山(shan)東埃(ai)爾派 | 點擊量：0次 | 2019-12-10
粉末冶金新材料一覽
摘要
粉末冶金高速鋼 傳統熔煉鑄造法制造的高速鋼，其鋼錠不可避免會產生合金成分不均和粗大萊氏體偏析，這已成為其組織結構的瘤疾，長期困擾著冶金學家。正是粉末冶金工藝成功
粉末冶金高速鋼
傳統(tong)熔煉鑄造(zao)(zao)法制(zhi)造(zao)(zao)的高(gao)(gao)速(su)(su)(su)鋼(gang)(gang)(gang)(gang)(gang)(gang)(gang)，其鋼(gang)(gang)(gang)(gang)(gang)(gang)(gang)錠不可(ke)避免會(hui)產生(sheng)合金(jin)(jin)成分不均(jun)和粗大萊氏體偏析，這已成為其組織結構的瘤疾，長(chang)期困擾(rao)著冶(ye)金(jin)(jin)學家(jia)。正是粉末(mo)冶(ye)金(jin)(jin)工(gong)藝成功解決了(le)傳統(tong)冶(ye)金(jin)(jin)工(gong)藝這一(yi)(yi)(yi)問題，消除了(le)宏觀(guan)偏析，使晶粒細化，性(xing)能顯著提(ti)(ti)高(gao)(gao)且各向同性(xing)，為生(sheng)產超高(gao)(gao)合金(jin)(jin)含量(liang)高(gao)(gao)速(su)(su)(su)鋼(gang)(gang)(gang)(gang)(gang)(gang)(gang)提(ti)(ti)供(gong)了(le)可(ke)行(xing)途(tu)徑。1965年，美(mei)國Crucible Materials公司發明粉末(mo)冶(ye)金(jin)(jin)高(gao)(gao)速(su)(su)(su)鋼(gang)(gang)(gang)(gang)(gang)(gang)(gang)，1971年投產，年產量(liang)1200t，以CPM(Cracible Particle Metallurgy)系列共10余個(ge)牌號(hao)銷售。瑞典Soderfors公司是世(shi)界上(shang)生(sheng)產這種鋼(gang)(gang)(gang)(gang)(gang)(gang)(gang)材的最大廠家(jia)之一(yi)(yi)(yi)，其氣霧(wu)化一(yi)(yi)(yi)熱等靜壓生(sheng)產線于(yu)1970年投產。1994年，法國高(gao)(gao)速(su)(su)(su)鋼(gang)(gang)(gang)(gang)(gang)(gang)(gang)公司(Erasteel)所(suo)屬瑞典Soderfors廠采用(yong)鋼(gang)(gang)(gang)(gang)(gang)(gang)(gang)包精煉法(Electro-Slag-Heating，ESH)對氣霧(wu)化前鋼(gang)(gang)(gang)(gang)(gang)(gang)(gang)液進行(xing)精煉，將非金(jin)(jin)屬夾雜減少90%，獲得高(gao)(gao)純凈鋼(gang)(gang)(gang)(gang)(gang)(gang)(gang)，進一(yi)(yi)(yi)步提(ti)(ti)高(gao)(gao)了(le)粉末(mo)冶(ye)金(jin)(jin)高(gao)(gao)速(su)(su)(su)鋼(gang)(gang)(gang)(gang)(gang)(gang)(gang)的質量(liang)。
粉末(mo)冶金(jin)(jin)高(gao)(gao)速鋼優(you)良的組織(zhi)和(he)性(xing)能，得益于快速凝(ning)固制粉與熱(re)等(deng)靜(jing)壓(ya)、熱(re)擠(ji)壓(ya)致(zhi)密化(hua)工(gong)藝的結合。粉末(mo)冶金(jin)(jin)法能夠生產(chan)常規冶金(jin)(jin)法難以和(he)不(bu)能生產(chan)的高(gao)(gao)合金(jin)(jin)、富碳化(hua)物高(gao)(gao)速鋼。粉末(mo)冶金(jin)(jin)高(gao)(gao)速鋼中的合金(jin)(jin)總量高(gao)(gao)達30%以上仍(reng)具有(you)均勻的組織(zhi);釩含量高(gao)(gao)達9.8%時可(ke)磨(mo)削(xue)性(xing)仍(reng)然良好(hao)。這一成(cheng)分(fen)設(she)計準則也可(ke)應(ying)用于其他高(gao)(gao)合金(jin)(jin)工(gong)具鋼。此外，粉末(mo)治(zhi)金(jin)(jin)工(gong)藝允許加入硫來(lai)提高(gao)(gao)高(gao)(gao)速鋼的可(ke)磨(mo)削(xue)性(xing)，而不(bu)降低其力學性(xing)能。
