粉末冶金零件近凈成形技術(shù)一直以來是粉末冶金工作者研究的重點(diǎn)課題之一。近十年來，該項(xiàng)研究的新技術(shù)、新工藝層出不窮。這些新技術(shù)、新工藝的出現(xiàn)，解決了粉末冶金材料的短流程低成本成形問題，大大促進(jìn)了粉末冶金零部件的快速發(fā)展。目前，粉末冶金零件制造技術(shù)的發(fā)展方向是提高密度、降低成本和高精密近凈成形復(fù)雜零件口。。
2000年，德國的fraunhofer研究所開發(fā)出了1種被稱為流動(dòng)溫壓的短流程低成本近凈成形技術(shù) 。該技術(shù)以溫壓工藝為基礎(chǔ)，并結(jié)合了金屬注射成形技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)。通過提高混合粉末的流動(dòng)性、填充能力和成形性，可以在8o～130℃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2次機(jī)加工。流動(dòng)溫壓成形技術(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)潛力的新技術(shù)，具有非常廣闊的應(yīng)用前景。
1 流動(dòng)溫壓成形的技術(shù)特點(diǎn)
流動(dòng)溫壓成形作為一種新型的粉末冶金零件近凈成形技術(shù)，其主要特點(diǎn)可概括如下：
1）可成形具有復(fù)雜幾何形狀的零件 采用流動(dòng)溫壓可以直接成形與壓制方向相垂直的凹槽、孔和螺紋孔等零件，而采用冷壓制造此類形狀的零件卻是非常困難甚至是不可能的，一般需要通過其后的機(jī)加工才能完成，即使用數(shù)控壓機(jī)來實(shí)現(xiàn)復(fù)雜和的動(dòng)作，也只能生產(chǎn)出較為簡單的此類零件。
fraunhofer研究人員采用特制模具，對t孔、通孔、l孔形型腔模具進(jìn)行了研究并成功制備出了t型零件。試驗(yàn)結(jié)果表明，混合粉末的良好流動(dòng)性足以避免在拐角處產(chǎn)生裂紋。fraunhofer研究人員也用帶有微小錐度的成形沖頭成功地直接成形了較深的盲孔零件，盲孔壁高和壁厚的比率可達(dá)到3至7，壁厚的變化范圍可在1～3mm。流動(dòng)溫壓還可以精密地成形螺紋孔。
用帶有外螺紋的螺栓芯模具經(jīng)壓制成形后，將螺栓從半成品中擰出，然后進(jìn)行燒結(jié)就可制得螺紋。根據(jù)收縮率選取適當(dāng)?shù)穆菟ㄐ局睆骄涂蓧褐瞥鏊璧穆菁y而不需要2次機(jī)加工。
華南理工大學(xué)對金屬粉末流動(dòng)溫壓成形進(jìn)行了初步研究，制造出一套研究流動(dòng)溫壓流動(dòng)趨勢的特制裝置，在軸向壓制的條件下，成功實(shí)現(xiàn)十字型零件的成形。
2）壓坯密度高、密度較均勻 流動(dòng)溫壓由于裝粉密度較高，因此經(jīng)溫壓后的半成品密度可以達(dá)到很高的值。除密度提高外，由于粉末流動(dòng)性好，成形的零件密度也更加均勻。或者說采用簡單的模沖（不需要輔助的浮動(dòng)多軸模沖）就可成形多臺階的粉末冶金零件。
3）對材料的適應(yīng)性好 fraunhofer研究人員對各種金屬粉末進(jìn)行了流動(dòng)溫壓工藝研究，都取得了較顯著的結(jié)果，其中包括低合金鋼粉（distolay ae）、不銹鋼316l粉、純ti粉和wc—co硬金屬粉末。流動(dòng)溫壓工藝原則上可適用于所有的粉末系，*的要求是該粉末必須具有足夠好的燒結(jié)性能，以便zui終達(dá)到所要求的密度和性能。
