世界粉末冶金工業概述
2003年全球粉體貨運量約為88萬噸，其中美國占51%，歐洲18%，日本13%，其他國家和地區18%。鐵粉占總粉的90%以上。自2001以來，世界鐵粉市場持續增長，四年增長近20%。
汽車工業仍然是粉末冶金工業發展的最大推動力和最大用戶。壹方面汽車的產量在增加，另壹方面單輛汽車中粉末冶金零件的消耗量也在增加。北美每輛車粉末冶金零件平均消耗量最高，為19.5 kg，歐洲為9 kg，日本為8 kg。由於汽車工業的快速發展，中國粉末冶金零部件市場前景巨大，成為許多國際粉末冶金企業關註的焦點。
粉末冶金鐵基零件主要用於發動機、傳動系統、ABS系統、點火裝置等。汽車發展的兩大趨勢分別是降低能耗和保護環境；主要技術手段是采用先進的發動機系統和輕量化。
歐洲汽車尾氣的過濾為粉末冶金多孔材料提供了巨大的市場。在目前的發動機工況下，粉末冶金金屬多孔材料比陶瓷材料具有更好的性能優勢和成本優勢。
工具材料是粉末冶金工業的另壹個重要產品，尤其是硬質合金。目前，制造業的發展正朝著3A的方向發展，即敏捷性、適應性和可預測性。這就要求加工工具本身更鋒利、更剛性、更堅韌；加工材料範圍擴大到魯河、鎂合金、鈦合金、陶瓷。尺寸精度要求較高；加工成本要求較低；對環境的影響要降到最低，幹法處理的比例要大壹些。這些新要求加速了粉末冶金工具材料的發展。硬質合金的晶粒度(< < 200nm= =和超粗晶粒度(> 6um)；隨著塗層技術的快速發展，CVD、PVD和PCVD技術日趨完善，塗層種類繁多，從常用的CVDTiCN/Al2O3 /TiN到CVD PcBN(聚晶立方BN)和CVDTiCN、Al2O3、cBN(立方BN)和SiMAlON等。，滿足加工場合的需要。
信息產業的發展也為粉末冶金行業提供了新的機遇。日本電子行業使用的粉末冶金產品已經達到每年4.3美元，其中熱沈材料占23%，發光和點電極材料占30%。前者主要包括散熱材料，如Si/SiC、Cu-Mo、Cu-W、Al-SiC、AlN、Cu/金剛石等。後者主要包括鎢鉬材料。
粉末註射成型
粉末註射成型仍然是當前研究的熱點之壹。粉末註射成形的材料從對雜質含量不敏感、性能要求不高的鐵基材料、硬質合金材料、陶瓷發展到鎳基高溫合金、鈦合金、鈮材料。材料的應用領域也從結構材料發展到功能材料，如熱沈材料、磁性材料、形狀記憶合金等。材料結構也從單壹的均勻結構發展到復合結構。金屬註射成型技術可以實現不同成分粉末的同時成型，從而獲得類三明治復合結構。例如，通過復合316L不銹鋼和17-4PH合金，可以連續調節力學性能。粉末註射成形的壹個重要發展方向與微系統技術密切相關。它與微系統技術密切相關。在與微系統相關的領域，如電子信息、微化學、醫療器械等。器件不斷小型化，功能更加復雜。粉末註射成型技術提供了實現的可能性。微註射成型技術是對傳統註射成型技術的改進。它是為尺寸和結構小至1um的零件開發的成形技術。基本工藝與傳統註塑相同，只是原料粉末粒度更小。利用微註射成型技術研制了表面微結構精度為65438±00um的微流控器件，尺寸為350um~900um的不銹鋼零件。實現不同材料成分和復合結構的共燒結或共連接，獲得磁性/非磁性、導體/非導體微復合部件。
粉末制備技術