粉(fen)末冶金(jin)高(gao)(gao)速(su)鋼(gang)(gang)(gang)用(yong)于制造工具(ju)(ju)，主要是模具(ju)(ju)和(he)異形刀具(ju)(ju)，特別適于切削加(jia)(jia)工韌性溶硬鋼(gang)(gang)(gang)、耐熱(re)高(gao)(gao)合金(jin)鋼(gang)(gang)(gang)、奧氏體不銹(xiu)鋼(gang)(gang)(gang)、鎳基高(gao)(gao)溫(wen)合金(jin)、鈦(tai)鋁合金(jin)等(deng)，是航空工業用(yong)于切削加(jia)(jia)工難加(jia)(jia)工的(de)(de)高(gao)(gao)溫(wen)合金(jin)和(he)鈦(tai)合金(jin)的(de)(de)優(you)秀刀具(ju)(ju)材(cai)料。此外(wai)，還用(yong)來制作高(gao)(gao)強(qiang)度、耐磨損和(he)抗疲(pi)勞(lao)的(de)(de)結構零件(jian)，如(ru)汽車內燃機(ji)配(pei)件(jian)和(he)飛機(ji)發(fa)動機(ji)軸承。美國粉(fen)末冶金(jin)高(gao)(gao)速(su)鋼(gang)(gang)(gang)的(de)(de)用(yong)量已超過(guo)熔煉(lian)高(gao)(gao)速(su)鋼(gang)(gang)(gang)。
02
稀土永磁
稀(xi)土永磁合金是稀(xi)土金屬(Sm、Nd、Pr等(deng)，以R表示)與過渡金屬(Co、Fe等(deng)，以TM表示)形成(cheng)的一類高性能(neng)永磁材(cai)料(liao)。通常將1967年(nian)出現(xian)的SmCo5(1-5型(xing))、1977年(nian)出現(xian)的Sm2TM17(2-17型(xing))和1983年(nian)出現(xian)的Nd-Fe-B分別(bie)稱作第(di)一代、第(di)二代和第(di)三代稀(xi)土永磁材(cai)料(liao)。其最大磁能(neng)積(BH)max分別(bie)為：
SmCo5 160kJ/m3
Sm2TM7 200~240 kJ/m3
Nd-Fe-B 240-400 kJ/m3
1983年6月日本住(zhu)友公司(si)率(lv)先宣布研(yan)制成功新型永(yong)磁(ci)(ci)(ci)材(cai)料Nd-Fe-B(銣鐵硼)，最(zui)大(da)磁(ci)(ci)(ci)能積(BH)max。可達(da)280kJ/m3(35MGOe)。Nd-Fe-B系(xi)永(yong)磁(ci)(ci)(ci)材(cai)料號(hao)稱永(yong)磁(ci)(ci)(ci)之(zhi)王，90年代最(zui)大(da)磁(ci)(ci)(ci)能積(BH)max 實(shi)驗(yan)室水平達(da)416 kJ/m3(52MGOe)。1993年開發(fa)的超高性(xing)能的Nd-Fe-B永(yong)磁(ci)(ci)(ci)材(cai)料，其(BH)max達(da)431 kJ/m3(54.2MGOe)。
Nd-Fe-B永磁主要用于各種電機、起動(dong)機、音響設備、核磁共振成像、磁懸浮、波束控(kong)制、機器(qi)人(ren)、測量儀表、辦(ban)公機械(xie)、傳(chuan)感器(qi)、磁耦(ou)合軸承(cheng)和繼電器(qi)等。
1969年(nian)(nian)，我國開始第(di)(di)一(yi)代(dai)稀土永(yong)磁的研究開發工作，20世紀80年(nian)(nian)代(dai)初已能(neng)批量(liang)生產第(di)(di)一(yi)代(dai)和第(di)(di)二代(dai)稀土永(yong)磁體，用于(yu)行波管(guan)等高(gao)(gao)級磁性器件。1983年(nian)(nian)底，鋼鐵研究總院(yuan)研制成(cheng)功Nd-Fe-B材料，其最(zui)大磁能(neng)積(BH)max 達240kJ/m3左右，1987年(nian)(nian)將(BH)max。提(ti)高(gao)(gao)到(dao)415kJ/m3以(yi)上。
03
粉末冶金高溫合金
