粉末冶金原理(终)
绪论
粉末冶金：是冶金学的一种，是制取金属粉末，采用成形和烧结工艺将金属粉末（添加或不添加外金属粉末）制成材料和制品的一项工艺技术。
粉末冶金的特点：
优：1.能生产其他方法无法生产成很难生产的材料和制品：Cu-W合金（假合金）（Cu、W 完全不互熔、电触头、发汗材料）；2，能够产生具有特殊性能的产品，性能优越：多孔含油轴承；3.粉末冶金是一种少切削甚至不切削的工艺：生产φ45齿轮。
缺：1.只适合大规模的生产，否则不经济；2.在制取形状复杂、尺寸大的产品时受到限制。
第一章
制粉法的分类：机械法(涡旋法，捣磨法，球磨法，切割磨法，超细粉碎法，雾化法)和物理化学法(冷凝法，热分解法，还原法，沉淀法，置换法，电解法，合金分解法，有机溶媒法)。还原过程的基本原理和还原剂的选择(课本第9页)。
金属氧化物还原的动力学(见课本第15页)。
多项反应的机理
(1)“吸附—自动催化”理论
第一步：吸附—气体还原剂分子被金属氧化物吸附。
第二步：反应—被吸附的还原剂分子固体氧化物中的氧相互作用并产生新相。
第三步：解吸—反应的气体产物从固体表面上解吸
MeO(固) + X(气) = MeX(固)·X(吸附)
+Me(固)·X(吸附) = Me(固)·XO(吸附)
+ Me(固)·XO(吸附) = Me(固)+XO(气)
= MeO(固) + X(气) = Me(固)+XO(气)
扩散到MeO的表面（还原剂氧化物通过产物层扩散）
（2）反应速度与时间关系曲线（见课本23页）
碳还原法制取铁粉的本质
影响还原过程和铁粉质量的因素
（1）原料
a 原料中杂质的影响；
b 原料粒度的影响
（2）固体碳还原剂
a 固体碳还原剂类型的影响；
b 固体碳还原剂用量的影响）
（3）还原工艺条件
a 还原温度和还原时间的影响；
b 料层厚度的影响；
c 还原罐密封程度的影响
（4）添加剂
a 加入一定的固体碳的影响；
b 返回料的影响；
c 引入气体还原剂的影响；
d 碱金属盐的影响
（5）海绵铁的处理
退火的目的：1.提高铁粉纯度；2.消除加工硬化；3.防止粉末自燃
影响固体碳还原铁鳞的主要因素
（1）原料
A 铁鳞 a 杂质二氧化硅有害 < 0.3%
b 粒度粒度减小，反应面增大，还原速度加快
B 固体碳 a 类型还原能力木炭 > 焦炭〉无烟煤
b 用量根据碳氧比K值及还原温度而定
（2）还原工艺条件
A 还原温度适当提高温度有利于还原，但还原温度不宜过高 950-1100℃
B 还原时间随温度而定，温度高时，时间可缩短，时间的影响远不及温度的影响
C 料层厚度温度一定时，料层厚度增加，还原时间加长
D 还原罐密封程度密封不严时可造成还原不透或冷却时氧化
（3）添加剂
A 往原料铁鳞中加入一定量的固体碳时效果较好（疏松剂）
B 往原料中加入一定量的反馈料，有利于还原过程（废铁粉）
C 引入气体还原剂
挥发沉积长大机理：
（1）钨的氧化物具有挥发性，而且随着温度升高，挥发性升高；
（2）WO3的挥发性 > WO2的挥发性；
（3）WO3挥发后的气相被还原，然后沉积在已还原低价氧化钨或金属钨颗粒表面使其长大。
得到中细钨粉措施:
二阶段还原法 WO3（经低温）—WO2（经高温）—W粉得粗颗粒W粉
一阶段还原法 WO3（经高温）—W粉操作方便
若对粒度要求不大可用一阶段还原法
二阶段还原法的优点：1.得中、细颗粒；2.提高W粉质量的均匀程度；3.提高生产率
金属热还原（制取稀有金属Ta，Nb）
还原剂的条件：1.还原反应后所产生的热效应要大；2.形成的渣及残余还原剂易于金属分开；3.还原剂与制取金属不能形成合金或其他化合物
还原化合法制取WC粉
电解法的特点：1所得粉末纯度高；2粉末形状为树板状；3粉末粒度易控制
理论分析电压：原电池平衡电动势 E理论=ε阳-ε阴
分解电压：使电解显著进行的外加电压
电解的定量定律——法拉第定律：第一定律 m=qIt；第二定律 q=w/（n*96500）
成粉条件1.定性分析：只有阴极区阳离子浓度降到某一数值c时才可能粉末，只有当电流密度较大时，阴极区阳离子浓度才会急剧下降到ci
2：定量分析（见课本84页）
电流效率Ni=M/（qIt）×100%
电能效率Ne=Wo/We=Io×t×E（理论）/（I×E（槽）×t）×100%
雾化法
1.定义：利用高压流体（高压水或气体）或其他特殊方法将熔融金属粉碎成粉末的过程
2.气体雾化机构：（图见课本95页）
A、负压紊流区（图中I）：由于高速气流的抽气作用，在喷嘴中心孔下方形成负压紊流层，金属液流受到气流波的振动，以不稳的波浪状向下流，分散成许多细纤维束，并在表面张力作用下有自动收缩成液滴的趋势。形成纤维束的地方离及出口的距离取决于金属液流的速度，金属液流速度越大，离形成纤维束的，距离就越短。
