粉末冶金，一种独特的材料制备技术，涉及将金属粉末经过压制、烧结等工艺，最终形成所需形状和性能的金属材料。其应用广泛，涵盖机械、电子、航空航天等多个领域。在粉末冶金领域，遵循着一系列行业规定与标准，以确保产品的质量与性能。接下来，我们将深入探讨粉末冶金的材料选择、设计考量，以及其显著的经济优势。此外，本文还将提供关于粉末冶金所能达到的性能的详细信息，并介绍与该行业相关的国际标准。
一、粉末冶金技术概览
粉末冶金，这一独特的材料制备工艺，涵盖了诸多生产技术。这些技术专注于粉末原料的处理，旨在制造出多样化的组件。其生产流程通常涵盖或包含以下关键步骤：
1.粉末生产
在粉末冶金领域，铁粉的生产占据重要地位。为了满足PM结构件的需求，海绵铁工艺和水雾化工艺被广泛采用。此外，有色金属粉末的生产方法则多种多样，这些粉末同样在粉末冶金应用中发挥着关键作用。
2. 粉末混合
在粉末冶金过程中，混合环节至关重要。这通常涉及引入元素粉末形式的合金添加剂，以调整粉末的成分和性能。同时，加入加压润滑剂也是为了改善粉末的成型性和后续加工性能。这一步骤对于确保最终产品的质量和性能至关重要。
3. 压块成型
经过充分混合的粉末，下一步是进行压块成型。这一过程主要涉及将粉末放入模具中，并通过冲头施加压力，使其形成所需的形状。有时，为了满足特定应用的需求，可能还会使用心轴或芯棒来辅助成型。此外，在细分市场应用程序中，还可能采用其他多种合并技术来处理粉末。
4. 烧结坯以增强完整性和强度
在经过压块成型后，为了进一步提升产品的完整性和强度，需要进行烧结处理。这一步骤通常在保护性气氛下进行，将材料加热至低于其主成分熔点的温度。在此过程中，次要成分可能会在烧结温度下形成液相，这种现象被称为液相烧结。接下来，我们将简要探讨固相和液相烧结所涉及的机理。
5. 精加工与二次作业
在烧结完成后，为了进一步提升产品的尺寸精度和表面质量，需要进行精加工。这一步骤在粉末冶金领域通常被称为“二次操作”。通过精加工，可以进一步优化产品的性能，满足更为严苛的应用需求。
二、粉末冶金的优势
粉末冶金，这一将原材料精细转换为粉末并再次结合成固体物体的工艺，无疑需要投入大量的时间和精力。然而，这样的付出并非徒劳，其背后蕴藏着诸多令人信服的理由。概括而言，这些理由可归结为两大类，它们共同为粉末冶金在产品制造中的首选地位提供了有力支撑。
1，成本效益显著
在众多制造零件的选项中，粉末冶金以其卓越的成本效益脱颖而出。这种工艺不仅节约了资源，还能在保证产品质量的同时，降低生产成本，为企业带来更大的经济效益。
2，产品的独特性
通过从粉末原料开始制造，可以创造出某些独特的特性，例如特定的化学成分组合、微观结构控制以及孔隙率控制等，这在常规加工中往往是难以实现的，甚至根本无法达到。这种独特的制造方式赋予了粉末冶金产品显著的优势。
3，成本效益
粉末冶金在成本效益方面表现出色，成为结构零件行业的主要驱动力。与其他生产技术相比，它具有能耗低、材料利用率高和工艺步骤少的特点，从而在成本竞争中脱颖而出。这种成本优势主要归功于粉末冶金减少或甚至完全消除常规机加工操作的能力。通过直接形成复杂的几何形状并保持严格的尺寸公差控制，粉末冶金成功避免了加工操作，进一步降低了生产成本。
然而，粉末冶金的成本效益通常要求大批量生产特定产品。如果产量要求过低，将无法摊销成形模具的成本，也无法充分利用生产时间。因此，选择粉末冶金通常意味着每年需要生产成千上万个零件。
4，产品独特性的实现方式
粉末冶金通过多种方式为产品带来独特性。例如，它可以利用不同的成形技术来创建具有特定形状和尺寸的产品；通过烧结工艺控制产品的微观结构和性能；以及利用后处理技术如热处理或表面涂层来进一步优化产品的性能。这些独特的制造过程使得粉末冶金产品具有高度的定制化和差异化。
混合原本难以混合的材料组合
