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    粉末冶金是一种能够制备复杂形状的近净型产品的生产技术，其制备的零件性能与其密度有很大的关系。对铁基粉末冶金零件而言，密度达到7．2g／cm 后，其硬度、抗拉强度、疲劳强度、韧性等都会随密度的增加而呈几何级数增大。例如，密度对烧结钢性能的影响见图1 。而传统一次压制次烧结生产的铁基粉末冶金制品，其密度一般在7．1 g／cm （相对密度约90％）以下，因此其力学性能远低于同类材料的全致密件。为了扩大粉末冶金制品的应用范围，提高粉末冶金材料的性能尤其是力学性能，各国经过多年的研究，开发出了多种不同的生产工艺，如高温烧结、渗铜技术、复压复烧、粉末锻造、热等静压、喷射沉积、温压工艺、快速压制等。这些新技术的出现，对粉末冶金材料和制品的发展起了突破性的促进作用，明显扩大了粉末冶金技术的应用范围，推动了粉末冶金工业的快速发展。
    1 温压技术
    温压技术是美国Hoeganaes公司在加拿大多伦多举行的pMaTEC94（1994International ConferenceOn Powder Metallurgy and Particulate Materials）粉末冶金和颗粒材料会议上公布的。它被公布之后，很快被用于实际生产中，现已被认为是进入20世纪90年代以来粉末冶金零件生产技术方面zui为重要的一项技术进步 。而粉末冶金学界称誉温压技术为“开创铁基粉末冶金零部件应用新纪元”和“导致粉末冶金技术革命”的新型成形技术。
    1．1 传统温压
    所谓温压（Warm Compaction，WC）就是指采用特殊的粉末加温、粉末输送和模具加热系统，将加有特殊润滑剂的预合金粉末和模具加热至130～150℃ ，同时为保证良好的粉末流动性和粉末充填行为，将温度波动控制在±2．5℃ 以内，然后按传统粉末压制工艺进行压制的一项新型粉末冶金生产技术。目前世界上已推出的受保护的温压工艺有瑞典Hoeganaes AB公司的DensmixTM、美国Hoeganaes公司的Ancordense 和加拿大Quebec Metal Powder（QMP）的Flowment WP等。与传统的粉末冶金压制工艺相比，温压工艺具有以下一些技术特点：．
    （1）能以较低的成本制造出高性能的铁基粉末冶金零部件。由于与普通的模压相比较，粉末及模具仅加热到150℃ 左右，故可在普通粉末压机上添加加热系统就可改造为温压机，所需投入并不大。而且采用温压工艺生产的生坯强度高，又可直接进行附加的机加工，而压制压力和脱模压力均能较低，故模具寿命高，可显著降低成本，是一种不复杂但效益高的新技术。据资料分析 ，温压工艺虽比常规一次压制烧结工艺的相对成本提高了20％ ，但比浸铜工艺、复压复烧工艺、粉末锻造工艺，分别降低了20 ％ 、30 ％ 和80 ％ 。
    （2）零件压坯密度高。通过采用温压技术，通常能使铁基粉末冶金零件的压坯密度达到7、25～7．60 g／cm3 ，与传统一次压制烧结工艺相比提高了0．15～ 0．3 g／cm3 。
    （3）产品具有高强度。与传统模压工艺相比，用温压制造的零件的疲劳强度可提高10％ ～40％ ，极限抗拉强度提高10 ％ ，烧结态极限抗拉强度≥1 200 MPa。特别是零件经温压、烧结后进行适度的复压，其疲劳性能与粉末热锻件相当。
    （4）能够制造形状复杂以及要求精度高的零件。采用温压技术，能使压坯的脱模压力降低30％ 以上，而压坯强度提高125％．～200％ ，并且弹性后效小（0．1％ ～0．16％），烧结收缩率也只有0．025％～ 0．08 ％左右。这一切均为制造形状复杂以及尺寸精度要求高的零件创造了良好的条件。
    （5）压坯密度分布均匀。采用温压工艺制备的齿轮类零件，其齿部与根部问的密度差比常规压制工艺低0．1～0．2 g／cm 。
