粉末冶金は、古代で動的な高度な材料の準備と形成技術として、古代のセラミック準備技術と鉄製造技術に由来し、1909年まで、粉末冶金延性タングステンの出現が現代の粉末冶金時代の出現を示しました。 100年以上にわたり、粉末冶金技術は活発に発展しており、さまざまな重要な新しい材料と主要製品が継続的に登場し、国民経済と科学技術において不可欠な重要な工学技術の1つになりました。
粉末冶金の特徴と利点
粉末冶金は、金属粉末（または金属粉末と非金属粉末の混合物）を使用して、原材料として成形および焼結プロセスによって金属材料、複合材料、およびさまざまな種類の製品を製造する技術です。
従来の製錬および鋳造プロセスと比較して、粉末冶金には多くの利点があります。一方では、製錬プロセスで可能なコンポーネントの分離を効果的に回避し、より安定した優れたパフォーマンスを得るために、均一な材料組成を確保することができます。一方、粉末冶金は近い形成を達成することができ、その後の処理プロセスと材料廃棄物を大幅に減らします。関連するデータ統計によると、粉末冶金プロセスで製造された部品の材料利用率は90％以上に達することがありますが、従来の機械加工法の材料利用率は通常30％〜50％であるため、生産コストを削減するだけでなく、生産効率を改善し、現代の製造業のグリーン開発概念に適合します。さらに、粉末組成、粒子のサイズ、および調製プロセスを調整することにより、材料特性の正確な調節を実現して、高強度、高硬度、高温抵抗、耐食性など、材料の特性の特性に対する異なるフィールドのニーズを満たすことができます。
粉末冶金プロセスの主なプロセス
（i）粉末準備
機械的粉砕方法：機械的な力に頼って金属または合金を粉末に分解し、単純な装備、低コスト、大きな収量に依存しますが、粉末形状は不規則で広い粒子サイズ分布であり、不純物を導入しやすいです。
吸収方法：高圧ガス（窒素、アルゴン）を備えた溶融金属液または高速水流スプレーを小さな滴に吹き付け、冷却して粉末に固化します。ガスアトマイゼーションパウダーは、高性能部品に適した球状の形状、良好な流動性を備えています。低コスト、高効率、不規則な粉末形状の水霧化法。これは、通常の鋼鉄粉末やパフォーマンス要件が低い製品でよく使用されます。
還元方法：水素、一酸化炭素、およびその他の還元剤を使用して、金属酸化物を粉末、高純度、高活性、高温活動、低温圧縮に還元しますが、生産には高い温度と特定の大気、機器の大量投資、高コストが必要です。
電気分解法：電解金属塩溶液または溶融塩。これにより、カソード沈殿中の金属イオンが粉末、高純度、細かい均一で均一になり、電子材料などの高純度と粒子サイズの要件の分野に適していますが、生産効率が低く、エネルギー消費量が高く、高コストが高くなります。
（2）形成
成形：前処理金属粉末を金型、圧力圧縮成形、粉末、プレス、放出、シンプルな形状、ギアなどの製品の高精度要件を含むステップを入れます。利点は、シンプルな機器、高効率、低コスト、大量生産です。複雑な製品は、設計と製造が困難で、密度の均一性です。
アイソスタティック圧力成形：液体均一圧力伝達の使用、粉末荷重弾性型は高圧容器圧力成形を行います。室温での寒冷等圧力は、複雑な形状と高密度の要件を持つ製品に適しています。熱等等圧力は、高パフォーマンス航空宇宙材料の高温と高圧で同時に作用します。利点は、製品密度が均一で、大規模な複雑な製品に適していることです。機器は高価で、長いサイクルで高コストです。
射出成形：金属粉末と接着剤を噴射材料に混合し、型キャビティに注入機を注入すると、電子成分などの高精度の複雑な小さな部品を製造するのに適しています。利点は、大量生産に適した高成形効率と精度です。接着剤の選択と除去は困難であり、不適切な治療は製品の性能に影響します。
（3）請求
従来の焼結：適切な温度と大気（水素、窒素、真空など）でビレットを加熱して、粉末粒子を組み合わせて密度と強度を改善します。不純物、窒素酸化、真空を除去するための水素大気は、高い酸素含有量の要件に適しています。
高圧焼結：焼結圧力、特別な装備、グラファイトやその他の材料を含む金型。焼結温度を下げ、時間を短縮し、高密度と性能を得ることができる製品は、高性能セラミックやその他の材料の調製によく使用されます。
排出プラズマ焼結（SPS）：脈電流によって放電血漿とジュール熱急速な加熱焼結を生成します。粒子の表面の不純物を除去し、表面を活性化し、迅速に加熱し（100〜1000度 /分）、短時間（数分から数分）、穀物の成長を阻害する可能性があり、ナノ材料の調製に使用されます。
粉末冶金技術のアプリケーション分野
（1）航空宇宙フィールド
航空宇宙には材料性能に関する厳しい要件があり、粉末冶金技術は要件を満たしています。粉末冶金の超合金は、タービンディスクやブレードなどの主要なコンポーネントを製造するために使用されます。これは、プコパニーのF119エンジンのタービンディスク、粉末冶金ニッケルベースの超合金を使用して、エンジンのパフォーマンスと信頼性を向上させます。低密度、高強度、耐食性により、粉末冶金チタン合金を使用して、航空機の翼桁や胴体フレームなどの構造部品を製造して、航空機の重量を減らし、燃費と飛行性能を向上させます。