粉末(mo)(mo)冶(ye)(ye)(ye)金(jin)(jin)高(gao)(gao)溫(wen)合(he)(he)(he)(he)金(jin)(jin)(或稱粉末(mo)(mo)超合(he)(he)(he)(he)金(jin)(jin))是制造(zao)高(gao)(gao)推比新(xin)型航空發動機(ji)(ji)零部件的(de)最佳材料(liao)。粉末(mo)(mo)冶(ye)(ye)(ye)金(jin)(jin)高(gao)(gao)溫(wen)合(he)(he)(he)(he)金(jin)(jin)與(yu)傳統(tong)鑄鍛合(he)(he)(he)(he)金(jin)(jin)相(xiang)比，其(qi)晶粒細小，組織均(jun)勻，無宏觀偏析，合(he)(he)(he)(he)金(jin)(jin)化程度(du)高(gao)(gao)，屈服強(qiang)度(du)高(gao)(gao)，疲勞性能高(gao)(gao)，加工(gong)性能好。粉末(mo)(mo)冶(ye)(ye)(ye)金(jin)(jin)方法(fa)可(ke)以實現近終形工(gong)藝成(cheng)形，因而節(jie)約材料(liao)，成(cheng)本(ben)低。粉末(mo)(mo)冶(ye)(ye)(ye)金(jin)(jin)高(gao)(gao)溫(wen)合(he)(he)(he)(he)金(jin)(jin)主要用于(yu)制造(zao)航空發動機(ji)(ji)的(de)渦輪(lun)盤(pan)、壓氣機(ji)(ji)盤(pan)、鼓筒(tong)軸、封嚴(yan)盤(pan)、封嚴(yan)環、導風輪(lun)及渦輪(lun)盤(pan)高(gao)(gao)壓擋板等高(gao)(gao)溫(wen)承(cheng)力(li)轉(zhuan)動零件。在粉末(mo)(mo)冶(ye)(ye)(ye)金(jin)(jin)高(gao)(gao)溫(wen)合(he)(he)(he)(he)金(jin)(jin)領域開展研究的(de)有美國(guo)、俄國(guo)、英(ying)國(guo)、法(fa)國(guo)、德國(guo)、加拿(na)大(da)、中(zhong)(zhong)國(guo)、日本(ben)、意大(da)利、瑞典以及印(yin)度(du)等國(guo)，其(qi)中(zhong)(zhong)，美國(guo)、俄羅斯處(chu)于(yu)領先地(di)位(wei)。
1969年(nian)(nian)(nian)，M M Allen首(shou)先用粉末(mo)(mo)冶金(jin)(jin)(jin)(jin)方法生產Astroloy高(gao)溫(wen)合金(jin)(jin)(jin)(jin)。1970年(nian)(nian)(nian)，S M Reichman研(yan)究低碳In-100粉末(mo)(mo)冶金(jin)(jin)(jin)(jin)高(gao)溫(wen)合金(jin)(jin)(jin)(jin)，獲(huo)得超塑性;1972年(nian)(nian)(nian)美(mei)(mei)國(guo)Pratt-Whiney飛機(ji)公(gong)司(si)(si)(si)以(yi)(yi)其制(zhi)造F-100發動機(ji)使(shi)用的壓氣機(ji)盤(pan)(pan)和渦(wo)輪盤(pan)(pan)等11個部件，裝在F15、F16飛機(ji)上。P&W公(gong)司(si)(si)(si)僅以(yi)(yi)粉末(mo)(mo)冶金(jin)(jin)(jin)(jin)渦(wo)輪盤(pan)(pan)和凝(ning)固渦(wo)輪葉片兩項重大革新，就使(shi)F-100發動機(ji)的推重比達到8的世界先進水平。至1984年(nian)(nian)(nian)，該公(gong)司(si)(si)(si)使(shi)用粉末(mo)(mo)高(gao)溫(wen)合金(jin)(jin)(jin)(jin)盤(pan)(pan)已超過3萬(wan)件。1988年(nian)(nian)(nian)，GEGE公(gong)司(si)(si)(si)研(yan)制(zhi)出第二代(dai)粉末(mo)(mo)冶金(jin)(jin)(jin)(jin)高(gao)溫(wen)合金(jin)(jin)(jin)(jin)Rene88DT。此后，在美(mei)(mei)國(guo)軍用及民用飛機(ji)土，均使(shi)用Rene88DT粉末(mo)(mo)盤(pan)(pan)。1997年(nian)(nian)(nian)，P&W公(gong)司(si)(si)(si)以(yi)(yi)DT-PIN100合金(jin)(jin)(jin)(jin)制(zhi)造雙性能(neng)粉末(mo)(mo)盤(pan)(pan)，裝在第四代(dai)戰(zhan)斗(dou)機(ji)F22的F119發動機(ji)上。
