粉末冶金生產(chǎn)流程和檢測(cè)項(xiàng)目

粉末冶金生產(chǎn)流程：Flow chart of Powder Metallurgy

一、粉末的制造方法：

1. 氣噴霧法：

常用于制造鋁粉、合金粉等易氧化之粉末，由于采用惰性氣體，所制造的粉末之純度高、外觀為球形且堆積度高。

1. 水噴霧法：

水噴霧法所制得粉末之形狀較不規(guī)則，其缺點(diǎn)為其含氧量稍高。但其生產(chǎn)成本低。

1. 還原法：

此法zui普遍之金屬粉末為鐵粉，此種鐵粉是將氧化鐵FeO以氫氣還原而得。由于氧化鐵粉之密度較低且體積大，被還原后又會(huì)留下孔洞，所以其外形不規(guī)則且內(nèi)部有孔洞，俗稱(chēng)海綿鐵粉。

1. 離心法：

利用水或氣體之動(dòng)量將金屬熔液噴成粉末以外，亦可利用離心力之原理將金屬熔液滴滴甩出。此法所制得之粉末雖然成本較高，但污染少、適合制作活性金屬如鈦等。

1. 機(jī)械合金法：

對(duì)于有些質(zhì)脆的金屬若施以撞擊可使之粉碎，所以只要經(jīng)過(guò)連續(xù)撞擊后即可得到較細(xì)且合乎規(guī)格之粉末。

1. 電解法：

zui常見(jiàn)的是電解銅及電解鐵粉。其純度高、壓縮性佳、生胚強(qiáng)度好。其形狀為樹(shù)枝狀。但制造成本太高。

1. 化學(xué)分解法：

zui常見(jiàn)之粉末為羫基鐵粉和羫基鎳粉。其粉末外形有球形、針形、鏈狀等。球形鐵粉一般使用于MIM、軟磁材料、微波吸收材料等。

二、粉末的特性和分析：

1、粒度分析：

由于制造粉末之方法有很多種，而每種方法所制造出之粉末并非均為球形，所以一般所謂的“粉末直徑”乃是指該粉末之“相當(dāng)直徑”，此相當(dāng)值會(huì)依不同之量測(cè)方法而有不同之值，有的是取與該粉末體積相等之球狀粉之直徑作為“相當(dāng)直徑”，而有的則是取與該粉末之表面積相同之球狀粉之直徑，所以即使是同一粉末也常因量測(cè)方法之不同，而得到不同之粒徑。因此，一般常根據(jù)該粉之用途來(lái)決定應(yīng)以何法來(lái)量測(cè)，例如某一粉末之用途為觸媒，則該利該粉之粒徑宜以表面積法來(lái)量測(cè)。

一般常用之金屬粉末其粒度約在1μm至1000μm之間。由于其差距甚大，并無(wú)一種理想之儀器能涵蓋此大范圍，且仍能迅速地量測(cè)出該粉末之準(zhǔn)確粒度值。一般常用之測(cè)試方法有下列數(shù)種，而每種方法因所依據(jù)量測(cè)原理之不同而均有*之范圍且均有其優(yōu)缺點(diǎn)，茲詳述如下：

篩分法：

對(duì)傳統(tǒng)粉末冶金制程所使用之粉末而言，一般均可以此方法來(lái)評(píng)估粉之粒度大小。在此方法中粒度之大小乃是以能否通過(guò)某一孔徑之篩網(wǎng)來(lái)訂定，而篩網(wǎng)之孔徑又依網(wǎng)目之多寡而定。例如400目之篩網(wǎng)所代表之意義為該網(wǎng)每一英吋之長(zhǎng)度上有400個(gè)孔，因?yàn)榇撕Y網(wǎng)網(wǎng)線之直徑26μm，故由此法編織而成之網(wǎng)其開(kāi)孔之孔徑為38μm。表3-2所列即為18.目到635目篩網(wǎng)之孔徑，由此表中亦可看出每個(gè)網(wǎng)目之孔徑均以1.189之比例增加，所以每隔4個(gè)篩網(wǎng)，該孔徑即加大一倍，亦即400、200、100及50目篩網(wǎng)之孔徑均以倍數(shù)增加，而分別為38μm、75μm、150μm及300μm。較簡(jiǎn)易之記憶法為:將網(wǎng)目數(shù)與微米數(shù)相乘應(yīng)等于15000。傳統(tǒng)粉末冶金業(yè)所使用之粉大多以50至400目之篩網(wǎng)篩分，故只要熟習(xí)50、100、200、400目中任一網(wǎng)目之孔徑，即可對(duì)其他網(wǎng)目之大小有基本之認(rèn)識(shí)。

量測(cè)時(shí)各篩網(wǎng)之排列如圖3-2所示，首先將約1OO克之粉末放入zui上面之篩網(wǎng)中，而各篩網(wǎng)之次序由上至下依次為網(wǎng)目號(hào)碼小者至網(wǎng)目號(hào)碼犬者，然后在zui上面加蓋，在zui底層加一承接盤(pán)。將這些組裝好之篩網(wǎng)置入振動(dòng)機(jī)中，在振動(dòng)過(guò)程中于水平方向上有285rpm之回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，且在垂直之方向上有一錘子以每分鐘150次之頻率敲擊使粉末不致阻塞網(wǎng)孔。經(jīng)15分鐘之振動(dòng)后量測(cè)各篩網(wǎng)上所盛粉末之重量即可得此粉末粒度之分布。圖3-3a即為此俗稱(chēng)為Ro-Tap設(shè)備之外觀，而圖3-3b則為另一常見(jiàn)之篩分設(shè)備，此設(shè)備亦具有水平之圓周運(yùn)動(dòng)及上下振動(dòng)之功能。以這些篩分設(shè)備所測(cè)得之粒度分布屬于一種重量百分比之分布。一般之表示方法以“+”代表大于某網(wǎng)目，而‘一“代表小于某網(wǎng)目，例如－230+270之粉末表示其粒徑小于230目大于270目，在230至270目之間，亦即介于53~63μm之間如圖3-2所示。此測(cè)試之標(biāo)準(zhǔn)有美國(guó)粉末冶金協(xié)會(huì)MPIF 05或美國(guó)測(cè)試與材料標(biāo)準(zhǔn)學(xué)會(huì)(American Society for Testing and Materials)之ASTM E-11。

A、簡(jiǎn)易記憶法：網(wǎng)目數(shù)*微米數(shù)=15000

B、傳統(tǒng)粉末冶金所使用之粉大多以：

網(wǎng)目：50、 60、 70 、80、 100、120、140、170、200、230、270、325、400目

微米：300、250、212、180、150、125、106、 90、 75、 63、 53、 45、38μm

C、-230、+270代表粉末粒徑小于230目大于270目。

D、400目代表的意義是每一英吋長(zhǎng)度上有400個(gè)孔、孔徑為38微米

2、典型地粉末粒子外形：

A：?jiǎn)蚊娴目臻g：

B：雙度的空間：

C：三度的空間：

3、密度：

與粉末冶金制程相關(guān)的密度有：

A、真實(shí)密度 B、視密度 C、敲擊密度  D、成形后之生胚密度 E、燒結(jié)后之密度。

A、真實(shí)密度：

一般粉末之表面有一層薄薄的氧化物，而內(nèi)部易可能有一些封閉之氣孔，特別是氣噴粉或還原粉中，使的粉末本身之密度低于熔煉而得的金屬。由于在粉末冶金的制程中，要計(jì)算粉末之體積比(如MIM生產(chǎn)過(guò)程中，需要了解金屬粉和塑料之比例)，或計(jì)算混合粉的理論密度，所以每種粉末的真實(shí)密度是重要數(shù)據(jù)。

B、視密度：

計(jì)算成形時(shí)粉末在模穴中應(yīng)充填的高度。

1. 粉末外觀密度又稱(chēng)為視密度，是將粉末填入已知體積后所得之密度。
2. 其測(cè)定是相似于當(dāng)零件制造時(shí)，粉末填充到固定容積的模穴中之粉末重量。
3. 粉末外觀密度測(cè)試提供粉末物理特性評(píng)定的準(zhǔn)則。
4. 粉末外觀密度高表示粉末顆粒間摩擦力小、流動(dòng)性佳。使得成形時(shí)粉末容易迅速流入模具的模穴中，而使成形之生胚密度也較高。

5、當(dāng)粉末太細(xì)，粉末間摩擦力太大，無(wú)法通過(guò)2.54mm之孔徑時(shí)，可改用Carney

Funnel(卡尼漏斗)，其孔徑為5.08mm。MPIF-28

6、為了類(lèi)似工業(yè)界所使用成形機(jī)上填粉盒實(shí)際充填時(shí)之動(dòng)作，在MPIF-48說(shuō)明中有Arnold Apparent density meter(亞諾計(jì))設(shè)備。此視密度值高于Hall之視密度值。

生胚密度ρg和外觀密度ρa與生胚厚度t mm之關(guān)系：

生胚密度ρg×生胚厚度t mm＝外觀密度ρa×機(jī)械的調(diào)整沖子上端與模面的高度。一般產(chǎn)業(yè)界都以2倍處理為多。

C、敲擊密度：

1. 在粉末冶金制程中，將粉末振實(shí)以提高密度。尤其在冷、熱均壓時(shí)，都希望粉末的敲擊密度越高越好。
2. 因?yàn)樯呙芏扔咏善分碚撁芏葎t燒結(jié)溫度可降低，燒結(jié)時(shí)間可減少且燒結(jié)時(shí)的收縮率較小、尺寸較穩(wěn)定。
3. 由于粉末粒度太小無(wú)法使用于Hall流動(dòng)計(jì)時(shí)，皆以此量測(cè)。
4. 工業(yè)界使用細(xì)粉如MIM和噴霧造粒常以敲擊密度作為粉末規(guī)格代替視密度及粒度。

D、成形后之生胚密度、E、燒結(jié)后之密度：

粉末冶金產(chǎn)品常含有孔隙且形狀復(fù)雜，不易由重量及體積直接量得其密度，由于密度直接影響了產(chǎn)品的特性，所以在成形后應(yīng)即測(cè)量生胚之密度，以控制質(zhì)量的穩(wěn)定性。燒結(jié)后也同。

我們對(duì)從事品管的從業(yè)人員提出以下之建議，在測(cè)量『生胚密度』、『燒結(jié)后密度』時(shí)，

應(yīng)遵循︰

1、依ASTM、MPIF、JIS、CNS、中國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)中所述︰吸水性粉末生胚、燒結(jié)產(chǎn)品密度

測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)操作法，以潤(rùn)滑油滲入法做為防水處理，其演算公式為：

Db＝Wa×ρ/(Wb-Ww)。

2、可采用封蠟法、對(duì)于易崩解的磁性材料，、zui方便、zui快速所測(cè)得之密度之

演算公式為：Db=Wa÷{[(Wb-Ww)÷ρ]-[(Wb-Wa)÷Dp]}。

4、安息角：又稱(chēng)自由坡度角

1. 粉末間摩擦力的一種表示法。
2. 即為粉末開(kāi)始滑落時(shí)的角度。
3. 粉末從漏斗自由落下在平臺(tái)上后，取水平面與堆積粉末之斜面間之夾角。
4. 粉末之流動(dòng)性越好、粉末形狀越接近于球形、粉末間的摩擦力越小時(shí)此安息角越小。