（2）自動車製造分野
粉末冶金部品は、自動車エンジン、トランスミッション、ブレーキシステムで広く使用されています。エンジンのバルブリング、カテーテル、ピストンリングは、高温や高圧に耐え、エンジンの性能と寿命を改善することができる銅ベースまたは鉄塩基合金でできています。トランスミッションギアとシンクロナイザーは、精度と良好な強度が高く、ギアをよりスムーズにシフトし、摩擦と耐摩耗性、ブレーキの安全性を備えたブレーキ効率を改善します。
（3）電子情報の分野
小型で軽量で高性能に電子機器の開発により、パウダー冶金技術はより広く使用されています。柔らかい磁気粉末冶金材料は、変圧器やインダクタなどの電子部品を製造するために使用されます。銅冶金金属マトリックス銅 - タングステンや銅モリブデンなどの粉末金属マトリックス複合材料は、熱散逸基板と高電力電子機器の包装ハウジングに使用されます。パウダー冶金接触材料は、電気スイッチとリレーに使用され、安全な回路の開口部と破壊を確保します。
Fe-Silicon-Nickel磁気粉末コア（KNF）
（4）機械的製造分野
粉末冶金技術は、ギア、ベアリング、その他の機械的部品の製造に使用されます。粉末冶金ギアは、高精度、スムーズな伝送、および高い材料利用率を持っています。粉末冶金ベアリングは、自己潤滑と耐摩耗性であり、低速、重い荷重、低ノイズに適しています。特別な労働条件下では、オイルベアリングは優れた性能を維持し、機器の信頼性とサービス生活を改善できます。
（5）医療機器フィールド
インプラントに関しては、粉末冶金チタン合金を使用して人工関節などを作るために使用され、その多孔質構造は骨細胞の成長を促進し、インプラントの緩みのリスクを減らすことができます。手術器具は、粉末冶金の高速鋼とステンレス鋼で作られており、硬度が高く、耐摩耗性と耐食性があり、複雑な形状デバイスを作ることもできます。歯科材料では、義歯には強度、靭性、美学が良好です。歯科インプラントは、粉末冶金チタンまたはチタン合金を使用して、インプラントの成功率を改善できます。歯列矯正ブラケットは、力を正確に適用できる粉末冶金ステンレス鋼またはニッケルチタン合金を使用しています。
（6）新しいエネルギーセクター
リチウムイオン電池に関しては、粉末冶金技術によって調製されたリチウム鉄リン酸リン酸リン酸リン酸材や三元材料などのカソード材料は、電池のエネルギー密度と電荷と排出効率を改善することができます。燃料電池の分野では、特定の表面積が高い粉末冶金プロセスと触媒キャリアで製造された金属双極板は、燃料電池の性能を向上させ、コストを削減できます。風力発電では、粉末冶金で製造されたギアボックス、ベアリング、その他の部品は、過酷な環境で安定した性能を維持し、機器のサービス寿命を延ばすことができます。
粉末冶金技術の進歩
（1）金属添加剤製造（3D印刷）と粉末冶金の融合
金属添加剤の製造技術は近年急速に発展しており、粉末冶金との組み合わせにより、複雑な部品の製造に新しいブレークスルーがもたらされました。 3D印刷技術を通じて、金属粉末を直接蓄積し、層ごとに形成して、複雑な内部構造とパーソナライズされたデザインの部品を生成できます。この技術は、材料の廃棄物と処理プロセスを削減するだけでなく、エアロエンジンの複雑なブレードなど、製造が困難な部品の製造を可能にします。
（2）Nano-Powder Metallurgy Technology
ナノテクノロジーの開発に伴い、ナノポーダー冶金技術が登場しました。ナノスケールの金属粉末は、大きな特定の表面積、高い活性、大きな焼結駆動力の特性を持ち、優れた機械的、電気的、磁気特性を持つナノ構造材料を調製できます。現在、Nano-Powder Metallurgy Technologyは、高性能磁気材料、超伝導材料、高強度合金の調製において顕著な進歩を遂げています。
（3）粉末冶金複合材料の革新
さまざまな強化相（セラミック粒子、繊維など）を金属粉末に追加することにより、優れた性能を備えた粉末冶金複合材料が準備されます。これらの複合材料は、金属と強化相の利点を組み合わせており、高強度、高硬度、良好な耐摩耗性、高温、その他の抵抗の特性を持ち、航空宇宙、自動車製造、機械工学、その他の分野で広く使用されています。たとえば、アルミニウム合金粉末に炭化シリコン粒子を添加することで調製されたアルミニウムマトリックス複合材料は、アルミニウム合金の低密度特性を維持しながら、強度と硬度を大幅に改善します。
科学技術の継続的な進歩により、パウダー冶金技術は、より新興分野でブレークスルーを達成することが期待されており、他の最先端の技術との統合がさらに深まります。インテリジェントな製造、量子材料、および生物医学工学の分野では、粉末冶金技術は、より高いパフォーマンスと多機能材料とコンポーネントを作成する可能性があり、エネルギー危機、環境保護、人間の健康などのグローバルな課題に対する革新的なソリューションを提供します。粉末冶金技術は、将来の産業開発と社会的進歩においてより重要な役割を果たすと予測できます。