前蘇(su)聯(lian)的研(yan)究(jiu)工作始于(yu)20世紀60年(nian)(nian)代末，1978年(nian)(nian)，正(zheng)式在軍用(yong)(yong)航(hang)(hang)空(kong)發動機(ji)上使(shi)用(yong)(yong)粉末冶(ye)金高(gao)溫合金渦輪(lun)盤(pan)(pan)。80年(nian)(nian)代末研(yan)制出IIC-90A民用(yong)(yong)航(hang)(hang)空(kong)發動機(ji)盤(pan)(pan)件(jian)，至1993年(nian)(nian)已累計生產各(ge)類粉末高(gao)溫合金盤(pan)(pan)件(jian)2.5萬個，至1995年(nian)(nian)裝機(ji)使(shi)用(yong)(yong)盤(pan)(pan)、軸類件(jian)總數已超過4萬件(jian)。
04
粉末冶金(jin)高強度鋁(lv)合金(jin)
早在(zai)20世紀(ji)40年代中期，美(mei)國鋁(lv)工業公司(Alcoa)便開始進行(xing)燒結鋁(lv)的(de)研(yan)究。1952年，該公司開發了第一(yi)代粉末冶(ye)金鋁(lv)合金材料(SAP)。這(zhe)是一(yi)種Al-Al2O3，彌散(san)強化型合金，具有優異的(de)高溫強度和熱穩定性。
70年(nian)代出(chu)現的(de)快(kuai)速(su)凝(ning)固技(ji)(ji)術、機械合(he)金(jin)化(hua)技(ji)(ji)術和(he)復合(he)技(ji)(ji)術，促成(cheng)粉末冶金(jin)高強度(du)鋁合(he)金(jin)問(wen)世，并在(zai)80年(nian)代得(de)到迅速(su)發(fa)展(zhan)。快(kuai)速(su)凝(ning)固和(he)機械合(he)金(jin)化(hua)使鋁合(he)金(jin)產生(sheng)質(zhi)的(de)飛躍，其組(zu)織(zhi)明顯細化(hua)，基(ji)本消除偏析，合(he)金(jin)成(cheng)分設計(ji)范(fan)圍大(da)大(da)擴展(zhan)，抗拉強度(du)、彈性模(mo)量(liang)、耐腐蝕性和(he)疲勞性能(neng)全(quan)面提(ti)高，特別是(shi)斷裂韌性與強度(du)兼顧得(de)較(jiao)好(hao)。快(kuai)速(su)凝(ning)固工藝可獲得(de)亞穩相，析出(chu)細小(xiao)的(de)彌散體(ti)，這是(shi)鑄(zhu)錠冶金(jin)技(ji)(ji)術所無法實現的(de)。
出于(yu)(yu)宇航(hang)工業的需要(yao)，美國(guo)、前(qian)蘇聯(lian)、英國(guo)、原聯(lian)邦德(de)國(guo)、日本(ben)、法國(guo)等(deng)多個(ge)國(guo)家對(dui)快速凝固鋁合金(jin)(jin)進行了研究和(he)(he)開發。美國(guo)快速凝固鋁合金(jin)(jin)7090(Al-8.0Zn-2.5Mg-1.0Cu-1.5Co)和(he)(he)7091(Al-6.5Zn-2.5Mg-1.5Cu-0.4Co)已商品化，Lockhead公司(si)的S-3飛機機翼使用7091合金(jin)(jin)后重量減輕了116kg。美國(guo)Alcoa公司(si)將快速凝固7090合金(jin)(jin)用于(yu)(yu)制造波音757-200飛機主起落架(jia)梁撐桿(gan)和(he)(he)主起落架(jia)艙門的絞鏈(lian)、動(dong)筒配件(jian)、底座、齒輪等(deng)傳(chuan)動(dong)裝置，減重15%。
快(kuai)速凝(ning)固耐磨鋁硅合(he)金在日本(ben)(ben)和(he)德國已獲應(ying)用(yong)。日本(ben)(ben)80年(nian)代(dai)開始采(cai)用(yong)快(kuai)速凝(ning)固Al-Si合(he)金粉(fen)末(mo)制造(zao)汽車(che)(che)發動機(ji)(ji)閥門彈(dan)簧(huang)座和(he)連(lian)桿(gan)，相應(ying)構(gou)件的重量(liang)減輕60%和(he)30%，體發動機(ji)(ji)速度大(da)為提高。住友電工采(cai)用(yong)快(kuai)速凝(ning)固高硅Al合(he)金制造(zao)汽車(che)(che)空調壓(ya)縮機(ji)(ji)轉子和(he)葉片，使整個壓(ya)縮機(ji)(ji)減膏40%。1997年(nian)，德國PEAK公司開始批量(liang)生產過(guo)共晶Al-Si合(he)金棒坯(pi)，最大(da)尺寸Φ300mm×2500mm。棒壞(huai)經(jing)加(jia)工制勵Benz最新一代(dai)V8和(he)V12發動機(ji)(ji)汽缸襯套。
05
粉(fen)末冶金(jin)金(jin)剛石(shi)-金(jin)屬(shu)工具材料
