用而且为民所用,促进经济的发展。粉末冶金钛铝合金技术有其独特的优势和地位,若得到进一步改进和完善,对我国的经济发展,国力的提升,具有重大意义。

参考文献

[1]Q.Liu,P.Nash. The effect of Ruthenium addition on the microstructure and mechanical properties of TiAl alloys[J]. Intermetallics 2011(19):1282-1290.

[2]赵瑶,贺跃辉.粉末冶金Ti6Al4合金的研制进展[J].粉末冶金材料科学与工程,2008,13(2).

[3]Wang G X,Dahms M.PMI,1992,24(4):219-225.

粉末冶金的优缺点第2篇

1.1 公司概述

某粉末冶金股份有限公司是某市重点扶持发展的企业,某省轻工系统“销售利税五十强”企业。该公司于一九九七年投资600万元,新建厂房7000 多平方米,新厂区位于某市高新技术产业园区。

某粉末冶金股份有限公司现有总资产2600万元,其中固定资产1200万元。现有职工350人,中等专业学校以上毕业生107人。年产量500吨,总产值1500万元,利税100多万元。公司拥有15—315吨粉末冶金专用成型压机和精整压机共*台套,铁基、铜基、烧结炉*台套,并配有后续机、精加工仪表车床等加工设备。公司产品,主要包括铁基、铜基、铁铜基,系列含油轴承、摩托车减震器零件,铁基粉末冶金结构件、汽车拉申件。产品畅销东北、华北、华东地区,并与一些大公司建立了产销关系。而且公司根据目前情况建立了自己的销售方针和生产战略方针。公司无论在产品产量、生产规模还是生产能力都已成为长江以北最大的粉末冶金生产企业。

1.2 行业状况

粉末冶金制品的应用范围十分广泛,从普通机械制造到精密仪器;从五金工具到大型机械;从电子工业到电机制造;从民用工业到军事工业;从一般技术到尖端高技术,均能见到粉末冶金工艺的身影。粉末冶金是制取金属粉末,及采用成形和烧结工艺将金属粉末(或金属粉末与非金属粉末的混合物)制成材料和制品的工艺技术。它是冶金和材料科学的一个分支学科。

随着世界经济全球化的发展和我国加入世贸组织,制造业在国民经济中发挥着越来越重要的作用。作为集化工、冶金、机械等为一身的粉末冶金行业近年来发生了巨大的变化,特别是随着中国汽车工业的快速发展,带动了对粉末冶金机械零件日益增长的需求。粉末冶金机械零件已成为我国汽车、摩托车、家电、工程机械、纺织机械、农用运输车等诸多行业中不可缺少的基础零部件,其市场需求和应用领域不断扩大。十五期间,粉末冶金零部件的需求量将从2000年的68,100吨增长到94,100吨。其中汽车行业粉末冶金零部件的总需求量将从13,400吨增加到22,500吨,增长幅度近60%。这为粉末冶金行业提供了不可多得的发展机遇和巨大的市场空间。汽车零部件企业4413家,三资800多家,03年全行业销售产值2641亿元,同比增长37%。

下表是2004粉末冶金行业企业主要经济指标四月份完成情况表:

(资料来源:中国粉末冶金网powdermetallurgy.com.cn)

序 号

指 标 名 称

单 位

本 月 完 成

同 期 完 成

同 期 比%

1

工业总产值(现行价)

万元

61764

52567

17.5

2

工业销售

万元

58613

48417

21.1

3

其中:出口交货量

万元

6258

9266

-32

4

产品销售收入

万元

56730

46269

22.6

5

粉末冶金机械零件产量

21246

15845

34

( 图1)

中国汽车工业协会副秘书长沈宁吾4月22日在“2004首届中国汽车及零部件产业发展论坛上”说,中国汽车零部件制造水平总体上达到20世纪90年代末国际水平,基本满足国内引进车型的配套要求。

但是目前我国粉末冶金行业也存在着很多问题,例如研发能力弱,工业装备落后,产品水平低。在粉末冶金产品结构方面,结构零件约占机械零件总产量的60%,而国外约占80%;产品精度方面,与国外企业相比,国内一般企业相差约2—3个级别;内在质量和外在质量均有较大差距,稳定性欠缺。粉末冶金产品趋同化现象严重,低档产品多,生产过剩;高档产品欠缺,市场供不应求,只能寻求从国外进口。

2       公司面临环境微观环境

宏观环境

某粉末冶金股份有限公司

P(政策)

E(环境)

S(社会)

T(技术)

供应商

竞争对手

市场状况

公司环境可以从两个方面来分析:微观和宏观环境。微观环境主要指公司内部运营状况,可以从PEST的角度来分析;而宏观环境是指与企业有关的各个环节,包括:供应商,竞争对手和市场状况。如下图所示:

 

 

 

 

 

 

(图2)

2.1 微观环境:公司内部情况

    从公司的运营状况来看,该企业在行业内并不具有绝对优势,具体分析如下:

    P(政策):由于该行业基本属于完全竞争行业,并不存在政策的偏袒,所以每家企业面临着同样的政策背景。从这点上来看,该企业没有优势。

    E(环境):主要指企业所处的地理环境。某市并不是一个很利于企业成长的环境,因为即使在某省,某市都不算是很发达的地区,而且该市周围并没有大型的汽车、摩托车等生产商(最近的也在北京、天津)。所以在企业所处环境上,该企业并没有优势。

S(社会):在东北、华北、华东地区,该企业有一定的社会知名度,但是仍然有一些比较强的竞争对手,而且每个企业都有自己的产销网络,所以如果每家公司都保持现有优势,不出现临时的重大变故,不会轻易丢失客户,但这种情况下也很难大规模地拓展市场。所以从社会这方面来看,该企业在自己的产销网内有非常大的优势,但从整个行业来看,该企业的优势并不十分明显。

T(技术):该公司虽然是该行业在长江以北最大的企业,但该行业的技术门槛比较低,而且对下游企业——汽车、摩托车等企业有比较强的依附力,所以如果一些大型的汽车生产商如果想要涉足该行业,很容易培养起来竞争力很强的企业。所以技术上,该企业也不存在很大的优势。

2.2 宏观环境

原料供应商:目前公司的铁粉原料都由山西阳泉提供,此供应商在铁粉生产领域属大型企业,产量大而且稳定,公司目前只有这一家原料供应商。这样有利于建立长期稳定的供货渠道,也有利于形成长期的供销同盟以提高行业的竞争门槛,限制竞争对手的发展;但是也存在一些缺点,首先这样会使公司受限于供应商,而失去了从供应商方面削减成本的机会,同时如果供应商出现问题,例如产量和价格波动较大,公司想要立即找到合适的供应商将会加大成本,给公司造成巨大损失。在这方面公司应该改变这种单一的进货渠道,积极寻找新的原料提供商,一方面可以自己主动寻找,另一方面可以以招标的形式,吸引供应商。这样可以在原料成本方面掌握主动权,分散风险,同时可以保证原料供应。

市场状况:我国经济改革的进一步加快,以及我国加入世贸组织,为我国的经济市场带来了新的活力。作为一个新兴的行业粉末冶金也有了一个更为广阔的市场。随着人们消费水平的提高,对汽车、摩托车及各类家电需求量巨增,这些产品的配件市场也有了更大的发展潜力。有需求就有竞争,作为市场先入者的衡水粉末冶金公司应该趁行业竞争不是十分激烈的时候努力扩大市场,培养自己的核心竞争力,努力成为行业的领导者。

竞争对手:作为一个生产粉末冶金产品的中型集体所有制企业,其在技术和管理领域都存在着较为严重的问题。衡粉的竞争对手主要分为两类,一类是技术、规模都领先的较大型企业,一类是小型的私营企业。第一类企业主要集中在南京、上海、宁波、重庆地区,其规模大,而且大多是合资企业,有着雄厚的资金、大量的专业人员和先进的技术,在产品档次上有着不可比拟的优势,而此时中国的零配件市场最短缺的就是高档次的产品,此类无论在国家政策还是技术引进方面都有很强的优势。这类企业的产品技术含量高,中等产品占的比重不大,低档次附加值低的产品几乎不生产。第二类企业,大都为私营的小型企业,主要集中在江浙一带,其在管理方面占有一定优势,一般是老总一个人做决定,管理紧促;管理人员少,各方面费用小,成本低,因此在价格方面有很大竞争力;而且大部分是新发展起来的,设备较为先进,但产品多为低档次产品;由于其规模小,生产能力有限,产量受很大限制。鉴于该公司目前的技术及规模情况,一时很难进入高档次产品市场,竞争能力很弱。因此将中低产品市场作为目标市场是最佳选择;和私营小企业相比,该公司具有较大规模的生产场地,产量大而且稳定,原料采购量大,可取得较优惠的价格,原材料成本低,工人多,生产能力充足,有比较正规的管理体系,能够从整个市场分析,制定公司长远发展计划。因此该公司在中低档产品的市场上有很大的优势。