5、流動(dòng)性：MPIF-04

決定粉末流入模穴各角落之難易和速率。影響了成形壓機(jī)的成形速率及壓機(jī)的產(chǎn)能。

1. 粉末流動(dòng)之難易影響粉末進(jìn)入模穴之快慢，因而也影響成形速率和壓機(jī)的產(chǎn)能。
2. 流動(dòng)性越好、視密度較高、安息角越小。

6、生胚強(qiáng)度：

1. 經(jīng)壓實(shí)之生胚若形狀復(fù)雜時(shí)常因搬運(yùn)、碰撞等原因造成崩角、破裂等現(xiàn)象。而維持原形狀的能力稱(chēng)為成形性，由拉脫拉試驗(yàn)做為判定成形性之方法。
2. 藉由拉脫拉試驗(yàn)中重量的損失多寡代表生胚強(qiáng)度之高低。
3. 生胚密度愈高則生胚強(qiáng)度愈高。

7、壓縮性：

1. 一般使用者都希望粉末冶金機(jī)械零件具有高強(qiáng)度，所以對(duì)密度的要求也高。
2. 在同一成形壓力下，所使用的粉末能達(dá)到zui高之密度，此粉末能達(dá)到zui高之密度之能力稱(chēng)為壓縮性。
3. 壓縮性的高低和粉末的化學(xué)組成及制造過(guò)程有關(guān)。
4. 還原鐵粉之形狀不規(guī)則，氣孔多，視密度本就偏低所以壓縮性較差。水噴霧粉較好。
5. 預(yù)合金粉和表面已氧化之粉，因粉末本身硬度已高所以不易壓縮。
6. 粉末粒度分怖過(guò)窄時(shí)，由于粉末間之空隙無(wú)細(xì)粉予以充填，所以生胚密度不理想。
7. 混合元素粉因粒度分布經(jīng)過(guò)控制，壓縮性較佳，能達(dá)到高視密度。

三、粉末成形前之處理：

一般工廠中，在收到粉末后的*個(gè)手續(xù)應(yīng)該是粉末特性及規(guī)格的檢驗(yàn)。為了讓成形步驟更快速、更簡(jiǎn)單、或使生胚之尺寸、密度更穩(wěn)定、強(qiáng)度更高。接著就必須做好下列的步驟：

原因：

一般工廠在成形前都將細(xì)粉及粗粉除去，因?yàn)榧?xì)粉常夾在沖子與中?；驔_子與芯棒間的縫隙，造成卡粉導(dǎo)致模具表面之拉傷。而粗粉太多時(shí)則會(huì)因不易燒結(jié)或充填密度不`穩(wěn)定，導(dǎo)致成品之尺寸或密度與規(guī)格有所偏差。

對(duì)策：

工業(yè)界一般都采用具兩層篩網(wǎng)的三層式篩網(wǎng)機(jī)，上層之篩網(wǎng)可將過(guò)粗的粉篩出，中間者為所欲得的粉末，下層為過(guò)細(xì)之粉末。

2、合批：

原因：

粉末經(jīng)由長(zhǎng)途之運(yùn)送到達(dá)工廠，常因過(guò)程中之顛簸，使其細(xì)粉漸漸經(jīng)由粗粉間之空隙沉到桶底，造成粒度的偏析。

對(duì)策：

為了使粉末之粒度分布均勻，一般可使用攪拌機(jī)重新攪拌一次。有時(shí)出清庫(kù)存時(shí)為了使成品之性質(zhì)穩(wěn)定，也常將不同批號(hào)所殘留之余粉(相同成分之粉)給予混合。

3、混合：

將不同成份的粉末攪拌在一起，而一般所混合之材料有潤(rùn)滑劑及裝配合金用的石墨粉或金屬粉。添加潤(rùn)滑劑的功能在于使粉末易于流動(dòng)，提高視密度，及減少模具之磨耗。而添加石墨粉或合金粉是為了提高燒結(jié)產(chǎn)品之機(jī)械或物理性質(zhì)。

一般的結(jié)構(gòu)性零件均為合金鋼，因此必須在鐵粉之外添加其它合金元素，如石墨粉、銅粉、鎳粉、鉬粉。

也有使用預(yù)合金鋼粉，特點(diǎn)：為燒結(jié)后顯微組織及機(jī)械性質(zhì)均勻。缺點(diǎn)：硬度高、壓縮性差。為了改善此缺點(diǎn)，目前工廠都加入鉬Mo、鉻Cr等屬于bcc相穩(wěn)定元素之合金鋼粉。

為了減少預(yù)合金粉的各個(gè)成分的庫(kù)存壓力，也有使用混合粉，雖然混合粉易成形且添加量之多寡由業(yè)者自己自行調(diào)配，但其缺點(diǎn)為成分不均，石墨粉飛揚(yáng)，造成各批次間之粉末特性有所差異。

一般的混合機(jī)構(gòu)有三種：a：對(duì)流b：剪斷c：擴(kuò)散

對(duì)流模式：粉末由容器的底部經(jīng)由摩擦力被帶到容器之上部，當(dāng)粉末超過(guò)安息角時(shí)則自然落下，然后繼續(xù)循環(huán)，形成循環(huán)流。

剪斷模式：則多在接近筒壁、筒底處，此因粉末被壓縮而向下滑動(dòng)。

擴(kuò)散模式：則為容器在水平方向的兩端之粉末逐漸互相滲透之混合模式。

常見(jiàn)的混合機(jī)器有V型、雙錐型、滾筒型。在容器內(nèi)粉末之充填量一般占全部體積之20~30%，而且轉(zhuǎn)速不可太快，不然粉末將因離心力大于重力，使粉末貼住筒壁而無(wú)混合之效果。

為了達(dá)到zui加混合效果，應(yīng)使粉末在到達(dá)高處并在落下時(shí)能被甩到zui遠(yuǎn)處。

4、球磨：

粉末間有時(shí)由于濕氣產(chǎn)生的毛細(xì)力，或由于靜電、凡得瓦爾力、磁力等會(huì)使得粉末產(chǎn)生凝聚甚至結(jié)塊的現(xiàn)象，若要使這些粉末達(dá)到原有粉末之粒度或表面積之規(guī)格。，必須將這些已結(jié)塊或凝聚之粉打散。有時(shí)不良的生胚或造粒粉要回收時(shí)亦常需要將之打散才可再使用。

將粉末和鋼珠置入滾筒內(nèi)，以干式法或(加入水或庚烷等液體之濕式法)，在筒內(nèi)靠鋼球之撞擊力將粉末打散，亦可添加一些有極性的高分子于液體中使各單一粉末間有排斥力，以防止再次凝聚。

5、造粒：

當(dāng)粉末粒徑微細(xì)時(shí)，由于粉末間之摩擦力大，使得其流動(dòng)性相當(dāng)差，不易填入模穴中，且因視密度非常低，不易壓成高密度的生胚，無(wú)法用于工業(yè)界的快速成形機(jī)，所以一般常須先經(jīng)造粒以改善粉末之特性。造粒的外觀則以實(shí)心，球形粉為佳。

噴霧造粒首先將細(xì)粉與水及黏結(jié)劑如*、阿拉伯膠、甲基纖維素等混合攪拌成泥漿狀，然后由噴嘴高速?lài)姵?，此噴出的霧狀液滴受到迎面來(lái)的熱空氣或熱氮?dú)獯狄u，使得其中之水分蒸發(fā)只剩下黏結(jié)劑，此時(shí)細(xì)粉間即靠這些黏結(jié)劑結(jié)合。

 一般zui常用的黏結(jié)劑是*，此材料為聚合物，含有親水性之OH基。稱(chēng)為*堿化型。但也有一些*中之OH基被疏水性之醋酸基取代成為部分堿化型。一般由于分子量及官能基之不同，堿化程度將對(duì)霧化粉產(chǎn)生很大的影響，當(dāng)分子量大，堿化程度高亦即OH基多時(shí)，其泥漿黏度、粉體硬度、強(qiáng)度、抗吸濕性等將提高。所以可依造粒粉之粒度要求，選用不同的*。此外也添加其它添加劑，以改變粉末之性質(zhì)。

若霧化后之粉若硬度太高，造成模具磨耗過(guò)快或成形密度太低的話(huà)，可以在攪拌過(guò)程中加入微量的塑化劑。可使粉末稍為軟化，易于成形。所以粉末中殘留些微量水分是有其必要，但其含量須謹(jǐn)慎控制。在磁性材料方面一般水份含量約＜2％為主要的考慮。

造粒完成后，需經(jīng)過(guò)粒度分析、流動(dòng)性、安息角的檢驗(yàn)之外，還需作殘留水分及外觀的檢驗(yàn)。水分過(guò)多時(shí)流動(dòng)性不佳，原粉易生銹，而過(guò)少時(shí)成形性較差。

6、添加潤(rùn)滑劑：目前常用之潤(rùn)滑劑有白蠟、硬脂酸鋅、硬脂酸鋰。其目的：

A：改善粉末之流動(dòng)度，使生胚密度更為均勻，并使充填模穴之時(shí)間縮短，提高成形機(jī)之生產(chǎn)效率。

B：增加粉末之視密度，降低模穴之充填高度，減少模具之厚度，節(jié)省成本。

C：改善粉末之壓縮性以提高生胚密度。

D：降低脫模力，減少模具之磨耗。

由于潤(rùn)滑劑大多為碳?xì)浠衔铮仨氃跓Y(jié)前給予去除，此稱(chēng)為脫脂。脫脂過(guò)程及潤(rùn)滑油

之選擇對(duì)成品均有相當(dāng)大之影響。

潤(rùn)滑劑有白蠟、硬脂酸鋅、硬脂酸鋰之特性：

殘留物之形成是由于原潤(rùn)滑劑中所含的金屬原子，此潤(rùn)滑劑再受熱而揮發(fā)或分解時(shí)，其中所含的金屬原子有的將以細(xì)粉之方式隨氣體排出、有的將直接沉積在爐口或煙囪中溫度較低處，而部分之金屬原子則在脫脂過(guò)程中與潤(rùn)滑劑中之氧原子或與氣氛中的微量氧分子或水分子反應(yīng)而生成氧化物。其中硬脂酸鋅將產(chǎn)生氧化鋅殘留物。

硬脂酸鋰有搶氧之功能，使銅及不銹鋼中之其它元素不易與氧結(jié)合形成氧化物，也使氧不易溶于金屬中，具有清潔的功能。

殘留物造成的缺失：

1、氧化鋅及鋅常如鐘乳石般懸掛在連續(xù)式燒結(jié)爐中脫脂區(qū)爐膛之頂部，會(huì)妨礙燒結(jié)體的進(jìn)入，必須每一段時(shí)間以機(jī)械方式予以刮除，或?qū)Y(jié)爐降溫藉其與爐膛間熱膨脹系數(shù)之差異讓其自行掉落。