4）簡化了工藝，降低了成本 用傳統(tǒng)粉末冶金方法成形零件在垂直于壓制方向上的凹槽、橫孔等外形，需要設(shè)計(jì)非常復(fù)雜的模具或通過燒結(jié)后的2次機(jī)械加工才能完成。雖然注射成形技術(shù)在成形零件的復(fù)雜外形方面幾乎不受什么限制。但是由于添加的黏結(jié)劑數(shù)量較多，在加熱過程中會(huì)因?yàn)橹亓τ绊懯沽慵l(fā)生變形。因此，往往需要額外增加一道較復(fù)雜和較昂貴的去除黏結(jié)劑工序，使得注射成形技術(shù)比常規(guī)粉末冶金技術(shù)成本高，所以注射成形的零件不一定能夠取代可滿足其設(shè)計(jì)功能的常規(guī)粉末冶金零件，從而注射成形技術(shù)的應(yīng)用范圍受到了一定的限制。
而流動(dòng)溫壓技術(shù)既可直接成形復(fù)雜幾何外形而不需要其后的2次機(jī)加工；另一方面，在流動(dòng)溫壓成形工藝中，所用的特殊黏結(jié)劑和潤滑劑含量適中，所配置的混合粉末具有很高的黏度和臨界剪切強(qiáng)度，在加熱過程中不會(huì)發(fā)生變形，因而可直接在燒結(jié)過程中去除黏結(jié)劑。因此，與傳統(tǒng)粉末成形工藝和注射成形工藝相比，流動(dòng)溫壓技術(shù)對成形復(fù)雜幾何外形的零件來說，既簡化了生產(chǎn)工藝，又大大降低了制造成本。
2 流動(dòng)溫壓成形原理分析
在研究金屬粉末的成形工藝中，人們發(fā)現(xiàn)溫壓成形在徑向產(chǎn)生了很大壓力，這就促使人們研究怎樣利用這種側(cè)壓力引起的粉末徑向流動(dòng)趨勢去成形較復(fù)雜幾何外形的零件。而金屬注射成形工藝中用超細(xì)粉末和大量黏結(jié)劑配制而成的混合粉末具有良好的流動(dòng)性和成形性，可成形復(fù)雜的三維零件，為流動(dòng)溫壓成形工藝提供了理論依據(jù)。流動(dòng)溫壓成形的關(guān)鍵是提高混合粉末的流動(dòng)性。實(shí)現(xiàn)這一目的方法有3種：一是向粉末中加入精細(xì)粉末；二是加入合適的黏結(jié)劑（潤滑劑），比傳統(tǒng)粉末冶金工藝多，但比注射成形少，同時(shí)在加熱的情況下具有高的黏流行為；三是加入表面活化劑和增塑劑來改善粉末的流變行為。在溫壓的研究中已發(fā)現(xiàn)并不是所有聚合物都具有足夠高的抗剪切強(qiáng)度，在壓制與脫模時(shí)具有黏流性和潤滑性，為了兼顧混合粉末的壓縮性、潤滑性和流動(dòng)性，在配制流動(dòng)溫壓混合粉末時(shí)，必須考慮黏結(jié)劑（潤滑劑）的性質(zhì)、結(jié)構(gòu)、分子量、軟化溫度、粒度大小等。
流動(dòng)溫壓的混合粉末采用粗粉和細(xì)粉搭配，精細(xì)粉末的加入能夠填充在大顆粒之間的間隙中，從而提高了混合粉末的裝粉密度。而高分子的聚合物通常隨著溫度的升高呈現(xiàn)出玻璃態(tài)、高彈態(tài)和黏流態(tài)3種不同的狀態(tài)。選擇合適的聚合物添加量和溫壓溫度（90～130℃），特殊的黏結(jié)劑（潤滑劑）及其附加的活性添加劑可處于黏流態(tài)，這樣就可改善粉末與粉末、粉末與模具之間的摩擦和潤滑機(jī)理，在成形過程的壓力作用下可形成一層處于流體膜與吸附膜之間的有序排列的約束流體而使等效黏度急劇升高，促進(jìn)潤滑膜的承載能力大為增強(qiáng)，既利于粉末的顆粒重排又利于推遲粉末之間的微觀冷焊和機(jī)械咬合，從而使混合粉末在溫壓中轉(zhuǎn)變成一種流動(dòng)性好、填充性很高的黏流體，具有液體的所有優(yōu)點(diǎn)又具有很高的黏度等黏流行為，壓制壓力也得到很好的傳遞，使得混合粉末在軸向壓力下可以流向型腔的各個(gè)角落而不產(chǎn)生裂紋，或者采用簡單的模沖（不需要輔助的浮動(dòng)多軸模沖）就可成形有側(cè)凹的多臺階的粉末零件，并且成形的零件密度均勻性也得到有效的改善。
