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粉末冶金
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铁粉常被用于烧结
粉末冶金（Powder metallurgy），是一种以金属粉末为原料，经压制和烧结制成各种制品的加工方法。粉末冶金工艺包含三个主要步骤，首先，主要组成材料被分解成许许多多的细小颗粒组成的粉末；然后，将粉末装入模具型腔，施以一定的压力，形成具有所需零件形状和尺寸的压坯；最后，对压坯进行烧结。
粉末冶金零件生产工艺的本质性优势是，具有零件最终成形能力和材料利用率很高。
目录
1 金屬粉末的重要性質
2 步驟
2.1 製造金屬粉末
2.1.1 切削法
2.1.2 滾磨法
2.1.3 霧化法
2.1.4 成粒法
2.1.5 還原法
2.1.6 電解法
2.1.7 預製合金粉末
2.1.8 預敷粉末
2.2 成形
2.2.1 壓製法 Pressing
2.2.2 離心壓製法 Centrifugal Compacting
2.2.3 粘鑄法 Slip Casting
2.2.4 擠製法 Extruding
2.2.5 重力燒結法 Gravity Sintering
2.2.6 等壓模造形法 Isostatic Molding
2.2.7 滾軋法 Rolling
2.2.8 爆炸力壓製法 Explosive Compacting
2.2.9 金屬纖維法 Fiber Metal Process
2.3 燒結(sintering)
2.3.1 熱壓法 Hot Pressing
2.3.2 火花燒結法 Spark Sintering
2.4 完成加工法
2.4.1 滲油處理（Oil Impregnation）
2.4.2 金屬滲入（Infiltration）
2.4.3 尺寸矯正（Sizing）及壓印（Coining）
2.4.4 熱處理（Heat Treatment）
2.4.5 電鍍（Plating）
2.4.6 切削加工（Machining）
3 資料來源
金屬粉末的重要性質
- 顆粒形狀：粉末顆粒的形狀與粉末的製造方法有關，越不規則的粉末在壓實時，壓胚的強度越大。
- 細度：指粉末顆粒的尺寸大小，係利用篩子檢查其尺寸，並以分級方法，決定顆粒尺寸的分佈，越細的粉末，燒結性越好。
- 粉末顆粒尺寸分佈（Particle Size Distribution）：指每一級標準的顆粒數量。
- 可流動性（Flowability）：指粉末可經流動而充滿模穴的情形，係以流經一固定小孔的流率來訂定之，可利用添加硬脂酸鹽於粉末中來增加流動性。
- 可壓縮性（Compressibility）：指壓縮前粉末的容積，與壓縮後所得物件的體積比。
- 視密度（Apparent Density）：指每單位體積的重量。
- 燒結性（Sintering）：指利用溫度使各金屬顆粒互相結合的操作，燒結性越好者，表示其可使用的溫度範圍越大，越易於燒結。
- 多孔性（Porosity）：指空隙體積與全部體積的比，可由顆粒大小與分佈情形調整之。
步驟
製造金屬粉末
雖然所有的金屬都可以製成粉末，但在實用性與經濟性考量下，常用作此項用途者有鐵與銅。其中，黃銅（銅與鋅合金）與鐵多用於各種機件的製造，青銅則常用於多孔性軸承的製造。
由於金屬的物理與化學性質不同，製造粉末的方法也不同，所得的顆粒大小、形狀也不相同，常見的製造方法有：
切削法
用於鎂及其合金，因镁易燃，以切削方式加工时便于冷却。所得的顆粒大。
滾磨法
包括使用軋碎機、旋轉滾磨機及搗碎機等，可用於粹性材料（以壓軋或撞擊方式），作成不規則顆粒；亦可用於延性材料，以製造油漆顏料的片狀顆粒。
霧化法
用於低熔點的金屬，如鉛、錫、鋅等，將之加熱到熔融狀態，再以噴漆原理在氣流中噴射成極細的微粒。
成粒法
將金屬加熱到熔融狀態，並於凝固成固體時，加以攪拌，成為小顆粒狀。