3 设计市场营销计划3.1设计营销计划的思路企业的整体战略规划确定了企业的任务和目标,市场营销战略在其中起关键性的作用。市场营销计划包括的内容有内容提要、当前营销状况、威胁与机会、营销目标、营销策略、活动程序、预算、控制。企业要想制定一套切实可行的营销计划,就必须针对以上内容做相应的调研、预测,充分了解并分析营销环境、营销信息系统、消费者市场、组织者市场,确定细分市场及目标市场。

    公司的发展方向有以下三种选择:首先,以扩大生产原有产品为重点,这样可以减少风险,有利于企业的稳定发展,但不利于企业的长久发展,通过对企业的产品线分析看,该企业的产品宽度不够,如果仍然按照现在的产品结构发展,企业很难有长足的进步。其次,为用户提供相关的备品备件及跟踪服务,这样可以使企业从生产上向服务提供商转型,从行业价值链的角度看,生产商的利润总是越来越低,而服务提供商可以长久保持较高的利润,所以可以考虑公司的转型。其三,开发新产品,这是最难的,但是企业必须做的,没有能适应新市场的新产品,就无法使企业在近期的发展中取得领导者的地位,无论是转型还是扩大规模都无法谈及。

    公司是否开发一项新产品,是否进入一个特定的市场,取决于市场是否拥有足够大的发展空间,进而取决于对市场的准确衡量和预测。消费者的需求、动机以及购买行为的差异性,是市场细分的根据。粉末冶金行业的主要消费对象是一些大型机械设备、汽车、家电企业,市场领域广泛,加之目前我国制造业的快速发展和经济的进一步开放,使粉末冶金市场有了更大的发展潜力,但同时也存在行业发展快的风险。该公司位处某省某市,交通相对比较便利。目前将市场定位在长江以北地区,尤其是山东、天津和东北地区,因为这些是制造业较为集中的地区。公司在作市场细分时,根据销售对象的行业分类,也是分为三部分:汽车、摩托车和家用电器。

目标市场是在细分市场的基础上进行的,它根据市场细分标准选择一个或一个以上的细分市场,并作为企业营销对象的市场。一个细分市场要能成为理想的目标市场,必须具备三个条件:拥有一定的购买力,有足够的销售量和营业额;有较理想的尚未满足的消费需求;市场竞争还不激烈,竞争对手未能控制市场。目前,该公司将江南地区作为一个新的目标市场的所在地,一方面江南地区的纺织业发达,汽车制造业潜力巨大;另一方面,公司在生产技术方面较为领先,产品质量再同类产品中处较高水平,易于进入市场。在制定具体的目标市场策略时,企业有三种选择:无差异市场策略、差异市场策略和密集性市场策略。基于目前公司的规模教小,而且资源有限,可以采取以密集性市场策略为主,同时在局部实行差异市场策略。在江南地区不仅有知名品牌的汽车产地,而且随着我国汽车业的快速发展,和人们汽车消费的大量增长,使得一大批中小型汽车发展起来。针对市场情况,该公司可以将汽车零配件作为主产品进入,同时顾及纺织机械配件。

3.2 产品策略

它一个综合性的概念,它包括产品组合策略、新产品开发策略、产品寿命周期策略、商标策略、包装策略、服务策略等一系列内容。

    目前该公司的产品线长度为3,既产品主要包括三个大的项目:汽车配件、摩托车配件和家电配件。从宽度上来看,汽车配件主要是汽车发动机上的配件;摩托车方面主要是减震器;家电方面主要是洗衣机上的旋转轴和空调上的平衡块。从一般意义上来讲,产品线长度主要是为了减少企业对下游企业的依附性,一般情况下大于或等于3就算比较适中;而宽度主要是为了减少企业的市场风险,至少应为2。由此可见产品线长度为3,下游行业为3个,比较适中;但宽度只有1,每个行业只有一种主要产品,所以宽度较窄。如果产品线不做改进将不利于公司的长期发展。建议公司扩大产品线宽度,增加产品种类。

产品生命周期:指产品从进入市场到被市场淘汰为止所经历的全部时间,包括导入期、成长期、成熟期、衰退期。判断产品生命周期阶段的方法有两种,一是以销售增长率为标准,一般来讲成长期产品的销售增长率一般比较平稳,在相当长一段时间内保持大致相同的增长率,而成熟期增长率将会下降直至0,随后进入衰退期;另一种是与市场的同类产品作对比,包括性能、技术含量和成本,一般来讲新产品至少在这三个方面里有一个方面是优于企业当前产品的,所以企业应该不定期对市场上的产品进行测评,以避免落后市场。然后根据已掌握的信息,预测各阶段的延续时间与增长速度。

针对产品处于不同的生命阶段,相应制定市场营销策略。一般来讲,产品处于导入期时,应该采取保持产品性能的策略,使产品在用户心目中留下一个比较好的印象;在成长期时应该加大产品宣传力度,扩大产品的知名度;在产品进入成熟期后,销量达到最高点,增长速度缓慢,同时生产力过剩,市场竞争加剧,此时企业可采取延长产品生命周期的策略:市场改革策略、产品改革策略和市场销售组合策略。其中,市场改革策略主要指将现在的产品推向尚未开发的细分市场,比如行业的转换或者地点的转移,以此来使原有产品获得新的生命力,降低产品开发的成本;产品改革策略主要指改进现有产品,在现有产品基础上开发出新的产品,通过命名和宣传的不同达到开发新市场的目的;最后一种市场销售组合策略是指通过组合不同产品,通过捆绑策略来进行市场竞争。

从该公司的情况来看,该公司的产品有一部分正在从成熟期转向衰退期,这部分产品以前是或者现在仍是公司盈利的主要支柱之一,但产品的盈利能力在不断下降,而且从产品本身来讲,产品在技术方面已经完全成熟,性能方面的改进空间已经很小。例如摩托车减震器,此产品销量最近几年并没有多大增长,为了延长其周期,公司可以尝试在新的市场,比如南方市场来推广这些已经成熟的产品,因为这些产品已经成熟,容易打开市场,同时又可以延长产品的生命周期,降低成本。

该公司还有一部分产品正在处于导入期。但这部分产品有的是公司刚研发出来的,市场风险比较高;有的是专门为配合大企业推出新的成品而专门开发的,比如平衡块是专门为LG做的,虽然依附于大企业会降低新品推广的市场风险,但由于推广主体是LG,所以即使产品推广成功,主要的获利者是LG,该公司不能从中获得较高的利润。所以,公司应该对前者进行周密的市场推广计划,通过更多的前期预测来降低风险,并从中取得尽可能高的利润。

该公司在判断产品生命周期方面,以销售增长率为标准,但是由于其信息通道欠发达,使得销售与产品生产相对滞后,产品积压较严重。所以企业应该加大信息通道建设,搜集各方面的信息,使企业能够准确预测产品发展前景;在另一方面,公司应该同时与同类产品作比较,多收集信息,可以利用网络上的报价,判断产品所处生命阶段,及时调整生产,避免供不应求或产品积压。

新产品开发:随着科学技术的进步,产品的生命周期日趋缩短,为了更好的适应环境,继续生存,企业就必须将新产品开发作为企业营销的一项重大决策。为使新产品开发减少风险获得成功,企业应遵循几个原则新产品的开发要符合国家规定、新产品要适应科学技术发展的趋势、开发新产品应考虑结构相似工艺相近的原则。更重要的一点就是企业要进行准确的市场调查和研究,要保证企业的新产品有足够的发展空间和盈利空间。

粉末冶金产品开发的关键是模具的设计和制造。某公司虽然其在技术上已达到国内较先进的水平,但还存在许多缺陷,一方面是由于国内整体水平不高,另一方面由于企业较小,资金有限,不能大规模的进行市场开发。公司在新产品开发方面建立了自己的研发室,但是专业技术人员少,科研设备落后。针对公司自身的不足,在新产品开发方面,企业可以选择独立开发和联合开发这两种方式。对于技术含量低,市场前景广阔的产品,企业可以自行研发,取得专利权,以赢取较高的利润。而专业性水平高的产品,可以采用联合开发,一方面可以与大中院校建立合作关系,利用其完备的科学理论和设计基础为公司服务,公司可以作为学校的实验基地。目前企业已于河北工业大学建立良好的合作关系,研究开发了与空调器配套的铸造黄铜平衡块。另一方面可以与客户建立联合开发项目,与顾客建立良好的反馈关系,由于是与顾客共同研发,因此产品无论是质量还是设计均合乎顾客的需要,但这样的产品可能属于为单一企业量身定做,可能市场前景并不广泛,而且由于专利转让问题,企业并不一定有完全的市场开发权利,所以这种新产品开发模式不一定能为企业带来高利润。