B、原始液滴形成区（图中II）：在气流的冲刺下从金属液流柱或纤维束的表面不断分裂出许多液滴。
C、有效雾化区（图中III）：由于气流能量能集中于焦点，对原始液滴产生强烈击碎作用，使其分散成细的液滴颗粒。
D、冷却凝固区（图中）：形成的液滴颗粒分散开，并最终凝结成粉末颗粒。
机械粉碎法
1.定义：靠压碎、击碎和磨削等作用将块状金属或金属机械地粉碎成粉末的过程。
2.球和物料随球磨筒转速不同的三种状态：低转速、适宜转速和临界转速（详细分析见课本111-112页）
3．装填系数 V球/V筒 0.4-0.5
球料比 W球/W料填满球间的间隙稍微掩盖住球体表面
第二章
粉末体：简称粉末，是由大量的粉末颗粒组成的一种分散体系，其中的颗粒彼此可以分离，或者说，粉末是由大量的颗粒及颗粒之间的空隙所构成的集合体。
单颗粒：粉末中能分开并独立存在的最小实体，主要影响烧结过程。
二次颗粒：单颗粒的某种方式聚集起来而形成更大的颗粒，主要影响压制过程。
一次颗粒：构成二次颗粒的原始单颗粒。
真密度：颗粒质量用除去开孔和闭孔的颗粒体积除得的商值。实际上就是粉末的固体密度。有效密度（又称比重瓶密度）：颗粒质量用包括闭孔在内的颗粒体积去除得到的。
流动性：50g粉末从标准的流速漏斗流出所需的时间，单位为s/50g。
压缩性：粉末在压制过程中被压紧的能力。用压坯密度表示。影响因素：塑型升高、杂志含量减小、ρ松增大都使压缩性增大。
成形性：粉末压制后压坯保持即定形状不变的能力。用压坯强度表示。一切促进粉末啮合的因素都讲提高成形性。
粒度：以mm或μm表示的颗粒的大小称为颗粒直径，简称粒径和粒度。
粒度组成：具有不同粒径的颗粒占全部粉末的百分含量。
中、粗颗粒：筛选粒度＞40μm粉末。
目数：是筛网1英寸长度上的网孔数，表示筛孔的孔径和粉末的粒度。
影响松装密度的因素：1颗粒形状规则时，ρ松增大；2颗粒大时ρ松增大；3粒度组成：外单一粒度组成时，ρ松增大；4颗粒的内部结构：孔隙度增大时ρ松减小。
比表面：1g粉末所具有的总表面积。m2/g。
吸附法：测量吸附在固体表面上气体单分子层的质量或体积，再由气体分子的横截面积计算1g物质的总表面积，即得克比表面。
透过法：测定气体透过粉末层（床）的透过率来计算粉末比表面或平均粒径。
第三章
成形:是粉末冶金工艺过程的第二道基本工序，是使金属粉末密室成具有一定形状、尺寸、空隙度和强度坯块的工艺过程。
成形的重要性:1.代表粉末冶金的显著特点；2.效率比较低的工序；3.效率比较低，限制产品的关键
成形分类:普通模压成形、特殊成形
预处理包括:粉末退火、筛分、混合、制粒、加润滑剂等。其目的是:1.改变粉末的化学成分，提高产品的性能；2.改善粉末的压制成形性能，提高压制产品的质量。
退火目的:1.还原氧化物，降低碳和其他杂质的含量，提高粉末的纯度；2.消除粉末的加工硬化，稳定粉末的晶体结构；3.某些超细金属粉末的自燃，需要将其表面钝化。
混合:一般是指将两种或两种以上不同成分的粉末混合均匀的过程。
合批:为了需要将成分相同而粒度不同的粉末进行混合的过程。
筛分:把颗粒大小不同的原始粉末进行分级。其目的是:在于把颗粒大小不同的原始颗粒进行分级，以便根据产品的用途及性能要求更加准确配制一定粒度组成的粉末。
制粒:将小颗粒的粉末制成大颗粒或团粒的工序。其目的:改善粉末的流动性
金属粉末压制过程会出现位移与变形。
拱桥效应:粉末在松装堆集时，由于表面不规则，彼此之间有摩擦，颗粒相互搭架而形成拱桥孔洞的现象。
压坯强度:是指压坯反抗外力作用保持其几何形状和尺寸不变的能力，是反映粉末质量优劣的重要标志之一。
产生原因:a粉末颗粒间的机械啮合力；b粉末颗粒表面原子之间的引力。
压制压力与压坯密度的关系的解析:
净压力:使粉末产生位移、变形和克服粉末的内摩擦的力
压力损失:克服粉末颗粒与模壁之间外摩擦的力
应力分布规律:上部压力比下部大，靠近模冲同一断面上边缘的压力大于中部，靠近下模冲同一断面上心部大于边缘
侧压力:压制过程中由垂直压力所引起的模壁施加于压坯的侧面压力
脱模压力:使压坯由模中脱出所需的压力
弹性后效:在压制过程中，当除去压制压力并把压坯压出压模之后，由于内应力的作用，压坯发生弹性膨胀的现象
压坯密度的分布规律:a平均密度沿高度逐渐降低；b在断面密度靠近上模冲量边缘高于心部，靠近下模冲量心部高于边缘；c底部中心密度比上部中心密度高但H/D很大时相反
压制方式对分布及使用范围:
单向压制：实用范围：高径比（H/D)小于等于1,高厚比小于等于3；