粉末(mo)冶(ye)(ye)金(jin)(jin)技術于20世紀(ji)20年代(dai)進(jin)人金(jin)(jin)剛石(shi)工(gong)(gong)具(ju)制(zhi)(zhi)著業，逐步(bu)取代(dai)機(ji)械(xie)卡(ka)固法和青銅(tong)澆鑄(zhu)嵌鑲法而占據(ju)主(zhu)導(dao)的位。以粉末(mo)冶(ye)(ye)金(jin)(jin)法制(zhi)(zhi)造(zao)金(jin)(jin)剛石(shi)-金(jin)(jin)屬工(gong)(gong)具(ju)，工(gong)(gong)藝簡便，成(cheng)本低，效率高，產(chan)品質量優良(liang)。1930年，以粉末(mo)冶(ye)(ye)金(jin)(jin)工(gong)(gong)藝(混合-壓制(zhi)(zhi)-燒結(jie))制(zhi)(zhi)造(zao)的金(jin)(jin)剛石(shi)砂輪和鋸片誕生，并迅(xun)速在硬質材(cai)料加工(gong)(gong)中廣(guang)泛應用。20世紀(ji)30年代(dai)末(mo)期，粉末(mo)冶(ye)(ye)金(jin)(jin)浸漬法制(zhi)(zhi)造(zao)的金(jin)(jin)剛石(shi)地(di)質鉆(zhan)(zhan)頭投入應用。40年代(dai)，大型(xing)復雜型(xing)面(mian)金(jin)(jin)剛石(shi)石(shi)油鉆(zhan)(zhan)頭出(chu)現，在地(di)質、石(shi)油硬地(di)層鉆(zhan)(zhan)探中易示出(chu)威力。
1953年和(he)(he)1954年，瑞(rui)典和(he)(he)美國成功合(he)成金(jin)剛石(shi)。人(ren)(ren)造(zao)(zao)金(jin)剛石(shi)粒(li)度較(jiao)細，適合(he)制(zhi)造(zao)(zao)磨具(ju)的(de)要求，但機械卡固無法將工(gong)(gong)(gong)具(ju)成形。以粉末(mo)(mo)冶(ye)金(jin)法制(zhi)造(zao)(zao)人(ren)(ren)造(zao)(zao)金(jin)剛石(shi)工(gong)(gong)(gong)具(ju)，是粉末(mo)(mo)冶(ye)金(jin)技術對金(jin)剛石(shi)工(gong)(gong)(gong)業再一(yi)次推動。粉末(mo)(mo)冶(ye)金(jin)人(ren)(ren)造(zao)(zao)金(jin)剛石(shi)工(gong)(gong)(gong)具(ju)包括：砂(sha)輪(lun)修(xiu)整工(gong)(gong)(gong)具(ju)，金(jin)屬研(yan)磨工(gong)(gong)(gong)具(ju)，拉絲模，石(shi)油和(he)(he)地質鉆頭，建筑工(gong)(gong)(gong)程(cheng)施工(gong)(gong)(gong)工(gong)(gong)(gong)具(ju)，半導體加工(gong)(gong)(gong)工(gong)(gong)(gong)具(ju)，以及石(shi)材、玉(yu)器、玻璃和(he)(he)陶瓷加工(gong)(gong)(gong)工(gong)(gong)(gong)具(ju)等。
高(gao)溫高(gao)壓燒結(jie)金(jin)(jin)(jin)(jin)剛石(shi)(shi)聚(ju)晶體(ti)(ti)(PCD，polycrystallinity diamond)的出現，結(jie)束了磨料級金(jin)(jin)(jin)(jin)剛石(shi)(shi)限(xian)于制作(zuo)磨具(ju)的歷史，是金(jin)(jin)(jin)(jin)剛石(shi)(shi)工(gong)具(ju)業一項重大(da)成就。燒結(jie)聚(ju)晶體(ti)(ti)的綜合(he)力學性能(neng)優于天然金(jin)(jin)(jin)(jin)剛石(shi)(shi)，它不存在(zai)解(jie)理面，性能(neng)各向同(tong)性，耐沖擊性較好(hao)，而且(qie)，使金(jin)(jin)(jin)(jin)剛石(shi)(shi)加工(gong)中產(chan)生的大(da)量金(jin)(jin)(jin)(jin)剛石(shi)(shi)微粉得(de)到(dao)利用(yong)。金(jin)(jin)(jin)(jin)剛石(shi)(shi)復(fu)合(he)片即燒結(jie)金(jin)(jin)(jin)(jin)剛石(shi)(shi)聚(ju)晶/硬質合(he)金(jin)(jin)(jin)(jin)復(fu)合(he)體(ti)(ti)，由金(jin)(jin)(jin)(jin)剛石(shi)(shi)聚(ju)晶體(ti)(ti)層復(fu)合(he)在(zai)硬質合(he)金(jin)(jin)(jin)(jin)基體(ti)(ti)上(shang)構成，具(ju)有良好(hao)的綜合(he)性能(neng)。
