金屬表面改性技術(shù)分類

表面改性技術(shù)的定義：表面改性是指采用某種工藝手段是材料表面或得與基體材料的組織結(jié)構(gòu)、性能不同的一種技術(shù)。

技術(shù)優(yōu)勢：材料經(jīng)過表面改性處理后，既能發(fā)揮基體材料的力學(xué)性能，又能使材料表面獲得各種特殊性能；表面改性技術(shù)可以掩蓋基體材料的表面缺陷，延長材料和構(gòu)件的使用壽命；節(jié)約稀有 貴 重金  屬材料，改善環(huán)境。

表面改性技術(shù)的分類：金屬表面形變強(qiáng)化、表面熱處理、金屬表面化學(xué)熱處理、離子束表面擴(kuò)滲處理、高能束表面處理、離子注入表面改性。

金屬表面形變強(qiáng)化

表面形變強(qiáng)化技術(shù)中常用的有噴丸、滾壓、豪克能技術(shù)。有趣的是，MIM卻影響了大行業(yè)，卡托曾經(jīng)于2012~2016采用MIM來制作的”爆品”零件，那是影響了數(shù)十億用戶啊。噴丸使用高壓或壓縮空氣作動(dòng)力，比較靈活但動(dòng)力消耗大；滾壓大家都很清楚，結(jié)合金屬冷做硬化的原理提升工件的硬度和耐磨性；豪克能技術(shù)是一項(xiàng)先進(jìn)的金屬形變強(qiáng)化技術(shù)，采用30KHZ以上的振動(dòng)頻率的高頻振動(dòng)以及一定數(shù)值的靜壓力，形成對(duì)工件的強(qiáng)化加工，具有晶粒細(xì)化至納米級(jí)、硬度耐磨性提升、同時(shí)工件表面Ra達(dá)0.2以下的顯著效果；

表面熱處理：僅對(duì)工件表面進(jìn)行加熱、冷卻的工藝，從而改變表層組織和性能而不改變成分的一種工藝。

金屬表面化學(xué)熱處理：利用元素的擴(kuò)散性，使金屬元素深入金屬表層的一種熱處理工藝。

離子束表面處理：用一定能量的離子轟擊固體表面，使固體近表面層物理、化學(xué)性質(zhì)發(fā)生變化的工藝技術(shù)，包括離子注入、離子束混合、離子濺射、離子刻蝕等技術(shù)。三、空氣氣氛：這種燒結(jié)氣氛主要是在燒結(jié)爐內(nèi)通過一定空氣氣體，也可以看作是在常壓狀態(tài)下燒結(jié)，一般在金屬復(fù)合材料和陶瓷材料的燒結(jié)制品中應(yīng)用。離子注入是將某種離子“打進(jìn)”固體，改變固體近表面層的化學(xué)成分和固體結(jié)構(gòu)。離子注入技術(shù)用于半導(dǎo)體摻雜和金屬和其他材料的表面改性。離子束混合是用離子轟擊鍍有多層薄膜的金屬，使各層原子因離子碰撞發(fā)生互混。

利用激光掃描過程中材料自身的組織結(jié)構(gòu)變化或引入其他材料實(shí)現(xiàn)工件表面性能的改善，該技術(shù)能選擇性地處理工件表面，有利于在工件整體保持足夠的韌性和強(qiáng)度的同時(shí)，表面獲得較高的、特定的使用性能，如耐磨、耐蝕和kang疲  勞、kang氧化等。

電子束使金屬材料表面很快上升到奧氏體相變退度(低于熔化溫度)，持續(xù)一段時(shí)間后電子束停止轟擊.熱t(yī)很快向冷的荃體金屬擴(kuò)散，使加熱表面自行淬火，其組織轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體，表面硬度顯著提離。