双向压制：实用范围：高径比（H/D）大于等于1，高厚比大于等于3；带摩擦芯
杆的压模：实用范围：高径比（H/D）大于等于4~6，适合压制细长，薄壁产品。
影响压制过程的因素:
1．粉末性能对压制过程的影响：a粉末物理性能的影响；b粉末纯度的影响；c粉末粒度及粒度组成的影响；d粉末形状的影响；e粉末松装密度的影响；
2．润滑剂和成形剂对压制过程的影响：a润滑剂和成形剂的种类及选择原则；b润滑剂和成形剂的用量及效果；
3．压制方式对压制过程的影响：a加压方式的影响；b加压保持时间的影响；c振动压制的
影响；d磁场压制的影响
压制过程中的废品及其分析
外形废品：掉边掉角、粘膜、尺寸不合格
工艺废品：分层、裂纹、未压好、脏化
一、分层
特征：在制品的受压断面上沿压坯棱角出现大约与受压面呈45°角整齐界面的层裂。
产生原因：弹性受压后弹性后效力过大所致剪切应力。凡是影响弹性后效的因素都会影响分层。
1、粉末的金属本性:塑性好的粉末变形大，密度高，强度大，接触应力小。
2、粉末的物理性能:
①粒度：细粉流动性差，松装容积大，压制压力和压力损失大，密度分布不均匀性大，分层倾向大。
②形状：球形粉因接触面积小，压坯强度小，分层倾向大。
③表面情况：长时间球形磨粉未变细，加工硬化，表面少量氧化，使分层倾向增大。
3、成形剂和润滑剂
①用量：成形剂多时，料粒塑性好，压坯强度高，分层倾向小。润滑剂多时，压坯强度低，分层倾向增大。
②料粒大小：擦筛粒度变小，分层倾向增大。
③汽油残留量：汽油残留量越多，擦筛后料粒越细，粘滞性越大，流动性越差，分层倾向增大。
④料粒的温度：升高温度，料粒粘滞性增大，摩擦力增大，分层倾向增大。
⑤掺胶的均匀度：掺胶不均匀时，一部分太湿另一部分太干，擦筛时料粒过细，分层大
4、压制压力：凡是增大压制压力的因素都将增大分层
①压坯密度相同时，细粉末料所需压力大，故分层大。
②收缩系数的影响：压制同种粉末，因收缩系数大的模具所需压力小，故分层小。
③装料不均匀时，易引起局部压力过高，易分层。
5、压坯的形状与尺寸：压坯太高、太短时，密度分布不均匀，分层大
压坯形状太复杂时，装料不均匀，分层大
二、裂纹
特征：压坯产生的有表面向内延伸，但无整齐界面的裂痕
产生原因：弹性后效直接影响的结果
消除方法：1.加压速度与保压时间：压力速度要慢，保压时间要长；2.压制压力：压制压力不能过高；3.压模结构：合理设计模具，尽量减少应力集中部位；4.脱模：脱模速度要快，不可停留
三、未压好
特征：由于压坯内孔洞尺寸太大，在烧结过程中不能完全消失，使烧结体内残留较多的特殊孔洞的现象
产生原因：1.模具的收缩系数过大或设计不合理，使压坯内局部压力孔隙过大；2.混合料团粒过硬过粗；3.料粒在模具腔内分布不均匀；4.压制压力过低；5.压制速度过快。四、脏化
特征：压坯断面有＞40μ杂质
产生原因：一切掺进混合料中的其他杂质都有可能引起脏化
五、弯曲
特征：制品的表面不呈平面而呈某种弧度
产生原因：单向压制压坯密度不均匀，出模后弹性后效不一引起弯曲
第四章
等静压制：将粉末或压坯施以各方向大致相等压力压制。
超前现象：挤压过程中挤压料与模壁之间有摩擦，中心部位的挤压物料的流动速率比外层挤压物料的流动速率快的现象。
连续成型：粉末体在压力的作用下，由松散状态经历连续变化成为具有一定密度和强度以及所需尺寸形态的压块方法。
粉末轧制：将金属粉末通过一个特制的漏斗喂入转动的轧辊缝中，即可压轧出具有一定厚度和连续长度且有适当强度的板带坯料。
挤压成型：金属粉末在外力作用下，通过规定挤压嘴成型。
密度分布规律：延纵向密度分布均匀，在横断面上由外向内逐渐减小
要使粉末被咬入轧辊缝内，必须满足摩擦系数u与测压系数ε之和大于咬入角的正切值：tg a 第五章 烧结:是粉末或粉末压坯，在适当的温度和气氛条件下加热所发生的现象或过程。 单元系烧结:是指纯金属或有固定化学成分合物或均匀固态下的烧结，过程中不出现新的组成物或新相，也不发生凝聚状态的改变。 活化烧结:采用化学和物理的措施，使烧结温度降低、烧结过程加快，或使烧结体的密度和其它性能得到提高的方法称为活化烧结。 活化烧结的本质:通过改变烧结的热力学参数，达到改变烧结过程的动力学方程。 液相烧结：液相烧结可得到具有多相组织的合金或复合材料，既由烧结过程中一直保持固相的难熔组分的颗粒和提供液相。 热压：又称加压烧结，是把粉末装在模腔内，在加压的同时使粉末加热到正常烧结温度或更低一些，经过较短时间烧结成致密而均匀的制品。 烧结过程的原动力是什么，具体包括哪几个方面？ 烧结系统自由能的降低，是烧结过程的驱动力，包括下述几个方面： 1.由于颗粒结合面的增大和颗粒表面的平直化，粉末体的总比表面积和总表面自由能减少。 