    1．2 流动温压
    在传统温压的基础上，德国的Fraunhofer应用材料研究所开发出来了流动温压（Warm Flow Compaction，WFC）。Fraunhofer研究所是从1996年4月开始对温压技术进行基础性研究的，其中包括对温压压制过程的计算机模拟和温压件烧结机制的研究 。流动温压是以温压工艺为基础并结合金属注射成形（Metal Iniection Molding，MIM ）工艺的优点而发展起来的。它是指在一定温度下，将一定量的粗粉（粒度为100um 左右）和微细粉[粒度为0．5～20 um，一般占l0％ ～20％（质量分数）]以及热塑性润滑剂相混合配制出性能均一并且具有良好流动性的混合粉末，然后和传统温压工艺一样在80～ 130℃ 下进行压制，zui后烧结而制成成品的粉末冶金新技术。它的关键技术是提高混合粉末的流动性，为此，Fraunhofer研究人员选用了两种方法，其一是在粉末中加入微细粉末，使之填充到大颗粒之间的间隙中，从而提高混合粉末的松装密度；其二是加入比传统粉末冶金工艺更多但比粉末注射成形少得多的粘结剂和润滑剂，使混合粉末在压制中转变为一种填充性很好的黏流体，混合粉末良好的流变行为使得粉末在压制过程中可以流向各个角落而不产生裂纹。由于加入了适量的微细粉末和加大了润滑剂的含量而大大提高了混合粉末的流动性、填充能力和成形性，因此流动温压具有可成形形状复杂的零件、性能均一、高密度、低成本等特点 。利用该工艺可成形形状非常复杂的零件，如垂直于压制方向上的凹槽、孔以及螺纹孔等。Fraunhofer研究人员还发现，流动温压工艺几乎适用于所有的粉末体系，但于成形低合金钢、Ti以及WC—Co等硬质合金粉末。
    1．3 高压温压
    在美国奥兰多举行的PMC TEC2002会议上，日本丰田汽车中心研发室的研究人员MikioKondoh披露了利用温压、模壁润滑（Die Wall Lubrication，DWL）和高压制压力，制得近乎全致密的铁基粉末压坯u 。他们发现，采用水中弥散分布的无污染硬脂酸锂（粒度为10um）作为润滑剂，这种润u滑剂用于加热的模具上，能在压坯表面迅速形成1um厚均匀的化学吸附润滑膜层，通过机械化学反应，可在高压下压制。他们比较了两种粉末的高压温压压制，ASC100．29铁粉在1 176 MPa、150℃ 条件下温压，可得到7．74 g／cm 3的压坯密度（同样压力下，室温压制时压坯密度只有7．3 g／cm ）， 弹性后效<0．1％ （而室温时为0．35％）。并且脱模压力随压力的增大而降低（1 176 MPa压力下时脱模压力只有10 MPa左右），这与室温压制时相反，见．图2.  用压缩性更好的ABC100．30铁粉于模壁润滑、1 960 MPa、150℃ 时温压，其压坯密度甚至高达7．85 g／cm3（相对密度达到99．9％），压坯强度也达到180 MPa左右。而同样压力下室温压制密度只有7．3 g／cm3 左右，这说明压制压力对温压的效果有很大影响。压制压力越大，温压效果越好。
    2 高速压制技术
    同样在PM TEC2002会议上，瑞典Hoeganaes AB公司的Paul Skoglund等提出了高速压制（High Velocity Compaction，HVC）的粉末冶金制造新方法。他们用液压冲击机在压制压力为600～1 000 MPa、压制速度为2～30 m／s（比传统压制快500～1000倍）的条件下进行压制，得到了压坯密度为7．4 g／cm3以及重量将近5 kg的粉末冶金铁基零件，这样重量的粉末冶金制品将大大扩大粉末冶金的应用范围。其原理为，液压驱动的重锤可以产生强烈的冲击波，在很短的时间内（0．02 S左右）将压制能量通过压模传给粉末进行致密化，重锤的质量和冲击时的速度决定压制能量与致密化程度；另外，高速压制可以产生多重冲击波，每间隔0．3 s的一个个附加冲击波将密度不断提高，重锤的质量与冲击时的速度决定压制能量与致密化程度。