粉末霧化壹直是高性能粉末的制備技術。熱風霧化技術可以延長金屬液滴在液相中的時間，使粉末得到第二次粉碎(霧化)，從而大大提高霧化效率，得到更細小的粉末粒度。ASL公司的研究結果表明，如果氣體溫度提高到330℃。制備相同粒度粉體所需的氣體消耗降低了30%，其經濟分析和工程研究表明該技術完全可行。粉末霧化技術有了很大的改進。例如，新型自由裸氣霧化可以獲得更細的工具鋼粉末，碳化物分布更均勻，缺陷更少。美國Heglas公司將先進的煉鋼技術用於粉末生產，結合了電弧爐技術、ADO技術、高效霧化技術和氫氣退火技術，大大提高了粉末質量、生坯密度和強度。在活性粉末霧化方面，為了減少熔煉過程中熔體與坩堝的反應，德國開發了電極感應熔煉氣體霧化(EIGA)技術，可以制備鈦、鋯、TiAl金屬間化合物的高活性粉末。機械合金化仍然是壹個熱門的研究課題，但大部分是實驗室工作。值得壹提的是，德國Zoz公司利用自己的高能球磨設備研磨電弧熔煉爐的爐渣，然後通過濕法冶金回收金屬。這項技術不僅改善了環境，還打開了壹個巨大的市場。
粉末壓制技術
傳統的粉末壓制技術在很大程度上依賴於設備的改進和工藝的優化。幾家著名的印刷機制造商已經推出了具有更精確的精度控制和更高的自動化程度的新型號。
粉末燒結理論與技術
微波燒結作為壹種新型的快速燒結技術，已經充分應用於粉末鋼、硬質合金和有色金屬等金屬粉末材料。微波燒結的產業化可能指日可待，因為無論是設備和技術的成熟度，還是量產能力，都不是太大的問題；主要障礙是廠商的接受度和風險。
放電等離子燒結(SPS)的研究很多，材料體系也從陶瓷擴展到金屬材料，尤其是壹些超細晶材料，如鋁合金、鎂合金、自潤滑鐵基材料等。但由於單件生產的特點，這種方法只能用於壹些基礎研究。
噴射沈積在制備大晶粒和細晶材料方面具有很大的優勢。起初，這項技術主要生產鋁合金和鋁矽合金。隨著冶煉技術的提高，噴射沈積已經被用於制備工具鋼和高溫合金。德國不來梅大學報道用噴射沈積法制備了單個質量超過100kg，內徑40mm，外徑500mm，寬100mm的高溫合金環。
近年來，快速成型技術引起了許多學者的關註。直接金屬激光燒結是粉末冶金領域應用最廣泛的方法。目前，該技術已應用於鋼鐵粉末和鈦合金粉末。另壹種快速金屬成型方法是三維打印。這種方法對於根據不同的結構需要對不同成分的合金進行三維微堆積非常方便，目前還處於概念階段。但該技術已用於制備壹些由金屬+粘結劑和梯度功能材料組成的結構。
金屬粉末多孔材料
金屬粉末多孔材料應用廣泛，如輕質結構材料、高溫過濾裝置、分離膜等。目前最大的市場可能是柴油機的煙濾。德國弗勞恩霍夫研究所開發了壹種制備金屬空心球的技術。將金屬粉末漿料塗覆在聚合物基體上，然後去除聚合物基體和粘結劑，最後燒結成各種具有中空結構的金屬球。球體的直徑範圍可以從1毫米到8毫米。制備的鋼制空心球密度僅為0.3g/cm3。
硬金屬
納米晶和梯度結構是硬質合金的兩個重點方向。納米晶材料包括晶粒生長控制和納米粉體制備。梯度結構合金方面包括工藝與結構的關系。結合梯度結構的納米晶可能是壹個很好的方向，可以在更微觀的層面上實現性能的可調。硬質合金硬度高，可加工性差，用註射成型方法制備形狀復雜的中小型零件是壹種發展趨勢，但其商業化仍受技術成熟度的控制。硬質合金工作的其他方面包括天加稀土和合金元素，斷裂韌性和可靠性表征。
粉末輕金屬合金
汽車輕量化為鋁、鎂、鈦等輕金屬材料提供了廣闊的應用前景。粉末鋁合金可用於汽車的許多部件，但鋁矽合金由於其高比強度、高比剛度、低熱膨脹系數和良好的耐磨性，可能是最先廣泛用於油泵齒輪的。從工業化的角度來看，優化粉末冶金鋁合金的制備工藝更為重要。鋁合金的另壹個研究熱點是復合材料，包括傳統的Al/SiC、Al/C、Al/BN、Al/Ti(C，N)以及新興的碳納米管增強鋁合金。高強度粉末鋁合金與快速凝固技術密切相關。通過成分設計，在純鋁基體中添加金屬間化合物，可以制備高強、高韌、高熱穩定性的鋁合金。該材料室溫強度大於600Mpa，延伸率大於65438±00%，400℃熱穩定性好，疲勞極限是鍛造鋁合金的兩倍。
