陳紹廉

(中核集團(tuán)核工業(yè)第八研究所, 上海 201800)

俄羅斯的粉末冶金及其主要企業(yè)概述

陳紹廉

(中核集團(tuán)核工業(yè)第八研究所, 上海201800)

粉末冶金是俄羅斯冶金生產(chǎn)的優(yōu)先發(fā)展方向之一,在世界粉末冶金領(lǐng)域具有很強(qiáng)的生命力.簡(jiǎn)述了俄羅斯粉末冶金工藝技術(shù)特點(diǎn);介紹了俄羅斯從事鐵粉、有色金屬粉、合金粉、硬質(zhì)合金、結(jié)構(gòu)零件、電觸頭材料和抗摩擦材料生產(chǎn)的主要企業(yè),納米粉末、霧化法制粉和高速電脈沖等離子燒結(jié)工藝是其工藝技術(shù)的亮點(diǎn).

粉末冶金; 納米; 霧化法; 硬質(zhì)合金; 概述

0 前 言

粉末冶金是俄羅斯冶金生產(chǎn)的優(yōu)先發(fā)展方向之一.俄羅斯的各種報(bào)刊、雜志對(duì)粉末冶金不乏贊美之詞,認(rèn)為粉末冶金不僅能夠制造形狀各異、用途廣泛的制品,而且還能制造用其他方法很難或不可能制造的全新材料和制品.這些材料具有許多獨(dú)特的性能,如高硬度、難熔、耐熱、多孔以及既能增加摩擦又能抗摩擦等.由于結(jié)構(gòu)上的特點(diǎn),粉末冶金材料更能經(jīng)受溫度和應(yīng)力周期性波動(dòng)以及核輻射.甚至認(rèn)為,沒有粉末冶金這一門類的工業(yè),整個(gè)冶金的進(jìn)一步發(fā)展是不可想象的.其理由是:粉末冶金具有高精度、高生產(chǎn)率、無廢料和性能獨(dú)特等特點(diǎn).在經(jīng)濟(jì)危機(jī)時(shí)期,俄羅斯的粉末冶金企業(yè)不僅生存了下來,而且擴(kuò)大了生產(chǎn)規(guī)模,足以說明俄羅斯粉末冶金具有強(qiáng)大的生命力.

研制、生產(chǎn)和應(yīng)用納米粉末是俄羅斯粉末冶金的一種潮流,也是俄羅斯粉末冶金的一大亮點(diǎn).在俄羅斯,霧化法被廣泛用于各種粉末的生產(chǎn),既用于鐵粉、鋼粉及其他鐵基合金粉末的生產(chǎn),也用于鋁粉、銅粉、鉛粉、鋅粉、難熔金屬(鈦、鎢)粉以及以這些有色金屬為基的合金粉末的生產(chǎn).在制備多組分合金粉末時(shí),霧化法特別有效,能保證粉末化學(xué)成分的均勻性并獲得超細(xì)的晶粒結(jié)構(gòu).近期,俄羅斯正積極發(fā)展熔體霧化法,借助于高的冷卻速度(107～108 ℃/s)制備霧化快淬粉末和非晶結(jié)構(gòu)粉末.俄羅斯還研發(fā)了高速電脈沖等離子燒結(jié)工藝.由于燒結(jié)時(shí)的高速加熱明顯抑制了晶粒的長(zhǎng)大,從而使材料獲得均勻、高致密的納米結(jié)構(gòu).采用高速電脈沖等離子燒結(jié)工藝制得的納米結(jié)構(gòu)碳化鎢基硬質(zhì)合金,實(shí)現(xiàn)了強(qiáng)度、硬度、抗裂性和耐磨性的完美結(jié)合,材料使用性能超過國際領(lǐng)先企業(yè)同類產(chǎn)品水平.俄羅斯科技人員還應(yīng)用高速電脈沖等離子燒結(jié)工藝技術(shù),對(duì)制備高密度高溫超導(dǎo)陶瓷YBaCuO的可能性進(jìn)行了研究,取得了進(jìn)展.