2、鍍鋅鋼板及鋅壓鑄工廠常在生產(chǎn)過(guò)程中產(chǎn)生鋅氣體及鋅的細(xì)微粉末而造成環(huán)境的污染。

使用硬脂酸鋅應(yīng)特別留意鋅的排放所造成污染的問(wèn)題。

白蠟則無(wú)殘留物且其脫脂效率高，較不易在胚體內(nèi)因突然產(chǎn)生大量分解氣體而形成壓力，進(jìn)而造成生胚之破裂、起泡等缺陷。

白蠟的優(yōu)點(diǎn)：

1、無(wú)殘留物，燒結(jié)爐的清潔度較佳。

2、生胚強(qiáng)度高，也常制作結(jié)構(gòu)零件。

3、又白蠟無(wú)金屬原子可溶入鐵基地中，所以對(duì)不繡鋼等有污染顧慮的材料較適合。

若以潤(rùn)滑功能而言，硬脂酸鋅*、硬脂酸鋰次之、而白蠟zui差。所以制作鐵系結(jié)構(gòu)零件常使用硬脂酸鋅。

硬脂酸鋰則常用于不繡鋼、軟磁材料、及黃銅、純銅等需要含氧量低的材料。

加入潤(rùn)滑劑添加物對(duì)鐵粉視密度、流動(dòng)性、生胚密度的影響：

視密度及生胚密度皆先增后減，而流動(dòng)性則先快后慢。當(dāng)生胚密度較低時(shí)，其密度隨著潤(rùn)滑劑之增加而上升。但在高生胚密度時(shí)，若成形壓力相同，則當(dāng)潤(rùn)滑劑增加時(shí)，生胚密度先是上升，到達(dá)一*值后漸漸降低。此由于少量的潤(rùn)滑劑可減少粉末間之摩擦力，但太多時(shí)則由于胚體之理論密度降低，所需壓結(jié)之相對(duì)密度也提高了。

的潤(rùn)滑劑添加量應(yīng)在0.1~0.5％之間，添加潤(rùn)滑劑除了可減少粉末間之摩擦力、增加生胚密度外，也可降低生胚與模壁間之摩擦力。因?yàn)闈?rùn)滑劑在高壓時(shí)會(huì)被擠向胚體表面，當(dāng)胚體受摩擦力而產(chǎn)生局部過(guò)熱之現(xiàn)象時(shí)，甚至?xí)⒁恍┑蜏氐臐?rùn)滑劑熔解而擠出，并在胚體與模壁間形成一薄膜而降低摩擦力。此時(shí)之摩擦系數(shù)約0.03~0.12之間。

7、添加黏結(jié)劑：

主要功能在于改善粉末的成形性。

1、由于有些細(xì)粉粉末間之摩擦力高，成形的壓力多被抵消，需使用高壓力，但高壓力造成顏重的脫模膨脹使胚體易產(chǎn)生裂痕，魚(yú)鰱紋。

2、又有一些粉末為球形且硬度高、不易產(chǎn)生塑性變形，以致粉末間無(wú)法以冷焊或以機(jī)械糾結(jié)的方式結(jié)合，導(dǎo)致胚體較易分層、崩角、破損。

四、粉末的加壓成形：

1、成形步驟：

成形模具可分為上沖、中模、下沖、芯棒四大部份。而依零件之復(fù)雜程度，其上、下沖之?dāng)?shù)目不同。

1、步驟：

粉末成形后，中模向下移動(dòng)，使胚體露出中模面，此步驟稱(chēng)為脫模頂出。接著填粉盒向右方前進(jìn)，利用其前端將胚體頂向右方的收料盤(pán)。接著中模向上移，而填粉盒則移至模穴正方，使粉末落入模穴內(nèi)，再此過(guò)程中填粉盒將左右振動(dòng)使粉末較易落入。當(dāng)充填結(jié)束后，填粉盒向左移，上沖向下移動(dòng)進(jìn)入中模擠壓粉末。當(dāng)壓結(jié)動(dòng)作結(jié)束后，上沖上移而中模繼續(xù)下移，直到試片露出中模。

2、充填：粉末的充填有四種方法：

A：落入法：傳統(tǒng)之填粉法，亦即中模上升至zui高點(diǎn)之位置后，填粉盒才到達(dá)模穴上方，將粉以自由落體的方式掉入模穴中。利用此法填粉時(shí)，充填之速度及均勻性常取決于模穴的截面積之大小及粉末的速度。

B：吸入法：由于一般所使用粉末的粒徑多在40~200μm之間，若使用落入法，當(dāng)模穴狹窄時(shí)，粉末進(jìn)入不易，速度較慢，將影響成形機(jī)的使用效率。為改善此現(xiàn)象，可采用吸入法。亦即當(dāng)填粉盒到達(dá)模穴上方時(shí)，中模才往上移，此動(dòng)作造成真空吸粉之現(xiàn)象，可加快粉末進(jìn)入模穴之速度，以及充填的*性。對(duì)于形狀復(fù)雜有尖角之零件，或小于1mm之薄壁軸承之充填均有很大之幫助。

C：上充填法：粉末填入模穴后，芯棒才向上移至模面之高度，此對(duì)于薄壁零件亦有相當(dāng)大之幫助，因?yàn)楸”诹慵尚螘r(shí)芯棒與中模間之空隙小，易產(chǎn)生架橋現(xiàn)象，阻礙了后續(xù)粉末之掉入，若芯棒先在下方，可增加模穴空間有利充填，待充填結(jié)束后，芯棒再往上移即可改善這些困擾。

D：下充填法：當(dāng)充填結(jié)束后，下沖不動(dòng)，中模和芯棒再向上移，使粉末相對(duì)下移低于模面，此可防止上沖向下移動(dòng)到達(dá)中模面時(shí)粉末向外噴，且可減少因中模有推拔角或圓弧角而使一些粉末卡在上沖與中模間造成夾粉之現(xiàn)象。

粉末之充填量、深度以及胚體尺寸之關(guān)系：

填粉的深度H1、生胚胚體之高度H2、ρg生胚密度、ρa粉末之視密度。

公式為：(H1/H2)=( ρg/ρa)  以圓柱體為例：

若H2=3mm、ρg=6.8g/cm3、ρa=2.8g/cm3 則H1=7.28mm

3、成形：粉末的充填有四種方法：

A：?jiǎn)螇撼尚危撼尚螘r(shí)下沖不動(dòng)，由上沖施力，壓結(jié)后，中模不動(dòng)，由下沖向上將產(chǎn)品頂出。此成形方法因只有單向加壓，所以胚體的密度上方較高，下方較低。只適合于生產(chǎn)較薄的產(chǎn)品以減少密度不均之現(xiàn)象。

B：雙壓成形：成形時(shí)下沖也往上壓，此可使胚體的密度均勻。下沖再向上將產(chǎn)品頂出。

C：中模浮降法：此法在中模下方有彈簧，當(dāng)中模受到上沖下壓時(shí)，胚體與中模間之摩擦力會(huì)使的中模向下移。使用此方法時(shí)，下沖不動(dòng)，但由于中模之下降使得上下沖對(duì)中模而言均有相對(duì)運(yùn)動(dòng)。而頂出則靠中模續(xù)降將胚體露出中模面。

D：強(qiáng)制浮降法：類(lèi)似中模浮降法但中模之下降動(dòng)作均由機(jī)械或油壓方式獨(dú)立操作，且下降之速率約為上沖之半。

4、成形基本原理：

當(dāng)粉末進(jìn)入模穴后，其密度相當(dāng)?shù)?，需靠上、下沖之加壓才能使胚體之密度提高。一般而言，為了維持傳統(tǒng)粉末冶金零件之穩(wěn)定性，希望此生胚之尺寸及密度與燒結(jié)后之尺寸及密度一樣，所以常盡可能地在成形時(shí)即壓至所欲達(dá)到之密度，而燒結(jié)只是加強(qiáng)粉末間之結(jié)合力，并使合金成分均質(zhì)化。基于此提高生胚密度之前提，上下沖對(duì)于粉末以及中模所施之壓力將相當(dāng)大。

當(dāng)上沖壓力P向模穴之粉末壓下時(shí)，此壓力P使得模穴之粉末被擠向四周，產(chǎn)生一徑向壓力Fr傳遞至模壁。當(dāng)胚體與模模壁產(chǎn)生相對(duì)移動(dòng)時(shí)此徑向壓力Fr造成一摩擦力Ff，此摩擦力Ff將抵消部份的成形壓力，使傳到胚體下方之壓力Pb變小。

Z為徑向壓力與軸向壓力之比，亦即軸向壓力傳達(dá)至徑向壓力之能力。下表為各種粉末之Z值：壓力越高亦即生胚密度越大時(shí)其Z值越大，且較硬之粉末其Z值較小，而較軟之粉如銅粉、鉛粉因其較易塑性變形故Z值較大。

由公式可知：Px/P=exp(-4μZ X/D)   μ為摩擦系數(shù)

胚體中的壓力隨著高度X的加大及D的變小而降低。由公式可知胚體內(nèi)各處之密度將不均勻。

在單壓時(shí)：上方邊緣處之密度zui高，下方邊緣處之密度zui低。

在雙壓時(shí)：上、下兩方邊緣處之密度zui高，但中間邊緣處

密度zui低。此由于沖頭本身承受之壓力并不均勻。

由公式得知若要改善壓力的均勻性，則必須降低μ值和Z值。

改善方法：

可藉調(diào)整潤(rùn)滑劑之添加量以及粉末之形狀、大小而改變。一般而言，將潤(rùn)滑劑施于模壁時(shí)，胚體與模壁間之μ值將降低，但Z值卻升高，故需視μ值和Z值而定。

一般結(jié)構(gòu)件，亦即生胚密度在80％以上時(shí)，添加潤(rùn)滑劑將使μ值和Z值下降，因而有助于將上沖之壓力傳至下沖。

由公式得知當(dāng)X/D值小時(shí)，密度及生胚強(qiáng)度將比X/D大時(shí)為佳。故一般胚體長(zhǎng)度與直徑之比值愈小愈好，一般多在6以下，不然胚體中間部分因密度過(guò)低而易碎裂。

5、脫模力：

當(dāng)施壓之步驟完成后，胚體因受到徑向壓力所造成之摩擦力，將撐在中模內(nèi)，不易頂出。

當(dāng)加壓時(shí)之徑向壓力隨軸向壓力之增加而上升，當(dāng)成形結(jié)束后，軸向壓力Pa迅速降至為零時(shí)，其徑向壓力Pro也迅速下降，但卻不會(huì)回歸至零而有一殘留徑向壓力。對(duì)海綿鐵粉而言，此殘留徑向壓力Pro約為zui大軸向壓力Pa的0.2~0.3倍。

故脫模力=徑向壓力×胚體的側(cè)面積Aside×摩擦系數(shù)μ

       F =μ×(0.2~0.3)Pa×Aside

對(duì)于薄壁之小工件如自潤(rùn)軸承，由于側(cè)面積大，其脫模力常超過(guò)成形所需之力量，使得頂出時(shí)胚體底部因再受度受高壓而提高密度，有時(shí)下沖承受不住此頂出力將產(chǎn)生塑性變形甚至于斷裂。為了降低脫模力，一般可在粉末中增加潤(rùn)滑劑之量，以降低胚體與模壁間之摩擦系數(shù)，且必須隨時(shí)維護(hù)模具之表面之光滑度，不然將產(chǎn)生嚴(yán)重之模具磨損，甚至有尖銳噪音之出現(xiàn)。

五、成形時(shí)之考慮事項(xiàng)：

1、噸數(shù)：

成形所需之噸數(shù)與零件之截面積、粉末的成形性、以及所需之生胚強(qiáng)度有關(guān)。

舉例說(shuō)明：

外徑為20mm內(nèi)徑為10mm高度為3mm生胚密度為6.8g/cm3之墊片，此墊片由上方投影之面積為235.6mm2。若使用還原鐵粉(看廠商提供之生胚密度和成形壓力的曲線圖)其成形壓力為6噸/cm2。所以成形的噸數(shù)為6噸/cm2×2.356＝14.1噸。