粉末冶金技术使得混合通常被视为不混溶的材料组合成为可能，且能够达到紧密混合的程度。这一特点在多个粉末冶金应用中得到了体现，例如：
制动衬片和离合器衬片中使用的摩擦材料。这些材料包含非金属成分，如赋予耐磨性或控制摩擦水平的物质，它们被嵌入铜基或铁基基体中。
硬质合金，一种用于切削工具、成型工具或易损件的材料。这类材料包含与金属结合的硬质相，其独特的微观结构只能通过在高于粘合剂熔点的温度下进行液相烧结来获得。例如，与钴结合的碳化钨是这类材料中的一种，但也可以使用其他包含碳化物、氮化物、碳氮化物或氧化物的硬质合金，且粘合剂并不局限于钴，还可以是其他金属如镍、镍-铬合金或镍钴合金。
金刚石切削工具材料，其中微小的金刚石颗粒被均匀地分散在金属基体中。这类材料的加工同样采用了液相烧结技术。
电接触材料，例如铜/钨和银/氧化镉，它们在电气连接和开关设备中发挥着关键作用。
通过粉末冶金技术，这些看似难以混合的材料组合得以紧密结合，从而创造出独特且高性能的产品。
2. 加工高熔点材料
粉末冶金技术不仅适用于混合难以混合的材料，还具备加工高熔点材料的能力。这包括难熔金属，例如钨、钼和钽，这些金属由于其高熔点特性，通常难以通过传统的熔化和铸造方法进行加工。然而，粉末冶金技术却能有效地处理这些材料，甚至在铸造状态下也展现出良好的韧性。例如，钨坯的生产就是粉末冶金技术早期的重要应用之一，它为后来的拉制白炽灯电线等工艺提供了关键支持。
3. 孔隙率可控的产品制造
粉末冶金技术使得制造结构孔隙率可控的产品成为可能。烧结过滤元件便是这一特点的典型应用。此外，保油或自润滑轴承也是粉末冶金技术的另一重要应用，其历史可追溯至该技术早期。在这些应用中，烧结结构的孔隙率得以精心控制，以实现特定的功能，如容纳油层或提供自润滑性能。
4. 优越性能的产品制造
粉末冶金技术，在特定应用中，常能通过精细调控微观结构，从而创造出卓越的产品性能。这一点，与传统的铸造或锻造工艺相比，具有显著优势。以下是一些典型的例子：
磁性材料：
大多数硬磁铁（永久磁铁）以及约30%的软磁铁，都是通过粉末原料加工制成的。
高速钢：
粉末冶金加工的高速钢，其显微组织更为精细且可控，这使得产品具有卓越的韧性和切削性能，相较于锻造产品而言。
镍基或钴基高温合金：
这类合金常用于航空发动机中。粉末冶金技术在此类应用中，能够提供超出常规手段的成分范围和微结构控制，进而提升工作温度和整体性能。
三、粉末冶金零件的市场前景
粉末冶金技术所制造的零件，在多个领域都有着广泛的应用。随着工业技术的不断发展，对粉末冶金零件的性能和精度要求也在不断提高，这进一步推动了市场的需求增长。未来，粉末冶金零件市场有望持续保持繁荣。
1、汽车行业
粉末冶金零件在汽车领域的应用广泛，尤其是在变速箱和发动机的组件方面。平均而言，全球范围内，所有粉末冶金结构部件中有高达80%的比例被用于汽车制造。这些应用涵盖了同步器系统零件、变速组件、离合器花鼓、行星齿轮架、涡轮轮毂、离合器片和口袋片等关键部件。同时，发动机中的皮带轮、链轮和轮毂，尤其是与发动机同步带系统相关的部件，也是粉末冶金零件的重要应用领域。此外，粉末冶金零件还可用于阀座插件、气门导管、组装凸轮轴的PM凸角等发动机零件的制造。
除了汽车发动机和变速箱，粉末冶金零件在其他汽车系统如油泵、减震器、防抱死制动系统（ABS）、排气系统、底盘组件以及无级变速箱等也有着不可或缺的作用。这些零件不仅提高了汽车的性能和安全性，同时也推动了粉末冶金技术的进一步发展。
2、粉末冶金结构件的其他市场
粉末冶金零件的应用远不止于汽车行业，它们还在许多其他领域发挥着关键作用。例如，DIY工具和家用电器市场就是粉末冶金结构零件的另一大重要应用领域。在这里，轴承和各种齿轮零件被广泛应用于电动工具和家用“白色家电”中，展现了粉末冶金技术的广泛适用性。此外，金属石墨碳刷也被广泛应用于家用电器、汽车和电动工具的电动机和发电机中，其性能优势得到了充分体现。