1 俄羅斯主要粉末冶金企業(yè)

1.1 北方鋼鐵股份公司

北方鋼鐵股份公司(ОАО Северсталь)位于沃洛果州,是俄羅斯大型的鋼鐵企業(yè),也是俄羅斯最大的高質(zhì)量鐵粉生產(chǎn)企業(yè),年產(chǎn)鐵粉達(dá)7 000 t.空氣霧化鐵粉具有很高的壓實(shí)性(達(dá)7.15 g/cm3)和比水霧化鐵粉高的壓縮強(qiáng)度(達(dá)28 MPa).鐵粉的這一獨(dú)特性能,常被用于復(fù)雜形狀制品、結(jié)構(gòu)部件、電工制品、摩擦和抗摩擦制品的生產(chǎn).鐵粉的主要用戶是汽車廠.

該公司開發(fā)成功的加銅、加鎳、加鉬和加鈷的合金鐵粉,已通過工業(yè)試驗(yàn),并成功地在一些工廠應(yīng)用.

1.2 蘇林冶金廠

蘇林冶金廠(Сулинский металлургическ ий завод)位于俄羅斯南方羅斯托夫州,是俄羅斯大型的冶金企業(yè),也是俄羅斯最大的采用高壓水霧化和氧化物還原方法生產(chǎn)鐵粉和合金粉末的綜合企業(yè).霧化粉和合金粉的年生產(chǎn)能力為80 000 t.企業(yè)已掌握擴(kuò)散-合金粉末的工業(yè)化生產(chǎn)技術(shù),能生產(chǎn)勻質(zhì)的合金粉末.

1.3 高細(xì)散金屬粉末科研生產(chǎn)企業(yè)

高細(xì)散金屬粉末科研生產(chǎn)企業(yè)(ЗАО НПП Высокодисперсные металлические порошки)是在俄羅斯科學(xué)院烏拉爾分院冶金研究所基礎(chǔ)上于1991年建立的.它是俄羅斯最早的創(chuàng)新企業(yè)之一,也是目前世界上掌握金屬納米粉末及其獨(dú)特產(chǎn)品工業(yè)生產(chǎn)技術(shù)的少數(shù)企業(yè)之一.在研制和生產(chǎn)以納米金屬和合金粉末為基礎(chǔ)的耐腐蝕和耐磨損材料方面占有重要的地位,己實(shí)現(xiàn)材料研制、生產(chǎn)和應(yīng)用的產(chǎn)業(yè)鏈,產(chǎn)品品質(zhì)優(yōu)良.

該企業(yè)的首個(gè)工業(yè)產(chǎn)品是高細(xì)散鋅粉,高細(xì)散鋅粉的生產(chǎn)使企業(yè)在20世紀(jì)末開始生產(chǎn)含鋅粉的油漆顏料.在當(dāng)時(shí),實(shí)際上還沒有一個(gè)俄羅斯企業(yè)能生產(chǎn)這種材料,高細(xì)散粉末科研生產(chǎn)企業(yè)成了俄羅斯油漆顏料的領(lǐng)先生產(chǎn)者.除鋅粉生產(chǎn)外,該企業(yè)還掌握了其他有色金屬粉末的生產(chǎn)技術(shù),因而引起了電氣、電子、化學(xué)工業(yè)和粉末冶金行業(yè)專家們的興趣.例如,在建造無人駕駛的宇宙飛船“布蘭”(Буран)時(shí),使用了該企業(yè)生產(chǎn)的超細(xì)散銅粉.在銅合金粉末和潤滑材料的基礎(chǔ)上,該企業(yè)在俄羅斯首次研制出能降低電動(dòng)機(jī)、變速箱和傳動(dòng)裝置磨擦部件磨損的制劑PHMET.

該企業(yè)采用霧化法和氣相合成法工業(yè)規(guī)模生產(chǎn)的納米鋅粉、納米銅粉、青銅粉,主要用于:生產(chǎn)油漆顏料;熱擴(kuò)散鍍鋅;氣熱噴涂;化學(xué)工業(yè)的催化劑和試劑;電子和電氣工業(yè)的焊劑、膏劑成分;抗摩、耐磨損制劑成分.

該企業(yè)年產(chǎn)粉末和油漆顏料10 000 t,用戶超過2 000家,遍及俄羅斯各州和其他國家.