在产品精度方面,公司积极引进精加工设备和电子检测仪,使产品在国内同类产品中处于领先水平。在产品质量方面,各车间配有质量检测员,不定期进行产品抽查,而且建立了责任制以及最低次品率,以保证产品质量和最低损耗率。同时公司也在研究新的原料,提高产品质量,尤其是产品的耐磨性和抗压性方面。在产品档次方面,公司应该积极在国外寻求合作伙伴,随着关税降低,刺激了大量电子机械以及汽车等商品的进口,给我国的机械配件行业也带来了很好的发展机遇,主要是高档次产品市场。该公司应该积极利用自己技术优势和地理优势,开拓高档次产品,并且积极引进资金,争取早日进入高档次市场。

品牌和包装策略:在我国企业的品牌意识不强,自我保护意识差。在粉末冶金行业也是如此,而且因为其产品大都为配件产品,想树立自己的品牌就显得更为困难。该公司目前还没有自己的注册商标,在以前这并不影响公司的销售,但随着行业竞争激烈程度的加深,以及市场的对外开放,零配件市场也在进一步趋于正规化,拥有自己的品牌已经十分必要了。在树立自己品牌方面,该公司可采用两种策略。一部分专业性产品,例如为LG公司生产的平衡块可以和名牌大企业建立关系,只作为其配套公司;一部分基础产品,例如摩托车减震器,此类产品任何品牌摩托车都要使用,这类产品,公司应该有自己的品牌。在品牌推广方面,对于专业性产品,企业应该保持产品的质量,并加大与大型厂商的联系进行一对一营销;对于基础产品,公司应该加大对用户的营销,使产品在最终用户心目中留下好的口碑,促使成品生产商选择自己的产品,同时也要对成品生产商进行一对一营销,双管齐下。

3.3 定价策略

价格是商品价值的货币表现。买卖双方一次交易是否成功,往往取决于价格的高低。同时价格也是反映市场变化最灵敏的因素,也是市场营销组合因素中最活跃的行为。调整价格成为企业间竞争的主要手段。

企业定价主要考虑的因素主要有:

一、成本。这是生产商定价的主要标准,也是最简单的标准。主要是因为企业的产品涉及行业较多,对每种商品都设计独特的定价模式会大大消耗企业的精力,所以只好采取这种最简单的以成本为主要因素的定价方法。

二、需求和利润。主要考虑到企业的财务收益,单纯的利润因素将不能使企业在激烈的行业竞争中取得优势,所以企业必须考虑行业需求。

从对企业的调研来看,企业定价目标主要有以下几种:一、以利润为中心的定价目标,它包括最大利润目标、投资收益率目标和满意利润率目标。当企业的产品在市场上处于绝对有利地位时,可实行高价、高利政策,但这种目标不可能长期维持,必然遭到多方抵制、竞争甚至政府干预。二、以销售为目标,包括销售增长率目标和提高市场占有率目标。企业如果想提高销售量和市场占有率可采取降价的策略。三、以保持现状为目标,此目标主要是企业想让企业保持现有的优势,不被其他企业追上。

从目标和因素的对比来看,该企业现有的定价因素能够在一定程度上达到企业的目标。以成本为导向主要是为了保持利润,而以销售和利润为辅是为了保持现状并扩大销售量,所以现在的定价策略比较合理。

在实际的实施中,该公司在定价方面确立了以利润为目标的定价策略,公司根据上年销量和价格来确定今年的产品价格,而且相应制定年销售额和年利税额。在定价方法上,公司目前采取成本导向定价,因为目前粉末冶金产品同质化严重,产品差异较小,这时候就必须考虑成本,根据竞争对手来制订价格。所以在原材料方面,粉末冶金产品主要是铁粉和铜粉,因此产品定价主要基于原材料的涨幅以及市场供销情况。由于近期钢铁类价格上涨,公司采取了提价措施。但是目前该公司的竞争对手多为小企业,其成本很低,只靠成本定价并没有优势。所以公司应该多考虑从需求和利润角度来定价,时刻关注市场,掌握供求状况和竞争状况,制定灵活的定价策略,以适应市场多变的需要。但是价格不可以波动次数太多,以免影响公司的信誉度。

3.4销售渠道策略

选择有效的销售渠道对公司来说至关重要。销售渠道简单的划分为直接销售渠道和间接销售渠道。不同的产品策略、市场策略,决定着不同的渠道策略。是利用现有的渠道,还是建设新的渠道,主要基于两方面的分析:(一)、产品品类的一致性和目标消费群体的一致性(二)、成本和风险。

该公司根据自身状况选择了直销策略,这主要是基于公司产品的性质以及消费群体的特点而决定的。粉末冶金产品是生产资料性质的,主要是汽车、机械等大型产品的配套零件,大多为批量生产,批量订购,而且消费群体多为汽车、家用电器、纺织机械等大型企业,目标市场比较明确、集中。因此,与其设立中间商,不如直接与最终消费者联系,进行针对性的销售,从而降低价格,并保持利润,同时可以与顾客建立良好的信息反馈关系,了解顾客的需要,不断开发新产品,或与顾客共同研究开发,而成为其盟友公司。在这种直销关系中,也遇到了问题,由于需求市场较为分散,业务员显得尤为不足,但是培养一个业务员成本又很大,因此在目前公司欲扩大规模之时,可以适当设立几个中间商作为联系客户的桥梁。

该公司下设两个销售子公司,分别负责不同地区的销售。这样便于搜集信息,了解整个市场动态。而且,可以刺激公司内部的良性竞争,使两个销售公司的职员努力开拓市场,提高销量。可是虽然公司的销售量有所上升,但在销售过程中也存在着很多问题,例如业务员短缺,信息匮乏,市场竞争激烈,这些使得公司的市场占有率并没有明显提高。因此在采取直销策略时,也应适当增加其他渠道,例如公司想要开发江南地区的市场,但是只靠本公司业务员是很难的,这时公司应该采取本地化策略,可以在这个地区寻找商或者设置分公司,利用当地的营销关系和人才,帮助企业打入江南地区的市场。

目前,公司已成为长江以北最大的粉末冶金行业,在老客户方面,衡粉大部分产品主要是客户主动联系,虽然已与20多家企业建立了长期的产销关系,产品销售情况也比较不错,但是这样难免有些被动,所以在与老顾客可以采用主关系营销,定期与老顾客联系,并给予一定优惠,这样一方面可以给顾客良好的印象,另一方面也可以通过其为公司做免费广告,进一步开发新的顾客。具体实施可以根据厂商与本公司的合作时间提供不同的打折优惠,例如:合作时间超过十年的八折优惠,5年的九折优惠等等。

公司目前外销占总销量的很小一部分,而且多为附加值低的产品,主要是贸易公司主动联系的,公司并没有出口权,也没有固定的国外客户。公司现在并没有将外销列在计划范围内,也没有积极寻求国外客户,这将使公司丧失很多的顾客。鉴于公司目前的销售能力,不可能直接接触国外顾客,因此建议公司利用网络资源,关注供求信息,主动联系需求者;或者积极与国际贸易公司联系,提供出口产品。

但是企业规模并没有太大发展,长此以往,公司的市场优势可能会受到其他发展快的公司的威胁,因此公司不能只局限于保持老客户,应该积极开拓新的市场领域和产品领域。公司内部应该加快更新设备,增加产品线,扩大规模。

同时,针对于我国粉末冶金行业中小企业较多,零配件又是主要产品,在贸易渠道的开发上可以走集群化发展道路。所谓集群,是指一群独立又相互关联的中小企业依照专业化分工和协作建立起来的组织。一方面可通过专业化生产,避免产品的趋同化;另一方面可以利用大企业的信息和技术资源,增强开拓市场的能力。

3.5 促销策略

促销活动实质上是一种沟通过程,主要目的是将有关企业和产品的信息传递给目标市场上的顾客。主要的促销方式有广告、人员推销、营业推广和公共关系。目前该公司在产品促销方面并没有具体的计划和方法,这对公司今后的发展势必造成很大影响。树立企业形象、开创企业文化已经渗透到各个领域,该公司应该尽快改变这种古老的销售情况。每年粉末冶金行业都举办各类产品展销会,该公司应该积极参加,借此扩大自己的影响,创造更多的外销机会。参加展销会还能为企业提供了解其他企业产品的机会,以分析产品的生命周期和企业的竞争力。另外,公司也没有自己的网页,在这个网络时代,没有自己的网页,企业将会错过很多的机会。建议公司尽快建立自己的网站,利用网络扩大影响,联系业务;或者利用阿里巴巴等著名的网络平台来推广自己的产品。

粉末冶金的优缺点第3篇

关键词:新型;铸造工艺;航空发动机;成本;应用;