除了DIY工具和家用电器市场，粉末冶金结构零件还在商业机器、休闲和园艺产品、工业电动机和控件以及硬件领域，如锁零件、闩锁等，发挥着不可或缺的作用。这些市场的需求推动了粉末冶金技术的持续创新与发展。
3、航空航天应用
航空发动机和陆基燃气轮机是粉末冶金产品的重要应用领域，这些产品需要具备出色的性能。在这些领域中，通常采用基于粉末冶金的工艺路线，其中热等静压（HIP）技术是关键环节。
对于镍基高温合金涡轮盘而言，通过增强微结构控制和成分调整，粉末冶金工艺能够进一步提升产品性能，这与铸锭路径材料相比具有显著优势。此外，粉末冶金产品通常涉及HIP钢坯的等温锻造，有时也可以采用“as-HIP”零件以满足特定设计需求。
在涡轮机应用中，净形HIP钛粉末冶金产品已得到开发，其常规加工（如机加工）方式往往造成材料浪费，而粉末冶金路线则能带来显著的成本优势。同时，基于粉末的增材制造技术也正在用于在锻造或铸造零件中添加新特征，进一步优化产品设计。
机身部门的应用
随着钛粉末冶金技术的不断发展，其在机体领域的应用也日益受到关注。这种技术不仅有助于降低成本，还能通过锻造钛工艺提高零件性能，或者减轻钢制零件的重量，从而满足航空航天领域对轻量化和高性能的需求。
4、石油和天然气工业
在石油和天然气勘探过程中，硬质金属与金刚石切割工具发挥着至关重要的作用。此外，随着HIP粉末技术的发展，一系列奥氏体和双相不锈钢产品正逐渐应用于离岸设施，如歧管和阀门的制造。同时，HIP技术与激光熔覆工艺的结合，使得耐磨涂层能够在多种离岸组件上得以沉积，进一步增强了这些组件的耐用性。不仅如此，硬质合金与金刚石切削刀具在汽车、航空航天以及通用工程等多个工业领域的机加工操作中，也占据了不可或缺的地位。
5、医疗行业
医疗保健领域中，众多设备都包含可通过粉末喷涂工艺制造的组件。例如，MRI扫描仪中就大量使用了稀土粉末制成的稀土永磁体。此外，许多外科手术器械和牙科植入物都是通过金属注射成型技术生产的。目前，增材制造技术在医疗领域的应用也日益受到关注，它能够用于生产定制的医疗植入物。同时，粉末冶金工艺如MIM、Press/Sinter PM等也被用于制造包含空间保持器添加物的多孔植入物结构，这些结构能够与骨刚度相匹配，有助于骨整合。在成型后，这些添加物通常会被去除。
四、粉末冶金结构件的经济考量
粉末冶金结构零件的应用广泛，这主要得益于其与其他工艺路线相比的成本竞争优势。这种竞争力主要体现在两个方面：一是降低生产过程中的能源消耗，二是提高原材料的利用率。然而，是否选择粉末冶金工艺，还需综合考虑多种因素，包括组件应用的复杂性、生产规模以及成本效益等。
1、产品尺寸与重量的考量
粉末冶金虽然材料利用率高，但相较于钢筋或钢坯等竞争性原料，其粉末原料成本相对较高。因此，在尺寸较小、重量较轻的零件生产中，粉末冶金展现出其独特的成本优势。由于零件的材料成本在总制造成本中所占比例相对较小（可能仅占20%左右），这使得粉末冶金在制造此类零件时更具竞争力。同时，零件的尺寸越大，所需的压实吨位也越高，而粉末冶金压实机的吨位限制通常不超过1000吨，这也进一步限制了其在大尺寸零件生产中的应用。
2、产品几何形状的适应性
粉末冶金技术特别擅长制造“棱柱形”零件，这类零件在二维空间（如模具的径向或平面图）内可以呈现出极高的形状复杂性。然而，在三维空间或轴向、厚度方向上的形状复杂性则相对有限。
3、生产数量要求
粉末冶金技术的生存与发展高度依赖于大规模生产。首先，其所需的成形工具往往设计复杂且造价不菲，因此工具成本必须通过大量产品来分摊。同样，粉末冶金加工设备，如压机和熔炉，其资本投入也相当可观，同样需要大量产品来摊销。此外，为了减少停机时间并提高生产效率，分批运行通常需要相对较长，以避免频繁的工具转换或设置。