2.烧结体内孔隙的总体积和总表面积减少。 3.粉末颗粒内晶格畸变的消除。 最低起始烧结温度：烧结体的某种物理或力学性质出现明显变化的因素。 最低塔曼温度指数：烧结的绝对温度与材料熔点之比。 液相烧结的特点：低熔组元熔化或形成低熔共晶物，那么由液相引起的物质迁移比固相扩散快，而且最终液相将填满烧结体内的孔隙，因此可获得密度高、性能好的烧结产品。 烧结在粉末冶金生产过程中的重要性: 1烧结是粉末冶金生产过程中最基础的工序之一； 2烧结也是粉末冶金生产过程的最后一道主要工序，对最终产品的性能起着决定性作用； 3烧结造成的废品是无法通过以后的工序挽救； 4在经济上的意义很大。 烧结理论的发展是围绕哪两个问题在讨论: 1烧结为什么会发生？也就是所谓烧结的驱动力或热力学问题。 2烧结是怎样进行的？即烧结的机构和动力学问题。 每种机构的物质迁移方式，特征方程,哪种烧结机构在什么条件下起主导作用，其适用范围: 1、粘性流动（适用晶体粉末），在表面张力作用下，颗粒发生类似粘性流动，使表面积减少【x2∝t】 2、蒸发与凝聚（适用饱和蒸气压高），蒸气压差使原子从球表面蒸发，重新在烧结劲凹面凝聚【x3∝t】 3、体积扩散（适用高温或烧结后期），空位由烧结颈表面通过颗粒内部向球体表面扩散【x5∝t】 4、表面扩散（适用烧结初期），空位由烧结颈表面通过颗粒表层向球体表面扩散【x7∝t】 5、晶界扩散，空位通过晶界扩散或被晶界吸收【x6∝t】 6、塑性流动，金属粉末在表面张力作用下，发生塑性变形的结果，高温蠕变【x9∝t】 液相烧结的三个基本条件： 1、湿润性：包括温度与时间的影响、表面活性物质的影响、粉末表面状态的影响气氛的影响。 2、溶解度：固相在液相中有一定溶解度是液相烧结的又一条件，因为：A固相有限溶解于液相可改善湿润性；B固相溶于液相后，液相数量相对增加；C固相溶于液相，可借助液相进行物质迁移；D溶在液相中的组分，冷却时如能析出，可填补固相颗粒表面的缺陷和颗粒间隙，从而增大固相颗粒分布的均匀性。 3、液相数量。 烧结气氛的作用:1.防止或减少周围环境对烧结产品的有害反应，如氧化、脱碳等，从而保证烧结顺利进行和产品质量稳定。2.排除有害杂质，如吸附气体、表面氧化物或内部夹杂。 3.维持或改变烧结材料中的有用成分。 净化后通常可提高烧液相烧结的过程和对应的机构？ 液相烧结过程大致上可划分三个界限不十分明显的阶段： 1、液相流动与颗粒重排阶段：颗粒在液相中悬浮存在，在液相表面张力作用下，重新排列至最紧实状态，烧结体致密度迅速增加---对应颗粒重排机构 2、固相溶解和再析出阶段：固相表面原子逐渐溶解，小颗粒或颗粒表面有棱角和突起的部分先溶，颗粒越来越小，表面也趋于平滑，同时液相中的过饱和原子析出在颗粒表面，致密化速度减慢---对应溶解-再析出机构 3、固相烧结阶段：颗粒相互靠拢，在颗粒表面烧结，使颗粒相互结合称骨架，剩余液相填充于孔隙，致密化显著减慢---对应固架烧结机构 放热型和吸热型气氛的特点:吸热型特点:氢气，一氧化碳含量高，还原性强。 放热型特点:氢气，一氧化碳含量低，还原性差。 热压模具的选择: 对于低温（＜800℃）高压（＞700㎏／㎝2）选高速钢，合金钢，硬质合金。 对于高温（＞800℃）低压（＜700㎏／㎝2）选石墨。 影响烧结过程的因素: 一、原料的性质 1、各种界面能rAB＜rA+rB 2、扩散参数:体积、表面、晶界扩散 3、粘性系数 4、临界剪切应力 5、饱和蒸气压差 6.点阵类型:对称性好的，烧结开始温度低 7.品型:有同素异晶转变时烧结过程慢8.颗粒表面活性，颗粒小，活度大，烧结温度低 9.晶粒活性:晶粒小，晶界多，有利于扩散 10.粘结相对基体的湿润性:θ减少对液相烧结有利11.压坯密度:ρ增大，颗粒靠得近，接触面大，有利。 二、烧结的工艺 1.升温阶段：升温速度过快导致加热不均匀，成型剂来不及排出。 2.烧结阶段：温度：温度：高时，可缩短烧结时间，但不宜过高；时间：根据烧结温度，制品大小，压坯密度等因素而定。 3.冷却阶段：冷却速度的大小对产品的组织形貌和性能有一定影响，对制品的表面氧化也有影响。 4.装舟量：宜适中；过多：导致温度不均匀；过少：导致生产率低。 5.填料：Al2O3+C，作用：加热均匀，防止产品氧化，防止产品粘结。 三、外来物质 1.部分溶于粘结相的外来物质：可加快烧结过程。 2.表面氧化物：若在烧结时能被还原，则可加快烧结过程。 3.烧结气氛：氢气、真空有利于烧结。 4.某些不溶性杂质可阻碍烧结过程，如硅，锰。 5.加入预合金粉有利于烧结过程。 烧结废品及其分析 一、按产生原因： 1.由于破坏了规定的加热规程； 2.