由于厚件因模壁所生之摩擦力較大，所以厚件的成形的噸數(shù)稍大。

2、段差：

在段差小的零件時(shí)，可使用上下沖直接成形，亦可藉模具段差之上沖成形，以減少?zèng)_子的成本。若零件的段差明顯時(shí)，若采用具有段差之上沖成形，將造成較薄的部分密度太高，而該沖子承受的應(yīng)力太大，甚至于折斷或破裂。而較厚部分之密度太低，易在較薄不過(guò)交接處產(chǎn)生裂痕。

改善方法：段差明顯時(shí)，將此零件反過(guò)來(lái)成形改用兩支下沖方式成形。

3、零件設(shè)計(jì)：

胚體受壓時(shí)將產(chǎn)生彈性及塑性變形，當(dāng)上沖退回模穴后，由于胚體已不受上下沖之壓力故其彈性變形將回復(fù)，因而高度將呈現(xiàn)增長(zhǎng)之現(xiàn)象。而徑向的部分則在胚體離開(kāi)模穴后才回脹，此回脹量約在0.1至0.2％之間，當(dāng)壓力大、添加之潤(rùn)滑劑多時(shí)此彈回量將增加。

舉例說(shuō)明：為ㄇ形且具內(nèi)孔之鐵粉胚鐵，其外徑為D0內(nèi)孔為D1、D2之直徑在脫模后均變大，但對(duì)內(nèi)孔D2而言，當(dāng)肉厚為內(nèi)孔直徑兩倍以上亦即D0>5D2時(shí)，此內(nèi)孔有時(shí)不但不膨脹反而會(huì)收縮，故在設(shè)計(jì)模具時(shí)須將此彈回量列入考慮。

由于胚體成形及脫模時(shí)均是上下移動(dòng)，所以前進(jìn)路線上下不能有阻礙物。所以零件設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)避免有清角(應(yīng)將其轉(zhuǎn)90度)、橫向角(二次加工達(dá)成)、中模有尖角、上下沖有過(guò)薄或過(guò)尖之設(shè)計(jì)(因應(yīng)力集中而破裂)。

有時(shí)雖然零件之設(shè)計(jì)并無(wú)不當(dāng)，但因模具之設(shè)計(jì)或制作不當(dāng)，亦會(huì)造成零件成形不易或模具之破損、磨耗。如模具未拋光至鏡面使得磨耗嚴(yán)重、間隙加大，甚至造成粉末卡入表面凹處，造成零件和模具表面的拉傷。

4、成形時(shí)常遇見(jiàn)之困難：

A、魚(yú)鰱紋及斷痕：

常發(fā)生在下列情形：

1、長(zhǎng)度/直徑之比值太大時(shí)，試片中間部份之密度低、強(qiáng)度弱，當(dāng)成形結(jié)束上沖升起時(shí)，胚體所受軸向壓力消失，產(chǎn)生向上之回彈因而產(chǎn)生裂痕。

2、試片在被頂出離開(kāi)模穴之剎那，因應(yīng)力瞬間消失，使得胚體產(chǎn)生彈回膨脹，每頂出一小部份，該部份就因脫模膨脹而產(chǎn)生橫向裂痕。此現(xiàn)像在胚體中段特別明顯，此因雙壓成形時(shí)該處之密度zui低，且測(cè)向壓力zui大。

3、關(guān)于鐵粉的脫模膨脹量：

造成原因：

當(dāng)成形壓力越大時(shí)生胚密度增加，但脫模彈回量也上升，特別是還原鐵粉因內(nèi)部孔隙較多，壓縮時(shí)孔隙體積收縮，使得一些封閉孔內(nèi)之氣壓變大，造成頂出后孔內(nèi)壓力回脹，產(chǎn)生大量的脫模膨脹。此彈回量在模具設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)納入考慮。

對(duì)策：

1、為了減少脫模膨脹造成的這些缺陷，可使用具較高生胚強(qiáng)度但無(wú)內(nèi)孔之粉，使用較少的潤(rùn)滑劑添加量或使用壓縮性好的粉，使在低壓成形即可，以減少脫模膨脹量。

2、在頂出的模口處加大推拔角或R角，使胚體頂出時(shí)之彈回膨脹成為漸進(jìn)式可減少魚(yú)鰱紋的產(chǎn)生。

3、若裂痕是由于上沖升起時(shí)胚體產(chǎn)生軸向之彈回所造成時(shí)，可藉調(diào)整上，下沖之動(dòng)作使在頂出時(shí)上沖還壓住胚體，以減少軸向的回彈，此動(dòng)作亦可增加胚體向測(cè)面彈回時(shí)的磨擦阻力，因而減少魚(yú)鰱紋的產(chǎn)生。

4、加速頂出之速度使胚體在?？谥畯椈厮俣认鄬?duì)降低。

5、添加黏結(jié)劑亦可減少魚(yú)鰱紋的產(chǎn)生。

B、裂痕原因：

除了上述因脫模膨脹所產(chǎn)生之橫向魚(yú)鰱紋之缺陷外。

A、在制作T形、ㄇ形胚體也常出現(xiàn)缺陷，特別是軸向及橫向之裂痕。因制作此T形、ㄇ形零件時(shí)必須使用兩支下沖，在成形結(jié)束上沖上移后，由于兩支下沖之長(zhǎng)度不同，其回彈之膨脹量不同，使得這兩支下沖將對(duì)胚體造成應(yīng)力而導(dǎo)致裂痕的產(chǎn)生。但這些裂痕不易察覺(jué)，經(jīng)燒結(jié)也無(wú)法愈合。(故在成形后應(yīng)使用30倍之實(shí)體顯微鏡觀察，加以改善。)

對(duì)策：

1、在頂出時(shí)上沖還對(duì)胚體保持一定的壓力直到胚體的一部份或全部脫離模穴為止。

2、亦可調(diào)整工件密度之分布以改善之。

B、在制作不同厚度之零件時(shí)，在厚度不同的部分之相接處產(chǎn)生裂縫，此由于因左右部分之中性區(qū)亦即密度zui低處相距過(guò)大所造成，一般之中性區(qū)之位置由下式?jīng)Q定：

N=F*X/(X＋Y) 

F：填粉深度  N：中性區(qū)距模穴上緣之位置  X、Y：分別為上、下沖之相對(duì)移動(dòng)距離

舉例說(shuō)明：

如零件尺寸左側(cè)是20mm的厚度，右側(cè)是10mm的厚度

假如ρg生胚密度和ρa粉末之視密度之比值為2.4 (公式為：(H1/H2)=( ρg/ρa))

則左側(cè)的充填深度為48mm，右側(cè)的充填深度為24mm。采用上下沖加壓方式成形時(shí)，

上沖下移14mm而左測(cè)下一沖上移14mm，右側(cè)之下二沖上移2mm。

對(duì)左測(cè)而言，其中性區(qū)(密度zui低處)位置N1為48mm×(14/28)=24mm

對(duì)右測(cè)而言，其中性區(qū)(密度zui低處)位置N2為24mm×(12/14)=20.6mm

由于中性區(qū)N1和N2之位置相差太多使得左右測(cè)之密度不連續(xù)，故有時(shí)會(huì)在左右部分

相接處產(chǎn)生裂縫。且當(dāng)左側(cè)或右測(cè)有芯棒時(shí)，此芯棒會(huì)因左右密度不一致而受到側(cè)壓

力，導(dǎo)致孔不直或芯棒彎曲等問(wèn)題。

對(duì)策：

調(diào)整充填深度及兩支上下沖上壓的時(shí)間，或改用兩支上沖以解決之。

C、崩角：

常發(fā)生于復(fù)雜零件的尖角，肉薄處。

產(chǎn)生的原因：

1、粉末間的摩擦力、結(jié)合力不夠。

2、粉的流動(dòng)性不佳時(shí)，也會(huì)造成工件之某些部位充填不足，造成此處密度、強(qiáng)度偏低之現(xiàn)象。

改善之方法：

1、可選用還原粉或其它較不規(guī)則形狀的粉，利用其機(jī)械鎖合力來(lái)提高生胚強(qiáng)度。

2、若在粉末之選擇方面無(wú)法調(diào)整時(shí)，有時(shí)可使用上充填法或在填粉盒中加裝機(jī)械攪拌裝置或噴氣裝置，這些有助于粉末之充填，可改善粉末之均勻性。此外亦可添加黏結(jié)劑。

六、燒結(jié)：

簡(jiǎn)單的說(shuō)就是兩顆粉末在高溫時(shí)由于原子的移動(dòng)，使得粉末間的距離改變、表面積減少、形狀產(chǎn)生變化的一種現(xiàn)象。

A：固態(tài)燒結(jié)：

燒結(jié)是藉原子或分子的吸引力在固體狀態(tài)下，透過(guò)熱的應(yīng)用將粉末質(zhì)量的粒子結(jié)合。粉末有大的表面面積比率不同于實(shí)心的金屬。因而表面能量更大的。

在燒結(jié)過(guò)程中將造成：1、改變氣孔的形狀。2、縮小體積。3、表面能量減少。

燒結(jié)被分為三個(gè)步驟進(jìn)行：

*步驟，粉末粒子還保持分離情形下，頸部生長(zhǎng)過(guò)程迅速。

第二步驟，大部份的致密化存在結(jié)構(gòu)再結(jié)晶而且粒子間互相擴(kuò)散。

第三步驟，隔離的氣孔傾向于變?yōu)閳A形而且在比較低的比率下持續(xù)致密化。

液相燒結(jié)：

在液相里，兩個(gè)或更多粉末的混合燒結(jié)，被燒結(jié)的溫度是介于高溶化組成的低的溶點(diǎn)溫度和高于低溶化組成的溶點(diǎn)溫度。液相燒結(jié)適用于銅-錫和鐵-銅預(yù)拌粉，例如，假如成分是正確的混合，燒結(jié)的變化依據(jù)兩個(gè)合金濕潤(rùn)度的物性。液相燒結(jié)的過(guò)程能考慮由三項(xiàng)部份重迭作用給予說(shuō)明：

1、在液相允許固體材料重新排列和快速的收縮。

2、分解和再?zèng)_擊伴隨致密化的發(fā)生。

3、當(dāng)液相消失時(shí)一起發(fā)生。

燒結(jié)氣氛：

幾乎所有金屬，即使將其放置于室內(nèi)溫度中冷卻，金屬只要和周?chē)臍怏w接觸將起反應(yīng)。而在表面蒙上稀薄的氧化物薄膜。此在表面上蒙上氧化薄膜的金屬粉末，實(shí)時(shí)經(jīng)過(guò)了壓實(shí)過(guò)程也無(wú)法消除。這些氧化薄膜不能從金屬粉末拋出去，其結(jié)果將妨礙燒結(jié)的過(guò)程。所以為了從金屬粉末拋出去這些氧化膜，燒結(jié)中的氣體氣氛變?yōu)榉浅５闹匾?/span>

例如：置放在空氣中的鐵粉末壓實(shí)零件，將其燒結(jié)的話(huà)。因?yàn)殍F粉粒子將不斷的放出的氧化物，會(huì)在燒結(jié)過(guò)程中發(fā)生過(guò)度氧化現(xiàn)象。使得壓實(shí)零件的鐵全部被氧化。如處于相反性質(zhì)的氣體場(chǎng)合，如周?chē)菤錃?、氨分解氣體、一氧化碳等氣體時(shí)。則鐵粉粒子所吸收的氣體將慢慢地被排出、將使燒結(jié)溫度變成十分的高，分解氧化薄膜，而放出了氧化物。燒結(jié)氣氛必須要具有還元性氣體。