中图分类号:O434文献标识码: A

1 前言

航空发动机被认为是迄今为止最为精密和复杂的机械系统(图1,英国罗.罗公司的遄达900涡扇发动机),它也是一个国家的科技和工业水平标志之一,航空发动机的恶劣工况对在中低温条件下工作的低压涡轮叶片、整体叶盘和涡轮机匣等高温铸件的低周疲劳寿命提出了更高要求,目前它的关键热端部位如机匣、燃烧室、涡、叶片等都采用高温合金制作,占到航空发动机重量的40-60%。由于机匣、涡、叶片等零件主体结构大多为薄壁回转体,且内型、外型复杂,因此零件的设计难度大、周期长【1】。

在制作工艺上,普通精铸形成的等轴晶铸件已经很少用于航空发动机的零部件,源于于机匣等部件的形状结构复杂化、大型化和高精度要求、壁厚差大,这些要求均对铸造过程构成巨大挑战,传统铸造易于形成晶粒粗大、偏析严重、缩孔、疏松等缺陷。其次,涡等复杂铸件在普通熔铸生产工艺条件下,一般为粗大的树枝晶或柱状晶,由于晶粒粗大及组织、性能上的各项异性,很容易导致铸件在使用过程中疲劳裂纹的产生和发展[2]。因此,为保证发动机零部件的使用寿命,采用常规的“铸造+锻造+机加工”工艺制作的零部件才能满足使用寿命,但此工艺的原材料浪费多,不利于节约资源。

2 航空发动机零部件铸造工艺的形成及意义

2.1工艺形成基础

随着国防科技的发展,由于航空发动机工作温度提高,对叶片等合金的热强性能提出了进一步要求,使发动机零部件高温合金化程度不断提高,这就给压力加工过程带来很大的困难。因此针对复杂、高合金化航空发动机零部件的铸造工艺应运而生。本工艺利用国内现有生产设备优势,采用“真空感应+真空自耗+粉末冶金(PM)+热等静压(HIP)+热处理”的铸造工艺,有效地克服了零件大型化关、复杂关、质量关、资源浪费关。该工艺生产的制品性能与“冶炼+精密铸造”和“冶炼+铸造+机加工”等常规工艺的制品相比具有一系列优点:(1)材料无偏析,均匀性、稳定性、力学性能、抗腐蚀性能均好;(2)材料的晶粒比常规加工的细,因此可以方便地使用超声波无损探伤或100%的红外线探伤检测,故产品的可靠性高;(3)可直接做成最终尺寸的产品,因此比常规工艺可少用料50%以上,有效地节约了稀缺战略资源;(4)目前“PM+HIP”工艺中使用的模具可以用焊接组成,形状任意变化,部件的设计自由度较大,可制作各种异形体及整体部件,提高了制品整体的可靠性和成品铸件的力学性能和表面质量;(5)L.S.Ng等人用热等静压处理工艺处理M200高温合金粉末,结果表明:热等静压提高烧结试样的密度达到一个很好的值,这个值为99.6%。热等静压提高屈服强度,其平均数达到1123MPa,比真空烧结试样提高7.8%[3]。因此,用“真空感应+真空自耗+PM+HIP+热处理”工艺生产的发动机零部件,可使其力学性能、晶粒度、表面及内部质量均达到要求。

2.2工艺形成的战略意义

因此该铸造工艺的发展,将同时解决发动机生产周期长、产品质量不满足使用寿命、战略资源短缺等问题;目前我国新型战机对动力系统的需求主要依赖从俄罗斯、乌克兰进口,这样必将受制于人。该铸造工艺生产的发动机零部件将有效填补我国完全依赖进口的空白。同时,受到国内制造工艺水平以及理论基础等的限制,在某些关键材料使用寿命问题上与国外有较大程度的差距。因此开展航空发动机用关键铸造工艺开发,对解决我国重要型号研制的物资需求,对于推动我国新型航空飞机的研制乃至对国防建设具有重要意义。

3 新型铸造工艺路线具体方案

近十几年,国内外高温合金研究者经过大量的技术、工艺改进,使高温合金铸件的晶粒组织得到了明显改善,铸件整体趋于均匀、细化。然而,因为细晶工艺的凝固过程有很强的形成显微疏松的倾向,其内部一般都存在不同程度的疏松等缺陷,使其力学性能和使用可靠性降低。本工艺采用“真空感应+真空自耗+PM+HIP +热处理”能同时解决航空发动机零部件的力学性能、尺寸精度、异型尺寸、表面和内部质量问题。

3.1 新型铸造工艺路线

3.2工艺技术关键点

航空发动机零部件大部分采用高温合金钢制作而成,因其使用环境的特殊性,本工艺的关键技术是突破点:

3.2.1 航空发动机零部件质量的特殊要求

(1)公差等级:因发动机铸件为大型、复杂、异型零部件,同一截面尺不均匀、精度要求高;

(2)力学性能:航空发动机的零部件承受多种载荷如轴向力、扭矩、弯矩以及内压等,因此对于发动机零部件的力学性能要求极高;

(3)表面质量:航空发动机零部件具有精密的外形尺寸,因此铸件表面及内部质量不允许有裂纹、冷隔、欠铸、缩孔及高密度夹渣对应和穿透性的缺陷;表面粗糙度、尺寸公差等也有严格要求;

3.2.2工艺技术关键点

(1)母合金成分设计与试样力学性能的匹配,试样力学性能合格与否关系着成分设计的成熟性;

(2)粉末冶金制备技术的优化,根据零部件性能大小要求选择粉末制剂方法;

(3) 热等静压制备技术的理论和实际生产的结合成熟性;

(4) 铸件热处理:对于复杂形状铸件的热处理工艺将是一种新的探索;

(5)粉末冶金和热等静压成型模具材料的选择与尺寸公差的设计;

3.3具体实施方案

(1)、根据各钢中各元素的不同作用,缩小化学成分范围,设计出理论上能达到铸态组织下的性能要求;

(2)、制定初步冶炼技术条件,采用小真空炉(约25Kg)冶炼,浇铸成小试样,试样热处理后,分析力学性能;

(3)、试样性能如不符合标准要求,则重新调整化学成分和热处理工艺;

(4)、试样性能测试达到标准值,则将该工艺固化进行大生产;

(5)、氩气雾化法制造粉末(AA粉)【4】,采用粉粒度相对细小、夹杂物尺寸小的AA粉,可有效提高发动机零部件的低周疲劳寿命、可靠性和使用寿命;其次,对粉末进行双真空脱气和双韧化处理,可提高铸件的致密度和改善材料的强度和韧性;

(6)、用3D打印技术设计制造接近成品尺寸的钢模;

(7)、将制作好的高温合金粉末按照设计好机匣尺寸的模具包套,制造成与机匣尺寸接近的毛坯件;

(8)、将粉末铸件包套,装入HIP装备中,在1000-2000℃和≤200MPa压力下进行4小时热等静压工艺处理;

(9)、铸件热处理:因铸件结构复杂、尺寸不均匀等,毛坯热处理制度参照小试样的制度执行;

(10)、铸件毛坯表面局部处理后用红外线探伤,合格品交付;

4 应用与发展趋势

近几年来,随着国际技术交流合作不断加强,航空领域材料生产工艺制备也逐渐进入更深层次的合作研制,粉末冶金和热等静压技术在应用开发和设备改进方面的技术也得到了大幅度提高,产品质量走向高端成熟阶段。在未来几年,PM和HIP技术将向更高层次发展:

4.1 PM发展方向主要有:(1)纯净度冶炼和粉末粒度细小、非金属夹杂含量低;(2)先进的热处理技术和合金致密化程度;(3)开发新型高温、超高温难熔金属技术。

4.2 HIP发展方向:(1)成熟的计算机软件开发在HIP技术方面的研究;(2)开发大尺寸HIP设备以适用于更多领域;(3)提高我国HIP设备的设计制造水平、自动化水平。

5 仍需要解决的问题

在当前技术条件下,尽管“PM+HIP”技术能用于工业生产的各个领域,但随着产品质量的要求越来越高、稀缺金属锐减、航空发动机等产品产业化趋势增强等一系列问题,给现阶段的PM、HIP和装备带来严峻的考验,新型铸造工艺的开发和大型精密装备的研制将是科技工作者下一步需要解决的工作重点。

6结语

21世纪,科技进步已进入稳定增长轨道,但国内航空发动机的研究水平和国外相差约10年,性能与国外航空强国相比还存在一定的差距,还难以满足我国第四、第五代新型战机研制及产业化需要。而作为航空高端装备制造产业中的项目之一,突破航空发动机关键工艺技术、加快推进航空发动机产业化,自主研制新型发动机,对提升我国的国际影响力和军事威慑力具有重要战略意义。因此PM和HIP技术以其先进的技术特点、低成本优势和高质量的生产制品应用于航天航空等制作复杂备件的各个领域,将是国内外关注和研发的热点。

参考文献

【1】刘林,高温合金精密铸造技术研究进展 . 铸造杂志2012,11:1273-1274.