由于破坏了烧结气氛的条件； 3.与产生压坯所经过的过程有关 二、按特征分为以下十类 （一）变形和弯曲 A、变形：烧结体不同部位的体积收缩不一导致形状不规则的形变 产生原因：a压坯密度分布不均匀；b由于压坯结构上厚薄比较悬殊，烧结温度偏高，升温速度过快；c烧舟变形严重，舟底不平以及装舟方式不当 消除方法：改进之 B、弯曲 定义：烧结体各部分体积收缩一样，但处在同一坐标平面变成有规律的曲面 产生原因：烧结体成分不均匀（主要指含碳量），因而各部分的凝固温度不一 消除方法：1.尽量混合均匀；2.氢气的流量要小；3.烧结体的尺寸要小；4.正确装舟； 5.尽量避免烧结体与炉内气氛接触，密封装舟 （二）分层和裂纹 A、分层 定义：同压制 产生原因：压制过程不合理（模具设计不合理、压制压力过高、粉末含氧量过高）消除方法：提高粉末质量，改进压模技术，减小单位压力 B、裂纹 定义：比较大的开裂，无规则 产生原因：同分层 消除方法：同分层 （三）起泡 定义：烧结体表面出现大小不一的较圆滑的突起 产生原因：升温速度太快，压坯局部突然接触高温造成润滑剂分解挥发 消除方法：控制升温速度，改善炉子结构 （四）孔洞 定义：制品内有大小不一的孔洞，表面无突起 产生原因：1.较少的空气在烧结体内集中；2.有生成少量气体的反应； 3.杂质不为液相所湿润 （五）再生气孔 定义：表面不平，有微孔 产生原因：成型剂没有完全挥发 消除方法：减慢升温速度 （六）麻点 定义：有局部出现白亮色的麻点 产生原因：混料不均匀，有偏析，局部熔化 消除方法：尽量减小偏析 （七）尺寸超差 A、胀大 定义：尺寸增大，密度低，强度低 产生原因：1.压制压力过高时，由于残余内应力消除而胀大 2.压坯内气体与润滑剂的分解挥发阻碍产品的收缩，冲松原压坯 消除方法：降低压制压力，升温速度要慢，可采取复压加工 B、收缩 定义：尺寸减小，密度升高 产生原因：烧结温度过高，压坯尺寸单重不准，压坯密度过低 消除方法：适当的选择烧结温度，粉末粒度不宜过细，压坯密度不宜过低 （八）欠烧 定义：颜色灰暗，无金属光泽，敲击声音沉哑，少金属声，强度、硬度低，尺寸不收缩，密度低 产生原因：1.烧结温度不够；2.保温时间不够；3.控温仪表不准 消除方法：1.合理选择烧结温度和时间；2.检查控温仪表；3.返烧处理 （九）过烧 定义：局部熔化、歪扭、粘结现象，零件断面晶粒粗大，显著变脆 产生原因：(烧结温度过高 ) 1.工艺制度不合理； 2.热电偶老化，测温仪表失灵； 3.炉管破裂，加热元件起伏造成局部温度偏高 消除方法：改进之 （十）氧化 定义：表面为蓝色或黄色 产生原因：1炉膛内有空气或能够进入空气；2保护气氛未干燥；3制品温度较高时出炉消除方法：1.烧结气氛充分干燥、净化，严格控制气氛露点 2.烧结炉各部分接合处应密封良好，防止空气进入炉内，冷却水套严防渗漏 3.保护气氛应采用逆流且要有足够的流量和一定的正压 4.采用填料和封舟的方法 5.在还原气氛中返烧处理 版权归21栋305、306所有 预祝大家取得优异的成绩 课程名称：粉末冶金学 Powder Metallurgy Science 第一章导论 1粉末冶金技术的发展史History of powder metallurgy 粉末冶金是采用金属粉末（或非金属粉末混合物）为原料，经成形和烧结操作制造金属材料、复合材料及其零部件的加工方法。 粉末冶金既是一项新型材料加工技术，又是一项古老的技术。 .早在五千年前就出现了粉末冶金技术雏形，古埃及人用此法制造铁器件； .1700年前，印度人采用类似方法制造了重达的“DELI 柱”（含硅Fe合金，耐蚀性好）。 .19世纪初，由于化学实验用铂（如坩埚）的需要，俄罗斯人、英国人采用粉末压制、烧结和热锻的方法制造致密铂，成为现代粉末冶金技术的基础。 .20世纪初，现代粉末冶金的发展起因于爱迪生的长寿命白炽灯丝的需要。钨灯丝的生产标志着粉末冶金技术的迅速发展。 .1923年硬质合金的出现导致机加工的革命。 .20世纪30年代铜基含油轴承的制造成功，并在汽车、纺织、航空、食品等工业部门的广泛应用。随后，铁基粉末冶金零部件的生产，发挥了粉末冶金以低的制造成本生产高性能零部件的技术优点。 .20世纪40年代，二战期间，促使人们开发研制高级的新材料（高温材料），如金属陶瓷、弥散强化合金作为飞机发动机的关键零部件。 .战后，迫使人们开发研制更高性能的新材料，如粉末高速钢、粉末超合金、高强度铁基粉末冶金零部件(热锻)。大大扩大了粉末冶金零部件及其材料的应用领域。 .粉末冶金在新材料的研制开发过程中发挥其独特的技术优势。 