与传统压制相比，高速压制的密度可提高0．3 g／cm3左右，因而抗拉强度和屈服强度能相应地提高20％ ～25％ 。高速压制压坯的径向弹性后效很小，故脱模压力较小，并且压坯密度均匀，其偏差小于0．01 g／cm3。高速压制工序与传统压制一样，模具设计也相似，模具使用寿命可达10万次以上。用高速压制工艺可以生产阀座、气门导管、主轴承盖、轮毂、齿轮、法兰、连杆、轴套以及轴承座等产品。Paul Skoglund等还预测了用与HVC相关的工艺方法能够制造出铁基零件的可能zui大密度及其费用，见表1。从表1可以看出，与其它粉末冶金制造方法相比，高速压制特别是高速复压具有明显的技术和经济优势，并且该技术可使粉末冶金制品的应用范围进一步扩大。
    3 粉末冶金技术的应用及预测
    近些年来，我国粉末冶金零件行业在不断地提高产品质量和开发新产品、新材料、新工艺。例如，宁波东睦新材料股份公司用粉末冶金方法生产出了其他方法无法生产的摩托车用变档凸轮从动齿轮，其密度可达7．4～7．9 g／cm3。扬州保来得工业公司用温压工艺生产出了冲击钻用的冲击棘轮，其烧结态的密度为7．2 g／cm ，冲击功≥ 15 J，拉伸强度≥480 MPa，与传统工艺相比，其生产成本可降低50％ 。而上利用温压等新工艺制造出了越来越多的标志性产品。例如，德国Sinterstahl GmbH公司用温压技术生产出了复杂的摩擦传动用同步齿环，并在美国新奥尔兰举行的PM TEC会议上获奖。该零件的齿部密度≥7．3g／cm3 ，环体密度≥7．1 g／cm3，压坯强度≥28 MPa，抗拉强度≥850 MPa。该齿环由于使用了温压技术和采用了粉末冶金零件，使得综合成本降低了38％。日本日立粉末金属公司采用温压工艺生产的粉末冶金小节锥半角斜伞齿轮，成功地取代了过去以机加工锻钢坯的昂贵生产工艺，并获得了日本粉末冶金协会颁发的1999年度新设计奖 。Stackpole Ltd公司用粉末冶金技术生产的行星齿轮托架组件获得了MPIF 2001年度大奖和EPMA 创新奖。法国Federal Mogul公司为汽车工业制造了使用性能与锻造以及粉末锻造相近但成本较低的温压连杆，获得了2000年度的EPMA（欧洲粉末冶金协会）创新大奖，该公司计划2002年生产350～600 g重的各种连杆1 500万件 。日本日产汽车公司用粉末冶金温压工艺开发出了汽车发动机链轮以及用温压一高温烧结工艺开发出了直喷汽油（DIG）汽车发动机无声链条系统用链轮，并都确定了批量生产的技术因素。
   粉末冶金行业的发展与汽车制造业密切相关，据统计铁基粉末制品*的约70％ 在汽车制造业。在北美 ，典型家用轿车上粉末冶金制品的用量2002年已达17．7 kg／辆 （1997年仅为7 kg／辆），预计到2003年将达到18．4 kg／辆，见表2。而一些大型运输车上使用的粉末冶金零件甚至超过了22．6 kg／N 。据对我国粉末冶金零件市场的预测 ，在2000年生产规模的基础上，到2005年，摩托车、汽车行业将分别有40％ 、70％ 的增幅，达到1 300万、300万辆左右。而且，在近年来新上市的汽车中，粉末冶金零件的种类和重量也在逐渐增多。例如，前几年才投放市场的上海通用汽车有限公司生产的别克（Buick）轿车 ，每辆使用粉末冶金零件达35种，12．5 kg，用量是普通桑塔纳轿车的4倍（每辆用粉末冶金零件仅15种3 kg）。因此，随着我国汽车行业的快速发展，必将为我国的粉末冶金行业提供一个广阔的发展市场。
    4 结束语
    在市场化的今天，粉末冶金新材料的一个重要开发方向是使粉末经过一次压制／烧结制造出高密度的烧结材料。除改善产品性能、增加新产品外，粉末冶金技术的另一个发展方向是降低生产成本。像温压、流动温压、高压温压、高速压制等新的粉末冶金生产技术，能以较低的加工成本制造高性能铁基P／M 零件，这为进一步扩大粉末冶金零件的应用范围提供了新的技术途径。