粉末冶金行業(yè)發(fā)展勢不可擋

粉末冶金屬于現(xiàn)代工業(yè)發(fā)展的朝陽產(chǎn)業(yè)，以制取金屬或用金屬粉末(或金屬粉末與非金屬粉末的混合物)作為原料，經(jīng)過成形和燒結(jié)，制造金屬材料、復(fù)合以及各種類型制品的工藝技術(shù)。

　　我國粉末冶金行業(yè)起步較晚，但發(fā)展迅猛，特別是汽車行業(yè)、機(jī)械制造、金屬行業(yè)、航空航天、儀器儀表、五金工具、工程機(jī)械、電子家電及高科技產(chǎn)業(yè)等迅猛發(fā)展，為粉末冶金行業(yè)帶來了較大的發(fā)展機(jī)遇。

　　具體數(shù)據(jù)顯示，1948年我國硬質(zhì)合金產(chǎn)量僅有2-3萬噸，但2000年后我國粉末冶金市場迅速崛起。技術(shù)特點(diǎn)：拉絲處理可使金屬表面獲得非鏡面般金屬光澤，同時(shí)拉絲處理也可以消除金屬表面細(xì)微的瑕疵。2009年我國粉末冶金行業(yè)產(chǎn)量為11.30萬噸，超過日本躍居亞洲首位。2014年粉末冶金行業(yè)銷量達(dá)19.18萬噸，2017年增長至20.08萬噸，增幅為4.7%。

　　從應(yīng)用領(lǐng)域來看，現(xiàn)階段，我國粉末冶金產(chǎn)品主要應(yīng)用于汽車、家電、電動(dòng)工具、摩托車、農(nóng)業(yè)機(jī)械及工程機(jī)械等工業(yè)。今天我們就粉末冶金齒輪的缺點(diǎn)，簡單的介紹一下：粉末冶金齒輪（1）、粉末冶金齒輪價(jià)格與采購批量有關(guān)。隨著我國汽車行業(yè)的快速發(fā)展，粉末冶金制品本土化需求不斷擴(kuò)大，2016年，應(yīng)用于汽車方面的粉末冶金零件共10.09萬噸，占比54.69%，同比上升6.55%。未來下游產(chǎn)業(yè)的發(fā)展將會(huì)繼續(xù)拉動(dòng)上游產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，整個(gè)行業(yè)的容量仍在不停擴(kuò)大。

　　汽車領(lǐng)域應(yīng)用較少，技術(shù)相對(duì)落后

　　在發(fā)達(dá)國家如美國、歐洲、日本，粉末冶金產(chǎn)品主要應(yīng)用于汽車領(lǐng)域，汽車粉末冶金產(chǎn)品占粉末冶金總產(chǎn)品的比例高達(dá)80%以上，其產(chǎn)品包括VVT(可變氣門正時(shí)系統(tǒng))、VCT(可變氣門凸輪軸正時(shí)系統(tǒng))、各類泵組件、鏈輪、同步環(huán)、行星齒輪等，種類覆蓋十分齊全。金屬粉末注射成型技術(shù)的工作原理金屬粉末注射成型技術(shù)是將現(xiàn)代塑料噴射成形技術(shù)引入粉末冶金領(lǐng)域而形成的一門新型粉末冶金近凈形成形技術(shù)。

　　而在我國，2017年，粉末冶金市場汽車應(yīng)用占比僅為60%。我國粉末冶金汽車零件占比遠(yuǎn)低于發(fā)達(dá)國家，占比提升潛力大。

　　單車用量方面，中國提升空間同樣相對(duì)可觀。為了達(dá)到表面光潔度（有的產(chǎn)品甚至要求達(dá)到鏡面效果，如蘋果的Logo產(chǎn)品）和去毛刺的要求，往往都會(huì)增加研磨、拋光、噴砂等表面處理工藝。2017年，北美粉末冶金零件單車用量可達(dá)18.6Kg，日本為8.0Kg，歐洲為7.2Kg，而中國僅為4.5Kg。這種差距產(chǎn)生的主要原因是，我國國內(nèi)很多粉末冶金產(chǎn)品達(dá)不到要求的尺寸公差與性能參數(shù)，因此，汽車主機(jī)廠只能選擇成本更高的鍛造零件與機(jī)加工零件。