2粉末冶金工艺 粉末冶金技术的大致工艺过程如下： ↓ 成形（模压、CIP、粉浆浇注、轧制、挤压、温压、注射成形等） ↓ 烧结（加压烧结、热压、HIP等） ↓ —后续处理 Typical Processing flowchart for Powder Metallurgy Technique 3粉末冶金技术的特点 .低的生产成本： 能耗小，生产率高，材料利用率高，设备投资少。 ↑↑↑ 工艺流程短和加工温度低加工工序少少切削、无切削 .材料成分设计灵活、微观结构可控（由工艺特征决定）： 能制造普通熔练法不可能生产的材料，如W-Cu、SnO 2 -Ag、WC-Co、Cu-石墨、金 属陶瓷（TiC-NiCr,Al 2O 3 -Ni或Cu,TiB 2 -Cu等）、弥散强化材料（Al 2 O 3 -Cu Al 2 O 3 -Al， Y 2O 3 -Fe基合金）、粉末超合金（非相图成分）、难熔金属及其合金如钨钼、含油 轴承、过滤材料等。 .高的性能： 粉末高速钢、粉末超合金因无成分偏析和稳定的组织（细的晶粒）而性能优于熔炼法制备的合金；纳米材料，金属－陶瓷梯度复合材料（梯度硬质合金）。 主要不足之处： .由于受设备容量的限制，传统粉末冶金工艺制造的粉末冶金零部件的尺寸较其它加工方法（铸造，机加工等）小； .材料韧性不高； .零部件的形状复杂程度和综合力学性能有限等。 硬质合金的研究和应用 The studies and applications of cemented carbide 作者：何梓秋机械类创新实验班 3112010441 内容摘要：硬质合金由于具有高硬度，高抗压强度，高热硬性以及高耐磨性，高耐腐蚀性，常用于制造切削工具和耐磨零部件。广泛应用于军工、航天航空、机械加工、冶金等领域。本文将通过新型硬质合金的研发和硬质合金制造工艺的进步两条路径对硬质合金的研究进行介绍。再结合各种硬质合金的特性，介绍其具体的应用。 Abstract：Because cemented carbide has high hardness，high compressive strength，high abrasive resistance and high corrosion resistance，it is always used for manufacture cutting tools and wear-resistant parts.It provides widely applications in war industry,aerospace,machine work，metallurgy and so on.This thesis will describe the studies of cemented carbide on two ways,the inventions of new-type cemented carbide and the progress of manufacturing process for cemented carbide.And then this thesis will introduce the specific applications combining the characteristics of every type of cemented carbide. 关键词：硬质合金，研究，应用，金属碳化物，粉末冶金 Keywords:cemented carbide，studies，applications，metal carbide，powder metallurgy 关于硬质合金的基础知识 一．硬质合金的起源 早在1923年，德国科学家施勒特尔为了提高拉丝模质量，往碳化钨粉末中加进10%～20%的钴做粘结剂，发明了世界上人工制成的第一种硬质合金。 虽然用这种硬质合金制造成的刀具进行切割钢材很容易产生刀刃磨损甚至断裂，但是硬质合金因此得以面世，为至今几乎长达一个世纪的硬质合金研究、发展及应用开辟了起点。 二．硬质合金的成分、分类和牌号 硬质合金是一种金属陶瓷，它的组成是：基体为金属碳化物（如WC、TiC、TaC等），Co、Ni、Mo等金属粉末则充当粘结剂。于是硬质合金具是有金属性质的粉末冶金材料，它具有高硬度，高抗压强度，高热硬性以及高耐磨性，高耐腐蚀性，常用于制造切削工具、刀具、钴具和耐磨零部件。它的分类及牌号如下： 1．钨钴类硬质合金 主要成分是碳化钨（WC）和粘结剂钴（Co）。牌号由“YG”（“硬、钴”两字汉语拼音字首）和平均含钴量（质量分数X 100）组成。例如YG6，表示平均ωCo=6%，余量为碳化钨的钨钴类硬质合金。 1.