俄罗斯的粉末冶金及其主要企业概述

作者简介：陈绍廉(1935-) ,男,研究员级高级工程师，主要从事超细粉末和多孔材料的研制和生产.

摘要： 粉末冶金是俄罗斯冶金生产的优先发展方向之一,在世界粉末冶金领域具有很强的生命力.简述了俄罗斯粉末冶金工艺技术特点;介绍了俄罗斯从事铁粉、有色金属粉、合金粉、硬质合金、结构零件、电触头材料和抗摩擦材料生产的主要企业,纳米粉末、雾化法制粉和高速电脉冲等离子烧结工艺是其工艺技术的亮点.

关键词： 粉末冶金; 纳米; 雾化法; 硬质合金; 概述

中图分类号：TF 124文献标志码： A

Powder Metallurgy of Russia and Its Main Enterprises

CHEN Shaolian

(Eighth Research Institute of Nuclear Industry, Shanghai 201800, China )

Abstract： 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.

Key words：powder metallurgy; nanometer; atomization; cemented carbide; reviews

0前言

粉末冶金是俄罗斯冶金生产的优先发展方向之一.俄罗斯的各种报刊、杂志对粉末冶金不乏赞美之词,认为粉末冶金不仅能够制造形状各异、用途广泛的制品,而且还能制造用其他方法很难或不可能制造的全新材料和制品.这些材料具有许多独特的性能,如高硬度、难熔、耐热、多孔以及既能增加摩擦又能抗摩擦等.由于结构上的特点,粉末冶金材料更能经受温度和应力周期性波动以及核辐射.甚至认为,没有粉末冶金这一门类的工业,整个冶金的进一步发展是不可想象的.其理由是:粉末冶金具有高精度、高生产率、无废料和性能独特等特点.在经济危机时期,俄罗斯的粉末冶金企业不仅生存了下来,而且扩大了生产规模,足以说明俄罗斯粉末冶金具有强大的生命力.

研制、生产和应用纳米粉末是俄罗斯粉末冶金的一种潮流,也是俄罗斯粉末冶金的一大亮点.在俄罗斯,雾化法被广泛用于各种粉末的生产,既用于铁粉、钢粉及其他铁基合金粉末的生产,也用于铝粉、铜粉、铅粉、锌粉、难熔金属(钛、钨)粉以及以这些有色金属为基的合金粉末的生产.在制备多组分合金粉末时,雾化法特别有效,能保证粉末化学成分的均匀性并获得超细的晶粒结构.近期,俄罗斯正积极发展熔体雾化法,借助于高的冷却速度(107～108℃/s)制备雾化快淬粉末和非晶结构粉末.俄罗斯还研发了高速电脉冲等离子烧结工艺.由于烧结时的高速加热明显抑制了晶粒的长大,从而使材料获得均匀、高致密的纳米结构.采用高速电脉冲等离子烧结工艺制得的纳米结构碳化钨基硬质合金,实现了强度、硬度、抗裂性和耐磨性的完美结合,材料使用性能超过国际领先企业同类产品水平.俄罗斯科技人员还应用高速电脉冲等离子烧结工艺技术,对制备高密度高温超导陶瓷YBaCuO的可能性进行了研究,取得了进展.

1俄罗斯主要粉末冶金企业

1.1北方钢铁股份公司

北方钢铁股份公司(ОАО Северсталь)位于沃洛果州,是俄罗斯大型的钢铁企业,也是俄罗斯最大的高质量铁粉生产企业,年产铁粉达7 000 t.空气雾化铁粉具有很高的压实性(达7.15 g/cm3)和比水雾化铁粉高的压缩强度(达28 MPa).铁粉的这一独特性能,常被用于复杂形状制品、结构部件、电工制品、摩擦和抗摩擦制品的生产.铁粉的主要用户是汽车厂.

该公司开发成功的加铜、加镍、加钼和加钴的合金铁粉,已通过工业试验,并成功地在一些工厂应用.

