粉末冶金加工工艺因具有省时、低耗等优点，其应用越来越广泛。但因孔隙的存在，粉末冶金制品的密度、强度等物理和力学性能很难达到冶炼材料的水平，虽然通过热压、复压等工艺手段也能改善其性能，但致密效果仍较差，且加工成本也高。
为了获得高性能的粉末冶金制品，传统的方法是在粉末冶金工艺之后，再进行致密与成形加工，如热等静压、粉末锻造等。而能否在烧结之前用某种方法来提高制品的密度，进而提高制品的性能，则一直是人们十分关注并致力研究的一个课题。
近期研究结果表明，将电磁成形技术用于粉末材料压制，能有效提高制品密度和致密均匀性，是获得高密度粉末冶金制品的一种有效方法。为此，本文将介绍电磁成形技术、粉末挤压成型方法以及电磁成形技术在粉末成型中的应用。
电磁成形是国外在20世纪60年代初发展起来的一种金属板材加工新工艺。它是利用金属在强脉冲磁场中受力而产生塑性变形的一种高能率的成形方法。由于金属是在脉冲磁场中受力变形的，故也称为磁脉冲成形。电磁成形原理如图1所示。
当高压开关闭合后，储能电容器对加工线圈放电，在加工线圈中产生一个脉冲电流，并在加工线圈周围形成脉冲磁场。加工线圈产生的脉冲磁场使金属导体内部产生感应电流，感应电流形成的磁场阻止磁力线从导体中穿过，迫使磁力线集中于加工线圈和导体之间的间隙中，金属导体因而受到一个脉冲磁场力的作用。若该力足够大，超过金属导体的屈服极限，金属导体即发生变形。自第一台电磁成形设备出现以来，电磁成形工艺在美、俄、日、西欧等发达国家和地区的航空、宇航和汽车等工业部门得到了相当广泛的应用。
图1电磁成形原理图
1.粉末挤压成型
用挤压成型技术使粉末体成形主要有两种方法：第一种，不加粘结剂，对粉末体直接进行挤压：第二种，将金属或合金、化合物的粉末与粘结剂混合均匀，然后再对混合料挤压。不加粘结剂的粉末挤压被广泛应用于弥散强化复合材料、铁合金、硬质合金、快速凝固粉末复合材料等制品的生产中。德国柏林工业大学的J.格罗施等人研究了纯铝粉末的直接冷挤压，当挤压比达到8.35时，可以通过冷挤压直接用铝粉末制取铝材而无需烧结，其抗拉强度可以达到258MPa，退火后也可达140MPa左右，远远高于铝锭挤压线材的性能。为了更进一步为物料挤压创造优良的流动条件，并做到在低温下挤压，粉末挤压领域内不断开发出挤压成型新技术。以粘结剂和粉体均匀混合物喂料为挤压对象的低温挤压成型工艺(即粉浆挤压技术)已得到了充分的发展。含粘结剂的铜、钨、硬质合金、难熔金属化合物的挤压行为。粉浆挤压的工艺重点在粘结剂的构成上，目前国内一般使用的是石蜡、甲基纤维素两个体系为主的粘结剂。例如，谢建新等人用水溶性甲基纤维素和水为粘结剂，研究了二氧化锆与不锈钢混合粉末的挤压成型特性；屈树岭等人用石蜡为粘结剂研究了W-Ni-Fe合金粉末的挤压成型工艺。
2.粉末电磁压制
粉末电磁压制是一种利用强脉冲电磁力作用于粉末体使其致密化的高能率成形新工艺，其基本原理如图2所示。金属粉末填充在一强磁场线圈中心的导体容器内，该导体容器同时也起驱动器的作用，当线圈充入强脉冲电流时，在线圈中心会产生一个强磁场，同时在驱动器上也会产生感应电流，在感应电流和磁场的相互作用下产生的电磁力压缩容器，进而压缩粉末，金属粉末在几微秒的压缩周期内获得很大的动能，在瞬时的压缩动能作用下金属粉末被压缩致密，而整个压缩过程不超过1us。
图2粉末压制的基本原理
在此过程中，如果磁场渗透过金属管，就会在粉末体内也激发出电动势，击穿粉末颗粒之间的氧化物，使粉末体内也产生电流。一方面，电流的热效应和击穿氧化物所产生的热量使粉末颗粒局部融化，起到了烧结的作用；另一方面，粉末体内的电流也会使之受到电磁力的作用而使粉末压实。但用这种方法压制时，由于趋肤效应，磁场较难渗透到粉末体内，所以中心部分可能压制不足，故适于加工外形复杂或中空的零件，如各种齿轮、齿环、轮毂等，成形制品。