粉末冶金：制取金属或用金属粉末（或金属粉末与非金属粉末的混合物）作为原料， 经过成形和烧结制造金属材料、复合材料以及各种类型制品的工艺过程。 2.二次颗粒：单颗粒以某种方式聚集就构成二次颗粒 3.松装密度：粉末在规定条件下自然充填容器时，单位体积内自由松装粉末体的质量 g/cm3。 4.孔隙率：孔隙体积与粉末体的表观体积之比的百分数称为孔隙度（θ）。 5.中位径：将各种粒级粉末个数或百分数逐一相加累积并做图，可以得到累积分布曲线， 分布曲线对应５０％处称为中位径 弹性后效：在压制过程中，粉末由于受力而发生弹性变形和塑性变形，压坯内存在着很大的内应力，当外力停止作用后，压坯便出现膨胀现象 6.合批：将成分相同而粒度不同的粉末进行混合，称为合批 7.烧结机构：研究烧结过程中各种可能的物质迁移方式及速率。 8.热压：热压又称为加压烧结，是把粉末装在模腔内，在加压的同时使粉末加热到正常 烧结温度或更低一些的温度，经过较短时间烧结成致密而均匀的制品。 9.活化烧结：是指采用化学或物理的措施，使烧结温度降低、烧结过程加快，或使烧结 体的密度和其它性能得到提高的方法。 10.单颗粒：粉末中能分开并独立存在的最小实体称为单颗粒。 11.振实密度：粉末装于振动容器，规定条件下，经振动敲打后测得的粉末密度。 12.粒度：以mm或μm的表示的颗粒的大小称颗粒直径，简称粒径或粒度。 13.混合：将两种或两种以上不同成分的粉末混合均匀。分为机械法和化学法。 14.搭桥：粉末在松装堆集时，由于表面不规则，彼此之间有摩擦，颗粒相互搭架而形成 拱桥孔洞的现象。 15.快速冷凝技术的特点：（1）急冷可大幅度地减小合金成分的偏析；（2）急冷可增加合 金的固溶能力；（3）急冷可消除相偏聚和形成非平衡相；（4）某些有害相可能由于急冷而受到抑制甚至消除；（5）由于晶粒细化达微晶程度，在适当应变速度下可能出现超塑性等。 16.粉末颗粒的聚集形式：聚合体、团粒、絮凝体；区别：通过聚集方式得到的二次颗 粒被称为聚合体或聚集颗粒；团粒是由单颗粒或二次颗粒靠范德华力粘接而成的，其结合强度不大，用研磨。擦碎等方法在液体介质中容易分散成更小的团粒或二次颗粒或单颗粒；絮凝体则是在粉磨悬浊液中，由单颗粒或二次颗粒结合成的更松软的聚集颗粒。 17.减少因摩擦出现的压力损失的措施：1）添加润滑剂、2）提高模具光洁度和硬度、3） 改进成形方式，如采用双面压制等。 18.粉末冶金技术的优点：1. 能生产用普通熔炼方法无法生产的具有特殊性能的材料：① 能控制制品的孔隙度(多孔材料、多孔含油轴承等)；②能利用金属和金属、金属和非金属的组合效果，生产各种特殊性能的材料（钨-铜假合金型的电触头材料、金属和非金属组成的摩擦材料等）；③能生产各种复合材料。 2.粉末冶金方法生产的某些材料，与普通熔炼法相比，性能优越：①高合金粉末冶金材料的性能比熔铸法生产的好（粉末高速钢可避免成分的偏析）；②生产难熔金属材料或制品，一般要依靠粉末冶金法（钨、钼、铌等难熔金属）。缺点：1、粉末成本高；2、制品的大小和形状受到一定限制；3、烧结零件的韧性较差。 19.粉末料预处理的方式及作用：1、退火：还原氧化物，消除杂质，提高纯度；消除加工 硬化，稳定粉末的晶体结构；钝化金属，防止自燃。2、混合：使不同成分的粉末混合均匀，便于压制成形和后续处理。3、筛分：筛分的目的在于把颗粒大小不匀的原始粉 特种陶瓷的制备工艺综述及其发展前景 摘要：本文主要介绍了粉末陶瓷原料的制备技术、特种陶瓷成形工艺、烧结方法以及未来的发展趋势。目前，特种陶瓷中的粉末冶金陶瓷工艺已取得了很大进展，但仍有一些面临急需解决的问题。当前阻碍陶瓷材料进一步发展的关键之一是成形技术尚未完全突破。压力成形不能满足形状复杂性和密度均匀性的要求。多种胶体原位成形工艺，固体无模成形工艺以及气相成形工艺有望促使陶瓷成形工艺获得关键性突破。 关键词：特种陶瓷；成形；烧结；粉末冶金；陶瓷材料 引言 陶瓷分为普通陶瓷和特种陶瓷两大类，特种陶瓷是以人工化合物为原料（如氧化物、氮化物、碳化物、硼化物及氟化物等）制成的陶瓷。它主要用于高温环境、机械、电子、宇航、医学工程等方面，成为近代尖端科学技术的重要组成部分。特种陶瓷作为一种重要的结构材料，具有高强度、高硬度、耐高温、耐腐蚀等优点，无论在传统工业领域，还是在新兴的高技术领域都有着广泛的应用。因此研究特种陶瓷制备技术至关重要。 1 陶瓷原料的制备方法 粉料的制备工艺(是机械研磨方法，还是化学方法)、粉料的性质(粒度大小、形态、尺寸分布、相结构)和成形工艺对烧结时微观结构的形成和发展有着巨大的影响，即陶瓷的最终微观组织结构不仅与烧结工艺有关，而且还受粉料性质的影响。由于陶瓷的材料零件制造工艺一体化的特点，使得显微组织结构的优劣不单单影响材料本身的性能，而且还直接影响着制品的性能。