1.什么是熱等靜壓？

HIP是Hot Isostatic Pressing的縮寫，是以高溫高壓氣體為壓力傳熱介質(zhì)（數(shù)百～2000℃，等靜壓數(shù)十～200MPa），對目標材料進行各向同性壓縮壓實技術(shù)。 ）。氬氣是最常用的壓力介質(zhì)。

1950年代在美國發(fā)明，用于金屬、硬質(zhì)合金、陶瓷等各種材料的成型、燒結(jié)、接合和缺陷去除。

圖1為外觀，圖2為HIP設備的配置。

2.臀壓與熱壓的區(qū)別

熱壓與臀部非常相似。銑削、鍛造和擠壓也適用于高溫高壓，但與熱等靜壓不同的是，它們不適用于等靜壓。

髖壓與熱壓最明顯的區(qū)別是髖壓是利用氣壓對材料施加等靜壓，而熱壓只施加單軸壓力。

與熱壓相比，臀部可以提供與壓制后的初始形狀相差不大的材料形狀。即使改變形狀后，材料也能保持原來的形狀，受產(chǎn)品加工的限制相對較少。通過充分利用這些特點，髖關(guān)節(jié)已被應用于各個領(lǐng)域。

為了清楚地解釋熱等靜壓和熱壓之間的區(qū)別，我們假設熱等靜壓或熱壓分別應用于材料a（內(nèi)部有孔的金屬）和材料B（端部不平整的金屬）。

如圖 3 所示，如果采用 hip 技術(shù)，材料 a 會收縮并保持其初始形狀，直到內(nèi)部孔隙消失并因擴散作用而結(jié)合。并且材料B根本不會改變它的形狀，因為均勻的壓力施加在不平坦的邊緣上。

如圖4所示，在熱壓的情況下，材料a會出現(xiàn)與臀部相同的現(xiàn)象。材料B不能保持其初始的不均勻形狀，因為壓力僅施加在凸部上。材料 A 和材料 B 在熱壓后的最終形狀會有所不同，這取決于所使用的模具和沖頭的形狀。應用熱壓技術(shù)制造大型制品和成型零件，是由于與模具的摩擦造成的不均勻性以及變形過程中溫度和尺寸的限制。

3.臀部應用模式

材料需要根據(jù)情況進行處理。最典型的方法包括“膠囊法”和“無膠囊法”。

如右圖所示，“膠囊法”是將粉末或由粉末成型的主體密封在密封膠囊中，并在臀部前排空膠囊。

這種“膠囊法”即使對于普通燒結(jié)技術(shù)難以燒結(jié)的材料也能提供高密度。因此，它最常用于粉末材料的加壓燒結(jié)工藝。也用于不同類型材料的擴散結(jié)合或高壓浸漬碳化。

下表總結(jié)了無囊法的主要材料和髖關(guān)節(jié)治療溫度/壓力。

如果材料中的氣孔是孤立的、封閉的，并且不與材料表面相連，這些氣孔可能會被臀部處理擠壓和消除。另一方面，即使經(jīng)過臀部處理，與材料表面相連的開口也不會受到擠壓。因此，對具有封閉孔的材料進行臀部處理可以提供整個材料的高密度。

這種材料髖關(guān)節(jié)不需要膠囊，稱為“無膠囊法”。用于去除燒結(jié)件上的殘余氣孔，去除鑄件內(nèi)部缺陷，修復因疲勞或蠕變而損壞的零件。

4.HIP具體應用

髖關(guān)節(jié)廣泛應用于以下領(lǐng)域：

(1)粉末的加壓燒結(jié)

(2) 不同類型材料的擴散鍵合

(3)去除燒結(jié)件中的殘余氣孔

(4)鑄件內(nèi)部缺陷的去除

(5) 修復疲勞或蠕變損壞零件

(6)高壓浸漬碳化法

我們以硬質(zhì)合金的生產(chǎn)作為應用髖關(guān)節(jié)技術(shù)的具體例子。

硬質(zhì)合金在韌性上不如鋼和其他金屬，而且很容易出現(xiàn)粗大顆粒和氣孔等缺陷。為了充分利用這些材料的天然特性，就需要去除這些內(nèi)部缺陷，而臀部是消除這些缺陷的最有效手段。

由于在燒結(jié)硬質(zhì)合金時使用鈷等金屬的液相作為粘結(jié)相，因此可以將普通燒結(jié)體壓實到接近理論密度的密度。但燒結(jié)體內(nèi)部仍有細小氣孔，對硬質(zhì)合金起致命作用，在正常情況下可承受的壓力下斷裂。熱等靜壓的目的是完全消除燒結(jié)體中的一些氣孔。

表1為熱等靜壓下力學性能的變化，圖3為熱等靜壓前后彎曲強度的威布爾圖。

表1 HIP處理對硬質(zhì)合金力學性能的影響

如上圖所示，HIP處理不會改變硬質(zhì)合金的密度和硬度。然而，通過去除細孔，彎曲強度大大提高，強度的偏差變得非常小，從而提高了可靠性。