該企業(yè)科研工作的主要方向是:制取納米有色金屬粉末;開發(fā)防腐、防火和裝飾用油漆顏料;探索油漆顏料涂層防護(hù)和使用性能試驗(yàn);研制金屬、混凝土和木材的全新保護(hù)涂層.

1.4 烏拉爾電解銅股份公司

烏拉爾電解銅股份公司(ОАО Уралэлектро медь)建于70年前,位于斯維德洛夫州,是全球最大的電解銅粉生產(chǎn)企業(yè),目前年產(chǎn)銅粉8 000 t.1991年—1993年,在意大利Pometon公司參與下進(jìn)行了技術(shù)改造,使產(chǎn)品擴(kuò)大出口成為可能.目前,70%的銅粉出口歐洲,是歐洲電解銅粉最大的供給者;其余30%銅粉中的25%在俄羅斯國內(nèi)消費(fèi),5%用于公司自已的粉末制品生產(chǎn),公司也成為俄羅斯粉末制品最大的生產(chǎn)企業(yè)之一.銅粉生產(chǎn)和銅粉制品生產(chǎn)放于同一個(gè)企業(yè),有利于根據(jù)制品制備工藝需要和制品性能要求,有效改變粉末的性能.

公司的主要粉末制品有:

(1)高精度、無需機(jī)械加工的復(fù)雜形狀燒結(jié)零件.如軸承、電觸頭、電觸頭夾頭和集成裝置坯料等,見圖1.

圖1 高精度燒結(jié)零件

(2) 焊接技術(shù)零件.焊接技術(shù)零件用于焊接的導(dǎo)電頭、點(diǎn)接觸焊的電極、氣體噴槍的噴嘴和烙鐵的尖頭.

公司的高質(zhì)量銅粉是源自不斷探索和完善其生產(chǎn)過程的結(jié)果.生產(chǎn)車間經(jīng)常進(jìn)行技術(shù)改造和生產(chǎn)工藝的技術(shù)創(chuàng)新,如更換離心機(jī)、改造銅粉干燥裝置等.

1.5 投資技術(shù)股份公司

投資技術(shù)股份公司(ЗАО Инвест-технолог ии)位于莫斯科市.該公司在相應(yīng)金屬氫化物還原反應(yīng)的基礎(chǔ)上,研發(fā)了粒度<1 μm的超細(xì)鎳粉、鐵粉、銅粉、鈷粉、鎢粉和鉬粉的工藝技術(shù).使用這些超細(xì)粉末,能提高金屬和合金的物理-力學(xué)性能、工具材料的切削性能;降低燒結(jié)溫度250～400 ℃;改善潤滑膏的磨擦性能20%～30%;獲取價(jià)廉的催化劑.

1.6 基洛夫城硬質(zhì)合金廠

基洛夫城硬質(zhì)合金廠(ОАО Кировградск ий завод твёрдых сплавов)是在遷建的莫斯科硬質(zhì)合金廠基礎(chǔ)上于1942年建立的,位于斯維德洛夫州,現(xiàn)有員工約2 000人,是俄羅斯硬質(zhì)合金產(chǎn)業(yè)的領(lǐng)導(dǎo)者.除生產(chǎn)鎢粉、碳化鎢、碳化鈦、氧化鎢和仲鎢酸銨外,重點(diǎn)生產(chǎn)6 000多種硬質(zhì)合金產(chǎn)品,品種基本涵蓋了硬質(zhì)合金的所有應(yīng)用領(lǐng)域,包括:切削加工金屬、非金屬材料、難加工合金、巖石鉆探、金屬拉拔、壓力加工、沖壓加工和金鋼石合成等.

該廠生產(chǎn)的硬質(zhì)合金不僅具有高硬度和高抗磨損性,還具有高強(qiáng)度.

最近幾年,該廠特別注重可替換、多面、幾何形狀優(yōu)化和具有多層耐磨涂層的刀具生產(chǎn).該廠商標(biāo)不僅在俄羅斯各州馳名,在獨(dú)聯(lián)體國家、歐洲、北美洲、南美洲和非洲也頗具聲望.