燒結(jié)制程：

成形后之胚體由于內(nèi)部含有潤(rùn)滑劑，必須先經(jīng)脫脂步驟以去除潤(rùn)滑劑，然后再于高溫?zé)Y(jié)使粉末結(jié)合在一起，此脫脂及燒結(jié)制程所牽涉到的制程參數(shù)及在設(shè)備上之考慮相當(dāng)多，例如應(yīng)使用何種氣氛？何種溫度?何種設(shè)備?如何控制碳勢(shì)?若使用不同之材料時(shí)以上之參數(shù)又要如何改變?這些均有說(shuō)明之必要。

脫脂：

一般之粉末需先添加潤(rùn)滑劑或黏結(jié)劑以利成形，但這些潤(rùn)滑劑多為有機(jī)物，必須在高溫?zé)Y(jié)前予以去除。常用之潤(rùn)滑劑有硬脂竣鋅、硬脂酸鋰及白蠟(ethylene bis-stearamide, EBS，俗稱(chēng)之Acrawax即此成分)三種。

一般之脫脂多在燒結(jié)爐之前段進(jìn)行，溫度在500-600℃之間，所需之時(shí)間大約為15-30分鐘。不過(guò)有些零件在脫脂時(shí)會(huì)產(chǎn)生起泡(俗稱(chēng)爆米花)、爆點(diǎn)、破裂或積碳之現(xiàn)象。

A：一般認(rèn)為起泡及破裂是因工件中之潤(rùn)滑劑在400。C至500。C間之分解速率過(guò)快而造成。

B：積碳是因脫脂區(qū)之氣氛流速太慢，使得潤(rùn)滑劑分解時(shí)所產(chǎn)生之一氧化碳在試片中停留過(guò)久，此CO超過(guò)18%時(shí)易反應(yīng)成碳及二氧化碳，使胚體及孔之表面產(chǎn)生積碳之現(xiàn)象，由外觀看常有粗糙、隆起之現(xiàn)象。此積碳反應(yīng)在500℃至600℃之間*，加上工件中之鐵、鈷、鎳、鋅有催化作用，而使用之氣氛為受熱型氣氛時(shí)因其中之CO已有15至20%，所以在此氣氛下此積碳現(xiàn)象將更明顯。

解決此問(wèn)題：

A：可以讓工件在500。C以下有足夠之時(shí)間脫脂，使所有潤(rùn)滑劑脫除，并快速跳過(guò)500。C至600。C之范圍且加大氣氛之流量，以減少積碳、起泡、破裂之現(xiàn)象。

B：可在脫脂區(qū)單獨(dú)使用放熱型氣氛，此乃將天然氣或丙烷與空氣之比例調(diào)低，使較接近*燃燒之比例，燃燒后之氣體含CO較少，產(chǎn)生此氣氛之裝置俗稱(chēng)快速脫脂設(shè)備(rapid burn off, RBO)。此外，由于此燃燒為放熱反應(yīng)，可藉氣體將零件加熱，使胚體之溫度較均勻。放熱型氣氛之露點(diǎn)較高亦有助于將積碳反應(yīng)成氧化碳。

C：可將脫脂區(qū)使用之氣氛通過(guò)一水箱，使其離開(kāi)水箱時(shí)含有水蒸氣，再將此氣體通入脫脂區(qū)，亦可減少碳黑。

D：在胚體中減少鎳之含量或添加硫或硫化錳，并改用硬脂酸鋅以外之目潤(rùn)滑劑，有助于爆點(diǎn)、碳黑之減少。

E：加長(zhǎng)脫脂區(qū)之長(zhǎng)度，使胚體有足夠之時(shí)間脫脂，并調(diào)整爐膛之截面積，使燒結(jié)區(qū)之截面積較大而脫脂區(qū)之截面積較小，如此可使氣氛通過(guò)脫脂區(qū)時(shí)之速度加快而有助于將臟氣氛帶出。

燒結(jié)氣氛：

燒結(jié)時(shí)所用之氣氛可影響產(chǎn)品之機(jī)械性質(zhì)、外觀、抗腐蝕性、成本等。在粉未冶金制程中相當(dāng)重要，氣氛之主要功能有下列數(shù)項(xiàng)：

1. 防止外界之空氣進(jìn)入爐內(nèi)造成工件之氧化。
2. 幫助燒除胚體內(nèi)之潤(rùn)滑劑和黏結(jié)劑。
3. 將粉末表面之氧化層還原

d) 控制胚體之含碳量

一般較常使用之氣氛有氫氣、氮?dú)浠旌蠚狻⒘呀獍?、吸熱型氣氛、放熱型氣氛及真空等?/span>

氣氛之控制：

上述各氣氛多由氣體產(chǎn)生器生產(chǎn)而得，這些方法需注意下列事項(xiàng)以免生產(chǎn)出來(lái)之氣氛成分不穩(wěn)，影響粉末冶金產(chǎn)品之質(zhì)量。例如產(chǎn)生器內(nèi)之觸媒是否已老舊，是否有過(guò)多之碳黑產(chǎn)生，空氣中水分及溫度之變化，原料如液氨或烷類(lèi)等所含水氣量以及氣體產(chǎn)生器本身之操作溫度是否不穩(wěn)定等。在燒結(jié)時(shí)氣氛中之水分及一氧化碳、二氧化碳皆能對(duì)碳鋼中之碳含量產(chǎn)生影響，所以有必要對(duì)這些氣體之角色作進(jìn)一步之說(shuō)明。

水分：

在各型氣氛中一般多殘留沼水氣，這些水氣在某一溫度以下將凝結(jié)成水珠，此zui早凝結(jié)之溫度俗稱(chēng)露點(diǎn)(dew point)，圖7-4為水氣含量與露點(diǎn)之對(duì)照?qǐng)D。比對(duì)之方法為將中心點(diǎn)與露點(diǎn)之溫度相聯(lián)接，而其延長(zhǎng)線即可指出相對(duì)應(yīng)之水氣含量。例如水氣含量為1%時(shí)其露點(diǎn)為7。C。

各種氣氛中其水氣含量一般均太高，不適宜于直接用于燒結(jié)，必須先除水，常見(jiàn)之方法有三種:

(1)冷水沖洗法:

在高溫所生成之氣體其含水量相當(dāng)高，若經(jīng)過(guò)管外之冷水沖洗后其露點(diǎn)可降至該水溫，例如以15。C至30。C之水沖洗時(shí)其氣氛之露點(diǎn)即為15。C至30。C，亦即其含水量為1.7至4.1%。

(2)冷凍除濕法:

以冷凍機(jī)使氣氛之溫度降低，則過(guò)飽和之水氣將礙結(jié)，以此法一般可得到之露點(diǎn)為5。C至15。C之間。

(3)化學(xué)除濕法:

以活性氧化鋁吸收氣氛中之水分，其露點(diǎn)可降至－40。C，若再以分子篩過(guò)濾則可降至一60。C。

水氣含量之測(cè)試方法有多種，常見(jiàn)之兩種如下: 露點(diǎn)計(jì)

(1)熱電型式:如圖所示，拋光材料之下方附著一熱電材料(thermoelectric material)，當(dāng)通電并調(diào)整此熱電材料之溫度時(shí)可使拋光材料冷卻，此時(shí)，氣氛中之水分可凝結(jié)在拋光面上，成為霧狀，此時(shí)入射之光線經(jīng)折射后之強(qiáng)度將不同，此強(qiáng)度可由感光敏晶體管(photo transistor)測(cè)得，這些數(shù)據(jù)可解讀成氣氛中水分之多寡或露點(diǎn)之之高低。

(2)另一常用之方法乃利用電容之原理，當(dāng)氣氛通過(guò)一含干燥粒之容器時(shí)，水氣將改變此容器之電容，故可藉以判斷氣氛中水分之多寡。

燒結(jié)爐：

連續(xù)式燒結(jié)爐大致上可分為脫脂區(qū)、燒結(jié)區(qū)、冷卻區(qū)三部部份。

脫脂區(qū)：生胚內(nèi)之潤(rùn)滑劑將被分解而逸出，并由流向爐口之氣氛帶出。

燒結(jié)區(qū)：在于加強(qiáng)粉體間之結(jié)合，:將各合金元素均質(zhì)化，甚而提高密度。

冷卻區(qū)：有調(diào)整顯微組織、冷卻胚體以便取出之功能。

一般爐體所需之氣氛大多由燒結(jié)區(qū)之尾端進(jìn)入，當(dāng)氣氛進(jìn)入高溫?zé)Y(jié)區(qū)時(shí)，由于溫度升高、氣體急速膨脹，因而欲向爐口及爐尾流動(dòng)，但因一般之爐尾常有外接之氮?dú)庀蛳麓?，形成氣?/span>(gas curtain)以阻隔燒結(jié)氣氛與外面之空氣接觸，此外，在爐尾亦常加上玻璃纖維簾布或鋼片以增加氣流之阻力，所以氣氛只能朝爐口方向流動(dòng)。氣氛由燒結(jié)區(qū)尾部進(jìn)入的好處在于燒結(jié)趨近結(jié)束時(shí)之胚體其所處周?chē)畾夥蛰^新鮮、干凈(氣氛愈接近爐口時(shí)，因其中已累積了不少潤(rùn)滑劑所分解之氣體分子及水氣，所以較臟)，因此由高溫?zé)Y(jié)區(qū)尾端進(jìn)氣之設(shè)計(jì)可確保產(chǎn)品之干凈度。

不銹鋼之燒結(jié)：

由于不銹鋼中大多含有鉻(而鉻容易與氣氛中之水氣或氮?dú)猱a(chǎn)生反應(yīng)生成Cr2O3或Cr2N，當(dāng)這些化合物生成時(shí)，其外圍之鉻含量將減少，使得這些區(qū)域之抗腐蝕性大幅降低。因此不銹鋼之燒結(jié)不應(yīng)在含氮之氣氛中進(jìn)行?？啾仨毷褂昧呀獍睍r(shí)，則在800。C左右之冷卻速度需加快，每分鐘應(yīng)在40。C以上，以避免Cr2N之生成。此外不銹鋼之脫脂必須非常*，使其潤(rùn)滑劑*分解逸出，使其中之碳及氧無(wú)法與鉻結(jié)合，所以不銹鋼燒結(jié)爐之脫脂區(qū)要比一般之燒結(jié)爐長(zhǎng)些。此外不銹鋼之燒結(jié)氣氛須特別嚴(yán)謹(jǐn)，其露點(diǎn)一般需在一40。C至一60。C之間。且盡量使用氫氣或真空，但真空度太好時(shí)，鉻易揮發(fā)，例如燒結(jié)溫度為1205。C時(shí)，鉻之蒸氣壓為10-2 torr，若此時(shí)爐內(nèi)之真空度優(yōu)于此，則工件中之鉻將逐漸揮發(fā)造成鉻含量不足導(dǎo)致抗腐蝕性變差。故一般好利用氬氣之回填使真空度維持在1 torr左右，以降低鉻之揮發(fā)。