還原法
使用粉狀的金屬氧化物，在熔點下與還原性的氣體接觸，直接得到金屬粉末，例如鐵粉的製造。
電解法
用於鐵、銀、鉭及若干金屬粉末；係以鋼板置於電解液中，作為陽極，不鏽鋼作為陰極，通電後鐵粉沉積在陰極上，經剝下電積鐵粉，再予以沖洗、過篩、分成各種粗細，而後再予以退火軟化。
預製合金粉末
所謂「預製合金粉末」係指合金粉末是用完全熔化的合金來製成，以不鏽鋼或各種高等合金為例，若以純金屬粉末來混合，將無法達到預期的效果（因純金屬混合時，燒結溫度係在熔點以下，無法使純金屬變成合金），故先製成合金後，再製成粉末。
預敷粉末
將金屬粉末通過敷層金屬的蒸汽，使表面凝聚一層敷層金屬，這種金屬粉末即稱之為「預敷粉末」，此粉末在燒結後，可使製品具有此一敷層金屬的特性。
成形
將粉末送入模中加壓成形前，必須慎選粉末，以使製品達成經濟性要求，並且在壓實後，可以得到所要的性質。
當僅使用一種粉末時，只要顆粒大小及分佈適當，即可送入模中加壓成形。
當為增加粉末流動性或密度，必須摻入不同尺寸的粉末顆粒時，混合粉末常加入潤滑劑（如硬脂酸、硬脂酸鋰或粉末石墨），以減少粉末間的相互粘著，並降低壓製時模壁的磨擦阻力，使成品易於脫模；可是，潤滑劑的加入，卻會使產品在燒結後，容易出現孔眼。
常見的成形法有：
壓製法 Pressing
壓製是將混合妥當的定量粉末置於鋼模內，用每平方吋數千磅到二十萬磅的壓力，在模中壓製成形的方法。其中，壓力的大小則依粉末的性質而異，對於軟質（可塑性高）的粉末而言，不需要太高的壓力，則可使其互鎖而得到頗為密實，且具有適當強度的壓製件；對於脆性、高硬度的粉末而言，則需要較高的壓力。
壓製法所使用的壓力機，可分成：
- 機械式：動作快，操作簡易。
- 液壓式：適用於大件或需要大壓力者。
模子與衝頭間的配置方式，則可分為：
- 單動作模：僅有一個衝模。
- 雙動作模：具有上下兩個衝頭（下圖所示），其中，下衝頭除了具有加壓的作用外，亦具有在壓製完成後，將壓製件自模中挺射出模的任務；而模子的設計，必須具有適當的拔模角，以利脫模。
至於衝頭的行程，全視粉末的壓縮比而定。
離心壓製法 Centrifugal Compacting
離心壓製法在操作上，係將金屬粉末置於模內，在高速旋轉下，產生離心力，並作用在每一個金屬顆粒上，以壓製重金屬粉末（如碳化鎢等工具材料）。此法僅適用於形狀簡單，斷面均勻的小製品。
粘鑄法 Slip Casting
將金屬粉末與一種漿質材料混合後，注入石膏模中，利用石膏的多孔性，吸收多餘的液體，使漿中的粘性物質及金屬粉末留在石膏模內，成為類似普通鑄造法的鑄件。此法類似陶瓷的造形法，當用於中空件時，可在混合漿質於靠近石膏模面粘結到適當厚度時，將多餘的漿液傾出，留下一層殼式的粘結件。
擠製法 Extruding
用於以金屬粉末製造長條形的製品或型材時，如核能固體燃料棒及其他高溫金屬。可依材料性質分成：
- 冷擠法
- 熱擠法（先加熱至適當溫度）：在熱擠法中，通常先將粉末壓製成塊，然後加熱或燒結於非氧化氣體中，或置於密封金屬容器中，以防止氧化。
重力燒結法 Gravity Sintering
用於化學工業中的過濾用多孔性金屬板的製造，其方法為：將金屬粉末均勻分佈在陶瓷盤上（厚度依需要而定），然後在分解的阿姆尼亞氣體中，以高溫燒結之；其過程中未加上其他壓力，僅是靠高溫可塑狀態下的重力結合之。燒結後的金屬板，可再施行滾軋，以控制厚度，並增加表面光平度。
等壓模造形法 Isostatic Molding
將金屬粉末置於模中，以液壓或氣體直接加壓在金屬粉粒上；由於各處所受的壓力均相同，因此，製品的密度甚為均勻，且各方強度均一。右圖所示為一中空筒形壓製胚等壓模造形裝置的切面圖。
滾軋法 Rolling
將金屬粉末自漏斗中漏落於兩個輥子之間，藉由滾軋的壓力，使粉末互相鎖成板片狀，然後再送到燒結爐中燒結。燒結後，可再送到滾軋機滾軋，以控制其厚度，增加表面光平度，必要時，亦可進一步作熱處理。此法可作連續性操作，宜於大量製造。
