粉末冶金是一門新興的材料制備技術。近代粉末冶金興起于19世紀末20世紀初。至20世紀30年代，粉末冶金整套技術逐步形成，工業生產初具規模，對工藝過程及其機理的研究也取得了一定成果。20世紀中期，粉末冶金生產技術發展迅速，產品應用領域不斷擴大，成為現代工業的重要組成部分。并在此基礎上，為適應科學技術飛速發展對材料性能和成形技術提出的更高要求，開發了多項粉末冶金新工藝，包括：熱等靜壓、燃燒合成、快速凝固、噴射成形、機械合金化、粉末注射成形、溫壓成形、快速全向壓制、粉末鍛造、熱擠壓、爆炸固結、大氣壓力燒結、微波燒結，等等。本文擬首先對其中幾種重要新工藝的歷史沿革和發展現狀作一簡要介紹。這些工藝有的已經產業化，有的正處于實用化階段，應用前景看好。
1 粉末冶金新工藝
1．1 粉末鍛造(Powder Forging，PF} H20世紀60年代末出現的粉末鍛造，是對鐵基粉末冶金材料和零件制造技術的重大突破。它將粉末冶金工藝與精密鍛造相結合，使機械零件達到全致密和獲得高性能成為可能，適合制造力學性能高的鐵基結構零件，因而增加了粉末冶金機械零件的品種，擴大了應用領域。粉末鍛造過程中，被加熱到鍛造溫度的粉末壓坯產生物質流動，填充陰模模腔，可成形具有較復雜形狀的零件。粉末鍛造產品密度可達到7．8 g／cm。(相對密度99．6 9／6)，密度和組織分布均勻，晶粒細小，力學性能特別是動態力學性能好。例如，粉末鍛造軸承外環的疲勞壽命是優質鍛鋼外環的3．5～4倍，且消除了常規鑄造材料的各向異性。粉末鍛造產品尺寸精度高，質量穩定，精加工量小。粉末鍛造工藝節材、節能、工序少、生產成本低，例如，汽車傳動定子凸輪成形工序由切削加工的7道減少到粉末鍛造的1道；與機械加工方法相比，粉末鍛造軸承外環和錐形滾柱節約材料5O 9／6；粉末鍛造機槍加速裝置零件成本降低5O 9／6以上。粉末鍛造溫度比常規鍛造低100~200℃ ，可節能和延長模具壽命。其生產過程容易實現自動化。粉末鍛造*初見于1941年，當時以海綿鐵粉壓坯通過熱鍛制成高射炮的彈藥供給棘爪，其密度為7．8 g／cm。。
但此后20年間，這項技術無甚進展。直到1968年，美國GM 汽車公司研制成功粉末鍛造后橋差速器齒輪，并于1970年與Cincinnati公司合作建立世界上*條粉末鍛造自動生產線，粉末鍛造才重新興起。但是，在從實驗室轉向工業生產時，由于受粉末質量、模具壽命、缺乏專用設備等條件的制約，以及主機廠對粉末鍛造零件能否承受繁重負荷懷有疑慮，延緩了粉末鍛造的發展。至8O年代中期，全球汽車工業的高速發展為粉末熱鍛技術提供了機遇，而且上述問題也逐一得到解決，才使粉末鍛造零件生產規模明顯擴大。Cincin—nati公司至1985年共生產定子凸輪2 000萬件以上。盡管此零件表面要承受高頻應力載荷，但使用中從未有過事故。1981年，日本豐田汽車公司全自動粉末鍛造生產線投產，生產連桿和離合器外圈，連桿月生產能力14萬件。至1992年，年生產連桿250萬件，并在當時先進車型Lexus上大量裝車使用。1986年，美國Ford公司開始生產粉末鍛造連桿，供2種車型的1．9 L四缸發動機使用，以后陸續擴大到其他型號的發動機。至1991年，該公司采用的粉末鍛造連桿不少于1 000萬件，耗用鐵粉1 000 t以上。據1990年報道，美國Ceracon公司制造的粉末鍛造4601鋼下孔鉆頭(用于鉆井氣動機構)，重22．6 kg。