在材料利用率和能耗率方面，粉末冶金技术展现出了显著的竞争优势。如图1所示，其材料利用率高达原始原料的95％，远胜于其他竞争技术。此外，通过引用具体的案例研究，我们可以进一步证明粉末冶金技术在节能方面的卓越表现。
五、粉末冶金结构件的高密度与高性能
为了进一步提升粉末冶金结构部件的性能，一系列工艺和材料开发工作正在进行中，旨在增加这些结构件的密度。高密度意味着更高的强度、硬度和耐磨性，从而满足更严苛的应用需求。
1、粉末锻造
粉末锻造技术最初在1970年代被商业引入，它结合了传统的压模/烧结粉末冶金工艺与闭模热锻技术，从而将预成型件固结至接近全密度。该技术的早期市场应用主要集中在生产大直径环形零件，特别是用于自动变速器的零件。然而，近年来，粉末锻造已逐渐与汽车连杆的生产相结合。
尽管粉末锻造在批量生产中已展现出提供高强度和高性能的公认能力，但与常规的压制/烧结粉末冶金方法相比，其成本较高且尺寸公差控制相对较小。因此，当前的研究和发展正致力于常规方法的进一步改进，以更紧密地匹配粉末锻造的性能。在压实、烧结以及烧结后处理的各个生产环节中，都存在着提升密度的潜力。
2、粉末压实
目前，已开发出几种不同的压实工艺，旨在提高生坯密度：
高压冷压实
对于那些无需精细冲头设计的零件，可以通过增加压实压力至约1,000 MPa（远高于常规的600 MPa），来显著提升生坯密度。
热压实
这种工艺涉及将粉末与压实模具一同加热至150°C。高温降低了铁粉的流动应力，进而使生坯密度增加了0.2 g/cm³。
热模压实
这是热压实技术的最新进展，其中仅需预热工具至约95°C，即可实现高效的压实效果。
高速压实
此技术利用高速锤击上冲头，从而在短时间内达到高密度的压实效果。但需注意，该方法不适用于带有脆弱冲头的工具。
3、模具壁润滑
通过去除粉末混合物中的混合润滑剂，并减少压实零件中润滑剂所占的体积，可以进一步提升生坯密度。目前，商业化的模具润滑系统已经投入使用。在压实过程中，必须确保在模具填充阶段将所有相关工具表面充分暴露，以便进行润滑操作。
4、烧结
提升烧结密度的策略包括：
固相烧结
通过引入细粉末添加物，如某些黑色粉末冶金混合物中加入的“超细”镍元素，来激活固相烧结。
液相烧结
利用母合金添加物在烧结过程中形成液相，进而促进烧结密度的提升。
铁氧体相烧结
由于铁在烧结温度下自扩散速率在铁素体相中是奥氏体相的100倍，因此已研发出包含铁素体稳定元素（如高至3%的Mo含量）的材料变体，以优化铁氧体相烧结。
5、烧结后的致密化处理
虽然粉末锻造和喷丸硬化等方法也可视为致密化的范畴，但目前备受瞩目的是通过局部冷变形来实现选择性表面致密化的工艺。其中，一种广泛应用的变体是利用网眼滚动工具对烧结预成型坯的表层进行冷轧，从而在材料表面获得全密度，并在其下形成密度梯度。这种工艺特别适用于生产高性能粉末冶金齿轮模。
六、粉末冶金设计准则
在运用粉末冶金技术进行产品设计时，必须遵循一系列的准则，以确保产品的性能和质量。这些准则涵盖了长宽比、可重入功能、斜角、倒角以及尖角等多个方面。例如，长宽比应控制在3：1以内，以避免因摩擦效应导致的密度变化；凹入特征如凹槽、反向锥度或侧孔，无法通过粉末冶金直接形成，需通过机加工引入；斜角处理应谨慎，避免使用无棱角的打孔器，斜切边缘应以小平面结束，以防毛边产生；倒角时，在零件边缘形成半径，以避免截面突然变化引发的应力提升；而尖角则应通过半径进行过渡，以减轻应力集中。遵循这些准则，将有助于设计师创造出更符合粉末冶金工艺要求的高性能产品。
七、粉末冶金材料及其特性
粉末冶金材料，作为粉末冶金技术的基础，具有一系列独特的物理和机械特性。这些材料通过精细的粉末工艺制成，具有高密度、高强度、高耐磨性以及良好的尺寸稳定性。此外，粉末冶金材料还具备优异的导热性和导电性，使得它在众多应用领域中占据一席之地。了解和应用这些材料的特性，对于充分发挥粉末冶金技术的优势至关重要。
1、低合金黑色金属材料
