1、粉末冶金高速鋼

傳統(tǒng)熔煉鑄造法制造的高速鋼，其鋼錠不可避免會產生合金成分不均和粗大萊氏體偏析，這已成為其組織結構的瘤疾，長期困擾著冶金學家。正是粉末冶金工藝成功解決了傳統(tǒng)冶金工藝這一問題，消除了宏觀偏析，使晶粒細化，性能顯著提高且各向同性，為生產超高合金含量高速鋼提供了可行途徑。1965年，美國Crucible Materials公司發(fā)明粉末冶金高速鋼，1971年投產，年產量1200t，以CPM（Cracible Particle Metallurgy）系列共10余個牌號銷售。瑞典Soderfors公司是世界上生產這種鋼材的最大廠家之一，其氣霧化一熱等靜壓生產線于1970年投產。1994年，法國高速鋼公司（Erasteel）所屬瑞典Soderfors廠采用鋼包精煉法（Electro-Slag-Heating，ESH）對氣霧化前鋼液進行精煉，將非金屬夾雜減少90%，獲得高純凈鋼，進一步提高了粉末冶金高速鋼的質量。

粉末冶金高速鋼優(yōu)良的組織和性能，得益于快速凝固制粉與熱等靜壓、熱擠壓致密化工藝的結合。粉末冶金法能夠生產常規(guī)冶金法難以和不能生產的高合金、富碳化物高速鋼。粉末冶金高速鋼中的合金總量高達30%以上仍具有均勻的組織；釩含量高達9.8%時可磨削性仍然良好。這一成分設計準則也可應用于其他高合金工具鋼。此外，粉末治金工藝允許加入硫來提高高速鋼的可磨削性，而不降低其力學性能。

粉末冶金高速鋼用于制造工具，主要是模具和異形刀具，特別適于切削加工韌性溶硬鋼、耐熱高合金鋼、奧氏體不銹鋼、鎳基高溫合金、鈦鋁合金等，是航空工業(yè)用于切削加工難加工的高溫合金和鈦合金的優(yōu)秀刀具材料。此外，還用來制作高強度、耐磨損和抗疲勞的結構零件，如汽車內燃機配件和飛機發(fā)動機軸承。美國粉末冶金高速鋼的用量已超過熔煉高速鋼。

2、稀土永磁

稀土永磁合金是稀土金屬（Sm、Nd、Pr等，以R表示）與過渡金屬（Co、Fe等，以TM表示）形成的一類高性能永磁材料。通常將1967年出現(xiàn)的SmCo5（1-5型）、1977年出現(xiàn)的Sm2TM17（2-17型）和1983年出現(xiàn)的Nd-Fe-B分別稱作第一代、第二代和第三代稀土永磁材料。其最大磁能積(BH)max分別為：

SmCo5      160kJ/m3

Sm2TM7    200~240 kJ/m3

Nd-Fe-B     240-400 kJ/m3

1983年6月日本住友公司率先宣布研制成功新型永磁材料Nd-Fe-B（銣鐵硼），最大磁能積(BH)max?？蛇_280kJ/m3（35MGOe）。Nd-Fe-B系永磁材料號稱永磁之王，90年代最大磁能積(BH)max 實驗室水平達416 kJ/m3（52MGOe）。1993年開發(fā)的超高性能的Nd-Fe-B永磁材料，其(BH)max達431 kJ/m3（54.2MGOe）。

Nd-Fe-B永磁主要用于各種電機、起動機、音響設備、核磁共振成像、磁懸浮、波束控制、機器人、測量儀表、辦公機械、傳感器、磁耦合軸承和繼電器等。

1969年，我國開始第一代稀土永磁的研究開發(fā)工作，20世紀80年代初已能批量生產第一代和第二代稀土永磁體，用于行波管等高級磁性器件。1983年底，鋼鐵研究總院研制成功Nd-Fe-B材料，其最大磁能積(BH)max 達240kJ/m3左右，1987年將(BH)max。提高到415kJ/m3以上。

3、粉末冶金高溫合金

粉末冶金高溫合金（或稱粉末超合金）是制造高推比新型航空發(fā)動機零部件的最佳材料。粉末冶金高溫合金與傳統(tǒng)鑄鍛合金相比，其晶粒細小，組織均勻，無宏觀偏析，合金化程度高，屈服強度高，疲勞性能高，加工性能好。粉末冶金方法可以實現(xiàn)近終形工藝成形，因而節(jié)約材料，成本低。粉末冶金高溫合金主要用于制造航空發(fā)動機的渦輪盤、壓氣機盤、鼓筒軸、封嚴盤、封嚴環(huán)、導風輪及渦輪盤高壓擋板等高溫承力轉動零件。在粉末冶金高溫合金領域開展研究的有美國、俄國、英國、法國、德國、加拿大、中國、日本、意大利、瑞典以及印度等國，其中，美國、俄羅斯處于領先地位。

1969年，M M Allen首先用粉末冶金方法生產Astroloy高溫合金。1970年，S M Reichman研究低碳In-100粉末冶金高溫合金，獲得超塑性；1972年美國Pratt-Whiney飛機公司以其制造F-100發(fā)動機使用的壓氣機盤和渦輪盤等11個部件，裝在F15、F16飛機上。P&W公司僅以粉末冶金渦輪盤和凝固渦輪葉片兩項重大革新，就使F-100發(fā)動機的推重比達到8的世界先進水平。至1984年，該公司使用粉末高溫合金盤已超過3萬件。1988年，GEGE公司研制出第二代粉末冶金高溫合金Rene88DT。此后，在美國軍用及民用飛機土，均使用Rene88DT粉末盤。1997年，P&W公司以DT-PIN100合金制造雙性能粉末盤，裝在第四代戰(zhàn)斗機F22的F119發(fā)動機上。