【2】刘林,高温合金精密铸造技术研究进展 . 铸造杂志2012,11:1274-1275.

粉末冶金的优缺点第4篇

【关键词】TiAl合金;抗氧化性能;高温结构材料

随着科学技术日新月异的发展和航空航天以及汽车工业对结构材料的需求,促进了新材料的诞生。作为传统的高温结构材料-钛基合金和镍基合金,其工作温度分别为600℃和1100℃,密度分别为4.5g/cm3和8.3cm3,他们的潜力已基本挖掘殆尽。因此,高温金属间化合物引起了人们的关注,金属间化合物因其金属键和共价键的存在,以及原子的长程有序排列,使其具有陶瓷不可比拟的韧性和一般金属无法达到的比刚度与比强度。其中最具有代表性的是TiAl基金属间化合物,其密度仅为镍基合金的一半,而且其抗氧化性能和抗蠕变性能优异。通过控制显微组织可以优化合金的综合力学性能,但TiAl合金的低室温塑性仍是一个问题关键,以及800℃以上的长时间应用,其抗氧化性能还不足。目前改善室温塑性的方法有:改善微观组织,细化晶粒尺寸;微合金化;合适的制备工艺等。

1、合金的成分设计研究进展

自20世纪50年代中期TiAl合金出现以来,其室温脆性这个难题一直难于解决。直到20世纪80年代,TiAl合金被美国宇航局定为优先发展的高温结构材料,并决定将此材料应用于军用飞机的发动机中,从而引起了TiAl合金研究的热潮。到目前为止,TiAl合金已经历了四代合金。第一代由美国空军材料研究所和Pratt-Whiney公司共同研发,但其断裂韧性和冲击韧性无法满足要求;第二代合金(Ti-48Al-2Cr-2Nb)由美国GE公司开发并应用到了压气机低压叶片;第三代与第四代合金是研究者近十年来的发展成果。但综合来看,微合金化主导者TiAl合金的发展方向,但是在制备方面没有出现很大的改变。经研究,现将合金元素对TiAl合金性能作用总结如下:

1)提高合金塑性:V,Mo,Cr,B,Mn,RE,Si,Ni;

2) 提高合金的抗氧化性能:Nb,Cr,W,Mo,Ta,Si,Sb;

3) 提高合金的抗蠕变性能:Si,Er,Nb,W,Ta,C,N,O;

4) 提高合金的强度:Nb,Mo,W,B,C,N;

5) 提高合金的断裂韧性:Cr,C,N;

6) 提高合金的显微硬度:W,Si,Nb;

目前所研究的TiAl合金均指的是α2-Ti3Al和γ-TiAl双相合金,因为它的综合机械性能均优于任何一种单相合金。娄贯涛等人通过实验研究了Al、Mo含量对钛合金的影响,发现Al、Mo含量的协同作用使得合金塑性得到了提高。魏强等人通过原子嵌入的方法研究了第三组元W、Cr、Mo对TiAl合金脆性的影响,发现掺杂后的TiAl合金其延展性得到了很好的改善;Cr的加入替代了Ti晶位,减弱了Mo和W对合金硬度的影响。林均品等人利用铸锭冶金方法制备了名义成分为Ti45Al8Nb(0,0.1,0.3,0.4,0.6,0.8,1.0)Y(at%)的合金,经多次熔炼后获得铸锭试样,然后对试样进行循环热处理发现,Y元素的加入,细化了合金晶粒,使氧化膜颗粒更加致密,提高了表面氧化膜和基体的结合性能;并且确定了当合金成分为Ti45Al8Nb0.3Y时,其抗氧化性能最佳。他的另一实验研究中,以Ti45Al8Nb,Ti45Al12Nb,Ti52Al8Nb, Ti52Al12Nb四种成分为研究对象,发现这四种含Nb合金的抗氧化性能均优于不含Nb的合金;高Al含量的合金氧化膜更为稳定,而且氧化膜下为贫Al区;Al和Nb协同作用提高着TiAl合金的抗氧化能力。自此以后,TiAl合金成分朝着高Nb低Al的方向发展。

我国的高Nb-TiAl合金研究已独具风格,国内几所高校重点实验室已全面彻底地对Ti-Al-Nb系合金展开了研究,如科技大学重点实验室、西北有色金属研究院等通过实验为高Nb-TiAl合金的发展提供了坚实的理论基础。北京科技大学重点实验室通过实验发展了Ti-45Al-10Nb和Ti-45Al-18Nb两种合金,其强度高于普通TiAl合金,比强度更是优于传统的镍基合金。而且他们还系统的分析了合金成分对高Nb-TiAl组织与性能的影响,还详细研究了W、Cr与合金组织的关系。中南大学与美国国家实验室联合研究了Ti-Al-Nb-W-B系合金,分别通过熔铸和粉末冶金工艺制备了综合力学性能良好的高Nb钛铝合金,并通过热处理进一步细化了合金晶粒,提高了合金性能。

2、TiAl合金的制备方法研究进展

TiAl合金的制备方法与传统的镍基很近相似,主要方法有铸锭冶金、铸造和粉末冶金。随着粉末冶金理论与技术的发展,这种制备方法有着巨大的潜力。TiAl合金制备方法如图2.1所示。

图2.1 TiAl合金制备方法

2.2.1铸锭冶金

合金通过熔炼,通常使用感应凝壳炉,也采用等离子冷坩埚炉来熔炼。然后对其进行锻造、挤压、热等静压或是热处理,均能得到成分均匀、组织细小的TiAl合金,然后经过轧制、塑性成形来获得所需要的合金材料。因合金中Nb、W的偏析严重,往往组织中含有β相的存在,又因Ti、Al在高温下活性极高,对间隙元素H、C、O、N等极为敏感,所以选择合适的熔炼工艺也极为重要。为了得到所需的微观组织,研究学着往往通过多种工艺进行复合处理,代替传统的加工手段,来获取均匀细小的组织。

2.2.2铸造

铸造作为一种传统的材料制备方法,有着成本低,甚至可实现近净成形的优点,但是铸造TiAl合金组织粗大,成分偏析严重,所以此成形方法发展前景有限。

2.2.3粉末冶金

粉末冶金方法主要有:真空热压烧结、热等静压、注射成形和无压烧结等,它可以解决熔铸中产生的成分偏析、组织粗大、铸锭中心孔洞等缺陷,而且粉末冶金的原材料为单质元素分或是预合金粉,所以这与TiAl微合金化的发展是极为适合的。但是,粉末冶金所需的合金粉制备工艺要求严格,成本高,很难实现大规模的工业生产。这就要求学者寻求一种最为合适的粉末制备工艺和合金的冶金工艺。

无论是微合金化或是先进的成形制备工艺,对制备出的TiAl合金进行适宜的热处理,在细化合金组织,稳定合金结构方面有着不可忽视的作用。根据人处理工艺的不同,可以得到四种不同的显微组织形貌:全片层组织(FL)、近全片层组织(NF)、双态组织(DL)和近γ(NG)组织。经学着分析,全片层组织的合金晶粒粗大、塑性差,但具有良好的断裂韧性和高温抗蠕变性能;近全片层组织的合金,其强度高,但塑性中等;双态组织的合金,除拉伸塑性优异外,其他性能均较差;近γ组织合金,各项性能均较差,科研学者已很少关注。

3、展望

TiAl作为航空航天领域及其重要的高温结构材料,学者们已定出了合金成发展方向为高Nb低Al,但是关于多数的单合金元素对其性能的影响,尤其是多种合金元素的协同作用对合金性能的影响机理还不够完善,需在这一方面进一步研究。另一方面,在TiAl合金的成形方面,需提高铸锭的质量,或通过合适的热处理工艺来使其组织均匀化;进一步研究粉末冶金在TiAl合金中的应用,有其是注射成形方面,寻求合适的成形工艺。

参考文献

[1]沈勇,丁晓非,王富岗,谭毅,Jenn-Ming Yang.高铌TiAl基合金高温抗氧化性能研究[J].中国腐蚀与防护学报,2004,24(4):203-207.

[2]林有智,傅高升,曹睿,陈剑虹,胡大为.γ-TiAl 基合金压缩损伤与断裂行为的研究[J].稀有金属,2014,38(2):334-339.

[3]王刚,郑卓等.TiAl预合金粉末的表征和后续致密化显微组织特点[J].金属学报,2011,47:1263-1269.

[4]赵晓红.粉末冶金TiAl基合金的制备与高温压缩变形行为研究[D].哈尔滨工业大学硕士学位论文,2008:14-17.

[5]李志强,韩杰才,郝晓东等.烧结合成TiAl金属间化合物的反应机制[J].稀有金属材料与工程,2002,1(1):4-7.

[6]刘咏.元素粉末冶金TiAl基合金制备工艺及成形技术[D].湖南:中南大学,1999:38.