在冲压/烧结结构零件领域，低合金含铁粉末冶金材料占据着主导地位。这些材料通常以水雾化或海绵铁粉为基础，并加入特定的元素合金进行强化。与锻钢相似，碳元素作为石墨添加，是提升强度的重要成分。此外，为了实现尺寸控制，铜元素常被加入以提供固溶强化。
为了增强淬透性，镍和钼是常用的添加剂，因为它们在常规烧结温度下不会形成稳定的氧化物。而铬和锰等成本效益较高的硬化剂，由于其氧化物在常规烧结温度下具有稳定性，所以传统上并不使用。然而，若采用高温烧结技术，或通过控制露点来增加常温下烧结气氛的还原能力，这些硬化剂便可得以应用。
2、粘合剂处理的混合物
近年来，合金领域又涌现出一种新的概念——经过粘合剂处理的混合物。这些材料通过使用有机粘结剂添加剂（同样也可作为压制润滑剂）将合金成分牢固地粘接到铁粉颗粒上。这种处理方式能够提供与扩散合金等级相媲美的粘结强度。
3、钼的预合金化
研究显示，钼的预合金化对铁粉的可压缩性影响不大。因此，市面上出现了众多完全预合金化的钼牌号，部分已作为“混合”扩散合金或粘结剂处理的牌号的基础得以应用。
4、完全预合金粉末等级
市场上提供了一系列低合金钢粉末等级，这些等级的特点是所有合金元素都已预先合金化。这些粉末在粉末锻造过程中得到广泛应用，由于它们的压实性较低，可压缩性不会对最终产品造成显著影响。
5、精钢
市场上还提供了多种AISI 300和400系列不锈钢的粉末形式。这些粉末不仅适用于压制/烧结粉末冶金零件的生产，还可以用于金属注射成型零件的制造。在金属注射成型过程中，可以使用气体或水雾化等级的不锈钢粉末。此外，沉淀硬化型不锈钢AISI 17-4 PH也在MIM产品中得到了广泛应用。
不锈钢粉末在烧结过滤器元件的生产中也扮演着重要角色。
6、铜合金
铜合金同样可以被加工成粉末冶金结构件。在制造过程中，可以使用完全预合金的粉末或元素混合物。例如，青铜粉经过特殊工艺处理后，可以制成具有自润滑性能的轴承。此外，采用粗球形的青铜粉，通过松散烧结技术，还可以高效地制造出滤芯。
7、铝合金
铝合金粉末同样适用于粉末冶金加工，可以通过Press/Sinter PM工艺、挤压成半成品或采用MIM技术进行处理。
8、钛合金
钛和钛合金粉末存在多种形态。在粉末冶金领域，压制/烧结钛粉末的应用范围相对有限，更常采用HDH（氢化物-脱水）钛粉末或氢化钛粉末，并配以母合金进行混合。对于高质量需求，HIP产品则多选用通过气体雾化、等离子旋转电极（PREP）工艺或等离子雾化技术生产的钛合金粉末。
在MIM工艺中，原料通常包含气体雾化粉末，但近年来，等离子球化的HDH粉末也开始得到应用。此外，标准材料如CP-Ti和Ti-6Al-4V被广泛使用，而某些高性能MIM产品则可能采用专为特定应用开发的合金，例如Ti-7Fe-5Zr或Ti-6Al-5Nb。
9、硬质金属与重合金
硬质金属与重合金是一类包含基质材料和粘合剂相的特殊材料。在硬质金属领域，碳化钨作为最常见的基体材料，与钴粘合剂相结合，形成了强大的材料体系。尽管其他碳化物、氮化物或碳氮化物也可作为基体材料，但碳化钨凭借其出色的硬度和耐磨性，在许多应用中占据主导地位。而钴作为最常见的粘合剂，能够将基体材料牢固地结合在一起，形成坚硬的金属材料。
此外，金刚石工具则采用了金刚石砂粒和钴粘合剂的独特组合。金刚石砂粒的极高硬度使得这类工具在切割、磨削和钻孔等应用中表现出色。而重合金，如钨金属粉末基体与Cu/Ni或Fe/Ni粘结剂的组合，则因其高密度和优良的物理性能，在航空航天、军事等领域发挥着重要作用。
10、磁性和电气材料
磁性材料在粉末冶金领域占据着举足轻重的地位。其中，软磁粉末冶金等级涵盖了普通铁、硅铁、钴铁以及近年来新兴的软磁复合材料。这些复合材料巧妙地结合了普通铁粉与适宜的粘合剂或绝缘体，经过固化处理后，铁粉颗粒得以有效分离。而硬磁材料则主要采用粉末加工技术制成，包括铁氧体、Al-Ni-Co，以及Sm-Co和Nd-Fe-B等级。