1.7 珀立瑪股份公司

珀立瑪股份公司(ОАО ПОЛЕМА)位于圖拉城,是俄羅斯生產(chǎn)工具鋼和耐腐蝕鋼均質(zhì)合金粉末的領(lǐng)先企業(yè).裝備有氣霧化和水霧化設(shè)備,年生產(chǎn)能力達(dá)4 500 t.該公司也是世界鉻粉、鉬粉、鎢粉和復(fù)合材料制品的領(lǐng)先生產(chǎn)者,鎳粉、鈷粉、鉬粉、鉻粉、鈦粉、銅粉、鋅粉、錫粉、合金鋼粉和粉末焊料的年生產(chǎn)能力達(dá)3 000 t.快淬鎳-錳合金粉、鉻-銅和鎢-銅觸頭和各種金屬粉末是該公司的優(yōu)勢(shì)產(chǎn)品,以下分別作一介紹.

(1) 快淬鎳-錳合金粉

快淬鎳-錳合金粉,作為催化劑廣泛用于生產(chǎn)不同尺寸的合成金剛石.快淬鎳-錳合金粉按粒度分類和化學(xué)組成分別見表1和表2.

表1 鎳-錳合金粉的粒度分類Tab.1 Ni-Mn alloys powder classification by size

表2 鎳-錳合金粉的化學(xué)組成Tab.2 Chemical composition of Ni-Mn alloys

(2) 鉻-銅、鎢-銅觸頭

鉻-銅觸頭用于高可靠快速真空開關(guān)的真空滅弧箱,能切斷6～35 kV高壓電網(wǎng)的大電流[1].鉻-銅、鎢-銅觸頭坯料見圖2.

鎢-銅觸頭坯料的牌號(hào)、形狀結(jié)構(gòu)和化學(xué)成分見表3,物理-力學(xué)性能見表4.

圖2 鉻-銅、鎢-銅觸頭坯料Fig.2 Cr-Cu and W-Cu contact materials

表3 圓盤形В70Д30-МП(W30Cu70+Cu)觸頭坯料的結(jié)構(gòu)和化學(xué)成分Tab.3 Structurally and chemically of disc В70Д30-МП(W30Cu70+Cu)contact materials (質(zhì)量分?jǐn)?shù)/%)

表4 鎢-銅觸頭坯料的綜合性能Tab.4 Comrehensive property of W-Cu contact materials

注:各性能指標(biāo)均為最小值.

圓盤形鉻-銅觸頭坯料的牌號(hào)、結(jié)構(gòu)和化學(xué)成分見表5,物理-力學(xué)性能見表6.

鎢-銅(W-Cu)觸頭用于在額定電壓1.14 kV或更高的電傳動(dòng)遠(yuǎn)距離控制系統(tǒng)真空開關(guān)的真空滅弧箱.

(3) 金屬粉末

該公司釆用氣霧化、高壓水霧化、氧化物還原和機(jī)械破碎等方法生產(chǎn)各種合金粉末和純金屬粉末.

霧化粉分為兩類:一是用于噴涂和堆焊的粉末,二是用于結(jié)構(gòu)用途的粉末.屬于第一類的粉末有200多個(gè)牌號(hào),如自熔鎳、鐵、銅合金粉,工具鋼粉,高碳鋼和低碳鋼粉,耐腐蝕合金粉,耐熱合金粉,錫基合金粉,鋅基合金粉等.屬于第二類的粉末有純金屬粉(鉻粉、鉬粉、鎢粉、鎳粉、鈦粉)、銅合金粉(青銅粉、黃銅粉)、不銹鋼粉以及高導(dǎo)磁率合金(坡莫合金)粉等.

表5 鉻-銅觸頭坯料的牌號(hào)和化學(xué)成分Tab.5 Brand and chemical properties of Cr-Cu contact materials (質(zhì)量分?jǐn)?shù)/%)

表6 鉻-銅觸頭坯料的性能Tab.6 Property of Cr-Cu contact materials

1.8 電觸頭股份公司

電觸頭股份公司(ЗАО Электроконтакт)位于依萬諾夫州,始建于1878年,是俄羅斯首個(gè)、也是當(dāng)時(shí)唯一的電鍍碳生產(chǎn)企業(yè).1956年開始從事粉末冶金制品的開發(fā)和生產(chǎn),目前是俄羅斯專業(yè)生產(chǎn)金屬粉末制品和電碳制品的領(lǐng)先企業(yè).主要產(chǎn)品是電刷、結(jié)構(gòu)零件、抗摩擦部件、銅基制件、銀和鎢為基礎(chǔ)的制品等.

