世界粉末冶金技術應用概況
2003年全球粉末貨運總量約為88萬噸，其中美國占51%，歐洲18%，日本13%，其它國家和地區(qū)18%。鐵粉占整個粉末總量的90%以上。從2001年起，世界鐵粉市場持續(xù)增長，4年時間增加了近20%。
汽車行業(yè)仍然是粉末冶金工業(yè)發(fā)展的最大動力和最大用戶。一方面汽車的產(chǎn)量在不斷增加，另一方面粉末冶金零件在單輛汽車上的用量也在不段增加。北美平均每輛汽車粉末冶金零件用量最高，為19.5公斤，歐洲平均為9公斤，日本平均為8公斤。中國由于汽車工業(yè)的高速發(fā)展，擁有巨大的粉末冶金零部件市場前景，已經(jīng)成為眾多國際粉末冶金企業(yè)關注的焦點。
粉末冶金鐵基零件在汽車上主要應用于發(fā)動機、傳送系統(tǒng)、ABS系統(tǒng)、點火裝置等。汽車發(fā)展的兩大趨勢分別為降低能耗和環(huán)保；主要技術手段則是采用先進發(fā)動機系統(tǒng)和輕量化。
歐洲對汽車尾氣過濾為粉末冶金多孔材料又提供了很大的市場。在目前的發(fā)動機工作條件下，粉末冶金金屬多孔材料比陶瓷材料具有更好的性能優(yōu)勢和成本優(yōu)勢。
工具材料是粉末冶金工業(yè)另一類重要產(chǎn)品，其中特別重要的是硬質(zhì)合金。目前制造業(yè)的發(fā)展朝著3A方向，即敏捷性（Agility）、適應性（Adaptivity）和可預測性（Anticipativity）。這要求加工工具本身更鋒利、剛性更好、韌性更高；加工材料的范圍擴大到呂合、鎂合金、鈦合金以及陶瓷等；尺寸精度要求更高；加工成本要求更低；環(huán)境影響要減到最小，干式加工比例更大。這些新要求加快了粉末冶金工具材料的發(fā)展。硬質(zhì)合金的晶粒（＜200nm＝和超粗晶粒（＞6um）；涂層技術發(fā)展很快，CVD、PVD、PCVD技術日益完善，涂層種類也很多，從常用的DTiCN/Al2O3 /TiN到CVD PCBN（聚晶立方BN）以及PVD TiAIN，Al2O3 ，cBN（立方BN）和SiMAlON等，滿足 加工場合的需要。
信息行業(yè)的發(fā)展也為粉末冶金工業(yè)提供了新的契機。日本電子行業(yè)用的粉末冶金產(chǎn)品已經(jīng)達到了每年4.3美元，其中熱沉材料占23%，發(fā)光與點極材料占30%。前者主要包括散熱材料，如Si/SiC，Cu-Mo，Cu-W，Al-SiC，AlN以及Cu/金剛石等材料；后者則主要包括鎢、鉬材料。
金屬粉末多孔材料
金屬粉末多孔材料的應用非常廣泛，如輕質(zhì)結構材料、高溫過濾裝置、分離膜等。目前最大的市場可能是柴油發(fā)動機的煙塵過濾裝置。德國的Fraunhofer研究所開發(fā)了一種金屬空心球制備技術，在聚合物基體上涂覆金屬粉末料漿，然后通過脫涂聚合物基體和粘結劑，最后燒結成各種具有空心結構的金屬球體。球體的直徑可叢1mm至8mm。所制備的鋼空心球的密度僅0.3g/cm3。
硬質(zhì)合金
納米晶和梯度結構是硬質(zhì)合金的兩個重點方向。納米晶材料方面包括晶粒長大控制和納米粉末制備。梯度結構合金方面包括工藝與結構的關系。將納米晶和梯度結構結合起來可能是一個很好的方向，能夠在更微觀層次上實現(xiàn)性能的可調(diào)。硬質(zhì)合金的硬度高，可加工性差，因此采用注射成形制備復雜形狀中小型零件是發(fā)展趨勢，但是其商用化仍然受技術成熟度的控制。硬質(zhì)合金其他方面的工作包括天家稀土及合金元素、斷裂韌性和可靠性表征等。
粉末輕金屬合金