20世纪50年代初期，研究人员开始探索用高能率成形方法压制粉末制品。电磁成形是继爆炸成形之后的又一种高能率成形新方法。它排除了爆炸成形的危险性，并且更加方便，生产率更高。1976年，Clyens等用放电压制法(EDC Electrical Dis-charge Compaction)压制出棒料、条料和形状复杂的制件；通过筛选粉末粒度，还成功制造出具有尖角的棒料和条料。此后，Williams还尝试过将难熔材料与低熔点金属混合压制以获得高密度的制品，俄、美、日、乌克兰等国的学者也作过一些跟踪研究。20世纪80年代后期，Alp和AI-Hassani利用放电冲击压制(Electroimpact Compaction)提高了压实密度和均匀性。
20世纪90年代初期，放电加压烧结(PCPS或PAS，Pulse Discharge Pressure Sinteringor Plasma Activated Sintering)开始在梯度功能材料和纳米材料制备领域显示出广阔的应用前景，是当今材料学科的研究热点和前沿领域之一。
3.电磁粉末压制技术在汽车零件制造领域的应用前景
在汽车制造领域，对近终成形零部件有很大的需求。在许多汽车零部件中，如高性能的传动齿轮等都是用铸造和精密锻造工艺加工而成，其制造费用大大高于其他冲压零件和粉末冶金制件。粉末冶金是制取各种高性能结构材料、功能材料的有效途径，研究开发高密度、高性能、近终成形粉末制品的集成化技术是推动粉末材料应用与发展的关键。用强冲击力压制粉末材料是获取高密度粉末制品的有效方法。
粉末材料在电磁压制后经过常压烧结，即可获得较高的力学性能，如4405钢经电磁压制，烧结后硬度可达到50HRC。其断裂强度、延展性、硬度等机械性能都比普通压制烧结后的高，几乎能与可锻铸铁相比较。
电磁压制工艺很适合于压制圆柱类的对称几何形状、且具有一定性能要求的粉末近终制品。其中典型应用就是压制汽车传动环形齿轮，相比传统的铸造或机加工方法，它具有节省材料、减少加工费用、提高零件性能的优点。由于压实后具有高密度，因此，烧结后收缩率小，能够减小尺寸误差。电磁压制的其他应用还有压制具有大的长径比和密度要求高的电子点火系统的点火装置，另外发动机转子和定子通过电磁压制也可获得较高密度和机械性能，并能节约材料。
4.电磁粉末压制在超导材料制备的应用
超导性是1911年在氦汽液化成为可能后的超低温实验中发现的。目前已发现多种超导材料。超导体可使电流处于无电阻流动。将在电能及电磁工艺领域带来很好的应用前景。已在医学上的磁性共振成像(MRI)、生物及化学上的核磁共振光谱(NMR)、核融解动力工艺和基础高能物理粒子加速器的磁体上得到应用。
高温超导材料制品的成形工艺多为模压法，而得到的制品含有大量气孔，制品的磁化率低，制造周期长。如何制成具有低孔隙度的高温超导制品，并保证其具有良好的机械性能和相当高的磁化率，是超导研究中一个很重要的问题。
A.G.Mamalis将电磁成形技术应用于超导材料的成型过程。他将超导氧化物YBa2Cu3O7粉末置于银管和钢制心轴之间(图4)，外置螺线管线圈进行电磁压制。在此过程中，银管和银粉都相当于传力工具，因为陶瓷粉末本身不导电用电磁成型设备压制得到接近理论密度82％的超导块体，同时也使其内部显微结构发生变化，新增的晶界会增加电流的传输，从而提高临界电流密度。这些超导块体可以用于同步电机、浮力齿轮、调速齿轮、限流器等。
1.塑料片2.银粉3.银管(Ф12/10mm) 4.YBCO粉末5.钢栓6.开关7.螺线管
图4电磁压制超导粉末示意图
5.结束语
将电磁成形技术用于粉末材料成型有着广阔的应用前景。1995年美国即开始研究一种称为“动态磁力压制”的新的粉末压制技术，该技术采用脉冲调制电磁场施加的压力来固结粉末。如果这一工艺能成功地用于工业生产，那将是低成本制造高密度粉末冶金零件的新途径。可以预见，电磁成形作为一种特点鲜明的加工技术，将会得到越来越广泛的应用。将该技术应用于粉末制品的成型对制品的性能提高有很大好处。
