使用特定的润滑剂和模具涂层是控制铁基粉末高压压实过程中摩擦的基本要求。具体来说，向粉末混合物中添加硬脂酸基润滑剂可以减少颗粒间的摩擦，而将石墨涂层的聚四氟乙烯（PTFE）片材应用于冲头可以最大限度地减少工具界面的摩擦。这种双管齐下的方法对于实现均匀的生坯密度和防止精密模具的快速退化至关重要。
粉末冶金的核心挑战是通过颗粒介质均匀传递压力。通过结合使用内部润滑剂以辅助颗粒重排和外部涂层以减少壁面阻力，您可以确保零件的结构完整性，同时保护高产量生产所需的高成本模具。
摩擦控制的力学原理
优化压力传递
摩擦是密度的敌人。在压制铁粉时，颗粒之间以及颗粒与模具壁之间的摩擦会吸收能量，阻止压制力到达零件的中心。
通过引入硬脂酸或硬脂酸锌等内部润滑剂，您可以改变单个粉末颗粒之间的摩擦系数。这使得它们能够有效地相互滑动和重排，从而确保施加的压力能够实现致密化，而不仅仅是克服机械阻力。
外部模具涂层的作用
内部润滑通常是不够的；压坯与工具钢之间的摩擦很大。
为了解决这个问题，技术人员会使用外部屏障，例如在冲头上涂有石墨润滑剂的PTFE片材，或在模具壁上使用工业润滑脂。这些涂层极大地降低了边界层的摩擦系数，确保轴向压力有效地传递到整个零件的高度。
确保质量和模具寿命
实现均匀的生坯密度
没有充分的润滑，摩擦会导致压力梯度，从而导致零件两端致密而在中间多孔（“中性轴”）。
多重润滑策略——结合内部硬脂酸和外部石墨/PTFE——确保压力均匀分布。这导致零件的特定重力均匀，这对于烧结后一致的机械性能至关重要。
防止脱模缺陷
压制循环在压实后并未结束；零件必须从模具中脱出。在此阶段的高摩擦会导致高“脱模阻力”。
外部润滑剂充当脱模剂，最大限度地减少将零件推出所需的力。这可以防止表面开裂、分层或层状形成等常见的脱模缺陷，确保“生坯”（未烧结）压坯保持完整。
保护精密模具
在高压下压制铁粉会对模具壁施加巨大的应力。
使用石墨涂层的PTFE在磨料铁粉和模具之间形成一层牺牲层。这大大降低了工具磨损，在长生产运行中保持了模腔的严格公差。
理解权衡
纯度与可加工性的冲突
虽然内部润滑剂可以改善颗粒流动，但它们会占据压坯内的体积。在烧结过程中，这些润滑剂必须分解并排出材料。
如果管理不当，这种分解可能会留下空隙或杂质，从而损害零件的最终密度和强度。
壁面润滑的优势
先进的模具壁润滑技术为润滑剂分解残留物的问题提供了解决方案。
通过将润滑液严格施加到模腔壁上——并将其排除在粉末混合物之外——您可以消除润滑剂分解残留物的风险。这可以得到更高纯度、更高机械性能的零件，尽管可能需要更复杂的模具设置来精确施加润滑剂。
为您的目标做出正确选择
润滑策略的选择在很大程度上取决于最终组件的性能要求。
- 如果您的主要重点是几何复杂性：优先使用内部润滑剂（如硬脂酸锌），以确保粉末在压实前流入复杂的模具特征。
- 如果您的主要重点是最大密度和强度：优先使用模具壁润滑（仅外部），以消除由润滑剂烧损引起的空隙，并最大化固体材料体积。
- 如果您的主要重点是高产量的工具寿命：采用PTFE/石墨涂层的双重策略，以创建强大的屏障，防止磨损。
要获得最高质量的烧结组件，您必须在流动性和脱模需求与材料纯度要求之间取得平衡。
摘要表：
| 特征 | 内部润滑剂（例如，硬脂酸） | 外部涂层（例如，PTFE/石墨） |
|---|---|---|
| 主要作用 | 减少颗粒间摩擦 | 最大限度地减少壁面阻力和工具界面摩擦 |
| 主要优点 | 改善颗粒重排和流动 | 确保平稳脱模并保护模具壁 |
| 对零件的影响 | 提高生坯密度均匀性 | 防止表面开裂和分层 |
| 最佳用途 | 复杂的几何形状 | 高纯度、高密度应用 |
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参考文献
- K. Zarębski, Dariusz Mierzwiński. Effect of Annealing on the Impact Resistance and Fracture Mechanism of PNC-60 Sinters After Cold Plastic Deformation. DOI: 10.1007/s11665-019-04017-y
本文还参考了以下技术资料 Kintek Press 知识库 .