鎂合金的密度更小，應用前景可能更好，但目前還處於研究狀態。快速凝固法也是制備高性能粉末鎂合金的重要手段。目前這項技術的安全性沒有大問題，制備的材料性能也遠高於鑄造合金。
鈦合金在汽車上的應用主要是成本問題，粉末鈦合金的主要障礙在於高性能低成本的鈦粉。英國QinetiQ Ltd公司開發了店內脫氧技術(EDO)，可以批量生產鈦粉。該技術完全不同於傳統的以海綿鈦為原料的加氫脫氫工藝。它是壹種類似熔鹽電解的方法，以TiO _ 2為陰極，石墨為陽極。電解過程中，TiO _ 2陽極遷移並消耗陽極的碳生成CO，陰極得到鈦粉。鈦粉的氧含量在0.035%至0.4%之間。該技術還可以方便地制備各種鈦合金粉末。由於對氣氛和雜質的敏感性，粉末鈦合金的燒結也是壹個技術難點，通常與熱等靜壓或後續熱加工有關。通過添加共晶成分和稀土元素，可以明顯提高粉末鈦合金的燒結密度，其力學性能也可以達到鍛造鈦合金的水平。這壹系列工作將極大地推動鈦合金在汽車機械關鍵零部件上的應用。
粉末零件的後續加工技術
後續處理對粉末冶金零件的性能至關重要。燒結硬化結合了燒結和熱處理，合金成分和冷卻條件對材料的性能影響很大。Miba公司使用鉆孔技術來評估零件的可加工性。神戶制鋼公司在燒結鋼中添加了壹種復合氧化鈣來代替常用的MnS，在不損害零件機械性能的情況下，明顯改善了零件的可加工性。此外，隨著應用範圍的擴大，鋁粉和復合材料的切割以及多孔材料的線切割也引起了人們的關註。
表面硬化是改善粉末冶金齒輪的重要手段。雖然鐵基零件的密度已經達到7.4g/cm3，但齒根和接觸面處的密度和硬度仍需進壹步提高。徑向軋制已成為壹種重要的手段。目前，各大鐵基零件制造商對高性能粉末冶金齒輪的生產和應用表現出極大的關註。
粉末冶金過程的模擬和標準化
歐洲已經啟動了兩個程序(PM Modnet和PM Dienet)，首先針對鐵基零件生產過程的模擬，然後試圖將其推廣到其他材料體系，目前已經取得了很多成果。英國也啟動了大規模的研究計劃，包括7個研究小組和23家企業，主要研究各種材料壓制過程的過程控制。因此，粉末壓制過程的模擬已成為研究熱點。相對而言，致密化方程、本構方程等基礎理論著作較少，更多的是采用有限元等數值模擬方法。當然，壓制過程的模擬還包括摩擦、脫模、充模和壓制毛坯的性能模擬。
粉末冶金過程的動態觀察和產品質量控制與日常生產密切相關。利用X射線CT方法，可以方便地動態觀察粉末燒結過程中的三維密度、孔隙率、粒度分布以及燒結頸的生長情況。高溫IET還可以測量材料的剛度和內耗，結合其他手段可以方便地描述微觀結構和力學性能的動態演變。動態熱成像技術可以快速發現註射坯中的裂紋。目前，聲學方法在生產線上的應用最為廣泛，各大粉末冶金公司都利用這種無損檢測技術及時發現缺陷產品或預測產品性能，包括德國的GKN、日本的日產汽車和西班牙的艾姆斯公司。然而，這種定量分析是壹項系統的工作，包括多元統計、圖像分析、物理化學理論和數值模擬等。，而且只有多學科的工作者才能共同努力實現準確的表征。
粉末冶金對於制備某些特殊功能材料是非常有利的。例如，納米結構的MgB2超導材料和CuNb磁體可以通過機械合金化來制備。粉末功能材料最大的市場是磁性材料。就NbFeB材料而言，采用霧化粉末來提高密度和性能是最重要的方向。這種粉末適合註射成型，因此對於中小型異形磁性材料零件的制備具有重要意義。軟磁復合材料(SMC)是鐵粉的復合結構，在電機中有非常大的應用市場。因此，這方面的研究很多，包括市場和應用分析、結構設計和優化、生產和過程控制、疲勞性能等。