关于 HIP（热等静压）你应该知道的 4 个关键点

1.什么是热等静压？

HIP是Hot Isostatic Pressing的缩写，是以高温高压气体为压力传热介质（数百～2000℃，等静压数十～200MPa），对目标材料进行各向同性压缩压实技术。 ）。氩气是最常用的压力介质。

1950年代在美国发明，用于金属、硬质合金、陶瓷等各种材料的成型、烧结、接合和缺陷去除。

图1为外观，图2为HIP设备的配置。

2.臀压与热压的区别

热压与臀部非常相似。铣削、锻造和挤压也适用于高温高压，但与热等静压不同的是，它们不适用于等静压。

髋压与热压最明显的区别是髋压是利用气压对材料施加等静压，而热压只施加单轴压力。

与热压相比，臀部可以提供与压制后的初始形状相差不大的材料形状。即使改变形状后，材料也能保持原来的形状，受产品加工的限制相对较少。通过充分利用这些特点，髋关节已被应用于各个领域。

为了清楚地解释热等静压和热压之间的区别，我们假设热等静压或热压分别应用于材料a（内部有孔的金属）和材料B（端部不平整的金属）。

如图 3 所示，如果采用 hip 技术，材料 a 会收缩并保持其初始形状，直到内部孔隙消失并因扩散作用而结合。并且材料B根本不会改变它的形状，因为均匀的压力施加在不平坦的边缘上。

如图4所示，在热压的情况下，材料a会出现与臀部相同的现象。材料B不能保持其初始的不均匀形状，因为压力仅施加在凸部上。材料 A 和材料 B 在热压后的最终形状会有所不同，这取决于所使用的模具和冲头的形状。应用热压技术制造大型制品和成型零件，是由于与模具的摩擦造成的不均匀性以及变形过程中温度和尺寸的限制。

3.臀部应用模式

材料需要根据情况进行处理。最典型的方法包括“胶囊法”和“无胶囊法”。

如右图所示，“胶囊法”是将粉末或由粉末成型的主体密封在密封胶囊中，并在臀部前排空胶囊。

这种“胶囊法”即使对于普通烧结技术难以烧结的材料也能提供高密度。因此，它最常用于粉末材料的加压烧结工艺。也用于不同类型材料的扩散结合或高压浸渍碳化。

下表总结了无囊法的主要材料和髋关节治疗温度/压力。

如果材料中的气孔是孤立的、封闭的，并且不与材料表面相连，这些气孔可能会被臀部处理挤压和消除。另一方面，即使经过臀部处理，与材料表面相连的开口也不会受到挤压。因此，对具有封闭孔的材料进行臀部处理可以提供整个材料的高密度。

这种材料髋关节不需要胶囊，称为“无胶囊法”。用于去除烧结件上的残余气孔，去除铸件内部缺陷，修复因疲劳或蠕变而损坏的零件。

4.HIP具体应用

髋关节广泛应用于以下领域：

(1)粉末的加压烧结

(2) 不同类型材料的扩散键合

(3)去除烧结件中的残余气孔

(4)铸件内部缺陷的去除

(5) 修复疲劳或蠕变损坏零件

(6)高压浸渍碳化法

我们以硬质合金的生产作为应用髋关节技术的具体例子。

硬质合金在韧性上不如钢和其他金属，而且很容易出现粗大颗粒和气孔等缺陷。为了充分利用这些材料的天然特性，就需要去除这些内部缺陷，而臀部是消除这些缺陷的最有效手段。

由于在烧结硬质合金时使用钴等金属的液相作为粘结相，因此可以将普通烧结体压实到接近理论密度的密度。但烧结体内部仍有细小气孔，对硬质合金起致命作用，在正常情况下可承受的压力下断裂。热等静压的目的是完全消除烧结体中的一些气孔。

表1为热等静压下力学性能的变化，图3为热等静压前后弯曲强度的威布尔图。

表1 HIP处理对硬质合金力学性能的影响

	髋关节置换术之前	髋关节置换术后
相对密度 [%]	近 100	近 100
硬度 [HRA]	91.0	91.0
抗弯强度[Mpa]	2450	2940
断裂韧性 [Mpa·m1/2]	10	10.5

如上图所示，HIP处理不会改变硬质合金的密度和硬度。然而，通过去除细孔，弯曲强度大大提高，强度的偏差变得非常小，从而提高了可靠性。