Tangerine John

對粉末冶金的認識

我是李晉安，大學就讀大同大學材料工程學系，並修習過林永仁教授的「粉末冶金學」。

現在則是就讀大同大學材料工程研究所，與指導教授林鴻明老師，進行直接甲酸燃料電池陽極奈米觸媒的研究。

透過課堂上的筆記，了解到粉末冶金製程。過去三年內，兩度(2012/04/20和2014/06/06)參訪台灣保來得股份有限公司(Porite Taiwan Co., Ltd.)，更透過工廠參觀，了解業界的環境與生態，以及這項產業對於零件生產的便利性。所以，相當感謝大同材料系的企業參訪規劃，以及大同材料系各教授的盡心栽培，給我這個機會探索材料的世界。

Powder Metallurgy粉末冶金學

●  消除或通過在生產部件最小化加工，或接近最終的尺寸。

●  最大限度地減少廢品損失，在成品部分通常使用起始原料的97％以上。

●  允許各種各樣的合金系。

●  產生良好的表面光潔度。

●  提供可進行熱處理，以提高強度或提高耐磨性的材料。

●  提供控制孔隙度為自潤滑或過濾。

●  便於製造複雜或獨特形狀的金屬加工。

●  適合於中度到大批量零件的生產要求。

●  提供長期性、可靠性的關鍵應用。

●  是符合成本效益。

Powder metallurgy, or PM, is a process for forming metal parts by heating compacted metal powders to just below their melting pints.

●  Forging and metal casting (鍛造和金屬的鑄造)

●  Advantages in material utilization (優勢在於材料的利用率)

●  Shape complexity (形狀的複雜性)

●  Near-net-shape (近淨形，即接近成品的形狀)

●  Lower costs (便宜，花費較低廉)

●  Greater versatility (多樣性)

簡單來說，

1.粉末冶金的基本製程： 粉末混合 → 加壓成型 → 燒結 → 後加工

2.粉末冶金製品的優點、特性

(1)多孔性 (CPU熱導管、軸承、過濾器，利用可控制的孔隙大小)

(2)可製作高熔點金屬的元件：W(鎢)、Mo(鉬)絲燈，高爾夫球桿的配重器。

(3)可製作互不相溶的複合材料(或合金)

(4)經濟性cost effective

比較：

    燒結法(PM法)：產品尺寸接近最終尺寸、省略(簡化)加工步驟、無廢料。

    一般機械加工：加工速率慢、廢料多、成本高(人工、時間)。

    鍛造：速率慢、尺寸需再加工。

(5)組織均勻

比較：

    粉末冶金法：晶粒(grain)不具方向性、異相間混合均勻。

    傳統製成：晶粒會有方向性、晶粒較粗大、使韌性及磨耗性變差。

3.粉末冶金的缺點

    (1)多孔性

        機械性質(強度、延展性、抗疲勞度變差)

        缺陷、應力(stress)集中、形成破壞

        在電鍍時，殘留的電鍍液在孔隙中長出結晶

    (2)設備費用昂貴、原料費用昂貴(表面積很大，能量很大)

    (3)截面積受到限制，截面積大的工件，不易生產(和壓胚有關)→不能太厚，會不夠緻密。

    (4)原料以重量計算時，昂貴 → 適合小型，複雜的零件。

    (5)模具貴、需大量生產，才會符合經濟效益。

而以粉末製造的角度來看，

1.金屬粉的分類：

    (1)純元素粉，Cu、Fe、W、Mo、Ni……

    (2)預合金粉(pre-alloyed powder)，不銹鋼粉

2.合金鋼粉末分類

    (1)混合粉末(Fe + Ni + Cr)，純元素粉依比例混合

        優點：粉末準備簡單，存原料種類少，元素粉末硬度低，易壓胚成型，模具損耗少。

        缺點：成分不均勻，組織不均。

(2)預合金粉

        優點：成分及組織均勻。

        缺點：粉末硬度高，不易成型，模具損耗大，燒結密度低，庫存種類多，成本高。