1.2苏林冶金厂

苏林冶金厂(Сулинский металлургическ ий завод)位于俄罗斯南方罗斯托夫州,是俄罗斯大型的冶金企业,也是俄罗斯最大的采用高压水雾化和氧化物还原方法生产铁粉和合金粉末的综合企业.雾化粉和合金粉的年生产能力为80 000 t.企业已掌握扩散合金粉末的工业化生产技术,能生产匀质的合金粉末.

上海有色金属第35卷

第2期陈绍廉:俄罗斯的粉末冶金及其主要企业概述

1.3高细散金属粉末科研生产企业

高细散金属粉末科研生产企业(ЗАО НПП Высокодисперсные металлические порошки)是在俄罗斯科学院乌拉尔分院冶金研究所基础上于1991年建立的.它是俄罗斯最早的创新企业之一,也是目前世界上掌握金属纳米粉末及其独特产品工业生产技术的少数企业之一.在研制和生产以纳米金属和合金粉末为基础的耐腐蚀和耐磨损材料方面占有重要的地位,己实现材料研制、生产和应用的产业链,产品品质优良.

该企业的首个工业产品是高细散锌粉,高细散锌粉的生产使企业在20世纪末开始生产含锌粉的油漆颜料.在当时,实际上还没有一个俄罗斯企业能生产这种材料,高细散粉末科研生产企业成了俄罗斯油漆颜料的领先生产者.除锌粉生产外,该企业还掌握了其他有色金属粉末的生产技术,因而引起了电气、电子、化学工业和粉末冶金行业专家们的兴趣.例如,在建造无人驾驶的宇宙飞船“布兰”(Буран)时,使用了该企业生产的超细散铜粉.在铜合金粉末和润滑材料的基础上,该企业在俄罗斯首次研制出能降低电动机、变速箱和传动装置磨擦部件磨损的制剂PHMET.

该企业采用雾化法和气相合成法工业规模生产的纳米锌粉、纳米铜粉、青铜粉,主要用于:生产油漆颜料;热扩散镀锌;气热喷涂;化学工业的催化剂和试剂;电子和电气工业的焊剂、膏剂成分;抗摩、耐磨损制剂成分.

该企业年产粉末和油漆颜料10 000 t,用户超过2 000家,遍及俄罗斯各州和其他国家.

该企业科研工作的主要方向是:制取纳米有色金属粉末;开发防腐、防火和装饰用油漆颜料;探索油漆颜料涂层防护和使用性能试验;研制金属、混凝土和木材的全新保护涂层.

1.4乌拉尔电解铜股份公司

乌拉尔电解铜股份公司(ОАО Уралэлектро медь)建于70年前,位于斯维德洛夫州,是全球最大的电解铜粉生产企业,目前年产铜粉8 000 t.1991年—1993年,在意大利Pometon公司参与下进行了技术改造,使产品扩大出口成为可能.目前,70%的铜粉出口欧洲,是欧洲电解铜粉最大的供给者;其余30%铜粉中的25%在俄罗斯国内消费,5%用于公司自已的粉末制品生产,公司也成为俄罗斯粉末制品最大的生产企业之一.铜粉生产和铜粉制品生产放于同一个企业,有利于根据制品制备工艺需要和制品性能要求,有效改变粉末的性能.

公司的主要粉末制品有:

(1)高精度、无需机械加工的复杂形状烧结零件.如轴承、电触头、电触头夹头和集成装置坯料等,见图1.

图1高精度烧结零件

Fig.1High accuracy assintered component

(2) 焊接技术零件.焊接技术零件用于焊接的导电头、点接触焊的电极、气体喷枪的喷嘴和烙铁的尖头.

公司的高质量铜粉是源自不断探索和完善其生产过程的结果.生产车间经常进行技术改造和生产工艺的技术创新,如更换离心机、改造铜粉干燥装置等.

1.5投资技术股份公司

投资技术股份公司(ЗАО Инвесттехнолог ии)位于莫斯科市.该公司在相应金属氢化物还原反应的基础上,研发了粒度＜1 μm的超细镍粉、铁粉、铜粉、钴粉、钨粉和钼粉的工艺技术.使用这些超细粉末,能提高金属和合金的物理力学性能、工具材料的切削性能;降低烧结温度250～400℃;改善润滑膏的磨擦性能20%～30%;获取价廉的催化剂.

