[发明专利]激光辐射烧结粉末冶金制品方法

说明书

粉末冶金是材料学科领域中一门新兴工程技术，它是以金属或部分非金属粉末为原料，经混料、成形和烧结而制成粉末冶金制品。采用粉末冶金法可以制成许多其它方法不能得到的制品，如飞机制动装置铁基摩擦片，金属粉末过滤器等。粉末冶金法有明显的经济效果，因为这种制品只需少量、甚至不需要切削加工就可以使用。因此材料的利用率很高，有节约能源、成本低、价格低廉等一系列优点。目前，粉末冶金已经在工业生产中得到了广泛的应用。

要经过配料，成形和烧结三个基本步骤才能获得冶金制品，烧结是将压坯在低于其主要组成成分的熔点温度下进行高温处理，使压坯达到要求的强度和韧性，变成可用的粉末冶金制品，烧结是以上三道工序中关键一步，如果烧结工艺控制不当，会出现不合格组织而导致制品报废，残留孔隙是检验制品的一个重要指标，孔隙过多会造成制品强度和韧性明显下降，因此生产中通常把孔隙度控制在最低限度。现有的烧结方法有煤气加热、电阻丝加热，碳管加热、压坯直接电阻加热、感应加热等，用这些热源烧结制品通常需要在很高温度长时间保温。经常由于工艺控制不当而产生废品。

本发明的目的在于克服现有烧结粉末冶金制品方法的上述缺点，提供一种以激光束为热源，高效、高质量烧结粉末冶金制品的新方法。

本发明的上述目的可以通过以下技术方案实现：即一种激光辐射烧结粉末冶金制品方法，其特殊之处是可以先把不同的纯金属或非金属粉末按要求的比例均匀混合后，通过加压制成棒状坯料（4′），然后采用激光束（6）照射烧结并采用隋性气体保护。

以上所说的通过加压制成棒状坯料（4′）可以把不同的纯金属或非金属粉末按要求的比例均匀混合后装入塑料管（4）内，其两端加热密封，然后把塑料管（4）放在装有机油（3）的油缸（5）内，把活塞（1）装入油缸（5）内并对其加压制成棒状坯料（4′）。

以上所说的采用激光束（6）照射烧结并采用气体保护可以把棒状坯料（4′）放到底座（10）上，然后用激光束（6）通过反射镜（7）、聚焦镜（8）照射在棒状坯料（4′）上烧结，在烧结的过程中，通过喷咀（9）向棒状坯料（4′）吹保护气。

按本发明，粉末冶金制品按以下程序获得：首先将不同纯金属/非金属粉末按要求的比例混合成粉末，把均匀混合粉末压制成坯料，将此坯料放在激光束下烧结，只要几十秒就可烧结成制品。烧结时可以采用气体保护，如氮气。

附图说明：

图1为压力容器结构图;

图2为激光烧结工艺图;

图中（1）为活塞;（5）为油缸;（2）为活塞与油缸配合处的密封圈;（3）为油缸内的机油;（4）为塑料管，其内装有粉末冶金;（6）为来自激光器的激光束;（7）为反射镜，其入射角接收激光束，通过其反射角反射出的激光束再通过聚焦镜（8）聚焦，射向放在底座（10）上的棒状坯料（4′）上，（9）为喷咀，为棒状坯料（4′）提供隋性气体。

本发明的特点及优点：激光束和坯料相互作用可使材料在极短时间内获得极高热量，并以很快的速度冷却，使烧结在极短时间内就得到实施，这一特点可使元素互溶充分和能除掉某些有害相。除此以外，激光束在加热材料的同时还能对材料产生一定的冲击压力和等离子体效应。这些效应可显著增加金属颗粒之间的相互溶解，使制品材料中的粉末变成冶金结合状态，大大减小制品材料的孔隙度，增加材料的强度和韧性。与此同时还节约能源、降低生产成本。

用下面的例子来说明本方法的具体实施。按表一中所示比例配制成各种混合粉末。

           表一 粉末冶金制品成份

把混合材料装入外径为3mm，壁厚0.3mm的塑料管内，塑料管长度150mm，将塑料管两端加热熔化封死，然后把该塑料管（4）放在装有机油（3）的油缸（5）内，油面高度大于150mm，密封圈（2）的作用是封油和提高缸内压力，把活塞装入油缸，将该装置放在材料试验机底座上，由试验机压头对活塞（1）上端面加压到30Kg/mm²，卸载后取出塑料管，此时管内粉末材料已被压实变成了直径为2.3mm的棒状坯料，将此棒状坯料在激光束烧结20秒便得到了粉末冶金制品。激光束（6）由标准500W、CO₂准封离式激光器产生，激光束（6）通过45°反射镜（7）和聚焦镜（8）辐射棒状坯料（4′），辐射时使用的功率是450W，束班直径25mm。棒状坯料（4′）放在底座（10）上，烧结时用喷咀（9）向棒状坯料（4′）喷射隋性气体。经光学及电显微镜观察，其孔隙度比现有制品小2倍。粉末之间的结合光成了冶金结合，在晶格内部有第二相析出（第二相是不同纯金属互溶后的析出产物）。这说明激光辐射烧结时发生了元素互溶。经测量，其强度比常规制品提高3倍。