粉末冶金的优缺点第5篇

关键词:VC铁基复合材料 粉末冶金法 原位内生相法

随着机械制造业的迅速发展,对于耐磨性材料提出了更高的要求:首先要求耐磨性材料具有一定的韧性和较大的强度;其次要求在常温情况下具有较强的抗磨性和在高温工作条件下仍能保持较高的抗磨性。使用一种材质已经无法满足要求,急需一种介于硬质合金和高速钢的新型材料出现,兼有硬质合金的硬度、耐磨性和钢的强度、韧性。硬质合金虽然技术上比较成熟,但其价格较贵,限制了它在大众民用工业中的应用。此外,由于W,Co的资源缺乏,价格不要影响TiC颗粒的尺寸大小;微量的Cu、Ni合金有利于TiC颗粒的形成;在合金熔体中,Ti和C原子合成TiC颗粒,形核并长大直到TiC与熔体达到平衡。

目前,在研究铁基复合材料方面,国内外专家研究的主要是WC/Fe、TiC/Fe复合材料,另外也有以氮化物、硼化物及金属间化合物增强体来增强铁基材料,并不常见。目前应用最成熟最广的铁基复合材料是碳化钨钢结硬质合金、TiC钢结硬质合金,这两种合金各有优缺点。TiC和VC均具有高硬度、高模量、高熔点、热力学稳定性高等特点,因而被广泛用作复合材料的增强相。此外,钒在钢中常被用来细化钢的组织,提高晶粒粗化温度,降低钢的过热敏感性,增强钢的韧性、强度。国内应用最早,最广泛的碳化钛合金是GT35,在光学显微镜下,TiC粒子多是圆形的并且边缘整齐,而在电子显微镜下TiC的粒子的边缘不整齐,有很多细小的凸起,每个小的凸起的形状均呈现针尖。WC是金属碳化物间隙相,是具有简单六方点阵的过渡族,大晶粒棱边在电子显微镜下呈现形状比较锋锐,而小晶粒棱形状角比较钝。WC的尖角形态从钢基硬质相的粒子形态上看容易降低合金的摩擦系数,但克服冷焊现象不如TiC有利。但WC与TiC相比有较强的塑性,因此对与钢结硬质合金来说,WC型的韧性要比TiC型的韧性要强。根据硬质相在合金中的分布图来看,在TiC钢结硬质合金中,经常发现使合金变脆的碳化钛环形结构,有时候会占据合金结构的大部分面积。该结构是由于碳化钛烧结温度高,使得小的碳化钛晶粒在钢基体中溶解,然后在较大的碳化钛上析出,长大,最后在钢的基体周围形成一个环行结构。与碳化钛钢结硬质合金相比,WC钢结硬质合金的组织中有着较严重的碳化钨晶粒“桥接”现象,即把碳化物晶粒桥接起来的非钢基体组织,它会导致合金机械性能、加工性能变差。上面两种组织的缺陷都可以通过对合金锻打使其增强。从碳化钨的润湿性来看能完全被铁族金属润湿,在铁中的溶解程度远比TiC高,故而WC钢结硬质合金可以在真空的条件下或在氢气条件下烧结,降低生产成本、提高成品率、提高产品质量稳定性、断口的致密性,而碳化钛合金烧结仅能在真空条件下烧结。铁基复合材料现阶段的制备工艺主要用的方法有两种:粉末冶金法和铸造原位合成法。铸造原位合成法局限性:熔体的流动性随着增强体量的增加会降低,从而使增强相所占的体积比例增加;由于熔体的密度和增强相差距较大使增强相在铸造原位合成的过程中,造成不均匀的增强相分布,易偏析;而碳化物颗粒容易长大在高温熔体中;碳化物的形态容易恶化在铸造过程中,如生成些碳化物共晶等。

采用粉末冶金和原位内生相结合的方法,优点是:使其增强体分布更加均匀;增加了增强相体积分数。而缺点是:在产生过程中存在着界面污染,从而使得铁基体与增强体的润湿性变差;烧结致密化较差,形成较差碳化物的形态,并且存在长大现象或者桥接现象。

相对于其他材料VC与铁的润湿性较好,烧结温度低,同时对于V、Ti资源十分丰富的攀西地区。因而以铁为基体、VC颗粒为增强相的复合材料的研制和开发有着广阔的的前景。由于属于同一周期的过渡金属V和Ti,且其原子序数相差1,它们能产生的碳化物都具有熔点高、硬度高和稳定的化学性,因此VC可作为铁基复合材料的理想增强体,目前国内外专家学者对VC铁基复合材料的研究相对较少。世界上共生于钒钛磁铁矿的钒资源占己探明钒资源储量的98%,钒钛磁铁矿资源储量最多的在我国攀西地区,探明储量大约100亿吨,占我国储量90.54%的攀钢公司自投产以来,已累积了高钛型炉渣大约5000多万吨,钒钛资源如何合理利用是攀钢公司面临的一个非常重要的课题,因而开展利用粉末冶金原位合成法制备Fe—VC复合材料研究对我国攀西地区钒钛资源的合理发展,促进地区经济的腾飞发展具有重大意义。

参考文献:

[1]尤显卿,钢结硬质合金硬质相种类与含量选择[J],硬质合金

[2]石建国,粉末冶金反应合成碳化钒颗粒增强铁基复合材料制备工艺基础研究

[3]游兴河,WC在WC/钢基复合材料中的溶解行为[J],复合材料学报

粉末冶金的优缺点第6篇

模具使用寿命取决于抗磨损和抗机械损伤能力,一旦磨损过度或机械损伤,须经修复才能恢复使用。 目前 可采用的修复技术有电镀、电弧或火焰堆焊、热喷涂(火焰、等离子)等。电镀层一般很薄,不超过0.3mm,而且与基体结合差,形状损坏部位难于修复,在堆焊、热喷涂或喷焊时,热量注入大,能量不集中,模具热影响区大,易畸变甚至开裂,喷涂层稀释率大,降低了基体和材料的性能。

利用激光熔覆的方法可实现对模具的修复。用高功率激光束以恒定功率p与热粉流同时入射到模具表面上,一部分入射光被反射,一部分光被吸收,瞬时被吸收的能量超过临界值后,金属熔化产生熔池,然后快速凝固形成冶金结合的覆层。激光束根据cad二次开发的 应用 程序给定的路线,来回扫描逐线逐层地修复模具。由于激光束的高能密度所产生的近似绝热的快速加热,对基体的热影响较小,引起的畸变可以忽略,特别是经过修复后的模具几乎不需再加工。

1 激光修复系统

激光修复技术是集高功率激光、 计算 机、数控机床、cad/ cam、先进材料、数控技术等多学科的应用技术。修复系统主要由硬件设备和制造过程软件组成。硬件设备包括激光器、数控系统及工作台、送粉装置、光路系统、水冷装置、保护气系统和在线控制所涉及的数据采集装置。软件系统包括制造零件成型软件擞据通讯和在线控制软件。激光修复过程如图2所示。co2激光器发出的激光经cnc数控机床z轴(垂直工作台)反射镜后,进入三维光束成形聚焦组合镜,再进入同轴送粉工作头,组合镜和工作头都固定在机床z轴上,由数控系统统一控制。载气式送粉器将粉末均匀输送到分粉器的同轴送粉工作头。

模具位于cnc数控工作台x-y平面上,根据cnc指令,工作台、组合镜和送粉头按给定的cad程序运动。同时加入激光和粉末,逐层熔敷。在温度检测和控制系统作用下,使模具恢复原始尺寸。为保证熔覆材料(金属粉末)和基体(模具)材料实现冶金结合,以及模具的尺寸精度、表面光洁度和材料性能,需将φ50mm圆形多模1kw-5kw高功率激光束变换成强度均匀分布的圆形光束,光斑尺寸可调(光路系统),并配有水冷系统和光束头气体保护系统,同时需重点考虑同轴送粉装置和现场控制系统的设计。

1.1 同轴送粉装置

稳定可靠的粉末输送系统是金属零件修复质量的重要保证。粉末输送的波动将影响修复的质量。激光修复对送粉的基本要求是连续、稳定、均匀和可控地把粉末送入激光熔池。送粉装置由送粉器和同轴送粉嘴组成。在送粉器的粉斗下部,由于平衡气压的作用形成气固两相流化,并从导管开孔,随载气输送粉末。送粉量由输送气体的压力调节,拓宽了送粉范围,实现从5g/min-150g/min均匀连续可调送粉,送粉精度高达±5。设计的载气同轴粉嘴,消除了气体压力波动引起的4路送粉不均匀,并使工作距离加大,且连续可调。