1.6基洛夫城硬质合金厂

基洛夫城硬质合金厂(ОАО Кировградск ий завод твёрдых сплавов)是在迁建的莫斯科硬质合金厂基础上于1942年建立的,位于斯维德洛夫州,现有员工约2 000人,是俄罗斯硬质合金产业的领导者.除生产钨粉、碳化钨、碳化钛、氧化钨和仲钨酸铵外,重点生产6 000多种硬质合金产品,品种基本涵盖了硬质合金的所有应用领域,包括:切削加工金属、非金属材料、难加工合金、岩石钻探、金属拉拔、压力加工、冲压加工和金钢石合成等.

该厂生产的硬质合金不仅具有高硬度和高抗磨损性,还具有高强度.

最近几年,该厂特别注重可替换、多面、几何形状优化和具有多层耐磨涂层的刀具生产.该厂商标不仅在俄罗斯各州驰名,在独联体国家、欧洲、北美洲、南美洲和非洲也颇具声望.

1.7珀立玛股份公司

珀立玛股份公司(ОАО ПОЛЕМА)位于图拉城,是俄罗斯生产工具钢和耐腐蚀钢均质合金粉末的领先企业.装备有气雾化和水雾化设备,年生产能力达4 500 t.该公司也是世界铬粉、钼粉、钨粉和复合材料制品的领先生产者,镍粉、钴粉、钼粉、铬粉、钛粉、铜粉、锌粉、锡粉、合金钢粉和粉末焊料的年生产能力达3 000 t.快淬镍锰合金粉、铬铜和钨铜触头和各种金属粉末是该公司的优势产品,以下分别作一介绍.

(1) 快淬镍锰合金粉

快淬镍锰合金粉,作为催化剂广泛用于生产不同尺寸的合成金刚石.快淬镍锰合金粉按粒度分类和化学组成分别见表1和表2.

表1镍锰合金粉的粒度分类

Tab.1NiMn alloys powder classification by size

粉末类别粒度/μm散装密度/(g·cm-3)1≤1003.7～4.5250～3152.0～3.03100～4001.8～2.53A100～4002.5～3.04315～8001.4～2.05400～1 2501.0～1.36400～1 2501.4～1.67400～1 2501.7～2.0

表2镍锰合金粉的化学组成

Tab.2Chemical composition of NiMn alloys

牌号MnNi质量分数/%C质量分数/%ПРГН40А1基体40≤0.3ПРГН40А2基体40≤0.3ПРГН40Б1基体400.8～1.5ПРГН40Б2基体400.8～1.5ПРГН40С1基体401.5～2.5ПРГН40С2基体401.5～2.5

(2) 铬铜、钨铜触头

铬铜触头用于高可靠快速真空开关的真空灭弧箱,能切断6～35 kV高压电网的大电流［1］.铬铜、钨铜触头坯料见图2.

钨铜触头坯料的牌号、形状结构和化学成分见表3,物理力学性能见表4.图2铬铜、钨铜触头坯料

Fig.2CrCu and WCu contact materials

表3圆盘形В70Д30МП(W30Cu70+Cu)

触头坯料的结构和化学成分

Tab.3Structurally and chemically of disc В70Д30МП

(W30Cu70+Cu)contact materials

(质量分数/%)

结构WCuONS触头层其余28～320.050.0050.007铜层无基体0.020.0050.007注:O、N、S的质量分数均为最大值.表4钨铜触头坯料的综合性能

Tab.4Comrehensive property of WCu

contact materials

牌号密度/(g·cm-3)HV导电率/%IACSВ70Д30МП11.3614555注:各性能指标均为最小值.

圆盘形铬铜触头坯料的牌号、结构和化学成分见表5,物理力学性能见表6.

钨铜(WCu)触头用于在额定电压1.14 kV或更高的电传动远距离控制系统真空开关的真空灭弧箱.

(3) 金属粉末

该公司釆用气雾化、高压水雾化、氧化物还原和机械破碎等方法生产各种合金粉末和纯金属粉末.

