燒結(jié)是一種應(yīng)用于粉末壓坯的熱處理，以賦予強(qiáng)度和完整性。用于燒結(jié)的溫度低于粉末冶金材料主要成分的熔點(diǎn)。

壓實(shí)后，相鄰的粉末顆粒通過冷焊縫固定在一起，使壓實(shí)有足夠的“生坯強(qiáng)度”進(jìn)行處理。在燒結(jié)溫度下，擴(kuò)散過程導(dǎo)致頸部在這些接觸點(diǎn)形成并生長(zhǎng)。

固態(tài)燒結(jié)的三個(gè)階段：左：初始階段，中心：中間階段，右：最終階段（由EPMA提供）

在這種“固態(tài)燒結(jié)”機(jī)制發(fā)生之前，有兩個(gè)必要的前體：

• 通過蒸發(fā)和燃燒蒸汽去除壓制潤(rùn)滑劑

• 減少來自粉狀顆粒中的表面氧化物。

這些步驟和燒結(jié)過程本身通常在單個(gè)連續(xù)的爐子中通過明智地選擇和分區(qū)爐氣氛以及在整個(gè)爐子中使用適當(dāng)?shù)臏囟惹€來實(shí)現(xiàn)。

燒結(jié)硬化

燒結(jié)爐可以在冷卻區(qū)應(yīng)用加速冷卻速率，并且已經(jīng)開發(fā)出可以在這些冷卻速率下轉(zhuǎn)化為馬氏體微觀結(jié)構(gòu)的材料等級(jí)。該工藝與隨后的回火處理一起，被稱為燒結(jié)硬化，這是近年來出現(xiàn)的一種具有提高燒結(jié)強(qiáng)度的主要手段的工藝。

液相燒結(jié)

瞬態(tài)液相燒結(jié)

在僅含有鐵粉顆粒的壓坯中，固態(tài)燒結(jié)工藝會(huì)隨著燒結(jié)頸的生長(zhǎng)而產(chǎn)生一些壓坯收縮。然而，黑色粉末冶金材料的常見做法是在燒結(jié)過程中添加細(xì)銅粉以產(chǎn)生瞬態(tài)液相。

在燒結(jié)溫度下，銅熔化，然后擴(kuò)散到鐵粉顆粒中，產(chǎn)生溶脹。通過仔細(xì)選擇銅含量，可以平衡這種膨脹與鐵粉骨架的自然收縮，并提供在燒結(jié)過程中尺寸不會(huì)發(fā)生變化的材料。銅的添加還提供了有用的固溶強(qiáng)化效果。

永久液相燒結(jié)

對(duì)于某些材料，例如硬質(zhì)合金或硬質(zhì)合金，應(yīng)用涉及產(chǎn)生永久液相的燒結(jié)機(jī)制。這種類型的液相燒結(jié)涉及使用粉末添加劑，該添加劑將在基質(zhì)相之前熔化，并且通常會(huì)產(chǎn)生所謂的粘合劑相。該過程分為三個(gè)階段：

重排

當(dāng)液體融化時(shí)，毛細(xì)管作用會(huì)將液體拉入孔隙中，并導(dǎo)致顆粒重新排列成更有利的包裝排列

溶液沉淀

在毛細(xì)管壓力高的區(qū)域，原子將優(yōu)先進(jìn)入溶液，然后在顆粒不緊密或接觸的較低化學(xué)勢(shì)區(qū)域沉淀。這稱為接觸壓平，并以類似于固態(tài)燒結(jié)中晶界擴(kuò)散的方式致密化系統(tǒng)。奧斯特瓦爾德成熟也會(huì)發(fā)生，其中較小的顆粒將優(yōu)先進(jìn)入溶液并在較大的顆粒上沉淀，從而導(dǎo)致致密化。

最終致密化

致密化固體骨骼網(wǎng)絡(luò)，液體從有效堆積的區(qū)域移動(dòng)到孔隙中。為了使永久液相燒結(jié)切實(shí)可行，主要相應(yīng)至少微溶于液相，并且“粘合劑”添加劑應(yīng)在固體顆粒網(wǎng)絡(luò)發(fā)生任何重大燒結(jié)之前熔化，否則不會(huì)發(fā)生晶粒的重排。