刘建华
（中国人民解放军第六十研究所 江苏 南京 210016）
摘 要：随着科技与经济的高速发展，无人机产品正逐步走向通用化、量产化的发展道路，航空工业过度依赖机械加工的问题正在限制无人机的发展，粉末冶金工艺已成为解决新材料、新工艺问题的钥匙，在新材料的发展中起着举足轻重的作用。文章将粉末冶金工艺与军用无人靶机的需求相结合，对粉末冶金工艺在军用无人机结构件的应用进行了深入的分析研究。
关键词：粉末冶金；无人机；材料性能；结构零件；齿轮；
改革开放40年来，我国科技与综合国力的不断提升，军队的军事训练水平已经达到了一个全新的高度，军用无人靶机的发展也站上了一个新的时代，靶机的定位从重要的训练器材转变为常规的训练消耗品，实战化的军事训练要求产量更大、价格更低的靶机。粉末冶金工艺可以应用在靶机的高难度、高精度、高成本的零件上，解决传统切削加工中工艺过程复杂、制造成本高的问题。粉末冶金工艺正在应用于汽车行业、装备制造业、金属行业、航空航天、军事工业、仪器仪表、五金工具、电子家电等领域。
1 粉末冶金概述
粉末冶金是制取金属粉末或用金属粉末作为原料，经过成形和烧结成型的工艺技术。粉末冶金具有熔铸工艺无法获得的独特的化学组成及机械、力学性能。可减少合金成分偏聚，消除铸造形成的粗大、不均匀组织；可制备准晶、非晶、纳米晶、微晶和超饱和固溶体等非平衡材料；可实现多类材料的复合，发挥各类元素的特性；可制备熔炼法无法生产的特殊结构和性能的材料；可实现净形成和大批量生产；可以利用废旧金属作原料，是再生和综合利用的新技术。
1.1粉末冶金的工艺制程
粉末冶金的工艺制一般为粉末调配、粉末混合、压制、烧结、二次加工、热处理、表面处理、检测等工序，其中最关键性工序是坯块的烧结，成型后的压坯通过烧结使其得到所需的物理、机械性能。烧结后可以根据产品要求采取多种方式，如精整、浸油、机加工、热处理及电镀等。
2粉末冶金与传统金属的性能分析
2.1铁基粉末冶金的性能对比分析
烧结低碳钢FTG30-20经过渗碳淬火后抗拉强度450Mpa，硬度HRC55，其塑性、韧性、焊接性能较好，适用于受力较小要求渗碳淬火的零件，如端盖、底座等。烧结中碳钢FTG60-20经过淬火处理后抗拉强度450Mpa，硬度HRC45，其强度较高，适用于轻载机构件，如隔套、传动小齿轮等。这两种材料与最常用的结构钢对比分析后发现，其性能略低于45钢，优于40Cr，可用于替代强度要求不高的钢质结构件。
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表1 铁基粉末冶金与结构钢性能对比分析表
2.2铜基粉末冶金的性能对比分析
烧结铜钢材料F0203J的抗拉强度500Mpa，表面硬度HBS110，强度与硬度高，耐磨性好，抗大气氧化性好。适用于制造受力较大或耐磨的零件，如链轮、齿轮等。烧结铜铝钢F0212J抗拉强度550，表面硬度HBS130，强度与硬度高，耐磨性好，热稳定性好，高温回火脆性低。适用于制造受力高，要求耐磨或调质的零件，如活塞环、齿轮等。与之相比较的传统H62与QSn4-3的力学性能则比粉末冶金低的多，各类产品特别是飞机中的铜质结构件可以更换为粉末冶金材料。
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表2 铜基粉末冶金与铜合金性能对比分析表
3 粉末冶金在靶机上的应用
粉末冶金工艺可以应用在无人靶机的各类常规结构件上。靶机的机身、动力、控制、传动等系统内均有数量较大、成本高昂、制造周期长的零件，如机身内的各类固定座、压线块；动力系统内的油泵齿轮、发动机叶片；控制系统内的散热块、盒体、垫柱；传动系统内的齿轮、传动杆等。粉末冶金工艺的应用有助于提升质量稳定性、缩短周期、控制成本。可以依次迭代推进，逐步实现机械零件粉末冶金化改进。
3.1粉末冶金在靶机上的应用实例
本文以某遥控模拟飞机中基本型飞机的副翼舵机为基础平台，通过铁基粉末冶金齿轮替代机械加工的铜齿轮，粉末冶金工艺齿轮可以满足舵机的7级精度要求。将原先的8个单独的齿轮改进成5组齿轮，从而提高成型精度，降低啮合噪音。
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图1 在某型遥控模拟飞机中改进的粉末冶金齿轮
3.2粉末冶金齿轮的效益分析
改进前的舵机齿轮由机械加工成型，每套齿轮组的制造成本为117元、工时2.7小时；铁基粉末市场价为3分钱一克，铜基粉末市场价1毛钱一克，以一套模具3000元，制造10000件计算，一套齿轮的综合制造成本为16.5元，运用粉末冶金的齿轮组成本下降86%。改进后舵机的制造周期也大幅度缩短。
4结束语
要不断提高无人机的质量稳定性，降低成本，缩短周期，就要不断探索粉末冶金在无人机上的应用空间，通过进一步研究不同元素对应的力学特点，逐步替换传统零件，以更快的响应速度，更高的技术水准，更低的训练成本支持军队的现代化军事训练，同时也促进粉末冶金工业更好的发展。
参考文献
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[2]夏恭忱 石玉珍 中国航空材料手册[M].北京：中国标准出版社，1988
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