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【数据】近200亿的广阔市场空间,粉末冶金行业迎来快速增长
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【数据】近200亿的广阔市场空间,粉末冶金行业迎来快速增长

【摘要】:
粉末冶金产业概况简介及优势:粉末冶金是一种通过加热压实金属粉末至低于其熔点进行金属成型过程的技术。该技术已经存在超过100年,在过去的25年成为了公认的生产各种高质量零件的优质技术。粉末冶金相较于其他金属成型技术,如锻造、铸造等,在材料利用率、形状复杂度和近净形尺寸控制等方面均具有优势,由于其具有促进可持续发展的性质,粉末冶金被公认为绿色技术。根据配方不同,粉末冶金零件的抗拉强度在170~1200
粉末冶金产业概况
简介及优势:
粉末冶金是一种通过加热压实金属粉末至低于其熔点进行金属成型过程的技术。该技术已经存在超过100年,在过去的25年成为了公认的生产各种高质量零件的优质技术。
粉末冶金相较于其他金属成型技术,如锻造、铸造等,在材料利用率、形状复杂度和近净形尺寸控制等方面均具有优势,由于其具有促进可持续发展的性质,粉末冶金被公认为绿色技术。
根据配方不同,粉末冶金零件的抗拉强度在170~1200MPa之间,相比传统零件制造工艺,其强度比传统锻件要低20~30%,但显著高于普通铸件。
 
与传统工艺相比,粉末冶金零件在成本、尺寸上有着得天独厚的优势,具有非常高的性价比:
1)零件接近最终尺寸,具有良好的光洁度,减少后续加工成本,并能最大限度地减少废品损失;
2)能够生产别的工艺无法制造的复杂或独特形状的零件;
3)能够控制产品的孔隙率,以此满足产品自润滑、耐磨性等方面的需求。
4)根据Economic Advantages of Powder Metallurgy测算,粉末冶金工艺比传统机加工工艺节能60%,材料利用率高达95%,生产过程绿色,生产成本经济,性价比极高。
 
工艺分类
粉末冶金主要有传统法、金属注射成型(MIM)、金属添加剂制造(MAM)、等静压(IP)四种工艺,其中,目前在汽车等领域应用最为广泛的,是传统法与MIM法。
 
传统粉末冶金工艺
即压制和烧结,由混合元素或合金粉末,在模具中压实混合物,然后烧结或加热,在一个可控环境的炉中粘结颗粒冶金。该工艺生产的粉末冶金零件大多数重量小于5磅(2.27公斤),部分重达35磅(15.89公斤)的零件也可以在传统粉末冶金设备中制造。
 
金属注射成型(MIM)
该工艺为生产制造复杂形状的零件提供了可能,利用细金属粉末(通常小于20微米),与粘合剂(各种热塑性塑料、蜡等材料)配制定制为原料,送入腔(或多腔)的进行注射成型。
MIM工艺与塑料注射成型和高压压铸非常相似,它可以产生相同的形状和结构特点。然而,这仅限于相对小(一般小于250克),高度复杂的零件,否则需要大量的精加工或装配操作。
金属注射成型工艺生产的零件,其机械性能几乎相当于锻造材料,提供了几乎无限的形状和几何特征的能力,具有很高的生产速率。
 
金属添加剂制造(MAM)
即金属3D打印技术,不同于传统的消减制造工艺,如钻孔,通过去除材料的一部分,添加剂制造工艺采用逐层过程直接从数字模型生产,无需模具,充分利用废弃材料,减少制造时间和费用,深刻地改变了生产潜力。
 
等静压(IP)
适用于所有方向上压力均等的粉末致密部件,从而达到最大密度和微观结构均匀和无单轴压的几何限制。用于生产致密的高性能零部件。
 
等静压分为冷和热等静压,冷等静压(CIP)是在常温下压实“绿色部件”,而热等静压(HIP)则在高温下通过固态扩散巩固部件,热等静压也可以用来消除烧结粉末冶金零件残余气孔率。
 
