金属基粉末冶金材料的微波烧结技术研究

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1、142009全国粉末冶金学术会议论文集金属基粉末冶金材料的微波烧结技术研究易健宏周承商(中南大学粉末，台金国家重点实验室，湖南，长沙，410083)摘要微渡烧结是近年发展起来的一种金属粉末冶金材料制备新技术。本文简要介绍了微波烧结和微波烧结金属粉末冶金材料技术进展，并介绍了微波烧结的技术特征；分析了金属粉末的微波加热机理；并对本小组所做的相关工作进行了总结。关键词微波烧结；金属基粉末冶金材料1前言微波是介于无线电波与远红外波段之间的电磁波，通常将300MHz～300GHz波段划为微波频段，相应的波长范围为lnl—lmm。与其它可见光(除激光外)一样，微波是极化和相干波，遵循

2、光的定律，它与物质的相互作用有三种形式：透过、反射或吸收[1j。微波是极性电磁波，在介质中传播时与介质基本单元相互作用，并且受到阻碍，振幅或相位发生衰减或延迟，能量强度降低。微波烧结技术利用微波被物质吸收，电磁能转化为热能，引起材料温度的升高，从而达到固结的目的。微波烧结技术的这种特征，决定了其具有体积加热的特点，与常规烧结中依赖辐射、传导和对流方式进行热传导的模式有着本质的不同。一微波烧结技术最初由Tinga等人旧1于1968年提出。至20世纪80年代，研究范围一直集中在陶瓷材料。自20世纪80年代末，有研究者对微波加热金属粉末、烧结WC—Co硬质合金、金属一陶瓷复合材料

3、等做了尝试【3’41。1999年美国宾州州立大学的R．Roy等人Bo发现微波能够加热金属粉末，并成功地烧结出Fe—Cu、Fe—Ni、Fe—Ni—c、Fe—cu—c合金等金属粉末冶金样品，自此，微波烧结技术开始向金属粉末冶金材料这一领域延伸。微波烧结之所以被誉为“烧结领域革命性的新技术”是因为它有着许多与传统烧结工艺无法比拟的巨大优势。由于微波与材料直接作用的特殊加热模式，微波烧结显示出整体加热、选择性加热、无热惯性、负温度梯度、升温速度快、烧结时间短、能耗降低等工艺特征，所制备的材料往往表现出更好的显微组织和性能。本文就微波烧结粉末冶金材料的进展、微波加热金属粉末机理以及近

4、期本小组的相关研究工作进行系统介绍。2金属粉末的微波烧结1999年美国宾夕法尼亚州立大学的RoyR等人在Nature上发表首次微波烧结铁基粉末冶金零件的文章，打开了微波烧结应用的更广阔的空间。在此之后各国的研究人员对金属粉末冶金材料的微波烧结开展了广泛的研究，包括对cu‘5—71、w‘8—9

5、、Ni㈤、Fe‘6

6、、Co‘3·6l、MoE101等以及姒基⋯、Fe基合金‘2·12州3、cu基。16州3、Mg基㈣、w—cu‘19一驯、钨基高密度合金合金‘21一冽等材料体系进行了尝试。表l列出了目前部分文献介绍的微波烧结与常规烧结金属粉末冶金材料的工艺和性能对比。一、综述15表1微

7、波烧结与常规烧结金属粉末冶金材料数据的性能SinterHeatingPropertiesMetal／SimertemperaturetimerateDensityStrengthElongationRef．alloymodeHardness／℃mIn／oC．min一1／g-cnl一3／MPa，％MW9505一1007．56114(Tensile)CU[5]Corlv950一7．82100(Tensile)COMW120010308。89[3]MW1180107．1796HRBFe—-Cn[23]Conv1121306．8480HRBMW1275lO7，1582HRBFe—N

8、i[23]112l307．1077HRBMW126D207．3277．6HRB1029．3(Fhxural)FC—0208[141Conv1260207．15899．3(Flexural)MW1260207．4790．9HRB4．3FN一0208[14]Cony1260207．4389．1HRB4．OMW140060456．82114HV2156(Flexural)3316L[12]Conv14006057．06136HV2398(Flexural)63MW1400印457．26109H、r2229(Flexurai)5434L[12]Cony14006057．24132H

9、V2378(Flexural)29MW77530～407．13CU—12Sn[16]COnV7753056．26MW15001020295Hv2805(Tensile)11．2W—Ni—Fe>98．5％[21]Conv1500205210HV2642(Tensile)3．5MW13003015376HVW一18Cu>98％[19]C0nV1300605325HVMW14506022328HVW—Ni—Cu>98％[19】Cony1450605301HVMW1400302099％MoMW1700l2098％[10]C