汽車輕量化為鋁、鎂、鈦等輕金屬材料提供了廣闊的應用前景。粉末鋁合金在汽車上可應用的部位非常多，但Al-Si合金由于高比強度、高比剛度、低熱膨脹系數(shù)和耐磨性好，有可能率先在油泵齒輪方面大規(guī)模應用。從工業(yè)化角度來看，對粉末冶金鋁合金制備過程的優(yōu)化研究更為重要。鋁合金的另一個研究熱點是復合材料，包括傳統(tǒng)的Al/SiC，Al/C，Al/BN，Al/Ti（C，N）以及新出現(xiàn)的納米碳管增強鋁合金。高強粉末鋁合金與快速凝固技術密切相關。通過成分設計，在純鋁基體中加入金屬間化合物行成組元，可以制備高強度、高韌性、高熱穩(wěn)定性兼顧的鋁合金。該材料的室溫強度大于600Mpa，延伸率超過10%，在400℃還有很好的熱穩(wěn)定，疲勞極限是鍛造鋁合金的2倍。
鎂合金的密度更小，其應用前景可能更好，但目前仍處于研究狀態(tài)。采用快速凝固方法也是制備高性能粉末鎂合金的重要手段。目前該技術在安全性方面已經(jīng)沒有太大的問題，所制備出的材料性能也遠遠高于鑄造合金。
鈦合金在汽車上的應用主要是成本問題，而粉末鈦合金的主要障礙在于高性能低成本鈦粉。英國QinetiQ Ltd開發(fā)了一種店脫氧技術（EDO），可批量生產(chǎn)鈦粉。該技術與傳統(tǒng)的以海綿鈦為原料的氫化脫氫過程完全不同。它是一種類似于熔鹽電解的方法，以TiO2為陰極，石墨為陽極，在電解過程中TiO2的陽極遷移，并消耗陽極的炭形成CO，在陰極得到鈦粉。鈦粉的氧含量在0.035%~0.4%之間。采用這一技術還可方便地制備各種鈦合金粉末。由于對氣氛和雜質(zhì)的敏感性，粉末鈦合金的燒結也是工藝難點，通常與要熱等靜壓或后續(xù)熱加工。通過添加共晶形成組元和稀土元素能夠明顯改善粉末鈦合金的燒結致密度，其力學性能也能達到鍛造鈦合金水平。這一系列工作將大大推動鈦合金在汽車機關鍵部件上的應用。
對于以上粉末冶金的應用，我認為粉末冶金技術將會在多孔泡沫金屬的開發(fā)與制造上充分發(fā)揮其巨大優(yōu)勢，同時利用粉末易控制混合比例，可以在其中添加特定稀土元素，使其具有特定的功能，從而開發(fā)出各種功能材料。
多孔泡沫金屬是一種在金屬基體中含有一定數(shù)量 , 要 一定尺寸孔徑 , 一定孔隙率的孔洞的金 屬材料 。由于其結構特殊 ,因此具備了多方面的特殊性能 。作為結構材料 , 它具有輕質(zhì) , 高比強度 的特點 ; 作為功能材料 , 它具有多孔 , 減振 , 阻尼 , 吸音 , 隔音 , 散熱 , 吸收沖擊能 , 電磁屏蔽等多種 物理性能 , 因此在國內(nèi)外一般工業(yè)領域及高技術領域都得到了越來越廣泛的應用。日本在泡沫金屬的應用上取得了一系列的成果 , 用它生產(chǎn)列車的發(fā)電室 , 工廠的降噪裝置 .由于對 頻率大于 800 Hz 的噪聲有很強的消聲能力 ,可用它 來生產(chǎn)空壓機的消聲器材 , 另外還可用它來生產(chǎn)公 路的防聲壁 , 工廠的防聲墻 , 機械防聲屏 , 門內(nèi)消聲 件, 影響室及需要降低噪聲的場合等等 .在國防領 域的武器裝備中還可以制作魚雷的隔音板 , 減小魚 雷的噪音 . 利用其減振 , 阻尼性能 , 做緩沖器 , 吸振器 , 例 如宇宙飛船的起落架 , 升降機傳送安全墊 , 各種包裝 箱 , 特別是空運包裝箱 , 機床床身 , 底座 , 減小齒輪 振動和噪聲的阻尼環(huán) , 高速磨床吸能內(nèi)襯。利用 Ti 或 Co - Cr 合金泡沫與人體的生物相 容性 ,可用于人體骨骼或牙齒的替代材料 ,Mg 泡沫 也有望作為人工骨頭的材料。
在目前的金屬材料中，我們還沒有研發(fā)出同時擁有塑料一樣的彈性和金屬的強度的金屬，猶豫金屬原子的間距與相互作用，我們一直無法克服這一難點。試想，利用粉末冶金技術，在粉末中定性定量的加入某些元素（比如稀土元素），使材料微粒保持適當間距，在收到一定壓力時才會減小間距使材料收縮變化，當壓力消除后，材料又會恢復到原來的形態(tài)。
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