此外，电气材料也是粉末冶金的重要应用领域之一。金属石墨碳刷作为典型的代表，与电气接触材料如铜/钨、银/氧化镉等，共同构成了粉末冶金在电气领域的广泛应用。
八、粉末生产技术
铁粉生产
在粉末冶金领域，铁粉的产量堪称佼佼者，远超其他有色金属粉末总和。铁粉的生产主要依赖两种方法：海绵铁工艺和水雾化技术。
海绵铁工艺历史悠久，是氧化物固态还原工艺的重要代表。该工艺涉及将磁铁矿（Fe3O4）矿石与焦炭和石灰混合后，放入碳化硅罐中，经过长窑的还原过程，产生铁“饼”和炉渣。后续步骤包括脱水、粉碎和退火，得到的不规则颗粒形状的粉末，具有出色的“生坯强度”，适合模压成型，且在较低压实密度下即可获得良好强度。海绵铁作为铁基自润滑轴承的基础原料，至今仍占据着PM结构零件中铁粉用量的30%左右。
水雾化技术则推动了PM结构部件密度水平的提升。该技术通过高能流体（通常是水）撞击稀薄的熔融金属流，使其分解成粉末。水雾化铁粉同样具有不规则颗粒形状和优异生坯强度，但与海绵铁不同的是，其粉末颗粒不含内部孔隙，且具有出色的可压缩性，是追求高生坯密度的PM结构部件的理想选择。
有色金属粉末生产
有色金属粉末的生产则主要采用惰性气体雾化技术。该技术利用惰性气体（如氮气和氩气）作为雾化流体，通过控制熔滴表面张力的作用时间，产生球形粉末颗粒。这种粉末形状对于后续的成型和烧结过程至关重要，能够进一步提高PM结构部件的性能水平。
球形粉末在热等静压过程中表现出色，尽管生坯强度不是关键问题，但初始填充密度对粉末在容器中的分布至关重要。
紧密耦合雾化技术通过优化浇注喷嘴和雾化头的设计，使气体射流与熔融金属流在喷嘴出口下方立即发生撞击，减少了自由下落的高度，从而有效生产细粉，适用于金属注射成型等多种应用。
等离子雾化工艺则利用高温氩气等离子炬将金属熔化并雾化成细小液滴，以金属丝为原料，生产出高流动性和纯净度的球形金属粉末，确保了高水平的可追溯性，非常适合生物医学和航空航天领域。
离心雾化过程包括熔融金属的高速旋转或落到旋转圆盘上的过程，以及旋转电极工艺中的金属棒旋转与电弧熔化。这些技术可生产出具有特定形状和性能的金属粉末。
此外，电解技术常用于制造铜粉等专门用途的金属粉末，其原理与电镀相似，通过调整条件产生疏松的粉末状沉积物。机械粉碎方法如球磨机、锤磨机等也可用于脆性材料的粉碎，适用于金属间化合物和铁合金等的加工。
总的来说，这些粉末生产技术各有特点，可根据具体需求选择合适的方法来生产球形或非球形的金属粉末。
羰基工艺与其他化学转化
羰基工艺是生产精细镍粉或铁粉的关键技术。在此过程中，粗金属在高压环境下与一氧化碳（CO）发生反应，生成羰基化合物。这些羰基在特定反应温度下以气态存在，但随着温度的升高和压力的降低，它们会分解并沉积出金属粉末。
除了羰基工艺，还有其他多种化学转化方法。例如，海绵中的氯化铂铵可以通过热分解来制备铂粉。Sherritt-Gordon工艺则涉及在压力条件下，将镍盐溶液进行氢还原，从而制造出镍粉。此外，从硝酸银溶液中添加适当的还原剂，还可以实现从可溶性盐中化学沉淀金属的目的。
九、粉末混合加工
粉末冶金零件模压的原料混合或共混，旨在实现两个关键目的：
均匀引入合金元素：模压原料通常由元素混合物构成，以确保最佳的可压缩性。这种做法依赖于柔软的退火基础粉末（如铁）的可压缩性。若采用预合金化粉末，则可能增加合金添加量，从而提高初始颗粒的硬度和加工硬化率，进而影响可压缩性。
掺入加压润滑剂：常见的润滑剂包括硬脂酸、金属硬脂酸盐或其他具有蜡质性质的有机化合物。它们的作用是减少压实过程中的摩擦，确保密度均匀变化，降低喷射力，并最小化压实体中的喷射破裂风险。
混合过程通常在适当的容器中进行，如具有双锥几何形状的容器，或其他形状如V、W或Y形截面的容器。对于硬质合金材料，混合在球磨机中进行，以用粘合剂金属（如钴）涂覆碳化物颗粒。由于涉及非常细的粉末颗粒，其流动特性较差，因此混合后通常需要制粒，以形成适合模压的附聚物。
