在粉末冶金零件生产中,熔渗可以看成一种烧结的后处理,而当熔渗与烧成在一道工序完成时,又称熔渗烧结。
熔渗主要用于生产电接触材料、机械零件、金属陶瓷材料和复合材料。在能够进行熔渗的二元系统中,高熔点相的骨架可以被低熔点金属熔渗。在工业上已经使用的熔渗系统有限,有钨和钼被铜和银熔渗,以及铁被铜熔渗,但熔渗制品的产量很大,所以熔渗重要的是粉末冶金工艺技术。
熔渗过程外部金属液浸湿粉末多孔体,在毛细管力作用下,液体金属沿着颗粒孔隙和颗粒内空隙流动,直到完全填充孔隙为止。因此,从本质上,熔渗是液相烧结的一种特殊情况。不同的只是致密化主要靠易熔成分从外面去填充孔隙,而不是靠压坯本身的收缩,因此熔渗的零件基本上不产生收缩,烧结所需时间也短。
熔渗须具备的基本条件是:①骨架材料与熔渗金属的熔点相差较大,不致造成零件变形;②熔渗金属应能很好地润湿骨架材料,同液相烧结一样,应满足或
的条件,由于
总是大于0,故
,即
;③骨架与熔渗金属之间不互溶或溶解度不大,因为如果生成熔点高的化合物或固溶体,液相将消失;④熔渗金属的量应以填满空隙为限度,过多或过少均不利。
熔渗常用于复合材料制备,常用方法为有无压浸渗法和气压浸渗法。压力浸渗法最早是由美国铝业公司开发的,其通过真空压铸法制备高体积分数SiCp/Al复合材料,因为其具有成本低廉、性能优异等特点,具有很强的商业竞争力。压力浸渗法制备工艺通常分为两步,第一步是制备颗粒增强体预制件;第二步是浇铸渗透形成复合材料。预制件制备一般步骤是先混合分散一定配比的增强相颗粒与有机物,然后通过干压、注射等方法成形,最后预烧使有机物挥发,形成含有一定体积分数空隙的增强相颗粒预制件。在预制件的制备过程中通过尺寸的精确控制,就可以实现产品的近净成形,同时预制件也应具有一定的强度,以避免在加压渗透过程中造成预制件的破裂,从而使零件失效。压力渗透法根据生产过程中压力施加的大小、方式的不同,又分为挤压铸造法、气体压力渗透法、真空吸铸法。其中挤压铸造法是将预制件放入模具中然后加入熔化的金属合金液,通过机械加压,使金属液渗入到预制件中;气体压力渗透法则是通过非活性气体为压力媒介将熔融的金属液压入预制件的间隙;而真空吸铸法是通过金属液上下液面的压力差,将熔融的金属液吸入预制件的间隙,凝固后即形成复合材料。无压渗透法最早是由美国公司开发,该方法是将基体合金放在可控气氛的加热炉中加热到铝液相线以上温度,在不加压力的情况下铝液自发的渗透到碳化硅颗粒层或预制模具中,最终形成SiCp/Al复合材料。此方法技术工艺简单,不需要复杂的设备,成本低廉。