1.2 模具修复过程的控制

在 理论 上,熔池温度场决定修复过程的宏观与微观质量,因此在激光熔覆层质量控制过程中,表征熔覆层熔池温度场的实时检测非常重要。采用红外测温技术来检测激光加工区域的温度场,结合温度场标定结果推导出实际的温度场信息,来控制激光器功率输出值以及cnc机床的运动速度,以保持熔池温度稳定,避免零件由于过热或温度不均产生裂纹气孔等缺陷。虚线范围内所示的是比色测温仪,光路系统选用单台相机,切换不同滤色片的单通道图像记录方式。滤光片及其控制保证两个滤光片(804.5nm和894.6n m)交替置于数字相机图像记录光路中,移动响应时间<10ms,由计算机控制的高精度步进电机实现准确定位。软件包括三部分:①控制滤光片转入记录光路机械控制部分;②进行实时的同步图像采集、处理以及温度场标定和计算;③用测量温度变化量所得到的过程参数,调节激光功率和机床运动速度。

1.3 激光修复模具工艺参数

激光修复伴随着传热、辐射、固化、分子取相及结晶等物理和化学变化,是个多参数过程。激光功率p、扫描速度、送粉量、熔池温度等都会对其产生 影响 。因此必须把参数合理地组合,以确保修复工作是在涂覆特性可知的情况下进行。在激光熔敷过程中,如果不采用特殊的工艺过程对基材的热输入量进行控制,将会使熔敷层与基体结合程度不理想,或在熔层表面和熔敷层与基材的过渡区产生裂纹。因此,合理地选择工艺参数是激光熔覆技术用于模具维修的关键因素。

根据物理冶金原理,熔敷材料和基体材料必须加热到足够高的温度才能满足实现冶金反应所无原则的条件,最终形成几何外形规则的熔敷层,见图1,根据经验,应尽可能使熔敷材料加热到较低的温度,这样可以减小熔敷裂纹、畸变倾向,也可避免熔敷材料的烧损和蒸发,需控制熔化材料的熔点(取基体、粉末材料两者最高熔点)tm+(50-100)℃。 参考 温度场计逄, 理论 上p取值为1kw-2kw、为2mm/s-4mm/s可满足上述要求,至于熔覆层表面不平度,可通过调节送粉量实现其最小化。

2.2 试验 方法

试验用横流连续波5kw-co2激光器,光束模式为多模,光斑直径为4mm,基体材料(模具)为5crmnmo钢,试样尺寸80mm×60mm×10mm,由于ni合金粉流动性好,与基材相结合后表面光洁,价格适中,故选用了ni60镍基合金粉末材料。试验选定激光功率p为1.5kw 。

3 试验结果 分析

3. 1工艺参数对模具修复性能的影响

从熔覆层组织可以看出,激光与粉末材料相互作用充分,稀释率适中,在熔覆层内各层间组织与层内组织稍有差别,层内组织均匀细小致密,层间组织较粗大。由此可知,激光修复可以在相当宽的范围内获得组织均匀、细小致密和性能优异的修复层。测量1~3层硬度变化为85hv0.2。

试验结果表明,粉末在与激光相互作用时,如果激光功率p>5kw且扫描速度<1mm/s,基体因加热温度过高而被烧损,表面出现折皱以及气孔等质量 问题 。究其原因熔覆过程熔池内搅拌加剧,基体元素与金属粉末元素相互扩散严重,熔覆层开裂、变形敏感性明显上升。当激光功率p=1kw~2kw、扫描速度=2mm/s~4mm/s范围内均可得到较理想的激光熔覆层。此外,若加热温度过低无法充分熔化,难于达到修复模具的目的。扫描速度过大时出现熔覆层不连续现象,其结合强度不够。稀释率随扫描速度的增加,呈减小的趋势,而随送粉量的增大使稀释率有增加的趋势。

3.2 工艺参数对模具修复宏观形貌的影响

试验表明,在p和变化不大时,激光熔覆表面宏观形貌与送粉量关系密切,在其它条件相同的情况下,随的增大,熔覆层宽度有所变化(有变小的趋势),而熔覆层厚度明显增加,接触角加大。完全可以利用调节的方法改善熔覆层表面不平度。

粉末冶金的优缺点第7篇

昆钢粉末冶金科技厂为缓解昆钢铁不保钢和废钢铁资源紧张的矛盾,与一家民营企业合作,建设的年产7.5万t直接还原铁的隧道窑生产线于2008年3月开始生产,产出的合格产品正式应用于炼钢生产。隧道窑生产直接还原铁工艺是将铁原料、还原剂、脱硫剂按工艺要求加工好,按照一定的比例和装料方法,分别装入还原罐中,放在台车推入隧道窑中,通入煤气点燃,料管中的原料经预热,在1000~1200℃的温度条件下还原,在保持足够的还原时间和冷却时间后,得到直接还原铁。主要流程为:配料———混料———干燥———装料———补料———拔料(翻转)———放料———粗碎———筛分———细碎———料仓。干燥工序主要设备为铁鳞干燥窑和焦末干燥窑,窑尾烟气温度<100℃,进窑物料含水分为13%~15%,干燥后物料水分为3%~5%。铁鳞干燥窑原有布袋除尘器约为200m2,离心通风机风量为19430~25745m3/h,3270~4840Pa,电机为30kW。由于原料含水分较大,焦末含有焦油,烟气温度低于露点,烟尘在布袋除尘器内结垢糊袋,除尘效果不好,生产后期,干燥窑烟气直接排放,不再进入除尘器。2010年,昆钢粉末冶金科技厂直接还原作业区采用塑烧板除尘器对铁鳞干燥窑进行改造,运行近1a,除尘效果良好,达到设计指标。

2传统的除尘方法

我国回转干燥窑的除尘法常用的是湿式除尘器、静电除尘器和袋式过滤器。湿式除尘器产生大量污水,造成二次污染。静电除尘器在粉尘高湿度条件下电晕控制难度大,腐蚀问题难以处理,运行费用高。目前常用的除尘方法多数采用分散式负压吸风的布袋除尘工艺,最致命的缺点是捕集含有一定水分、油分或有机体(如松香)的粉体,会出现堵塞管道、粘接布袋的现象,布袋除尘器最终会“瘫痪”不能使用。

3新型的除尘方法

随着现代化技术的发展,20世纪80年代德国、日本出现了新型的塑烧板过滤材料,逐步应用于电力、建材、冶金、化工、制药、食品加工及烟草等行业,取得较好的除尘效果。经过多年的摸索,目前我国已经可以自主生产,将其投资成本大幅度降低。除了有耐常温、耐温110℃及耐温160℃以外,还有耐酸型、耐碱型、防爆型、抗静电型及抗油气型等产品,使用寿命>10a。塑烧板除尘器的工作原理和普通袋式除尘器基本相同,区别在于两者的过滤材质不一样。布袋除尘器主要靠滤布上粘附粉尘的二次过滤吸附微粒,采用振打及反吹进行清灰,清灰时滤布纤维被拉伸变形,并形成二次尘雾,瞬时排放浓度增大。塑烧板除尘器主要依靠塑烧板进行过滤,塑烧板的表面过滤主要是筛分效应,光滑的表面使粉尘极难透过与停留,清灰过程完全靠气流反吹把粉尘层从塑烧板逆流洗下来,没有塑烧板的变形或振动,粉尘层呈片状落下,而不是分散飞扬,不需要控制反吹气流速度。塑烧板过滤片是根据不同的气流成分和不同的粉尘粒度特制的,由多种高分子化合物粉体、易导电物质及结合剂等经铸型、烧结等工艺形成的波浪式多孔母体,厚度约为5mm,其波浪型外表及内部空腔间的筋板,具备足够的强度保持自己的形状,无需钢制骨架的支撑。在母体表面的空隙里填充一层氟化树脂,母体内部孔隙直径40~80μm,表面孔隙为1~2μm,也可以根据不同的粉尘粒度控制表面的孔隙,最小的表面孔隙可以控制到0.07μm。母体基材具有完全的疏水性,不会像纤维织物滤袋因吸湿形成水膜,不会引起阻力上升,压力损失稳定,可以处理含油雾、含水汽的含尘气体。使用寿命长达10a以上。宝钢热轧厂第一代使用的塑烧板除尘器,其外壳因锈蚀更换过一次,后历经16a之久,其塑烧板没有更换。塑烧板过滤片表面为褶皱型,过滤表面积大,塑烧板除尘器结构紧凑,外形体积仅为传统布袋除尘器的1/3。具有占地小、除尘效率高、设备阻力小的特点。