　　國內(nèi)企業(yè)成本優(yōu)勢顯著，進(jìn)口替代空間廣闊

　　與國外公司相比，國內(nèi)企業(yè)在人力成本、土地成本、原料成本等方面均具有優(yōu)勢，能夠?yàn)橹鳈C(jī)廠與一級(jí)供應(yīng)商提供更低價(jià)的粉末冶金產(chǎn)品。同時(shí)，國內(nèi)企業(yè)交貨周期短，售后服務(wù)快速、及時(shí)，能夠?yàn)閲鴥?nèi)主機(jī)廠提供更優(yōu)質(zhì)的服務(wù)。

　　從技術(shù)角度來看，2015年，發(fā)布《中國制造2025》的通知，其中重點(diǎn)提出要大力發(fā)展智能制造、增材制造、新材料、生物醫(yī)用等領(lǐng)域。我們認(rèn)為在國家政策的大力扶持下，國內(nèi)粉末冶金技術(shù)有望得到快速發(fā)展，替代市場逐步由低端轉(zhuǎn)向高技術(shù)。

　　另外，專利申請授權(quán)量的持續(xù)增長彰顯粉末冶金技術(shù)的不斷成熟。2016年，我國鑄造、粉末冶金專利申請授權(quán)量為8295項(xiàng)，同比增長11.62%，近五年(2012-2016年)復(fù)合增長率為16.02%。

　　綜合來看，國內(nèi)粉末冶金產(chǎn)品進(jìn)口替代空間十分廣闊

我國近十年來粉末冶金成形新技術(shù)綜述

粉末冶金是一項(xiàng)集材料制備與零件成形于一體，節(jié)能、節(jié)材、高效、最終成形、少污染的先進(jìn)制造技術(shù)，在材料和零件制造業(yè)中具有不可替代的地位和作用，已經(jīng)進(jìn)入當(dāng)代材料科學(xué)的發(fā)展前沿。

   目前粉末冶金技術(shù)正向著高致密化、高性能化、低成本方向發(fā)展，本文著重介紹幾種近十年來粉末冶金零件的成形新技術(shù)。

   一、溫壓技術(shù)

   溫壓技術(shù)是粉末冶金領(lǐng)域近幾年發(fā)展起來的一項(xiàng)新技術(shù)，可生產(chǎn)出高密度、高強(qiáng)度，具有非常廣泛的應(yīng)用前景。產(chǎn)品復(fù)雜性：MIM工藝最適合制造幾何形狀復(fù)雜的、在切削加工中需要變換很多次加工工位的多軸零件、多基準(zhǔn)零件。所謂溫壓技術(shù)就是采用te制的粉末加溫、粉末輸送和模具加熱系統(tǒng)，將加有特殊潤滑劑的預(yù)合金粉末和模具等加熱至130～150℃，并將溫度波動(dòng)控制在±2．5℃以內(nèi)，然后和傳統(tǒng)粉末冶金工藝一樣進(jìn)行壓制、燒結(jié)而制得粉末冶金零件的技術(shù)。其技術(shù)關(guān)鍵：一是溫壓粉末制備，二是溫壓系統(tǒng)。

   與傳統(tǒng)工藝相比，溫壓成形的壓坯密度約有0.15～0.30g／cm3的增幅，其密度可達(dá)7.45g／cm3。2、能清理工件表面的微小毛刺，并使工件表面更加平整，消除了毛刺的危害，提高了工件的檔次。在相同的壓制壓力下，溫壓材料的屈服強(qiáng)度比傳統(tǒng)工藝平均高11％，極限拉伸強(qiáng)度平均高13．5％，沖擊韌性可提高33％。另外，溫壓零件的生坯強(qiáng)度高，可達(dá)2O～30MPa，比傳統(tǒng)方法提高50—100％，不僅降低生坯搬運(yùn)過程中的破損率而且能對(duì)生坯進(jìn)行機(jī)加工，表面光潔度好。此外，溫壓工藝的壓制壓力低和脫模力小，同時(shí)零件性能均一，產(chǎn)品精度高，材料利用率高。