黃銅之燒結(jié)：

黃銅乃銅鋅合金，由于鋅之蒸氣壓高， 所以燒結(jié)時(shí)常因鋅之蒸發(fā)使得成分改變。

為了解決此問(wèn)題：

一般燒結(jié)黃銅時(shí)常將工件置入不銹鋼、石墨或陶瓷盒內(nèi)，然后加蓋，此蓋不需密封，其功能只是使鋅之蒸氣保留于盒中，使工件中之鋅不再持續(xù)揮發(fā)。黃銅粉所用之潤(rùn)滑劑多為硬脂酸鋰，此乃因鋰較易活化粉末并攫取粉末之氧之故。由于黃銅色澤佳，.般常用于鎖件等重視外觀之工件。

燒結(jié)黃銅之氣氛多為裂解氨，溫度在760。C至925.℃之間，視鋅含量而定，時(shí)間約30分鐘，由于黃銅相當(dāng)軟，生胚密度可壓至90~95% ，所以其中之潤(rùn)滑劑不易逸出，在脫脂區(qū)之升溫速率應(yīng)放慢，不然易有起泡、鼓脹且呈粉紅色之情形。

青銅之燒結(jié)：

青銅乃銅錫合金，含錫量多在10至20%之間，常用之粉末有兩種，一為混合元素粉，一為預(yù)合金粉。元素粉燒結(jié)時(shí)，常在錫粉原來(lái)之位置留下孔洞，適于作含油軸承，此外由于元素粉易成形故使用者多。相對(duì)地，合金粉不易成形，燒結(jié)多為固相燒結(jié)，但強(qiáng)度高為其優(yōu)點(diǎn)。青銅之燒結(jié)多在750。C至850。C左右，視錫含量而定，燒結(jié)時(shí)閑杓30分鐘，使用氣氛大多為氮?dú)浠旌蠚狻?/span>

七、燒結(jié)體之后處理：

由于燒結(jié)時(shí)零件會(huì)產(chǎn)生收縮或膨脹現(xiàn)象，使得燒結(jié)后胚體之尺寸有時(shí)需要再藉加工、研磨、精整。才能達(dá)到所需之尺寸。

有時(shí)為了達(dá)到所需之特性，還做了噴砂、熱處理、滲銅、滲油、黑化、樹(shù)脂含浸等后處理工作。

1、精整：Sizing俗稱(chēng)校正

將燒結(jié)完之胚體再放入模具中加壓以使某些尺寸更為之步驟。

以ISO之IT基本公差表示：

燒結(jié)后徑向?yàn)?/span> 25mm之尺寸，其公差應(yīng)為0.05％(12.5μm)~0.08％(20μm)在IT6~IT7之間。但一般生產(chǎn)品皆為0.13％~0.20％，也即在ISO之IT8~IT9之間。無(wú)法達(dá)到客戶(hù)的需求故需要精整。

1. 余量精整：燒結(jié)后的尺寸偏大時(shí)，藉壓力將胚體擠入模具內(nèi)把多余之材料擠入孔隙或肉厚變薄、高度增高。
2. 無(wú)余量精整：胚體的尺寸偏小、精整時(shí)將工件從高度方向加壓，使胚體曹朝徑向之空間擠壓以達(dá)到zui后尺寸。

精整的限制：零件硬度 >HRB85不適合，零件的長(zhǎng)度小于精整機(jī)沖程的20％。

2、再壓再燒：

一般傳統(tǒng)粉末冶金成品只能達(dá)到約90％的密度，以鐵系而言，即7.1g/cm3左右，為了提高零件的密度和機(jī)械性質(zhì)，可采雙壓雙燒結(jié)法。首先以4~6噸壓力(400~600Mpa)/每平方公分壓出生胚，然后將生胚在一般之燒結(jié)爐*行預(yù)燒以燒除潤(rùn)滑油并將已加工硬化之粉末予以退火，由于燒結(jié)溫度約780℃~850℃之間，并不高，合金之均質(zhì)化還未完成，產(chǎn)品的強(qiáng)度及硬度均低，所以能重新再燒結(jié)一次使密度再提高。一般二次加壓之壓力約為4~8噸壓力(400~800Mpa)/每平方公分，并需添加如四弗乙烯之潤(rùn)滑油。而所壓高度變化量應(yīng)為徑向變化量的兩倍以上才有實(shí)值的效果。二次加壓后的工件須在1120℃作二次燒結(jié)，燒結(jié)后可達(dá)95％約7.47g/cm3之密度。

3、熱處理：

鐵系粉末冶金零件之熱處理方法有滲碳、氮化、滲碳氮化處理等。因粉末冶金零件有孔，熱處理所用之氣氛能通過(guò)這些孔隙使心部也達(dá)到與表面一樣的硬化性質(zhì)。如滲碳處理時(shí)，粉末冶金零件則幾乎表面和心部全體皆硬化。所以心部的韌性較差。若要避免此現(xiàn)象，可以提高密度至7.1g/cm3以上，如此可避免心部也硬化。所以熱處理時(shí)需視產(chǎn)品的需求，如硬度，耐磨性而改變熱處理?xiàng)l件、如降低溫度、縮短時(shí)間等。

熱處理分為：A、全硬化，B、滲碳 ，C、氮化，D、滲碳氮化  加以說(shuō)明：

A、全硬化：

當(dāng)工件含碳時(shí)可利用淬火再回火之熱處理方式提高其硬度及強(qiáng)度，其主要的步驟：

a：奧斯田鐵化：其溫度視含碳量而定，在含碳0.2％時(shí)，其溫度920℃，在含碳0.6％時(shí)，其溫度850℃。

b：淬火：一般都以50℃之油淬為主，此因粉碎冶金工件內(nèi)部有孔隙。若使用水或鹽水淬時(shí)容易造成淬裂，且水或鹽水易殘留在孔隙中產(chǎn)生生銹的問(wèn)題。 

c：回火：由于淬火后之麻田散鐵相硬又脆，且由于麻田散鐵之比容積較奧斯田鐵、肥粒鐵大，所以淬火時(shí)產(chǎn)生相當(dāng)大之內(nèi)應(yīng)力，此缺點(diǎn)可藉在150℃~200℃之間的回火來(lái)改善，使成為韌性較佳之回火麻田散鐵并消除淬火時(shí)所生之內(nèi)應(yīng)力。

4、滲碳：

滲碳處理是以吸熱型氣氛為主，但由于其中含有大量之氫氣，有礙滲碳，所以必須加入甲烷CH4。 CH4ßà【C】＋2H2  此反應(yīng)所生之【C】之活性很高，可滲入工件的表面，然后向內(nèi)部擴(kuò)散。此滲碳的深度隨溫度之增加而增加，一般滲碳溫度約850~900℃。

理想的滲碳組織是工件內(nèi)部為亞共析鋼使具韌性，而外層則為共析鋼。若表面為過(guò)共析鋼時(shí)，因在晶界會(huì)形成脆性之網(wǎng)雪明碳鐵，在淬火或加工時(shí)易龜裂。

滲碳后的深度以MHV量測(cè)。

一般所施荷重5g，用此低荷重MHV5g量測(cè)時(shí)硬度不受密度和孔隙之影響。

若荷重高，如HV500g時(shí)因金字塔型之鉆石會(huì)穿入或擠壓孔隙，使得壓痕變大，而顯示出來(lái)的硬度將偏軟，且密度愈低時(shí)此偏軟的現(xiàn)象將更明顯。

故要決定滲透之深度由MHV5g開(kāi)始à到550MHV之硬度為止。

滲碳層的深度隨滲碳時(shí)間之平方根成正比，且隨溫度之升高而增加。

一般850℃約1~4小時(shí)，900℃約15~30分鐘。但不認(rèn)滲碳溫度為何，回火溫度約850℃。

滲碳層的厚度和密度有關(guān)，密度低時(shí)由于滲碳?xì)夥湛裳刂紫渡钊肱唧w，所以密度低的胚體內(nèi)部之微硬度反而較高于密度高的。

5、氮化：

原理是使鐵或中之合金元素與氮反應(yīng)成堅(jiān)硬之氮化物，但由于氮分子惰性高，氮化反應(yīng)不易發(fā)生，一般采用裂解氨。2NH3à2N＋6HàN2＋3H2

所生之N之活性高，但純鐵和碳鋼還是不易硬化，必須含有Al、Cr、Mo、V、Mn、Ni等時(shí)硬化才會(huì)顯著。

一般氮化時(shí)間約數(shù)十小時(shí)、溫度500℃~550℃，由于溫度低故不需淬火。所以工件尺寸穩(wěn)定。一般可在淬火后于 530℃~580℃回火，然后再進(jìn)行氮化處理。

6、滲碳氮化：

此為在滲碳?xì)夥罩屑尤胍恍┌睔?，此氨氣在鐵的摧化下可分解出初生態(tài)之氮而滲入鋼中，此硬化之深度比純滲碳佳。

7、滲油：

粉末冶金之軸承，當(dāng)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，其功能如同幫浦，在軸與軸承間某部份造成真空現(xiàn)象，再加上油受熱膨脹，所以可將油由孔隙帶出。而在軸與軸承間之另外一些區(qū)間則又產(chǎn)生加壓現(xiàn)象，將油打回孔隙，如此循環(huán)并在軸與軸承間形成一連續(xù)之油膜，而達(dá)到潤(rùn)滑之功效。當(dāng)軸停止運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，溫度下降，因毛細(xì)孔之現(xiàn)象，油將回流至軸承之孔隙中。

8、滲銅處理：

為提高鐵基零件之密度達(dá)7.2g/cm3以上，且機(jī)械性質(zhì)亦需加強(qiáng)時(shí)，滲銅是常見(jiàn)之方法。

基本原理是將銅熔解后，利用燒結(jié)體內(nèi)孔隙之毛細(xì)力把銅液吸入胚體，此方法可將密度提高到7.5g/cm3，由于孔隙是應(yīng)力的集中處，而此滲銅法正可將銅填入孔隙，所以能提高胚體的機(jī)械性質(zhì)，且由于滲銅處理時(shí)可于非常短之時(shí)間內(nèi)分布于胚體中，并擴(kuò)散入周?chē)F基地而產(chǎn)生固溶強(qiáng)化，所以也是提高強(qiáng)度的原因之一。又孔隙已被銅填滿(mǎn)，改進(jìn)加工性。

9、接合：

10、振動(dòng)研磨：

在加壓成形之過(guò)程中，由于上下沖和中?；蚺c心棒之間的間隙，使的細(xì)粉可進(jìn)入，造成胚體產(chǎn)生毛邊。此毛邊經(jīng)燒結(jié)后附著于胚體上，當(dāng)客戶(hù)使用零件時(shí)易與配合件產(chǎn)生干涉現(xiàn)象，所以一般燒結(jié)體均需經(jīng)過(guò)去毛邊之處理，主要的處理方法就是振動(dòng)研磨及噴沙。

振動(dòng)研磨可去毛邊之外也可將表面的粗度降低，提高外觀之質(zhì)量。在此過(guò)程中有時(shí)加入亮光劑，使胚體表面能排斥研磨時(shí)所產(chǎn)生之細(xì)粉，使細(xì)粉不致于因被沖擊而鑲在工作表面造成表面偏黑之現(xiàn)象。

經(jīng)振動(dòng)研磨后之表面粗度約從Ra2.0μm改善到Ra1.2μm。

振動(dòng)研磨亦可提升不銹鋼之抗腐蝕性，此因燒結(jié)后之不銹鋼還有孔隙存在，而振動(dòng)研磨將部分的孔隙封住且使表面平滑，減少曲面應(yīng)力造成。

