一、什么是粉末冶金？
粉末冶金技术包括一系列生产技术，这些技术可以处理粉末形式的原料以制造各种类型的组件。这些生产技术通常涉及以下所有或大多数过程步骤：
1，粉末生产
几乎所有用于PM结构件生产的铁粉都是使用海绵铁工艺或水雾化工艺制造的。用于其他粉末冶金应用的有色金属粉末可以通过多种方法生产。
2，粉末混合
这通常可能涉及引入元素粉末形式的合金添加剂或加入加压润滑剂。
3，将混合粉末制成压块
主要的固结过程涉及压入刚性工具箱，该工具箱包括模具，冲头，可能还包括心轴或芯棒。但是，在细分市场应用程序中还使用了其他几种合并过程。
4，烧结坯以增强完整性和强度
该处理步骤包括通常在保护性气氛中将材料加热至低于主要成分的熔点的温度。在某些情况下，次要成分会在烧结温度下形成液相；这种情况称为液相烧结。固相和液相烧结所涉及的机理将在下一部分中简要讨论。
5，二次作业
将精加工工艺应用于烧结零件。在粉末冶金行业中，此类过程通常称为“二次操作”。
二、为什么选择粉末冶金？
粉末冶金是一项技术，涉及花费大量时间和精力将原材料转换为所需的粉末形式，然后花费更多时间和精力将材料再次“粘”在一起以产生或多或少的固体物体。
在用这些术语描述技术时，因此提出一个问题“为什么要付出所有这些努力？”并不是没有道理的。
事实上，有很多充分的理由可以选择粉末冶金作为产品制造的首选途径。从广义上讲，这些原因分为两类：
1，成本效益
粉末冶金是制造零件的许多可能选择中最具成本效益的
2，产品的独特性
某些特性（例如，化学成分的组合，对微观结构的控制，对孔隙率的控制等）可以通过从粉末原料开始来创建，这在常规加工中非常困难，有时甚至是不可能的。
成本效益
到目前为止，产品成本效益是选择粉末冶金的主要原因，并且是结构（或机械）零件行业的主要驱动力。与其他生产技术相比，粉末冶金以其较低的能耗，较高的材料利用率和较少的工艺步骤而赢得了成本竞争。
所有这些因素又取决于粉末冶金减少或什至完全消除常规生产中将要应用的机加工操作的能力。
为了消除加工操作，粉末冶金依靠其直接形成复杂的几何形状并在烧结产品中保持严格的尺寸公差控制的能力。
粉末冶金的成本效益通常还要求以大批量生产特定产品。如果产量要求太低，将没有机会在足够数量的零件上摊销（长效）成形模具的成本，也没有机会避免在工具转换/设置操作中浪费大量潜在的生产时间。
粉末冶金的选择产量当然取决于通过不同途径形成形状的难易程度，但通常至少要成千上万个零件每年。
独特性
粉末冶金可以通过多种不同方式提供产品独特性：
1.处理原本不可能混合的材料组合
粉末冶金允许以紧密混合的形式加工通常被认为是不混溶的材料组合。此类粉末冶金应用的公认实例包括：
用于制动衬片和离合器衬片的摩擦材料，其中一些非金属材料可赋予耐磨性或控制摩擦水平，这些材料嵌入铜基或铁基基体中。
硬质合金或硬质合金，用于切削工具，成型工具或易损件。它们包括与金属相结合的硬质相，只有通过在高于粘合剂熔点的温度下进行液相烧结才能产生的微观结构。与钴结合的碳化钨是这种材料的主要示例，但也可以使用包括一系列其他碳化物，氮化物，碳氮化物或氧化物的其他硬质合金，并且可以将钴以外的其他金属用作粘合剂（Ni，Ni-Cr，镍钴等）
金刚石切削工具材料，其中细小的金刚石砂砾均匀地分散在金属基体中。同样，在这些材料的加工中采用液相烧结。
电接触材料，例如铜/钨，银/氧化镉。
2.加工熔点很高的材料
粉末冶金技术可以处理熔点很高的材料，包括难熔金属，例如钨，钼和钽。这种金属很难通过熔化和铸造来生产，并且在铸造状态下通常非常脆。钨坯的生产是粉末冶金的早期应用领域之一，随后用于拉制白炽灯的电线。
3.孔隙率受控的产品
粉末冶金技术可以制造结构孔隙率可控的产品。烧结过滤元件就是这种应用的例子。另一个主要的例子是保油或自润滑轴承，这是粉末冶金历史最悠久的应用之一，在该应用中，烧结结构中相互连接的孔隙率用于容纳油层。
4.具有优越性能的产品
在某些特定的应用中，与常规的铸造或锻造工艺相反，粉末冶金工艺通常可以通过对微观结构的出色控制来产生卓越的性能。此类应用程序中的好例子是：
磁性材料
几乎所有的硬（永久）磁铁和大约30％的软磁铁都是从粉末原料加工而成的。
高速钢
与锻造产品相比，粉末冶金加工材料具有更精细，更可控的显微组织，具有出色的韧性和切削性能。
镍基或钴基高温合金
镍基或钴基高温合金用于航空发动机应用，其中粉末冶金工艺可以提供常规上无法达到的成分范围和微结构控制，因此可以提高工作温度和性能。
三、粉末冶金零件市场
1、汽车行业