人造(zao)金(jin)剛石(shi)(shi)聚(ju)晶體出(chu)現于(yu)(yu)20世紀60年(nian)代，1964年(nian)美(mei)國(guo)GE公司Da Lai首次取得(de)以金(jin)屬黏結(jie)劑促使金(jin)剛石(shi)(shi)顆粒之間產生(sheng)直(zhi)接結(jie)合的(de)(de)美(mei)國(guo)專利(li)。英(ying)國(guo)于(yu)(yu)1966年(nian)、前蘇聯于(yu)(yu)1967年(nian)報(bao)道了有關這方面的(de)(de)研(yan)究成果。1972年(nian)，美(mei)國(guo)GE公司公布并隨后生(sheng)產的(de)(de)Compax，是具有代表性(xing)的(de)(de)產品。我(wo)國(guo)鄭州磨(mo)料(liao)磨(mo)具磨(mo)削研(yan)究所于(yu)(yu)1969~1971年(nian)對PCD進行了研(yan)制，1972年(nian)在(zai)國(guo)際上首次將PCD金(jin)剛石(shi)(shi)燒結(jie)體JRSN用于(yu)(yu)巖層錨進。1987年(nian)我(wo)國(guo)研(yan)制成功人造(zao)金(jin)剛石(shi)(shi)/硬(ying)質(zhi)合金(jin)復合材料(liao)。
06
納米粉末材料
納(na)米(mi)材(cai)(cai)料包括納(na)米(mi)粉(fen)末(mo)材(cai)(cai)料、納(na)米(mi)多孔材(cai)(cai)料和(he)納(na)米(mi)致密(mi)材(cai)(cai)料。納(na)米(mi)粉(fen)末(mo)微粒(li)尺寸一(yi)般在1~100nm范(fan)圍。對這(zhe)一(yi)粒(li)度(du)(du)(du)范(fan)圍粉(fen)末(mo)系的研(yan)究(jiu)，可追溯到19世(shi)紀(ji)60年(nian)代(dai)膠體(ti)化(hua)學(xue)誕生(sheng)的時候(hou)。20世(shi)紀(ji)40年(nian)代(dai)也有此(ci)粒(li)度(du)(du)(du)范(fan)圍粉(fen)末(mo)的報道，只不過(guo)稱為(wei)(wei)超細粉(fen)末(mo)，定義(yi)粒(li)度(du)(du)(du)范(fan)圍為(wei)(wei)0.01~0.1μm(或以 Å 為(wei)(wei)度(du)(du)(du)量單位)。1962年(nian)，久保發現金(jin)屬(shu)超微粒(li)子與宏觀物(wu)體(ti)的熱性質不同，提出久保效(xiao)應(ying)(ying)。1963年(nian)出版的 H H H Auser所編的《New Types of Metal Powders》一(yi)書中(zhong)介紹，用(yong)60kW電子束爐(lu)制備(bei)的鐵(tie)、鋁(lv)、鎳、銅、鉻、鉀、鈕(niu)和(he)鎢(wu)粉(fen)，其粒(li)度(du)(du)(du)小于0.5um。1984年(nian)，R Berringer和(he)H Gleiter 等人采用(yong)情性氣體(ti)蒸發與原位壓(ya)制、燒結方法獲得(de)納(na)米(mi)晶金(jin)屬(shu)塊(kuai)體(ti)，并首次提出納(na)米(mi)晶材(cai)(cai)料的術(shu)語，納(na)米(mi)粉(fen)末(mo)材(cai)(cai)料作為(wei)(wei)一(yi)種(zhong)工程材(cai)(cai)料才(cai)正式(shi)登上(shang)科技舞臺(tai)。在1990年(nian)召(zhao)開的首屆世(shi)界(jie)納(na)米(mi)科學(xue)技術(shu)學(xue)術(shu)會議(yi)上(shang)，正式(shi)提出將納(na)米(mi)材(cai)(cai)料科學(xue)列為(wei)(wei)材(cai)(cai)料科學(xue)的一(yi)個新的分支。90年(nian)代(dai)研(yan)究(jiu)工作取(qu)得(de)進展(zhan)，應(ying)(ying)用(yong)逐漸增加。
制(zhi)取納米材料(liao)有多種(zhong)方(fang)法(fa)，粉末冶(ye)金法(fa)是常用的(de)一(yi)種(zhong)。