11、噴沙：

由于振動(dòng)研磨存在以下之缺點(diǎn)：

1、振動(dòng)研磨時(shí)，若切削力不足則工件之毛邊將無(wú)法*去除，此時(shí)毛邊僅產(chǎn)生塑性變形，此將使得表面不平整，與配合件間產(chǎn)生干涉之情形。

2、振動(dòng)研磨必須采用水及研磨劑，常造成生銹的問(wèn)題。

為了改善以上之缺點(diǎn)，可采用噴沙。此法將工件置入密閉室內(nèi)，將碳化硅或玻璃砂以高壓空氣噴向工件，將毛邊去除，但此類(lèi)工件之表面不如振動(dòng)研磨工件光滑。但亦可先噴沙再振動(dòng)研磨，以得到無(wú)毛邊且光滑之工件。

12、樹(shù)脂含浸：

粉末冶金零件在氣動(dòng)工具或冷氣機(jī)方面的應(yīng)用非常廣泛，這些產(chǎn)品常位于高壓氣之環(huán)境中，所以其特殊的要求是零件中不可有與外界相通之孔洞。然而粉末冶金均有孔洞，所以要如何填滿(mǎn)這些孔隙。可用滲銅法，但成本太高。所以可改用樹(shù)脂含浸法來(lái)填滿(mǎn)所有的孔隙。

樹(shù)脂含浸除了可以將粉末冶金零件予以封孔之外，另一優(yōu)點(diǎn)為含浸后之零件較容易電鍍。此因?yàn)槲唇?jīng)含浸處理時(shí)電鍍液易殘留于孔隙中造成腐蝕，此殘留的電鍍液在數(shù)天之后產(chǎn)生化學(xué)變化而長(zhǎng)出結(jié)晶，俗稱(chēng)長(zhǎng)白毛。因而影響外觀。

樹(shù)脂含浸制程zui適于密度在80％~90％之工件。對(duì)鐵系而言即6.2g/cm3~7.0g/cm3。若密度太低，有些樹(shù)脂會(huì)在含浸時(shí)流出，若密度太高則因孔隙太小且量少，樹(shù)脂不易進(jìn)入。

由于工件表面清潔度會(huì)影響含浸的效率，所以在燒結(jié)后馬上處理。

13、黑化處理；

其目的在于使工件與高溫水蒸氣反應(yīng)使其表面生成籃黑色之氧化鐵Fe3O4，此氧化鐵可增加燒結(jié)體的硬度，但將降低延性，此外黑化處理亦有填塞孔隙防止生銹，增加氣密性等效果。但因?yàn)檠趸F之厚度無(wú)法*填滿(mǎn)孔隙只能讓孔隙變狹窄，故氣密性效果比樹(shù)脂含浸差。

14、電鍍：

15、皮膜處理：

16、超音波洗凈：

八、粉末及成品之測(cè)試方法：

思考和比較：

在生產(chǎn)設(shè)備昂貴和原物料上漲趨勢(shì)下，使得生產(chǎn)成本往上增加。又產(chǎn)品同構(gòu)型太高造成

同業(yè)間的價(jià)格競(jìng)爭(zhēng)，也使得產(chǎn)品所獲得的利潤(rùn)降低。以上的因素，促使產(chǎn)業(yè)界必需正視產(chǎn)品在生產(chǎn)過(guò)程的質(zhì)量量測(cè)方面的問(wèn)題。但反觀目前產(chǎn)業(yè)界，在生產(chǎn)過(guò)程中往往忽視量測(cè)的每一步驟。而造成不良率的增加。故我們誠(chéng)心的建議，利用以下設(shè)備希望有助于降低產(chǎn)品的不良率，以達(dá)到營(yíng)利雙收的效益。

假如公司的營(yíng)業(yè)額是RMB20,000,000，而產(chǎn)品的不良率是6%。

將造成公司RMB 1,200,000的浪費(fèi)。

假如公司的營(yíng)業(yè)額是RMB20,000,000，而產(chǎn)品的不良率是2%。

將造成公司RMB 400,000的浪費(fèi)。

1、降低不良率的實(shí)施步驟：

*步、粉末流動(dòng)度的量測(cè)：

Hall金屬粉末流動(dòng)度 Flow Rate of Metal Powder

根據(jù)ASTM B213、JISZ 2502、GB/T 1482、ISO4490為標(biāo)準(zhǔn)。

理論基礎(chǔ)：

1. 粉末流動(dòng)度的量測(cè)方式和粉末于充填模穴之流動(dòng)之特性相似，它影響生產(chǎn)速率和壓縮零件的均一性。
2. 當(dāng)內(nèi)部顆粒摩擦增加時(shí)，其流動(dòng)度將降低。
3. 粉末的濕度和水分含量將影響流動(dòng)度。
4. 此測(cè)試使用于粉末制造工廠和零件生產(chǎn)工廠。
5. 微細(xì)粉末、潮濕的粉末不可量測(cè)。

所需配備：

1、秒表：0.1秒

2、中國(guó)金鋼砂粒度<106μm  50g x 5次----校正用-----每六個(gè)月校正一次

3、天平：50g / 0.1g

4、烘箱：102℃~107℃

5、連續(xù)做5 次 (每次不可超過(guò)0.4秒)

6、漏斗角度：60° ; 漏斗小孔：ψ2.63mm

7、粉收集容器

8、補(bǔ)正系數(shù)：40.0 / 標(biāo)準(zhǔn)試料的流速平均值

9、流動(dòng)度 = 連續(xù)測(cè)三次所得之平均值 × 補(bǔ)正系數(shù) (以S/50g表示)

10、若流動(dòng)度增加到37.0秒時(shí)，表示漏斗孔太大需更換

Hall量測(cè)為何需要補(bǔ)正系數(shù)?

由于流動(dòng)度計(jì)器表面的粗度將造成流速改變的因素，所以根據(jù)經(jīng)驗(yàn)而家以補(bǔ)正中國(guó)金鋼

砂標(biāo)準(zhǔn)試料的流速為(40±0.5)/50g。

金屬粉末外觀密度和流動(dòng)度測(cè)定參考表：

舉例說(shuō)明：日本制的Hall流動(dòng)度測(cè)定器：

第二步、粉末外觀密度的量測(cè)：

分為A：自由流動(dòng)的金屬粉末     B：非自由流動(dòng)的金屬粉末

1、粉末外觀密度又稱(chēng)為視密度，是將粉末填入已知體積后所得之密度。                                 

2、外觀密度的測(cè)定是相似于當(dāng)零件制造時(shí)，粉末填充到固定容積的模穴中之粉末重量。

3、粉末外觀密度測(cè)試提供粉末物理特性評(píng)定的準(zhǔn)則。

4、粉末外觀密度高表示粉末顆粒間摩擦力小、流動(dòng)性好。使得成形時(shí)粉末容易迅速流入模具的模穴中，而使成形之生胚密度也較高。

A、金屬粉末外觀密度(自由流動(dòng)的金屬粉末)

根據(jù)ASTM B212、B329 、JISZ 2504、GB/T 1479、ISO3921為標(biāo)準(zhǔn)。

在已知容器內(nèi)填充粉末外觀密度 = 粉末重量 / 已知容積    ρ= m / v

所需配備：

1、密度杯：外徑28mm  容積πd2h / 4 = 25 ±0.03 cm³

2、漏斗底部到密度杯上緣距離25mm

3、天平：200g / 0.01g

4、漏斗角度：60° ; 漏斗小孔：ψ2.5 ±0.08mm

5、外觀密度：M / V = g/cm³

6、沒(méi)有磁性的刮刀，抹平溢出的粉末

7、密度取到0.01g/cm³的精度

B、金屬粉末外觀密度(非自由流動(dòng)的金屬粉末)

根據(jù)ASTM B212、 B329 、JISZ 2504、GB/T 1479、 ISO3921為標(biāo)準(zhǔn)。

當(dāng)粉末太細(xì)，粉末間摩擦力太大，無(wú)法通過(guò)2.54mm之孔徑時(shí)，可改用Carney funnel，

其孔徑為5.08mm。

在已知容器內(nèi)填充粉末外觀密度 = 粉末重量 / 已知容積   ρ= m / v

所需配備：

1、密度杯：外徑28mm  容積πd2h / 4 = 25 cm³

2、漏斗底部到密度杯上緣距離25mm

3、天平：200g / 0.01g

4、一條直徑2.5mm長(zhǎng)150mm的線

5、漏斗角度：60° ; 漏斗小孔：ψ5± 0.08mm

6、外觀密度：M / V=g/cm³

7、沒(méi)有磁性的刮刀，抹平溢出的粉末

8、密度取到0.01g/cm³的精度

※注意：測(cè)試樣品會(huì)受到溫度、水分、油、硬脂酸、硬脂酸鹽、蠟、漏斗表面粗度等而改變其粉末的特性。

第三步、利用實(shí)體顯微鏡觀察生胚的均勻度與密度線

成形試模時(shí)一定要用顯微鏡 (使用30倍率) 觀察您所打出來(lái)的生胚的均勻度、密度線、毛邊、魚(yú)鱗紋、斷痕、裂縫、崩角等，再適時(shí)調(diào)整機(jī)臺(tái)。

三眼實(shí)體顯微鏡系統(tǒng)MOTICAM 2000

• USB系統(tǒng)CCD攝影機(jī)系統(tǒng)
• MOTICAM 2000軟件

備注：在計(jì)算機(jī)上可截取影像，影像畫(huà)素為：1600*1200畫(huà)素，的軟件同時(shí)也可以測(cè)量尺寸大小。

三眼實(shí)體顯微鏡

• WF10X廣角清晰目鏡，大觀察范圍(21mm)
• 物鏡為0.7 ~ 4.5倍無(wú)段變焦

測(cè)量范圍：7 ~ 45倍

       實(shí)體圖樣

   金相圖樣

MOTICAM 2000影像系統(tǒng)

第四步、測(cè)量生胚密度

優(yōu)點(diǎn)：

1、現(xiàn)場(chǎng)技術(shù)人員可借著所測(cè)量生胚密度的值來(lái)調(diào)整粉末于模具內(nèi)之填充量是否充足。

2、可避免成形之生胚經(jīng)過(guò)燒結(jié)爐燒結(jié)，體積產(chǎn)生之收縮、膨脹和變形及裂痕現(xiàn)象。

3、可降低成本上之浪費(fèi)。

4、提供下游廠家進(jìn)料的檢驗(yàn)參考數(shù)據(jù)。

5、可提高制造廠質(zhì)量的一個(gè)重要保證。

提出下列幾項(xiàng)意見(jiàn)，讓 您深思：

1、計(jì)算一下，金屬粉末在產(chǎn)品成形時(shí)，不管在試模、或再次確認(rèn)密度。使機(jī)器處于停機(jī)的時(shí)間是時(shí)復(fù)一時(shí)、日復(fù)一日、年復(fù)一年。此無(wú)形的損失和浪費(fèi)有多少?

2、購(gòu)買(mǎi)粉末成形機(jī)的成本相當(dāng)?shù)母摺＝?jīng)營(yíng)者必然會(huì)想要尋找能快速測(cè)量生胚密度的儀器。讓操作者能在設(shè)定壓機(jī)成形條件之后的幾分鐘內(nèi)，快速的核對(duì)密度。來(lái)增加機(jī)器本身的運(yùn)轉(zhuǎn)率，提高生產(chǎn)量。

3、當(dāng)你的生產(chǎn)容量已經(jīng)到達(dá)極限，想要添購(gòu)下一臺(tái)粉末成形機(jī)器時(shí)，你可以考慮去投資些微的成本在一個(gè)能快速的核對(duì)密度的密度儀，來(lái)提升機(jī)器本身的運(yùn)轉(zhuǎn)效率。

4、您是否可以很有信心的告訴 您自己和您的客戶(hù)。目前貴公司所量測(cè)的比重資料是正

確的?

