中國粉體網訊 傳統粉末冶金（PM）是通過制取金屬或非金屬粉末（或金屬粉末與非金屬粉末的混合物）作為原料，經過壓制成形和燒結等工藝過程，制造金屬材料、復合材料以及各種幾何構造制品的工藝技術。
傳統粉末冶金工藝流程（圖源：MPIF）
粉末冶金產業的發展機遇是與汽車工業密切相關的，時至今日，汽車工業仍然是粉末冶金行業最關注的產業和最大潛力市場。從全球發達地區汽車行業使用粉末冶金零件的情況來看，粉末冶金零件中用于汽車工業的占比為北美70%左右、日本90%左右、西歐80%左右、我國55%左右。而這些粉末冶金汽車零件中的70%應用于發動機和變速箱。
近年來，新能源電動汽車的發展正逐步代替傳統的燃油發動機汽車。當汽車采用電動機驅動，短期內，許多生產傳統燃油發動機汽車用鐵銅基粉末冶金零件的生產企業將面臨銷售直接下降的問題。但從長期來看，隨著新能源汽車向著電動化、智能化方向發展，對材料的綜合性能提出更高的要求，也為粉末冶金行業的發展提供了一個嶄新機會。
銅合金材料
據國際銅業協會統計，傳統汽車內燃機用銅23kg，混合電動汽車用銅40kg，插電混合電動汽車用銅60kg，電動汽車用銅83kg。
銅合金材料是指在純銅中加入一種或幾種其他元素的合金，其特點是具有優良的導電性、導熱性、耐蝕性和耐磨性及高強度、耐疲勞性。銅合金材料可以用于制作新能源汽車上發電機、高壓電纜線、開關裝置、變壓器等電器元件，也可以用于制作汽車上耐磨、耐腐蝕的零件如同步齒輪環、軸瓦、制動系零件等。隨著新能源汽車的興起，作為新能源汽車線束、電池附屬配件、接插件理想的材料，銅合金材料必將廣泛地應用于新能源汽車的散熱系統、電子電力系統、制動系統及液壓系統等，是汽車的重要元器件的關鍵基礎原材料。
鋁基復合材料
2022年6月28日，在湖北省武漢市舉辦的首屆中國新能源智能網聯汽車生態大會上，中國汽車工業協會發布2022中國汽車供應鏈優秀創新成果獎。湖南湘投金天鋁業自主研發的“新能源乘用車鋁基制動盤”成果，成功入圍獲獎。輕量化、節能減排……鋁基制動盤的諸多優點，讓它們成功替代傳統鐵盤，成為新能源汽車行業的應用新寵。多年來，湖南湘投金天鋁業著力于研究粉末冶金工藝制造鋁基復合材料制動盤，新能源汽車鋁基復合材料制動盤，是團隊通過創新性地采用粉末冶金工藝，成功產出的又一新成果。
新能源乘用車鋁基制動盤（圖源：科技日報）
測試顯示，與鑄鐵制動盤相比，鋁基復合材料制動性能，操控性能良好，無噪音、抖動、制動力不足等問題，并在輕量化、提升電效能、操控性和耐腐蝕等方面，有明顯優勢。替代新能源汽車鑄鐵制動盤后，僅制動系統一項，便可助力減重約15公斤。這意味著，以一輛500公里續航里程新能源乘用車為參考，相同續航里程可減少電池裝載量3千瓦時。按年運行2萬公里計算，1輛電動車就可節約用電約120度，相當于節約48千克標準煤，減少約120千克二氧化碳排放。100萬輛電動車裝載鋁基復合材料制動盤后，每年可減排二氧化碳約12萬噸。此外，鋁基復合材料制動盤也提升了電池續航里程，以一臺電動車減少成本約1000元估算，10萬輛電動汽車可節約相關電池成本約1億元。
軟磁復合材料
軟磁性材料經歷了幾個發展階段：從傳統的軟磁合金到軟磁鐵氧體材料，至20世紀70年代發展出了非晶/納米晶軟磁合金；粉末冶金技術催生新一代高性能軟磁材料金屬軟磁粉芯（MPC），也被稱為軟磁復合材料（SMC）。金屬軟磁粉芯以金屬軟磁粉末為原料，經過絕緣包覆、壓制成型和熱處理等工藝制成磁芯元件，改善了金屬軟磁磁導率不夠高的弱點。
