粉末冶金（PM）是将金属粉末（铁、铜、铝、钨、钛等）压制成所需形状的生坯，然后通过烧结获得最终零件。与陶瓷或药片压片不同，粉末冶金压片对生坯的密度、密度均匀性、脱模完整性以及润滑剂的种类有极高要求，因为生坯的任何缺陷都会在烧结后放大为零件失效。本文从金属粉末的特性出发，说明粉末冶金压片机的选型要点、润滑剂选择、脱模工艺优化以及密度-收缩率的控制方法。
金属粉末密度高（铁粉约7.8 g/cm³），颗粒之间内摩擦大，且表面容易氧化或吸附水分。与制药压片相比，粉末冶金压片需要更高的压力（通常200-800 MPa），生坯密度需达到理论密度的85%以上才能获得良好的烧结性能。同时，金属粉末几乎没有塑性，颗粒间结合依靠机械咬合和冷焊，因此对压片机的压力稳定性和模具刚性要求更高。产品资料中的MC系列（最大40吨）和MD系列（最大100吨）在粉末冶金小批量研发中非常常见。对于更大吨位（如200吨），则需要分体式电动压片机（PCD-200J）。
金属粉末压片几乎离不开润滑剂，否则脱模阻力极大，可能损坏模具或使生坯开裂。常用的润滑剂有：
- 硬脂酸锌：最常用，添加量0.5-1.5%，效果良好，但烧结后残留碳（约0.3-0.5%），对某些粉末冶金零件（如要求高纯净度的磁性材料）不可接受。
- 硬脂酸锂：碳残留较硬脂酸锌低，适用于不锈钢粉末。
- 蜡（费托蜡、石蜡）：添加量0.5-1%，脱模性能好，碳残留约0.2%，常用于铁基零件。
- 聚合物微粉（PEG、PMMA）：可完全热分解无残留，但成本较高。
- 二硫化钼（MoS₂）或石墨：适用于高温润滑或特殊摩擦条件，但残留物会影响烧结。
润滑剂添加方式：干混（与金属粉末在V型混合机中混合，时间5-15分钟）或粘结剂包裹法（用溶剂溶解润滑剂后喷入粉末，干燥）。添加量并非越多越好，过量润滑剂会显著降低生坯强度并增加烧结收缩率。
对于润滑剂敏感的材料（如钛粉、镍基合金），可改用“模壁润滑”——在模具内壁喷涂润滑剂（如硬脂酸锌乳液），每次压制前喷涂一次。这样润滑剂用量极少，几乎不污染粉末，但延长了操作周期。
粉末冶金压片中最常见的废品是脱模时产生的“脱模裂纹”（通常为垂直裂纹或底部掉块）。原因：润滑不良、脱模速度过快、模具脱模斜度不足、或生坯强度本身就低。
优化措施：
- 选用合适的润滑剂，并确保混合均匀。
- 采用“阶梯脱模”：先泄压至目标压力的20-30%，保持2-3秒，让生坯弹性回复稳定，再缓慢降至零压，然后顶出。全自动压片机（MZD系列）可编程阶梯脱模，手动压片机需操作者手动控制泄压速度。
- 增加脱模斜度：模具设计时，模孔应有0.5-1°的脱模斜度（靠近上口略大）。但注意斜度过大会压出的零件尺寸不精确。
- 对于长径比大于2的零件（如销轴），应使用带顶出缓冲的模具，或考虑采用等静压成型。
粉末冶金零件的最终尺寸由生坯尺寸和烧结收缩率共同决定。收缩率与生坯密度成反比：生坯密度越高，烧结收缩越小。因此，必须精确控制每批生坯的密度波动。选型建议：使用电动或全自动压片机（MD或MZD系列），设定压力到达后自动停止，确保每片压制压力一致。同时，使用天平称量每片的粉末重量，因为填充深度在金属粉末压片中容易因粉料流动性变化而发生片重漂移。建议每压制50片抽样称重，如果片重波动超过1%，应重新调整填充深度或添加助流剂。
对于需要极高密度（>95%理论密度）的产品，单冲单向压片很难达到，应考虑等静压或温压（加热模具至100-150℃压制），后者可显著提高密度而不增加设备压力。