研究心得：

基于對(duì)粉末冶金技術(shù)提升的使命感，和科學(xué)求真的精神。我們必須告訴 您我們的研究。

由上表得知：若使用石蠟覆蓋法則時(shí)間約1分鐘。

使用傳統(tǒng)的粉末冶金零件在使用真空含浸防水處理則時(shí)間約30分鐘以上。

又石蠟和潤(rùn)滑油都是石油提煉下的產(chǎn)物。由于石蠟的溶點(diǎn)比潤(rùn)滑油低，因此對(duì)樣品覆蓋石蠟后，其凝固的時(shí)間縮點(diǎn)，如此易于封閉樣品的氣孔。

建議：

A：由于磁性材料的成形密度較低，包括陶瓷和鐵氧磁鐵，比較容易崩解。考慮使用石蠟覆蓋

防水處理為*辦法。

B：至于傳統(tǒng)的粉末冶金零件在使用真空含浸防水處理時(shí)，若覺(jué)得所花費(fèi)的時(shí)間太長(zhǎng)。考慮使

用石蠟覆蓋防水處理法，則可節(jié)省密度量測(cè)時(shí)間。

測(cè)量生胚密度的設(shè)備如下：

生胚密度的測(cè)量方法是利用封蠟法，如圖四、圖五、圖六A、B的設(shè)備測(cè)量生胚密度，若東西大可以分割測(cè)量局部密度。圖六A、B還可直接測(cè)燒結(jié)后密度。

圖四：蠟爐          圖五：蠟粒

圖六A：專(zhuān)業(yè)電子比重計(jì) 200g、600g二種

圖六B：高精度電子比重計(jì)200g  0.0001g    

 圖七：提供軟件程序

可直接讀出生胚密度值和柏拉圖。生胚密度直接顯示和柏拉圖

生胚在石蠟覆蓋防水處理標(biāo)準(zhǔn)操作法

步驟：

1、將顆粒狀的精密石蠟放入溫控的蠟爐中，設(shè)定溫度在150℃加熱。

2、石蠟溶解為液體時(shí)，拿200℃之溫度計(jì)測(cè)試蠟溫。注意溫度計(jì)的溫度指示蠟溫不可超過(guò)150℃。

3、防水處理之蠟形成液體之后，首先測(cè)試防水處理劑的情況，必須達(dá)到速浸速干此要求。

(可拿夾子浸入速拿起，看看是否達(dá)到速浸速干之狀況，而且覆蓋層要向糖衣一樣薄薄的一層。)

4、使用夾子夾住樣品先浸泡一半，在使用夾子夾住已防水浸泡之部份，再浸泡另一半。

5、由于液體石蠟在150℃時(shí)，遇上常溫的樣品將達(dá)到速浸速干的效果。

6、把冷卻后覆蓋過(guò)石蠟的樣品放在酒精中浸泡，防止樣品放入水中產(chǎn)生氣泡。

7、如以上所示，即可完成防水處理之效果。

第五步驟：生胚強(qiáng)度的測(cè)試：

金屬粉末經(jīng)壓制成形后必須經(jīng)過(guò)燒結(jié)才具足夠之機(jī)械性質(zhì)，但在未燒結(jié)前須具備一相當(dāng)之強(qiáng)度，以應(yīng)付搬運(yùn)過(guò)程中工件彼此間以及外物碰撞所遭受之應(yīng)力。以MPIF 41、ASTM B528、ISO 3325為規(guī)范的有三點(diǎn)彎曲強(qiáng)度法：生胚強(qiáng)度的公式S為：

S＝(3×P×L)/(2×W×t2)

P：破壞時(shí)之應(yīng)力 N    W：試片之寬度mm    t：試片之厚度mm

L：試片下方兩點(diǎn)之距離 mm

第六步驟：金相顯微鏡設(shè)備主要之目的可分為：

• 部品顯微結(jié)構(gòu)影像分析：其處理流程可分下列步驟：
  1. 鑲埋：將樣品熱埋在180℃且承受30KN荷重于直徑25.4mm的樹(shù)脂模型中達(dá)  10分鐘。
  2. 研磨：在完成*步驟后，首先將樣品使用80粒度的MD-Piano磁盤(pán)上研磨2分鐘，接著使用120粒度的磁盤(pán)上研磨3分鐘。在研磨期間每一樣品之荷重將選擇在25N和50N之間且轉(zhuǎn)速設(shè)定在300rpm之情況下。
  3. 拋光：隨后三個(gè)步驟處理之后將得到滿(mǎn)足的結(jié)果。首先使用9μm鉆石懸浮物在MD-Largo磁盤(pán)上研磨10分鐘、接著使用3μm鉆石懸浮物在MD-Dac布磁盤(pán)上研磨8分鐘、zui后使用1μm鉆石懸浮物在MD-Nap布磁盤(pán)上研磨4分鐘。

在研磨期間每一樣品之荷重將選擇在25N和50N之間且轉(zhuǎn)速設(shè)定在150rpm之情況下。在完成以上步驟之后將樣品使用超音波清潔之。

1. 腐蝕步驟一般由腐蝕液給予完成。腐蝕液的種類(lèi)、腐蝕的時(shí)間依粉末冶金材料之不同而有所差異，請(qǐng)洽本公司人員。

• 氣孔數(shù)量影像分析：

1. 含浸：在鑲埋之前，內(nèi)部的氣孔隙必須加以真空樹(shù)脂含浸處理。
2. 鑲埋：將樣品熱埋在玻璃纖維或分子強(qiáng)化樹(shù)脂為了增加邊緣保持力。
3. 研磨：密度小于7g/cm³之樣品使用80粒度的MD-Piano磁盤(pán)上研磨2分鐘，接著使用120粒度的磁盤(pán)上研磨3分鐘。在研磨期間每一樣品之荷重將選擇在25N和50N之間且轉(zhuǎn)速設(shè)定在300rpm之情況下。

密度大于7g/cm³之樣品使用1200粒度的磁盤(pán)上研磨2~3分鐘。在研磨期間每一樣品之荷重將選擇在15N且轉(zhuǎn)速設(shè)定在300rpm之情況下。

1. 拋光：密度小于7g/cm³之樣品，首先使用9μm鉆石懸浮物在MD-Largo磁盤(pán)上研磨10分鐘、接著使用3μm鉆石懸浮物在MD-Dac布磁盤(pán)上研磨8分鐘、zui后使用1μm鉆石懸浮物在MD-Nap布磁盤(pán)上研磨4分鐘。

在研磨期間每一樣品之荷重將選擇在25N和50N之間且轉(zhuǎn)速設(shè)定在150rpm之情況下。在完成以上步驟之后將樣品使用超音波清潔之。

密度大于7g/cm³之樣品是不同之處理方式，首先三個(gè)步驟使用30、15、9μm 鉆石膏在附有自黏性穿孔布的鐵盤(pán)上研磨、在15、9μm鉆石膏拋光之間加入含有0.05%硝酸腐蝕液的酒精冷液體是被*的。剩下的步驟使用6、3和1μm鉆石懸浮物在絲絨布磁盤(pán)上研磨，全部過(guò)程約25分鐘。這酒精冷液體必須不含硝酸腐蝕液。在研磨期間每一樣品之荷重將選擇在20N且轉(zhuǎn)速設(shè)定在150rpm之情況下。假如需要?jiǎng)t在zui后步驟再使用氧化硅拋光懸浮物研磨10sec，在完成以上步驟之后將樣品使用超音波清潔之。

Ｂ：高合金鋼，不銹鋼，高速鋼，耐熱鋼

Ｃ：銅及銅合金用腐蝕液

Ｄ：鋁及鋁合金用腐蝕液

顯微組織的金相測(cè)定：根據(jù) ASTM B657、GB/T 3488、ISO4499為準(zhǔn)則

α 相   碳化鎢

β 相   粘結(jié)相

γ 相   具有立方晶格的碳化物(如TiC、TaC)，此碳化物可以以固溶體形式包含其它碳化物(如WC)

η 相   鎢和至少含有一種粘結(jié)相金屬的復(fù)合碳化物

第七步驟：燒結(jié)成品的硬度量測(cè)：

粉末冶金零件因含有孔隙，所測(cè)得之硬度常依所測(cè)位置之不同而異。zui常用之硬度測(cè)試法為洛式硬度HRA、HRB、HRC及勃氏硬度。這些硬度均各有其zui適用的范圍。

A：整體之硬度值：如硬度為HRB100以上時(shí)即必須改用HRC。但這些測(cè)試方法所用的荷重大，測(cè)頭覆蓋之面積大，只能代表整體之硬度值。

B：金屬基地本身之硬度值，為了解基地本身之硬度，可以維克氏硬度(HV)硬度表示。此法所使用荷重為500g，以HV5或HV500表示。

C：表面硬化值：工件經(jīng)表面硬化處理時(shí)，都使用顯圍硬度機(jī)處理測(cè)量，荷重只有5g或10g，以避免測(cè)試頭穿過(guò)硬化層，而產(chǎn)生測(cè)量上誤差。以MHV0.05或MHV0.1表示。

D：硬化層的深度：一般所施荷重5g，用此低荷重MHV5g量測(cè)時(shí)硬度不受密度和孔隙之影響。若荷重高，如HV500g時(shí)因金字塔型之鉆石會(huì)穿入或擠壓孔隙，使得壓痕變大，而顯示出來(lái)的硬度將偏軟，且密度愈低時(shí)此偏軟的現(xiàn)象將更明顯。

故要決定硬化層之深度由MHV5g開(kāi)始à到550MHV之硬度為止。

第八步驟：燒結(jié)成品的強(qiáng)度量測(cè)：

與生胚的強(qiáng)度量測(cè)相同，以MPIF 41、ASTM B528、ISO 3325為規(guī)范的有三點(diǎn)彎曲強(qiáng)度法：生胚強(qiáng)度的公式S為：

S＝(3×P×L)/(2×W×t2)

P：破壞時(shí)之應(yīng)力 N    W：試片之寬度mm    t：試片之厚度mm

L：試片下方兩點(diǎn)之距離 mm

但軸承類(lèi)之工件，工廠都以徑向壓縮之方式取其壓縮強(qiáng)度：MPIF 35

P＝KLT2/(D－T)     

P：徑向之施力值 N    D：軸承的外徑mm    T：軸承的壁厚mm

L：軸承的長(zhǎng)度 mm    K：強(qiáng)度常數(shù) MPa

軸承的強(qiáng)度K＝P×(D-T)/LT2

九、品管的CPK值：

對(duì)制造業(yè)而言，其成品除了成本要低之外，其質(zhì)量也必須符合客戶(hù)之要求。一般大多要求±3σ(σ為標(biāo)準(zhǔn)差)之質(zhì)量，亦即所有產(chǎn)品符合規(guī)格者必須大于99.73％。

除了以良品比例作為質(zhì)量好壞標(biāo)準(zhǔn)外，目前許多客戶(hù)已要求粉末冶金零件制造廠提出制程能力之證明。