德國Krebsoge公司于1992年建立了全自動粉末鍛造生產線，連桿的生產率為5 s／件，當年粉末鍛造連桿的使用量達到65萬件。該公司采用粉末鍛造連桿“斷開工藝”，可減少切削加工工序，降低生產成本，提高連桿負載能力。Kreb—soge公司開發的Fe—Mo合金鋼，是較為理想的粉末鍛造材料。其合金元素含量低(合金中Mo的質量分數為0．85 9／6～1．05 9／6)，降低了原料成本，而材料性能很好，熱處理態極限拉伸強度達1 600MPa，伸長率接近1O 。粉末鍛造主要用于生產汽車零件，如：發動機連桿、變速器凸輪、軸承圈、同步器齒環、發動機閥座、離合器轂、鏈鋸鏈輪、棘輪、手動扳手，以及各種齒輪，等等。汽車連桿是發動機中承受強烈沖擊和高動態應力的典型零件，粉末鍛造連桿可靠性高，已在大量使用中得到證明。粉末鍛造技術由于其產品性能和經濟上的優勢，發展前景令人樂觀。
1976年，中國科學院金屬研究所與沈陽汽車齒輪廠合作，用Fe-Mo共還原粉末研制成粉末鍛造汽車行星齒輪，并投入生產。1977年，中南工業大學與益陽粉末冶金研究所合作，用霧化Cu—Mo低合金鋼粉制成拖拉機傳動齒輪，并投入生產。同年，武漢鋼鐵公司粉末冶金廠與武漢工學院用粉末鍛造制成25 kg的大型傘齒輪。1979年，益陽粉末冶金研究所建成拖拉機粉末鍛造密封環生產線。
1．2 熱等靜壓(Hot Isostatic Press。HIP)E ]熱等靜壓是在冷等靜壓(CIP)基礎上發展起來的。冷等靜壓又稱液靜壓或水靜壓，出現較早。1913年，MADDEN獲冷等靜壓技術的專利。1936年，美國應用冷等靜壓技術制造鎢鉬條材，1942年用于制造鎢鉬管材。此后不久，德國應用冷等靜壓技術制造大型鎢制品。1935年以后陶瓷工業在廣泛應用冷等靜壓技術生產火花塞的瓷絕緣子和壓電陶瓷等特殊陶瓷制品。前西德在2O世紀7O年代用冷等靜壓制造出d 300 mm×1 400 mm、質量為140kg的異形不銹鋼過濾器，以及超大型絕緣電瓷。冷等靜壓能夠成形凹形、空心和長細比大等復雜形狀坯件，坯件密度均勻，強度較高，在粉末冶金成形工藝中占有重要地位。我國在2O世紀5O年代末建立了冷等靜壓實驗裝置。如果說冷等靜壓是粉末成形的一種特殊方法，那么，熱等靜壓技術則在開發新材料和改進現有材料方面大顯神威。已用熱等靜壓制造和處理的材料有：工具鋼、高溫合金、硬質合金、稀土永磁、彌散強化和纖維強化鋁合金、鈦合金、鈹、難熔金屬、復合材料，等等。此外，熱等靜壓技術還用來消除鑄錠內部缺陷和修復貴重部件。
熱等靜壓技術始于1955年，當時美國BatteleColumbus實驗室的DAYTON R等4名科學家，為了解決核燃料元件制造中鋯包覆鋯鈾合金的問題，提出了“氣壓連接”的設想，建立了*臺實驗室用熱等靜壓機。其壓力缸以304不銹鋼鍛成，以氦為工作介質，樣件置于缸體容器中，施加的等靜壓力使包套與芯棒緊密接觸，在840～900℃保溫24~36 h，通過擴散使界面連接。至1960年該所采用氣壓連接技術成功制造了350根核燃料元件。