与传统圆形药片不同，粉末冶金零件常为齿轮、凸轮、锁芯等复杂形状，且需要带有通孔或台阶。这就要求模具不仅强度高，还要有复杂的型芯和顶杆结构。常用模具材料：
- 硬质合金（YG8、YG15）：用于高耐磨场合，如铁粉、不锈钢粉。
- 高速钢（M2、M35）：用于铜粉、铝粉等较软金属。
- 工具钢（Cr12MoV、DC53）：用于中小批量研发。
模具维护要点：每次使用后必须彻底清除粉末（尤其是铁粉会吸潮生锈），涂防锈油。检查模腔内壁有无划伤，如有轻微划伤可用油石打磨，严重则报废。对于带台阶的复杂模具，使用后需拆解清洗每个部件，防止粉末卡死在缝隙中。
压制异形件时，脱模阻力不仅来自模壁，还来自型芯。建议脱模时先上冲复位，再用下冲顶出。如果使用单冲压片机（只有上冲动作），则无法压制带台阶或通孔的零件，需要改用带有“下冲浮动”功能的专用粉末冶金压机（资料中未列出，需定制）。
铁粉（还原铁粉、雾化铁粉）：压力 400-600 MPa（对应Φ10mm 片约2-3吨）；润滑剂 0.5-1% 硬脂酸锌；生坯密度 6.7-7.1 g/cm³（理论密度87-91%）。
铜粉：压力 200-300 MPa，润滑剂 0.5% 硬脂酸锂，注意铜粉易氧化，压前应在氢气还原。
铝粉：压力 150-250 MPa，铝粉极易粘模，必须用高纯度硬脂酸或聚乙烯微粉，且模具表面需镀硬铬。
钨粉：压力 300-500 MPa，钨粉极硬且易污染，必须使用硬质合金模具，并在手套箱内操作防止氧化。
钛粉：压力 200-300 MPa，钛粉易燃，必须惰性气氛下压片，模具不得使用铜基材料。
以上参数仅供参考，实际压力需通过压缩曲线试验确定。建议用户提供少量金属粉末给米淇做付费小样测试，获得最优压力和润滑剂配方。
金属粉末，尤其是细铁粉、铝粉、钛粉，在空气中形成粉尘云时有爆炸风险。压片过程中，粉末飞扬可能被静电或机械火花引燃。安全措施：
- 保持良好接地，使用抗静电吸尘器。
- 操作时开启除尘系统，控制粉尘浓度。
- 对于活泼金属（钛、锆），必须在惰性气体手套箱内压片。
- 禁止使用普通家用吸尘器清理金属粉末（可能产生电火花），应使用防爆吸尘器。
- 操作人员佩戴防静电服和护目镜，铁粉压片还需防尘口罩（防吸入）。
此外，高压压片时模具碎裂风险高，建议使用带有机玻璃防护罩的机型（如MCF-60防护型），操作者站在防护屏后。
根据研发或小批量生产的需求，推荐以下配置：
- 高校/研究所：MD-20电动压片机（20吨，工作台Φ105mm）+ 硬质合金模具 + 脱模辅助工装。总预算约3-5万元。
- 粉末冶金企业中试：MD-60（60吨）或MD-100（100吨），配自动脱模功能，并可集成手套箱（用于钛等活泼金属）。
- 复杂形状零件研发：等静压系列PCD-65J（65吨，腔体Φ50×150mm），可压制异形件，密度均匀性好。
所有设备务必定期（每季度）校准压力表，因为金属粉末压片对压力精度要求高，偏差±5%就会导致密度波动明显。米淇可提供压力校准服务和标准金属粉末压制测试，帮助用户建立可靠工艺窗口。
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免责申明： 本文中涉及的金属粉末压片参数和安全措施基于通用经验，不同粉末的粒度、流动性、氧化程度等有显著差异，实际工艺需通过试验确定。所有内容仅供客户参考，不构成绝对保证。