采(cai)(cai)用(yong)(yong)機(ji)械合金化(hua)(hua)技術(shu)(shu)制取納(na)米品材(cai)料，能合成(cheng)許多(duo)采(cai)(cai)用(yong)(yong)熔體(ti)快(kuai)淬、蒸發冷凝等(deng)技術(shu)(shu)不能獲得的新(xin)型合金材(cai)料，而且，工藝簡單，生產效率高，實用(yong)(yong)化(hua)(hua)可能性大(da)(da)。將納(na)米級(ji)粉末通過(guo)在過(guo)冷液相區進行燒(shao)(shao)結(jie)制成(cheng)塊體(ti)材(cai)料，其關鍵是防止(zhi)納(na)米晶粒在燒(shao)(shao)結(jie)過(guo)程中長大(da)(da)。熱(re)壓(ya)、熱(re)等(deng)靜壓(ya)、反應熱(re)壓(ya)、微波燒(shao)(shao)結(jie)、放電等(deng)離子(zi)體(ti)燒(shao)(shao)結(jie)、等(deng)離子(zi)體(ti)活化(hua)(hua)燒(shao)(shao)結(jie)以及激光燒(shao)(shao)結(jie)，是已被采(cai)(cai)用(yong)(yong)的燒(shao)(shao)結(jie)技術(shu)(shu)。
納米(mi)(mi)顆粒(li)(li)的(de)尺(chi)度處于(yu)原(yuan)子(zi)、分子(zi)、原(yuan)子(zi)團(tuan)簇(cu)與宏觀物體(包括(kuo)大于(yu)100mm的(de)粉末(mo)顆粒(li)(li))的(de)過渡(du)段，其性態既(ji)不同于(yu)分子(zi)和(he)原(yuan)子(zi)等微觀粒(li)(li)子(zi)，又與宏觀物體差別很大。納米(mi)(mi)顆粒(li)(li)具(ju)有(you)(you)量子(zi)尺(chi)寸(cun)效(xiao)(xiao)應(ying)、小尺(chi)寸(cun)效(xiao)(xiao)應(ying)、表面效(xiao)(xiao)應(ying)和(he)宏觀量子(zi)隧道效(xiao)(xiao)應(ying)，因(yin)而具(ju)有(you)(you)某(mou)些獨特的(de)性質。這些性質在(zai)催化、濾光、光吸收、儲(chu)氫、傳(chuan)感、磁介質、醫(yi)療、保健以(yi)及結構(gou)材(cai)料、工具(ju)材(cai)料等方面，有(you)(you)著喜人(ren)的(de)應(ying)用前景(jing)。納米(mi)(mi)粉末(mo)材(cai)料的(de)開發，拓(tuo)展了粉末(mo)冶金材(cai)料的(de)領域(yu)。
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非(fei)晶態(tai)合(he)金粉末材料
非晶(jing)(jing)態(tai)(tai)(tai)合(he)(he)金(jin)(jin)亦(yi)稱(cheng)玻璃態(tai)(tai)(tai)合(he)(he)金(jin)(jin)。這一類金(jin)(jin)屬(shu)和合(he)(he)金(jin)(jin)的(de)(de)原子(zi)結構不(bu)是(shi)長程有序，而(er)是(shi)處于原子(zi)無序的(de)(de)液(ye)態(tai)(tai)(tai)“凍結”狀(zhuang)態(tai)(tai)(tai)。制(zhi)取(qu)非晶(jing)(jing)態(tai)(tai)(tai)合(he)(he)金(jin)(jin)的(de)(de)最早工作是(shi)JKramer進(jin)(jin)行的(de)(de)，他于1934年(nian)(nian)和1937年(nian)(nian)報道以蒸發(fa)沉積法(fa)(fa)(fa)成功制(zhi)取(qu)非晶(jing)(jing)態(tai)(tai)(tai)合(he)(he)金(jin)(jin)。1950年(nian)(nian)，A Brenner等(deng)人(ren)用(yong)(yong)(yong)電沉積法(fa)(fa)(fa)制(zhi)成Ni-P非晶(jing)(jing)態(tai)(tai)(tai)合(he)(he)金(jin)(jin)。1958年(nian)(nian)，R B Pond的(de)(de)熔(rong)(rong)體快淬(cui)-破碎(sui)法(fa)(fa)(fa)獲(huo)得美國專利。1960年(nian)(nian)，加利福尼(ni)亞理工學(xue)院(yuan)P Duwez等(deng)人(ren)直接將熔(rong)(rong)融(rong)金(jin)(jin)屬(shu)噴霧淬(cui)火制(zhi)成非晶(jing)(jing)態(tai)(tai)(tai)合(he)(he)金(jin)(jin)Au70Si60。