   溫壓工藝還有一個(gè)特點(diǎn)是工藝簡單，成本低廉。其基本工藝過程是：首先將固體粉末與有機(jī)粘結(jié)劑均勻混練，經(jīng)制粒后在加熱塑化狀態(tài)下(~150℃)用噴射成形機(jī)注入模腔內(nèi)固化成形，然后用化學(xué)或熱分解的方法將成形坯中的粘結(jié)劑脫除，最后經(jīng)燒結(jié)致密化得到最終產(chǎn)品。研究表明，假如一次壓制、燒結(jié)的普通粉末冶金工藝的成本為1.0，則粉末鍛造的相對(duì)成本為2.0，復(fù)壓復(fù)燒的相對(duì)成本為1.5，滲銅的相對(duì)成本為1.4，而溫壓技術(shù)的相對(duì)成本為1．25。目前，采用溫壓技術(shù)生產(chǎn)的粉末冶金零件已達(dá)200多種，零件重量在5—1200g。例如，德國SinterstahlGmbH公司用溫壓技術(shù)生產(chǎn)復(fù)雜的摩擦傳動(dòng)用同步齒環(huán)，在美國新奧爾蘭舉行的PM2TEC2001國際會(huì)議上獲獎(jiǎng)。該零件的齒部密度超過7.3g／cm，環(huán)體密度超過7.1g／cm，生坯強(qiáng)度達(dá)到28MPa。采用了擴(kuò)散合金化的燒結(jié)硬壓粉末，zui低抗拉強(qiáng)度為850MPa。由于使用了溫壓技術(shù)和采用粉末冶金零件，使得綜合成本降低了38％。

   二、流動(dòng)溫壓技術(shù)

   流動(dòng)溫壓技術(shù)(Warm Flow Compaction，簡稱WFC)是在粉末壓制、溫壓成形工藝的基礎(chǔ)上，結(jié)合了金屬粉末注射成形工藝的優(yōu)點(diǎn)而提出來的一種新型粉末冶金零部件近凈成形技術(shù)。該工藝技術(shù)不僅具有常規(guī)粉末冶金工藝工序少、無切削或少切削、經(jīng)濟(jì)效益高等優(yōu)點(diǎn)，而且克服了傳統(tǒng)粉末冶金工藝制品密度低、材質(zhì)不均勻、機(jī)械性能低、不易成型薄壁、復(fù)雜結(jié)構(gòu)的缺點(diǎn)，特別適合于大批量生產(chǎn)小型、復(fù)雜以及具有特殊要求的金屬零件。其關(guān)鍵技術(shù)是提高混合粉末的流動(dòng)性。它通過提高了混合粉末的流動(dòng)性、填充能力和成形性，從而可以在8O～130~C溫度下，在傳統(tǒng)壓機(jī)上精密成形具有復(fù)雜幾何外形的零件，如帶有與壓制方向垂直的凹槽、孔和螺紋孔等零件，而不需要其后的二次機(jī)加工。WFC技術(shù)既克服了傳統(tǒng)粉末冶金在成形復(fù)雜幾何形狀方面的不足，又避免了金屬注射成形技術(shù)的高成本，是一項(xiàng)極具潛力的新技術(shù)，具有非常廣闊的應(yīng)用前景。

   WFC技術(shù)作為一種新型的粉末冶金零部件近凈成形技術(shù)，其主要特點(diǎn)如下：(1)可成形具有復(fù)雜幾何形狀的零件；(2)壓坯密度高、密度均勻；(3)對(duì)材料的適應(yīng)性較好；(4)工藝簡單，成本低。