雾化粉分为两类:一是用于喷涂和堆焊的粉末,二是用于结构用途的粉末.属于第一类的粉末有200多个牌号,如自熔镍、铁、铜合金粉,工具钢粉,高碳钢和低碳钢粉,耐腐蚀合金粉,耐热合金表5铬铜触头坯料的牌号和化学成分

Tab.5Brand and chemical properties of CrCu contact materials

(质量分数/%)

牌号样品结构CrCuO最大N最大S最大ЭРХ25Д75МП单层CrCu24～27基体0.070.005未测出ЭРХ50Д50МП单层CrCu其余48～530.070.005未测出ЭРХ35Д65МП单层CrCu33～37基体0.070.005未测出ЭРХ30Д70МП两层CrCu和CuЭРХ50Д50МП两层CrCu和Cu触头层27～33其余0.050.0050.007铜层≤1.0基体0.020.0050.007触头层48～53其余0.050.0050.007铜层≤1.0基体0.020.0050.007

表6铬铜触头坯料的性能

Tab.6Property of CrCu contact materials

牌号密度/(g·cm-3)HV导电率/%IACSЭРХ25Д75МП8.206555ЭРХ50Д50МП7.809040ЭРХ35Д65МП8.007245ЭРХ30Д70МП8.357055ЭРХ50Д50МП8.358540注:各性能指标均为最小值.

粉,锡基合金粉,锌基合金粉等.属于第二类的粉末有纯金属粉(铬粉、钼粉、钨粉、镍粉、钛粉)、铜合金粉(青铜粉、黄铜粉)、不锈钢粉以及高导磁率合金(坡莫合金)粉等.

1.8电触头股份公司

电触头股份公司(ЗАО Электроконтакт)位于依万诺夫州,始建于1878年,是俄罗斯首个、也是当时唯一的电镀碳生产企业.1956年开始从事粉末冶金制品的开发和生产,目前是俄罗斯专业生产金属粉末制品和电碳制品的领先企业.主要产品是电刷、结构零件、抗摩擦部件、铜基制件、银和钨为基础的制品等.

该公司产品用于城市运输、铁路运输、汽车拖拉机、采矿、电气、冶金、油气开采工业以及电机、高低压装置、测量技术和家用电器等.图3是部分电刷和粉末冶金制品.图3电触头股份公司部分产品

Fig.3Some products of electrical

contact Co., Ltd.

1.9“维里阿尔”公司(ООО Вириал)

“维里阿尔”公司(ООО Вириал)创建于1991年,位于圣彼德堡.2008年,公司交易额为3亿卢布.2009年,俄罗斯国家纳米集团公司批准总额达17亿卢布的投资计划,在“维里阿尔”公司的基础上建立纳米陶瓷材料生产.

该公司是滑动轴承和摩擦部件的开发者和主要生产企业.滑动轴承由反应烧结或液相烧结的碳化硅、含钨和不含钨的硬质合金、二氧化锆和氧化铝为基的合成物制成.滑动轴承结构见图4.

图4滑动轴承

Fig.4Silding bearing

2体会

众所周知,俄罗斯的空间技术、航空航天技术、军事装备技术等尖端技术以及民用技术较为先进,这与俄罗斯包括粉末冶金材料在内的材料工业发达是密不可分的.在浏览了上述俄罗斯粉末冶金企业的工艺技术、产品品种和生产规模后,不难看出,这些企业在优质纯金属粉和合金粉的制备上采用气雾化、高压水雾化、气相合成、氧化物还原和机械破碎等多种方法并不断改进,在粉末和粉末冶金制品的品种上力求满足各种特定的使用要求,在生产能力上形成相当的工业化规模,在粉末和粉末冶金产品的应用上不断开拓新的领域,特别是通过调整原料粉末的性质和制备工艺技术来实现高质量粉末和粉末冶金产品的稳定生产,积极研发和应用纳米粉、熔体雾化技术以及高速电脉冲等离子烧结工艺.这些都很值得借鉴.

参考文献:

［1］陈兴章,方守谊.高端铜材发展诌议论［J］.上海有色金属,2014,35(1):1-6.第35卷第2期2014年6月上海有色金属SHANGHAI NONFERROUS METALSVol.35, No.2Jun. 2014

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