核心设备概况
传统粉末冶金工艺有主要的三大工序:制粉,成型,烧结,各个环节均需使用其专用设备。主要应用的设备可分为为制粉设备、成型设备、烧结设备。
 
制粉设备
制粉设备应用于原料制粉过程。制粉方法可划分为三大类:机械制粉,物理制粉,化学制粉,常用的制粉方法有氧化物还原法、雾化法、旋转电极法、电解法和机械破碎法等,不同制粉方法所使用的设备也是不同的。根据不同的制粉方法,主要使用的设备包括还原炉、离子膜电解槽、球磨机等。
 
成型设备
成型是将混合均匀的混料,装入压模重压制成具有一定形状、尺寸和密度的型坯的过程。成型的方法基本上分为加压成型和无压成型,加压成型中应用最多的是模压成型。使用的设备主要包括油压机、冷等静压机、热等静压机等设备等。
 
烧结设备
烧结过程中粉末颗粒间通过扩散、再结晶、熔焊、化合、溶解等一系列的物理化学过程,成为具有一定孔隙度的冶金产品。该过程所使用的设备有电阻炉、气氛烧结炉、网带式烧结炉等。
 
 
国内市场格局分析
 
低端产品门槛低,竞争激烈
粉末冶金产品广泛用于汽车行业、航空航天行业、家电行业以及消费电子行业。其中,汽车行业、航空航天行业属于高端的市场,产品附加值很高;目前,我国国内粉末冶金企业主要生产家电、消费电子行业的粉末冶金产品。
 
家电行业的粉末冶金产品主要有冰箱、空调使用的压缩机,洗衣机、电风扇中使用的多孔自润滑轴承,空调、吸尘器中的齿轮与磁体等;消费电子领域,众多手机品牌的金属外壳、音量按键、垫脚、SIM卡托等零部件均为粉末冶金产品。然而,家电与消费电子行业粉末冶金件技术门槛较低,各类中小厂商争相进入,导致我国国内低端粉末冶金市场竞争十分激烈。
 
汽车领域技术相对落后
在发达国家如美国、欧洲、日本,粉末冶金产品主要应用于汽车领域,汽车粉末冶金产品占粉末冶金总产品的比例高达80%以上。
 
2016年,我国国内汽车粉末冶金制品占粉末冶金总产品的比例提升至约60%,但仍然低于发达国家80%的比例。与此同时,我国汽车粉末冶金产品的种类并不齐全,目前主要是一些技术含量较低的连杆、垫片、链轮等产品,而绝大多数企业无法批量生产技术要求更高的VVT、VCT、行星齿轮等产品。
 
国内汽车粉末冶金空间广阔
欧洲平均每辆汽车的粉末冶金制品使用量是14kg,日本9kg,美国达19.5kg以上,而我国目前平均每辆汽车粉末冶金制品用量仅5-6kg,与发达国家仍有较大差距。
 
未来,随着国内粉末冶金技术的不断提高,以及其成本优势,汽车主机厂将会选择成本更低的粉末冶金零件来代替锻造、机加工零件。与此同时,粉末冶金产品制作工艺比传统的金属成型工艺节能约60%,其材料利用率更是能够高达95%以上,符合节能减排与可持续发展的观念。由此可见,国内企业未来会更多使用粉末冶金工艺生产汽车零部件。
 
国内企业成本优势显著
目前,国内涉足中高端汽车粉末冶金零部件的企业较少,国内高端汽车粉末冶金零部件仍然主要依靠进口。国内企业的生产技术、质量控制以及研发能力较国外企业仍有较大差距。而随着国内粉末冶金产业的快速发展,业内公司的质量控制与研发水准均在快速提高。
 
目前,发动机内的VVT、VCT粉末冶金零件国内已经能够大规模的生产,同步环、行星齿轮架等高难度粉末冶金零部件也逐渐迎来技术突破。与国外公司相比,国内企业在人力成本、土地成本、原料成本等方面均具有优势。同时,国内企业交货周期短,售后服务快速、及时,能够为国内主机厂提供更优质的服务。因此,国内粉末冶金产品进口替代空间十分广阔。