爆炸力壓製法 Explosive Compacting
以爆炸的爆炸力來壓製粉末的生壓件（壓胚），由於爆炸的壓力非常高，可使可塑性低的金屬產生極高的密度及互鎖強度，縮短燒結時間，降低因燒結而產生的收縮率。其中，爆炸的壓力可藉由推動柱塞來推動，以壓縮粉末，亦可經由防水袋的設計，傳遞壓力給粉末。
金屬纖維法 Fiber Metal Process
先將極細的金屬棉或線，切成一定的長度，成為金屬纖維，各纖維予以彎曲，互相嵌扭作成亂線狀，並與一種液體糊狀物混合，澆注多孔性的底盤上，待液體漏盡，即形成亂線一樣的金屬纖維所組成的『蓆子』，然後加壓並燒結之；或再施以滾軋或以對壓模壓緊，以增加密度。
燒結(sintering)
將生壓件加熱到適當的溫度，以增加其機械強度及硬度的操作，稱之為燒結。燒結的過程中，晶粒界面首先成形，進而造成晶粒的再結晶，而高溫使金屬的表面的可塑性提高，並建立一層液體的網組織，可改進相互間的機械互鎖性質；另外，金屬中溶解的氣體，亦可在高溫下被驅除淨盡。至於燒結的溫度，則通常都在主要組成金屬的熔點之下，而燒結時間，則約在 20－40 分鐘之間，此外，燒結的過程中，為避免粉末與大氣接觸而氧化，可使用還原性蒙氣或氮氣，以阻止高熱時形成有害的氧化層。
此外，生壓件燒結後，因製品形狀、顆粒大小與分配、化學組成、燒結操作情形、壓力大小等因素，使尺寸或有增長或縮短的稍微差異。
熱壓法 Hot Pressing
熱壓法是將粉末的加壓與燒結同時在一個模子內完成的加工法，常用於碳化鎢工具材料的製造。
此法具有提高製品強度、硬度、精密度等優點、但因加熱是在加壓的同時進行，因此，所使用的模子必須是耐熱材質，且加熱蒙氣及時間長短不易控制；另外，在處理高溫合金時，必須使用石墨模，但由於石墨模的強度甚低，僅能使用一次，消耗量頗大。
火花燒結法 Spark Sintering
火花燒結法也是加熱與加壓同時在一個模子內完成的燒結法，只不過加熱方式與熱壓法不同，且所需的時間也甚為短暫，頗似照相用閃光燈一般，通常約為 12－15 秒，而所得的製品頗為密實。
其中，加熱的過程係先將直流電能儲存在電容器內，於燒結時放電，產生高能量的火花（約 1－2秒），先將粉末表面的不純物去除，火花之後，可產生新的結晶，然後在壓力之下，使顆粒間更為密實。
此法除可用於碳化物等高溫金屬的燒結外，亦可用於鋁、銅、青銅、鐵及不鏽鋼等。
完成加工法
滲油處理（Oil Impregnation）
滲油處理係將燒結的軸承，浸入潤滑油中加熱，並且維持相當的時間，或真空處理（時間可以縮短）；此時，軸承藉由多孔性的毛細管作用，吸存潤滑油，並於轉動時釋出。
金屬滲入（Infiltration）
係指將低熔點的熔融金屬滲入多孔性的燒結製品中，以減少孔隙體積，增加機械強度。金屬在滲入之前，可先作化學處理，以增加滲入範圍。
尺寸矯正（Sizing）及壓印（Coining）
係將燒結物放置在與壓模相似的模內，再壓一次，以得到正確尺寸或面層花紋。此方法屬於冷加工，具有增加表面層硬度、光平度、尺寸精度與密度等特點。
熱處理（Heat Treatment）
由於粉末冶金製品的密實程度不及實體合金，因此，熱處理的效果較差（因多孔性有礙熱傳遞），但實施熱處理有助於改進其機械性質。
電鍍（Plating）
高密度的模壓件，可直接實施普通標準方式的電鍍，但中低密度的模壓件，必須以珠擊法（Peening）、擦光法（Burnishing）或塑膠樹脂滲入法以封閉面層的孔隙，再能實施普通標準方式的電鍍。
注意：不可使用鹽類滲入，以免在電鍍時起泡。
切削加工（Machining）
對於螺孔、溝槽、挖切或側孔等無法在模中壓製出來者，仍須以傳統的機器切削之，而所使用的切削工具，以碳化鎢材質為宜，所使用的冷卻劑，則必須避免使製品銹蝕。
資料來源
921&88數位典藏，PDF檔案
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