前蘇聯(lián)的研究工作始于20世紀60年代末，1978年，正式在軍用航空發(fā)動機上使用粉末冶金高溫合金渦輪盤。80年代末研制出IIC-90A民用航空發(fā)動機盤件，至1993年已累計生產各類粉末高溫合金盤件2.5萬個，至1995年裝機使用盤、軸類件總數已超過4萬件。

4、粉末冶金高強度鋁合金

早在20世紀40年代中期，美國鋁工業(yè)公司（Alcoa）便開始進行燒結鋁的研究。1952年，該公司開發(fā)了第一代粉末冶金鋁合金材料（SAP）。這是一種Al-Al2O3，彌散強化型合金，具有優(yōu)異的高溫強度和熱穩(wěn)定性。

70年代出現(xiàn)的快速凝固技術、機械合金化技術和復合技術，促成粉末冶金高強度鋁合金問世，并在80年代得到迅速發(fā)展。快速凝固和機械合金化使鋁合金產生質的飛躍，其組織明顯細化，基本消除偏析，合金成分設計范圍大大擴展，抗拉強度、彈性模量、耐腐蝕性和疲勞性能全面提高，特別是斷裂韌性與強度兼顧得較好?？焖倌坦に嚳色@得亞穩(wěn)相，析出細小的彌散體，這是鑄錠冶金技術所無法實現(xiàn)的。

出于宇航工業(yè)的需要，美國、前蘇聯(lián)、英國、原聯(lián)邦德國、日本、法國等多個國家對快速凝固鋁合金進行了研究和開發(fā)。美國快速凝固鋁合金7090（Al-8.0Zn-2.5Mg-1.0Cu-1.5Co）和7091（Al-6.5Zn-2.5Mg-1.5Cu-0.4Co）已商品化，Lockhead公司的S-3飛機機翼使用7091合金后重量減輕了116kg。美國Alcoa公司將快速凝固7090合金用于制造波音757-200飛機主起落架梁撐桿和主起落架艙門的絞鏈、動筒配件、底座、齒輪等傳動裝置，減重15%。

快速凝固耐磨鋁硅合金在日本和德國已獲應用。日本80年代開始采用快速凝固Al-Si合金粉末制造汽車發(fā)動機閥門彈簧座和連桿，相應構件的重量減輕60%和30%，體發(fā)動機速度大為提高。住友電工采用快速凝固高硅Al合金制造汽車空調壓縮機轉子和葉片，使整個壓縮機減膏40%。1997年，德國PEAK公司開始批量生產過共晶Al-Si合金棒坯，最大尺寸Φ300mm×2500mm。棒壞經加工制勵Benz最新一代V8和V12發(fā)動機汽缸襯套。

5、納米粉末材料

納米材料包括納米粉末材料、納米多孔材料和納米致密材料。納米粉末微粒尺寸一般在1~100nm范圍。對這一粒度范圍粉末系的研究，可追溯到19世紀60年代膠體化學誕生的時候。20世紀40年代也有此粒度范圍粉末的報道，只不過稱為超細粉末，定義粒度范圍為0.01~0.1μm（或以 ? 為度量單位）。1962年，久保發(fā)現(xiàn)金屬超微粒子與宏觀物體的熱性質不同，提出久保效應。1963年出版的 H H H Auser所編的《New Types of Metal Powders》一書中介紹，用60kW電子束爐制備的鐵、鋁、鎳、銅、鉻、鉀、鈕和鎢粉，其粒度小于0.5um。1984年，R Berringer和H Gleiter 等人采用情性氣體蒸發(fā)與原位壓制、燒結方法獲得納米晶金屬塊體，并首次提出納米晶材料的術語，納米粉末材料作為一種工程材料才正式登上科技舞臺。在1990年召開的首屆世界納米科學技術學術會議上，正式提出將納米材料科學列為材料科學的一個新的分支。90年代研究工作取得進展，應用逐漸增加。

制取納米材料有多種方法，粉末冶金法是常用的一種。

采用機械合金化技術制取納米品材料，能合成許多采用熔體快淬、蒸發(fā)冷凝等技術不能獲得的新型合金材料，而且，工藝簡單，生產效率高，實用化可能性大。將納米級粉末通過在過冷液相區(qū)進行燒結制成塊體材料，其關鍵是防止納米晶粒在燒結過程中長大。熱壓、熱等靜壓、反應熱壓、微波燒結、放電等離子體燒結、等離子體活化燒結以及激光燒結，是已被采用的燒結技術。

納米顆粒的尺度處于原子、分子、原子團簇與宏觀物體（包括大于100mm的粉末顆粒）的過渡段，其性態(tài)既不同于分子和原子等微觀粒子，又與宏觀物體差別很大。納米顆粒具有量子尺寸效應、小尺寸效應、表面效應和宏觀量子隧道效應，因而具有某些獨特的性質。這些性質在催化、濾光、光吸收、儲氫、傳感、磁介質、醫(yī)療、保健以及結構材料、工具材料等方面，有著喜人的應用前景。納米粉末材料的開發(fā)，拓展了粉末冶金材料的領域。