2O世紀6O年代，熱等靜壓技術應用領域擴大，向高材料制備和加工的方向發展，并逐漸進入工業化生產。1965年，美國Kennametal公司與Battelle研究所合作，對硬質合金件進行致密化處理。1967年建立年產50t硬質合金的熱等靜壓生產線，所生產的硬質合金品種約占公司全部品種的一半，產品強度和使用壽命大幅度提高，還生產了許多用常規工藝難以制造的制品。1969年，瑞典ASEA公司建立了*臺預應力鋼絲纏繞結構的Quintus冷熱等靜壓設備，成為以后等靜壓設備的主要結構形式。2O世紀6O年代末7O年代初，美國坩鍋公司和瑞典通用電氣公司采用熱等靜壓技術生產粉末高速鋼，消除了合金元素的偏析，大幅度提高了合金元素的含量。7O年代，熱等靜壓技術被用于制造粉末冶金高溫合金渦輪盤和粉末冶金鈦合金結構件。俄羅斯采用熱等靜壓技術制備了尺寸為90 cm×115 cm，質量為300 kg的高溫合金件，其強度達1 600 MPa。
1978年，日本住友特殊金屬公司采用熱等靜壓技術生產鐵氧體，獲得高密度、細晶粒Mn—Zn鐵氧體，將維氏硬度和抗彎強度都提高了15 。將熱等靜壓與快速凝固、機械合金化、燃燒合成等新技術結合，是制取粉末冶金新材料的有效途徑。據1999年北京國際熱等靜壓會議報道，美、俄對機械合金化Ti一47．5Al一3Cr納米粉進行熱等靜壓，所獲材料保持納米晶粒，具有超塑性。日本將熱等靜壓與燃燒合成相結合，制取了致密梯度材料和陶瓷材料。熱等靜壓技術發展很快。1976年，全世界擁有熱等靜壓設備99臺，1980年為188臺，1988年猛增到800臺。隨著熱等靜壓技術應用范圍不斷擴大，對其產品質量和經濟效益提出了更高要求，促使一些大型化設備相繼建成并投入使用。瑞典ABB公司制造的大型熱等靜壓機的工作室尺寸為d 1 600 mm×2 500 mm、*高工作壓力105 MPa、*高工作溫度1 260℃ 。
我國熱等靜壓技術的開發始于2O世紀6O年代。1966年，中國科學院金屬研究所*采用螺旋式熱等靜壓機制備稀有金屬材料和連接核材料。1979年，*臺預應力鋼絲纏繞式熱等靜壓設備在冶金部鋼鐵研究總院投產，有效缸體尺寸d 270mmX 700 mm。1990年，由川西機器廠與冶金部鋼鐵研究總院聯合設計、川西機器廠制造的“雙2000”小型熱等靜壓機面市，該機工作壓力200 MPa，工作溫度2 000℃ 。同期，鋼鐵研究總院*出El熱等靜壓機，其熱區工作尺寸為d 450 mm×1 000mm。1988年全國擁有熱等靜壓設備25臺，1998年達63臺。我國對熱等靜壓技術在粉末固結、擴散連接、燒結制品和鑄件致密化等方面的應用進行了研究，研制了高性能結構材料、復合材料、高溫超導材料、金屬間化合物、功能陶瓷材料、生物陶瓷等新材料，制訂了硬質合金、粉末冶金高溫合金、稀貴金屬致密化處理的熱等靜壓生產工藝和技術標準。
1．3 快速凝固(Rapid Solidification。RS) lJ快速凝固技術是通過將金屬和合金熔體快速冷卻凝固制備材料的一種方法，金屬和合金在快速凝固過程中，其組織結構和固溶能力發生很大變化。快速凝固技術是細化組織、消除偏析、提高合金固溶度，及制取非晶態粉末材料、微晶級和納米晶級合金材料的有效手段。