3 應(yīng)用前景
流動(dòng)溫壓成形技術(shù)結(jié)合了傳統(tǒng)壓制和金屬注射成形的優(yōu)點(diǎn)既縮短了工藝流程，又降低了成本，同時(shí)零件的密度和復(fù)雜性方面也獲得提高，應(yīng)用前景好。具體表現(xiàn)在：1）流動(dòng)溫壓用原料粉末的要求遠(yuǎn)不如金屬注射成形嚴(yán)格，且粉末的潛在來源廣。如傳統(tǒng)粉末冶金工藝中制備的粉末一般需要篩選掉細(xì)粉末（≤20um）部分，而這些細(xì)粉末部分可應(yīng)用于流動(dòng)溫壓工藝。因此，流動(dòng)溫壓成形用粉末的來源充足并且價(jià)格較低；2）流動(dòng)溫壓工藝中黏結(jié)劑（潤滑劑）的去除可采用普通的排蠟工序，避免了金屬注射成形漫長而昂貴的脫脂工序，大大縮短了生產(chǎn)周期，且降低了生產(chǎn)成本；3）流動(dòng)溫壓工藝成形零件的復(fù)雜性方面，介于傳統(tǒng)壓制和金屬注射成形工藝之間。而且是一次近凈成形，不需要燒結(jié)后的2次機(jī)加工。如fraunhofer研究人員用特制模具已直接成形了t形螺紋孔，需要的工序僅僅是采用適當(dāng)直徑的外螺紋模具，粉末流動(dòng)溫壓成形后從半成品中擰出燒結(jié)即可。壁高與壁厚的比例高達(dá)3～7，壁厚為1～3 mm 的盲孔零件也已研制成功。
流動(dòng)溫壓可以在傳統(tǒng)的粉末冶金壓機(jī)上進(jìn)行零件的成形，這樣就使以前需要通過機(jī)加工才能成形的復(fù)雜形狀的零件，采用流動(dòng)溫壓工藝就很容易實(shí)現(xiàn)了。因此，流動(dòng)溫壓成形技術(shù)將大大拓展了粉末冶金成形技術(shù)的應(yīng)用范圍，具有很大的應(yīng)用潛力和前景，有望在汽車、電子、醫(yī)療設(shè)備、日用品、辦公機(jī)械、儀表、機(jī)械制造等行業(yè)獲得應(yīng)用。
4 結(jié)語
作為一項(xiàng)新型的粉末冶金金屬零部件近凈成形技術(shù)，流動(dòng)溫壓成形可以以較低的成本及短流程生產(chǎn)高性能復(fù)雜形狀（如凹槽、橫孔和螺紋孔等）的零件，而采用傳統(tǒng)粉末壓機(jī)制造此類粉末冶金零件過去一直被認(rèn)為是非常困難，甚至是不可能的。流動(dòng)溫壓雖然在成形三維復(fù)雜零件方面不可能取代注射成形技術(shù)，但是利用流動(dòng)溫壓成形的獨(dú)到特點(diǎn)卻能生產(chǎn)出零件形狀復(fù)雜程度介于冷壓和注射成形之間的中等復(fù)雜零件，這就可能使得采用傳統(tǒng)壓機(jī)的粉末冶金復(fù)雜零件的低成本短流程制造技術(shù)取得突破性的進(jìn)展。
目前，流動(dòng)溫壓成形技術(shù)中對混合粉末的制備方法、適用性、成形規(guī)律、受力狀況、流變特性、燒結(jié)控制、致密化機(jī)制及其數(shù)值模擬均未見報(bào)道。因此，迅速開展該項(xiàng)目的研究，不僅具有重要的學(xué)術(shù)價(jià)值，而且能為提高我國的粉末冶金精密復(fù)雜零件的制造能力及其在市場的競爭力創(chuàng)造良好的條件。金屬粉末流動(dòng)溫壓成形技術(shù)為高性能復(fù)雜精密零件的低成本短流程*制造開辟新的發(fā)展方向，粉末冶金材料的成形加工技術(shù)將有望得到拓展和深化。