十、粉末冶金压块的成型
在粉末冶金领域，模压技术是制造产品的核心工艺。它涉及一系列生产步骤，形成特定的成型周期，以确保高效且质量稳定地生产出所需零件。这一过程不仅关乎吨位控制，更与最终产品的数量和性能息息相关。
1，首先，将已知体积的粉末原料填充至模腔内，这一步骤由填充靴负责完成。
2，接着，利用冲头将粉末压入模具，从而形成所需的压块。在此过程中，压实压力主要通过工具箱两端的冲头施加，旨在减小压实体内的密度梯度。
3，一旦压块成型，使用下冲头将其从模具中挤出。
4，随后，在下一个循环的填充阶段，填充靴会从模具上表面移除已成型的压块。
这一整套流程提供了高生产率，且易于自动化。然而，该方法也存在一些局限性：
几何复杂度：
虽然可以在径向方向（即零件的平面图）上制造出高度复杂的形状，但轴向或厚度方向的三维尺寸则存在明显限制。通过使用多个冲头和结合芯棒与心轴，可以在一定程度上改变截面厚度并形成孔洞，但凹角特征的形成则受到限制，因为它们可能会阻碍零件从模具中的弹出。
长宽比：
若需对密度变化进行可控管理，零件的长宽比（长度与直径之比）将受到约束，通常约为3：1。
尺寸和重量：
零件的尺寸和重量受到可用成型压力机最大吨位容量的限制，大约为1000吨。因此，较大的零件将面临制造挑战。
强度：
常规压模零件的强度水平会受到产品中剩余孔隙率的影响。虽然已经开发出多种工艺改进措施来解决这一问题，但它们可能无法完全克服强度的固有限制。
等静压工艺：
等静压技术能够克服上述限制中的多项。它通过流体静压力在所有方向上压实粉末，从而形成大型部件并实现真正的三维几何复杂度。然而，与常规压模相比，等静压技术需要更长的成形周期时间并可能存在尺寸公差控制的局限性。此外，该过程既可以在冷态也可以在热态下进行。特别是冷等静压（CIP）技术已广泛应用于粉末冶金领域。
在冷等静压制过程中，粉末被包裹在由聚氨酯制成的柔性模具内，该模具随后被置于压力容器中并注入高压液体，通常是水。而热等静压（HIP）则采用气体作为压力介质，通常是氩气。粉末被装入金属罐中，在压力容器内承受静水压力。HIP工艺能够实现全密度，特别适用于超级合金、高速钢、钛等材料，其中材料的完整性至关重要。
装罐工艺是HIP成本的重要组成部分，因此“canable HIP”处理备受关注。如果粉末能通过初步成型工艺（如模压或CIP）达到92%以上的密度，便可消除表面连通的孔隙，避免气体渗入零件，从而实现完全致密化。
此外，还有一种Sinter-HIP工艺，它先通过烧结获得92%以上的密度，再在同一容器内进行HIP固结。这种工艺进一步增强了PM零件的几何复杂性，并引入了凹角特征的形成能力。
为了克服模压工艺的限制，人们开发了分模压实技术。通过精心设计工具集，模具可以在零件成型后水平分开，使具有凹角特征的压坯在模具两半之间弹出。
然而，对粉末零件形状能力产生重大影响的是金属注射成型（MIM）技术。在此过程中，粉末与有机粘合剂混合制成原料，注入模具的方式与塑料注塑相似。脱脂和烧结后，可获得高密度和高强度的零件，并能形成复杂的3D几何形状。但MIM零件通常尺寸较小，且带有薄壁部分，与压模零件相比，其尺寸受到一定限制。
十一、粉末冶金工艺中的烧结
烧结是粉末冶金工艺中的关键步骤，旨在赋予压块强度和完整性。它涉及在低于粉末冶金材料主要成分熔点的温度下进行热处理。
在压实过程中，粉末颗粒通过冷焊相互连接，形成具有一定“生坯强度”的压坯，以应对后续处理。随着烧结温度的升高，扩散作用促使颈部在这些连接点处逐渐形成并生长。
在此过程中，有两个重要的先驱步骤：首先是去除加压润滑剂，这通常通过蒸汽蒸发和燃烧的方式实现；其次是还原粉末颗粒表面的氧化物。这些步骤与烧结本身，通常在单个炉内连续进行，并需精心选择和划分炉内气氛及适当的温度曲线。