4应用实例

昆钢粉末冶金科技厂直接还原作业区铁鳞干燥窑,处理介质为铁磷片状,窑内温度为800~1100℃,含少量油,含水16.00%。粉尘堆积比重约为1.4t/m3;除尘器入口粉尘浓度5g/Nm3。采用1台塑烧板滤芯式除尘器,型号为H1500-60塑烧板除尘器;塑烧板片数为40片,装配在箱体检修平台上不需拆除喷吹管、电磁阀就可装卸。电磁阀数量为40套,设置在除尘器箱体两侧外部,便于排除故障和观察其工作状态。塑烧板滤芯式除尘器性能技术参数:处理风量:15000m3/h;除尘介质:铁磷粉;总过滤面积:360m2;过滤风速:0.8~1.3m/min;入口含尘浓度:50g/Nm3;排放浓度:≤20mg/Nm3;漏风率:≤2%;设备阻力:1700~2200Pa;设备耐压:-7000Pa;塑烧板运行工作温度:≤110℃;塑烧板规格:1040mm×62mm×1550mm;每块塑烧板过滤面积:9m2;清灰压缩空气耗量:0.32Nm3/min。此项目中采用白色梯型塑烧板。在原有配方的基础上增加了特殊的涂层配方,可耐温110℃,进一步强化了抗金属细粉堵塞的能力与优良的耐油耐水性。塑烧板表面更为光滑,阻力低、除尘效率高、使用寿命长。塑烧板为一次烧结成型无粘合剂粘结的“梯”形凹槽板。垂直安装,凹槽与反吹方向和落灰方向一致,更便于清除表面积灰。除尘器采用耐水、耐油专用弹力密封胶带进行面密封,并保证密封胶带能在长时间内保持弹力。除尘风机主要技术参数:风机类型:9-26-4;额定流量:18012m3/h;风机全压:4343Pa;电动机功率:30kW;转速:1450rpm/min。塑烧板除尘器于2010年12月开始试运行,除尘效果好,运行期间未进行任何维护操作。除尘器出口气体含尘浓度≤20mg/Nm3。

5对比分析

塑烧板除尘器设置在车间内部,避免冬季管道冷却积聚大量冷凝水,粉尘成糊状;除尘器下部采用水封,避免粉尘在灰仓内板结,便于卸灰。塑烧板立式放置,不会出现上一层粉尘落入下一层的情况。反吹的压缩空气压力必须足够,保证足够的反吹能力。与传统的袋式除尘器相比,塑烧板除尘器可用于含油、粘结、潮湿、粉尘细的环境,不会板结,压力损失稳定,好操作,耐油耐湿性强,使用寿命长,维护保养方便。与传统的湿法电除尘器相比,塑烧板除尘器粉尘捕集率高,除尘器结构紧凑、体积小,投资高出约20%,但运行费用低,耗电量小,约3~5a就可将投资补差收回,长期运行效益更加明显。

粉末冶金的优缺点第8篇

0引言

激光熔覆技术是20世纪70年代随着大功率激光器的发展而兴起的一种新的表面改性技术,是指激光表面熔敷技术是在激光束作用下将合金粉末或陶瓷粉末与基体表面迅速加热并熔化,光束移开后自激冷却形成稀释率极低,与基体材料呈冶金结合的表面涂层,从而显著改善基体表面耐磨、耐蚀、耐热、抗氧化及电气特性等的一种表面强化方法[1~3]。如对60#钢进行碳钨激光熔覆后,硬度最高达2200HV以上,耐磨损性能为基体60#钢的20倍左右。在Q235钢表面激光熔覆CoCrSiB合金后,将其耐磨性与火焰喷涂的耐蚀性进行了对比,发现前者的耐蚀性明显高于后者[4]。

激光熔覆技术是一种经济效益很高的新技术,它可以在廉价金属基材上制备出高性能的合金表面而不影响基体的性质,降低成本,节约贵重稀有金属材料,因此,世界上各工业先进国家对激光熔覆技术的研究及应用都非常重视[1-2、5-7]。

1激光熔覆技术的设备及工艺特点

目前应用于激光熔覆的激光器主要有输出功率为1~10kW的CO2激光器和500W左右的YAG激光器。对于连续CO2激光熔覆,国内外学者已做了大量研究[1]。近年来高功率YAG激光器的研制发展迅速,主要用于有色合金表面改性。据文献报道,采用CO2激光进行铝合金激光熔覆,铝合金基体在CO2激光辐照条件下容易变形,甚至塌陷[1]。YAG激光器输出波长为1.06μm,较CO2激光波长小1个数量级,因而更适合此类金属的激光熔覆。

同步注粉式激光表面熔覆处理示意图[8]

激光熔覆按送粉工艺的不同可分为两类:粉末预置法和同步送粉法。两种方法效果相似,同步送粉法具有易实现自动化控制,激光能量吸收率高,无内部气孔,尤其熔覆金属陶瓷,可以显著提高熔覆层的抗开裂性能,使硬质陶瓷相可以在熔覆层内均匀分布等优点。

激光熔覆具有以下特点[2、9]:

(1)冷却速度快(高达106K/s),属于快速凝固过程,容易得到细晶组织或产生平衡态所无法得到的新相,如非稳相、非晶态等。

(2)涂层稀释率低(一般小于5%),与基体呈牢固的冶金结合或界面扩散结合,通过对激光工艺参数的调整,可以获得低稀释率的良好涂层,并且涂层成分和稀释度可控;

(3)热输入和畸变较小,尤其是采用高功率密度快速熔覆时,变形可降低到零件的装配公差内。

(4)粉末选择几乎没有任何限制,特别是在低熔点金属表面熔敷高熔点合金;

(5)熔覆层的厚度范围大,单道送粉一次涂覆厚度在0.2~2.0mm,

(6)能进行选区熔敷,材料消耗少,具有卓越的性能价格比;

(7)光束瞄准可以使难以接近的区域熔敷;

(8)工艺过程易于实现自动化。

很适合油田常见易损件的磨损修复。

2激光熔覆技术的发展现状

激光熔覆技术是—种涉及光、机、电、计算机、材料、物理、化学等多门学科的跨学科高新技术。它由上个世纪60年代提出,并于1976年诞生了第一项论述高能激光熔覆的专利。进入80年代,激光熔覆技术得到了迅速的发展,近年来结合CAD技术兴起的快速原型加工技术,为激光熔覆技术又添了新的活力。

目前已成功开展了在不锈钢、模具钢、可锻铸铁、灰口铸铁、铜合金、钛合金、铝合金及特殊合金表面钴基、镍基、铁基等自熔合金粉末及陶瓷相的激光熔覆。激光熔覆铁基合金粉末适用于要求局部耐磨而且容易变形的零件。镍基合金粉末适用于要求局部耐磨、耐热腐蚀及抗热疲劳的构件。钴基合金粉末适用于要求耐磨、耐蚀及抗热疲劳的零件。陶瓷涂层在高温下有较高的强度,热稳定性好,化学稳定性高,适用于要求耐磨、耐蚀、耐高温和抗氧化性的零件。在滑动磨损、冲击磨损和磨粒磨损严重的条件下,纯的镍基、钴基和铁基合金粉末已经满足不了使用工况的要求,因此在合金表面激光熔覆金属陶瓷复合涂层已经成为国内外学者研究的热点,目前已经进行了钢、钛合金及铝合金表面激光熔覆多种陶瓷或金属陶瓷涂层的研究[1、10]。

3激光熔覆存在的问题

评价激光熔覆层质量的优劣,主要从两个方面来考虑。一是宏观上,考察熔覆道形状、表面不平度、裂纹、气孔及稀释率等;二是微观上,考察是否形成良好的组织,能否提供所要求的性能。此外,还应测定表面熔覆层化学元素的种类和分布,注意分析过渡层的情况是否为冶金结合,必要时要进行质量寿命检测。

目前研究工作的重点是熔覆设备的研制与开发、熔池动力学、合金成分的设计、裂纹的形成、扩展和控制方法、以及熔覆层与基体之间的结合力等。

目前激光熔敷技术进一步应用面临的主要问题是:

①激光熔覆技术在国内尚未完全实现产业化的主要原因是熔覆层质量的不稳定性。激光熔覆过程中,加热和冷却的速度极快,最高速度可达1012℃/s。由于熔覆层和基体材料的温度梯度和热膨胀系数的差异,可能在熔覆层中产生多种缺陷,主要包括气孔、裂纹、变形和表面不平度[1]。

②光熔敷过程的检测和实施自动化控制。

③激光熔覆层的开裂敏感性,仍然是困扰国内外研究者的一个难题,也是工程应用及产业化的障碍[1、11]。目前,虽然已经对裂纹的形成扩进行了研究[1],但控制方法方面还不成熟。

4激光熔覆技术的应用和发展前景展望

进入20世纪80年代以来,激光熔敷技术得到了迅速的发展,目前已成为国内外激光表面改性研究的热点。激光熔敷技术具有很大的技术经济效益,广泛应用于机械制造与维修、汽车制造、纺织机械、航海[12]与航天和石油化工等领域。

目前激光熔覆技术已经取得一定的成果,正处于逐步走向工业化应用的起步阶段。今后的发展前景主要有以下几个方面:

(1)激光熔覆的基础理论研究。

(2)熔覆材料的设计与开发。

(3)激光熔覆设备的改进与研制。

(4)理论模型的建立。