1969年(nian)(nian)，賓夕法(fa)(fa)(fa)尼(ni)亞大學(xue)采用(yong)(yong)(yong)圓(yuan)筒離心(xin)急(ji)冷法(fa)(fa)(fa)，1970年(nian)(nian)哈佛大學(xue)采用(yong)(yong)(yong)雙輥法(fa)(fa)(fa)獲(huo)得非晶(jing)(jing)態(tai)(tai)(tai)合(he)(he)金(jin)(jin)帶材(cai)。此后(hou)，以快速(su)凝(ning)固技(ji)術(shu)制(zhi)取(qu)非晶(jing)(jing)態(tai)(tai)(tai)合(he)(he)金(jin)(jin)引起人(ren)們(men)高度重視。1973年(nian)(nian)，美國Allied公司(si)首先將非晶(jing)(jing)態(tai)(tai)(tai)合(he)(he)金(jin)(jin)帶材(cai)商品化(hua)。20世紀80年(nian)(nian)代(dai)，非晶(jing)(jing)態(tai)(tai)(tai)合(he)(he)金(jin)(jin)成為材(cai)料學(xue)界熱點開(kai)發(fa)項目之一，人(ren)們(men)對(dui)其制(zhi)取(qu)技(ji)術(shu)和應用(yong)(yong)(yong)進(jin)(jin)行了大量的(de)(de)研究。
非(fei)(fei)晶態合(he)(he)(he)金(jin)材(cai)(cai)料(liao)(liao)的價(jia)值在于其獨特的性(xing)(xing)能(neng)，包括磁(ci)性(xing)(xing)能(neng)、電性(xing)(xing)能(neng)、力學性(xing)(xing)能(neng)和耐腐蝕性(xing)(xing)能(neng)。非(fei)(fei)晶態合(he)(he)(he)金(jin)粉末(mo)材(cai)(cai)料(liao)(liao)主要用(yong)作磁(ci)性(xing)(xing)材(cai)(cai)料(liao)(liao)，還可用(yong)作耐磨材(cai)(cai)料(liao)(liao)、耐蝕材(cai)(cai)料(liao)(liao)、結構材(cai)(cai)料(liao)(liao)、涂層材(cai)(cai)料(liao)(liao)、釬焊材(cai)(cai)料(liao)(liao)、儲氫材(cai)(cai)料(liao)(liao)、金(jin)剛石工具(ju)黏結劑(ji)和催化(hua)劑(ji)等(deng)。1978年，Alcoa公司以(yi)(yi)熱壓法制造(zao)出MA87鋁合(he)(he)(he)金(jin)坯塊(kuai)，經軋制后鍛成(cheng)飛機零件。1982年，R Ray 用(yong)Ni53Mo36Fe9B2非(fei)(fei)晶態合(he)(he)(he)金(jin)粉末(mo)材(cai)(cai)料(liao)(liao)采取反玻(bo)璃化(hua)措(cuo)施制成(cheng)微晶合(he)(he)(he)金(jin)，以(yi)(yi)其制成(cheng)鋁合(he)(he)(he)金(jin)鑄造(zao)模壽命比H13鋼(gang)高1倍。1984年，美(mei)國Allied公司已有非(fei)(fei)晶態合(he)(he)(he)金(jin)粉末(mo)材(cai)(cai)料(liao)(liao)產品上市：低頻(pin)用(yong)鐵基非(fei)(fei)晶磁(ci)粉芯(xin)(xin)PS-21和1~50Hz用(yong)鎳基非(fei)(fei)晶磁(ci)粉芯(xin)(xin)PMB-1。20世紀(ji)80年代(dai)，非(fei)(fei)晶態合(he)(he)(he)金(jin)粉末(mo)在磁(ci)粉芯(xin)(xin)、磁(ci)性(xing)(xing)流體、黏結磁(ci)體等(deng)方面已有應用(yong)。
80年代中期，我國冶(ye)金部鋼(gang)鐵研(yan)(yan)究(jiu)總(zong)院采用(yong)常規霧(wu)化(hua)工藝，研(yan)(yan)制成功(gong)M80S20和(he)FCP兩種鐵基非品態合金粉末材料。1989年，上海鋼(gang)鐵研(yan)(yan)究(jiu)所以(yi)非晶態帶材破碎球磨(mo)制得Fe47Ni29V2Si8B14粉末，用(yong)硅樹脂為黏結絕緣劑經(jing)壓(ya)制成形，制得高頻磁粉芯(xin)，用(yong)作光通(tong)訊的光端機高頻扼流圈。