烧结硬化是一种提高烧结强度的技术，它利用在冷却区施加高冷却速率的烧结炉，使材料在这些条件下转变为马氏体显微组织。随后的回火处理进一步增强了材料的性能。
此外，液相烧结也是一种重要的烧结技术。在仅含铁粉颗粒的压块中，固态烧结会导致一定的收缩。为了克服这一问题，通常会添加细铜粉以产生瞬时液相。在烧结过程中，铜熔化并与铁粉颗粒相互作用，产生溶胀效应，从而平衡铁粉骨架的自然收缩，实现尺寸稳定。同时，铜的添加还提供了固溶强化作用。
对于某些特定材料，如硬质合金，则采用涉及永久液相生成的烧结机制。这种机制包括在粉末中添加熔点低于基体相的添加剂，形成所谓的粘合剂相。该过程分为重排和溶液沉淀两个阶段，前者通过毛细作用使液体进入孔隙并促使颗粒重排，后者则涉及溶液中的沉淀反应。
在毛细管压力较高的区域，原子会倾向于进入溶液，并在化学势较低的区域（即颗粒间间隙或未紧密接触的区域）发生沉淀。这一现象被称为接触变平，它通过类似于固态烧结中晶界扩散的机制来致密化系统。同时，奥斯特瓦尔德熟化也会发生，其中较小的颗粒优先溶解并沉淀在较大的颗粒上，进一步促进致密化。
随着这些过程的进行，固体骨架网络逐渐致密化，液体从充分填充的区域移向孔隙。为了确保永久液相烧结的有效性，主相成分应至少略溶于液相中，而“粘合剂”添加剂则需在固体颗粒网络发生重大烧结之前熔化，以确保晶粒重排能够顺利进行。
十二、粉末冶金材料的性能
结构粉末冶金部件的机械性能
在结构或工程部件应用中，粉末冶金材料展现出特定的机械性能。这些性能包括：
黑色粉末冶金材料
经过标准压模和烧结工艺处理的黑色粉末冶金材料，在烧结后能提供高达900 N/mm²的抗拉强度（UTS），经过热处理或烧结硬化后更是能达到1200 N/mm²。此外，这些材料在烧结或经过热处理后，还能提供高达约480 N/mm²的拉伸屈服应力和约1200 N/mm²的压缩屈服应力。但需注意的是，这些高强度材料往往伴随着较低的拉伸延展性，伸长率通常低于2％。因此，常规压机/烧结体密度水平的PM产品可能不适用于需要总体塑性的应用。
粉末锻钢
粉末锻钢则能提供高强度的同时兼具良好的延展性。经过锻造的UTS可达950 N/mm²，经热处理后更是能达到2050 N/mm²；而拉伸屈服应力在经锻造后为650 N/mm²，经热处理后能达到1760 N/mm²。此外，其伸长率在5-18％之间，显示出较高的延展性。
精钢
在冲压/烧结条件下，300系列PM不锈钢能提供UTS高达480 N/mm²，拉伸屈服应力高达310 N/mm²，压缩屈服强度也达到320 N/mm²。同时，其延展性相较于低合金钢有了显著提升，伸长率超过10％。400系列PM不锈钢在烧结状态下则展现出与300系列相似的性能。而经过热处理后的马氏体不锈钢，其强度水平有了进一步的提升，但需注意，这将以牺牲部分延展性为代价。
按下并烧结Cu合金，可以提供相对适中的强度水平，其UTS高达约240牛顿/毫米²，同时具有拉伸屈服应力和压缩屈服应力分别为140 N/毫米²和170牛顿/毫米²。更值得一提的是，其延展性远超亚铁材料，伸长率可达10-20％。
铝合金方面，经过压制和烧结处理后，UTS可达到200 N/mm²，热处理后更是能提升至320 N/mm²。然而，需要注意的是，其延展性较低，伸长率仅为0.5-2％。
谈及疲劳强度，压制/烧结粉末冶金钢和粉末锻造钢均展现出显著水平。在烧结状态下，Press/Sinter PM钢在旋转弯曲加载模式下可提供高达320 N/mm²的疲劳极限，轴向加载模式下则为约270 N/mm²。经过热处理，这些数值可分别提升至约540 N/mm²和460 N/mm²。而粉末锻钢在相同测试条件下，其疲劳极限更高，分别为420 N/mm²和360 N/mm²，热处理后也能进一步提升至635 N/mm²和560 N/mm²。