冲压/烧结结构粉末冶金零件的主要市场是汽车领域。在所有地理区域中，平均而言，所有粉末冶金结构部件中约有80％用于汽车应用。
这些汽车应用中约有75％是变速箱（自动和手动）和发动机的组件。
传输应用包括：
同步器系统零件
变速组件
离合器花鼓
行星齿轮架
涡轮轮毂
离合器片和口袋片
发动机零件包括：
皮带轮，链轮和轮毂，尤其是与发动机同步带系统相关的皮带轮，链轮和轮毂
阀座插件
气门导管
组装凸轮轴的PM凸角
平衡齿轮
主轴承盖
发动机歧管执行器
凸轮轴轴承盖
发动机管理传感器环
粉末冶金零件也可用于其他汽车系统：
油泵-特别是齿轮
减震器–活塞杆导向装置，活塞阀，端阀
防抱死制动系统（ABS）–传感器环
排气系统–法兰，氧气传感器凸台
底盘组件
可变气门正时系统
无级变速箱
废气再循环（EGR）系统
涡轮增压器
2、粉末冶金结构件的其他市场
粉末冶金零件市场
粉末冶金结构零件还有其他重要市场，在这些市场中大量生产需要零件。第二大结构零件市场是DIY工具和家用电器。
轴承和各种齿轮零件是粉末冶金在DIY电动工具和家用“白色家电”中的应用实例。
金属石墨碳刷还广泛用于家用电器，汽车和电动工具的电动机和发电机。
其他粉末冶金结构零件市场包括：
商业机器
休闲和园艺产品
工业电动机和控件
硬件–锁零件，闩锁等
3、航空航天应用
航空发动机和陆基燃气轮机应用
粉末冶金产品的航空发动机和陆基燃气轮机应用需要非常好的性能，并且该领域中基于PM的工艺路线通常都包含热等静压（HIP）。
对于镍基高温合金涡轮盘，与铸锭路径材料相比，通过增强的微结构控制和成分能力，必须对粉末进行加工，以使产品性能进一步提高。粉末冶金工艺通常涉及HIP钢坯的等温锻造，尽管在蠕变强度是唯一设计标准的地方也可以使用“ as-HIP”零件。
净形HIP钛粉末冶金产品已开发用于涡轮机应用，在涡轮机应用中常规加工（包括机加工）非常浪费材料，粉末冶金路线可带来成本优势。出于类似的原因，也正在使用基于粉末的增材制造技术在锻造或铸造零件中添加特征。
机身部门
在机体领域使用钛粉末冶金技术的兴趣也越来越高，这既可以节省成本，也可以使用锻造钛工艺，或者可以减少钢制零件的重量。
4、石油和天然气工业
在石油和天然气领域，硬金属和金刚石切割工具经常用于石油和天然气勘探。一系列奥氏体和双相不锈钢的HIP粉末产品也越来越多地用于离岸应用，包括歧管和阀门。HIP和激光熔覆技术正用于在一系列离岸组件上沉积耐磨涂层。
硬质合金和金刚石切削刀具还用于许多工业领域的机加工操作，包括汽车，航空航天和通用工程。
5、医疗行业
医疗保健领域中有许多设备包含可以通过粉末喷涂路线制造的组件：
MRI扫描仪使用大量稀土粉末制成的稀土永磁体。
许多外科手术器械和牙科植入物都是通过金属注射成型生产的。
人们越来越感兴趣的是使用增材制造来生产定制的医疗植入物，以及通过PM处理（MIM，Press / Sinter PM等）来制造包含空间保持器添加物的多孔植入物结构（以匹配骨刚度并帮助骨整合）。成型后将其去除。
四、粉末冶金结构件的经济考虑
粉末冶金结构零件的绝大多数应用是基于与其他形成相同零件形状的路线的成本竞争中获得的。
反过来，粉末冶金相对于其他技术的成本竞争力则基于两个主要问题-降低过程中的能源消耗以及提高原材料的利用率。
有很多考虑因素决定了组件应用是否可能成为粉末冶金的可行目标：
1、产品尺寸和重量
尽管粉末冶金中的材料利用率很高，但与许多竞争工艺中使用的钢筋或钢坯相比，使用的粉末是相对昂贵的原料。因此，粉末冶金通常在相对较小和较轻的零件中竞争最好，零件的材料成本可以占总制造成本的相对较小的比例（可能约为20％）。此外，零件在平面图中越大，则零件越大所需的压实吨位以及粉末冶金压实机的吨位限制为不超过1000吨。
2、产品几何形状
粉末冶金最适合制造“棱柱形”形状，在二维（模具的径向或平面图）中具有几乎无限的形状复杂性，而在三维或轴向或厚度方向上的复杂性要有限得多。
3、生产数量要求
粉末冶金需要大量生产才能生存。首先，所需的成形工具通常是复杂且相对昂贵的，并且需要在大量产品上分摊工具成本。同样，PM加工设备（压机，熔炉）的资本成本很高，需要分摊到大量产品上。与设备资本成本相关的一个问题是，需要最大程度地减少生产工作之间的停机时间，因此分批运行需要相对较长，以免工具转换/设置周期太频繁。
在材料利用率和能耗率方面，粉末冶金相对于其他技术的竞争地位如图1所示。如图所示，典型的粉末冶金材料利用率为原始原料的95％，优于任何其他竞争工艺。
对于满足上述要求作为粉末冶金可行目标的应用，可以通过引用一些案例研究实例来证明该技术在过程节能方面的优势。