軟磁材料發展歷程（圖源：東方證券）
SMC是一種新型磁性材料，因其具有高飽和磁感應強度、低損耗的特點，被譽為“第四代”軟磁材料，在高頻電機、大功率高頻開關電源變壓器、高頻大功率儲能電感器等方面具有巨大的應用優勢和廣闊的市場前景。電動汽車中，軟磁復合材料可用于主驅動電機和用于油泵和冷卻泵的電機。伴隨EV/綠色能源轉型，電氣電路功率傳輸與控制需求大幅提升，催化軟磁復合材料需求及技術工藝快速迭代。軟磁復合材料除了在光伏發電、變頻空調等磁材應用的傳統優勢領域保持較高景氣度，電動汽車、充電樁、儲能等增量應用領域開始進入快速成長期。
釹鐵硼永磁材料
當前新能源汽車驅動電機中較為常見的是交流電機中的永磁同步電機與鼠籠式異步感應電機，其中永磁同步電機在國內最為流行，裝車占比達94%。
永磁同步電機采用的釹鐵硼磁性材料具備優秀的磁力性能，在充磁后不用增加外部能量，可構建較強磁場，同時磁場具有永久特點，無需額外電路進行勵磁（即給導體通電產生磁場），得以維持較小的體積和較輕的重量。在額定功率下，同樣散熱條件和絕緣材料的永磁同步電機的功率密度通常比感應異步電機的功率密度大2倍以上。
釹鐵硼材料（圖源：長鴻磁材）
碳陶復合材料
汽車和高速列車等現代交通工具的剎車材料經歷了從石棉材料、半金屬材料、粉末冶金材料到碳碳復合材料和碳陶復合材料的發展。
碳陶復合剎車材料是20世紀90年代發展起來的一種由碳纖維的三維氈體或編織體作為增強骨架，碳與碳化硅陶瓷連續基體的一類新型復合材料。碳陶制動盤與碳陶剎車片組成的制動對偶較有發展前景。電動化及輕量化趨勢下，碳陶盤能夠達到減重效果，降低里程焦慮。電動汽車與燃油車相比，雖然沒有了發動機和變速箱，但是增加了電池組，重量相對于燃油車更重，因此新能源車減重任重道遠，碳陶剎車能有效降低懸掛系統以下重量，能更好的地適配新能源車，降低里程焦慮。
寫在最后
我國粉末冶金技術與發達國家相比，雖然在技術水平上仍有一定差距，但是隨著近年粉末冶金技術在新興領域的應用，如5G通信、新能源汽車，使中國在這些方面已經走在世界的前列。
部分燃油汽車零部件市場的失去，必定有新的市場的產生。中國未來粉末冶金發展方向仍然將是圍繞產業升級、進口替代和高質量發展的要求，不斷開發和儲備新技術、新工藝，并借助精益的自動化制造技術，適應節能環保的新時代要求，并朝著致密化、高精度、高密度、結構復雜、組件、提高磁電性能等方向發展。隨著新技術、新工藝、新能源的涌現和突破，粉末冶金的產品的新應用領域將不斷涌現，市場空間不斷拓展。
參考資料：
1、林躍春，《我國粉末冶金零件市場現狀及行業企業發展建議》
2、徐學林，《銅合金材料在新能源汽車上的應用研究》
3、招商證券，《碳陶剎車盤行業研究：電動智能化執行終端，藍海市場廣闊》
4、科技日報，《國內首次！新能源乘用車輕質鋁基制動盤成功研發》
5、東方證券，《2022年軟磁粉芯行業發展現狀及市場規模分析，粉末冶金技術催生高性能的金屬軟磁粉芯》
6、未來智庫，《新能源汽車驅動電機行業研究：市場空間、發展趨勢和產業鏈拆解》
（中國粉體網編輯整理/長安）
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