該公司產(chǎn)品用于城市運(yùn)輸、鐵路運(yùn)輸、汽車拖拉機(jī)、采礦、電氣、冶金、油氣開采工業(yè)以及電機(jī)、高低壓裝置、測(cè)量技術(shù)和家用電器等.圖3是部分電刷和粉末冶金制品.

圖3 電觸頭股份公司部分產(chǎn)品Fig.3 Some products of electrical contact Co., Ltd.

1.9 “維里阿爾”公司(ООО Вириал)

“維里阿爾”公司(ООО Вириал)創(chuàng)建于1991年,位于圣彼德堡.2008年,公司交易額為3億盧布.2009年,俄羅斯國家納米集團(tuán)公司批準(zhǔn)總額達(dá)17億盧布的投資計(jì)劃,在“維里阿爾”公司的基礎(chǔ)上建立納米陶瓷材料生產(chǎn).

該公司是滑動(dòng)軸承和摩擦部件的開發(fā)者和主要生產(chǎn)企業(yè).滑動(dòng)軸承由反應(yīng)燒結(jié)或液相燒結(jié)的碳化硅、含鎢和不含鎢的硬質(zhì)合金、二氧化鋯和氧化鋁為基的合成物制成.滑動(dòng)軸承結(jié)構(gòu)見圖4.

圖4 滑動(dòng)軸承Fig.4 Silding bearing

2 體 會(huì)

眾所周知,俄羅斯的空間技術(shù)、航空航天技術(shù)、軍事裝備技術(shù)等尖端技術(shù)以及民用技術(shù)較為先進(jìn),這與俄羅斯包括粉末冶金材料在內(nèi)的材料工業(yè)發(fā)達(dá)是密不可分的.在瀏覽了上述俄羅斯粉末冶金企業(yè)的工藝技術(shù)、產(chǎn)品品種和生產(chǎn)規(guī)模后,不難看出,這些企業(yè)在優(yōu)質(zhì)純金屬粉和合金粉的制備上采用氣霧化、高壓水霧化、氣相合成、氧化物還原和機(jī)械破碎等多種方法并不斷改進(jìn),在粉末和粉末冶金制品的品種上力求滿足各種特定的使用要求,在生產(chǎn)能力上形成相當(dāng)?shù)墓I(yè)化規(guī)模,在粉末和粉末冶金產(chǎn)品的應(yīng)用上不斷開拓新的領(lǐng)域,特別是通過調(diào)整原料粉末的性質(zhì)和制備工藝技術(shù)來實(shí)現(xiàn)高質(zhì)量粉末和粉末冶金產(chǎn)品的穩(wěn)定生產(chǎn),積極研發(fā)和應(yīng)用納米粉、熔體霧化技術(shù)以及高速電脈沖等離子燒結(jié)工藝.這些都很值得借鑒.

[1]陳興章,方守誼.高端銅材發(fā)展謅議論[J].上海有色金屬,2014,35(1):1-6.

PowderMetallurgyofRussiaandItsMainEnterprises

CHENShao-lian

(EighthResearchInstituteofNuclearIndustry,Shanghai201800,China)

Powder metallurgy, as a priority in metallurgy of Russia, has undergone a sustainable development in the field of world powder metallurgy. A brief introduction has been given to Russian powder metallurgical technology which is characterized by nanopowder, powder making by atomization and plasma sinter technology through high-speed pulse. The paper also touches upon the main enterprises in Russia that specialize in iron powder, nonferrous metal powder, alloy powder,cemented carbide,electrical contact, anti-friction materials, and etc.

powder metallurgy; nanometer; atomization; cemented carbide; reviews

1005-2046(2014)02-0047-05

10．13258／j．cnki．snm．2014．02．001

2014-03-13

陳紹廉(1935-) ,男,研究員級(jí)高級(jí)工程師，主要從事超細(xì)粉末和多孔材料的研制和生產(chǎn).E-mail: csll945@163.com.

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