陶瓷材料本身具有硬、脆、难变形等特点。因此，陶瓷材料的制备工艺显得更加重要。 由于陶瓷材料是采用粉末烧结的方法制造的，而烧结过程主要是沿粉料表面或晶界的固相扩散物质的迁移过程。因此界面和表面的大小起着至关重要的作用。就是说，粉末的粒径是描述粉末品质的最重要的参数。因为粉末粒径越小，表面积越大，单位质量粉末的表面积(比表面积)越大，烧结时进行固相扩散物质迁移的界面就越多，即越容易致密化。制备现代陶瓷材料所用粉末都是亚微米(＜lμm)级超细粉末，且现在已发展到纳米级超细粉。粉末颗粒形状、尺寸分布及相结构对陶瓷的性能也有着显著 课程名称：粉末冶金学Powder Metallurgy Science 第一早导论 1 粉末冶金技术的发展史History of powder metallurgy 粉末冶金是采用金属粉末（或非金属粉末混合物）为原料，经成形和烧结操作制造金属材料、复合材料及其零部件的加工方法。 粉末冶金既是一项新型材料加工技术，又是一项古老的技术。 .早在五千年前就出现了粉末冶金技术雏形，古埃及人用此法制造铁器件； .1700年前，印度人采用类似方法制造了重达6.5T的“ DELI柱”（含硅Fe合金，耐蚀性好）。 .19世纪初，由于化学实验用铂（如坩埚）的需要，俄罗斯人、英国人采用粉末压制、烧结和热锻的方法制造致密铂，成为现代粉末冶金技术的基础。 .20世纪初，现代粉末冶金的发展起因于爱迪生的长寿命白炽灯丝的需要。钨灯丝的生产标志着粉末冶金技术的迅速发展。 .1923年硬质合金的出现导致机加工的革命。 .20世纪30年代铜基含油轴承的制造成功，并在汽车、纺织、航空、食品等工业部门的广泛应用。随后，铁基粉末冶金零部件的生产，发挥了粉末冶金以低的制造成本生产高性能零部件的技术优点。 .20世纪40年代，二战期间，促使人们开发研制高级的新材料（高温材料），如金属陶瓷、弥散强化合金作为飞机发动机的关键零部件。 .战后，迫使人们开发研制更高性能的新材料，如粉末高速钢、粉末超合金、高强度铁基粉末冶金零部件（热锻）。大大扩大了粉末冶金零部件及其材料的应用领域。 .粉末冶金在新材料的研制开发过程中发挥其独特的技术优势。 2粉末冶金工艺粉末冶金技术的大致工艺过程如下： 成形（模压、CIP、粉浆浇注、轧制、挤压、温压、注射成形等） 烧结（加压烧结、热压、HIP等） 粉末冶金材料或粉末冶金零部件—后续处理 Fig.1-1 Typical Process ing flowchart for Powder Metallurgy Tech nique 3粉末冶金技术的特点 .低的生产成本： 能耗小，生产率高, 材料利用率高，设备投资少。 第一章 1. 什么是粉末冶金？与传统方法相比的优点是什么？ 答：粉末冶金：制取金属粉末或用金属粉末（或金属粉末与非金属粉末的混合物）作为原料，经过成形和烧结制造金属材料、复合材料以及各种类型制品的工艺过程。 粉末冶金的优越性： A. 少切削、无切削，能够大量节约材料，节省能源，节省劳动；普通铸造合金切削量在 30-50%，粉末冶金产品可少于5%。 B. 能够大量能够制备其他方法不能制备的材料。 C. 能够制备其他方法难以生产的零部件。 2. 制粉的方法有哪些？ 答：A. 机械法：通过机械破碎、研磨或气流研磨方法将大块材料或粗大颗粒细化的方法。 B. 物理法：采用蒸发凝聚成粉或液体雾化的方法使材料的聚集状态发生改变，获得粉末。 C. 化学法：依靠化学反应或电化学反应过程，生成新的粉态物质。 3. 机械制粉的方法分为机械研磨、漩涡研磨和冷气流研磨。 4. 球磨法制粉时球和物料的运动情况： A.球磨机转速较慢时，球和物料沿筒体上升至自然坡度角，然后滚下，称为泻落。 B.球磨机转速较高时，球在离心力的作用下，随着筒体上升至比第一种情况更高的高度，然后在重力的作用下掉下来，称为抛落。 C.继续增加球磨机的转速，当离心力超过球体的重力时，紧靠衬板的球不脱离筒壁而与筒体一起回转，此时物料的粉碎作用将停止，这种转速称为临界转速。 第二章 1.什么是粉末？粉末与胶体的区别？粉体的分类？ 答：粉末是由大量的颗粒及颗粒之间的空隙所构成的集合体。粉末与胶体的区别在于分散程度不同，通常把大小在1mm以上的固态物质称为致密体，把大小在0.1μm以下的固态物质称为胶体颗粒，而介于两者之间的称为粉末体。 粉体分类：A. 粉末中能分开并独立存在的最小实体称为单颗粒。 B. 单颗粒如果以某种方式聚集，就构成二次颗粒。 2. 聚集体、絮凝体、团聚体的划分？ 答：A. 聚集体：通过单颗粒聚集得到的二次颗粒被称为聚集体； B. 絮凝体：用溶胶凝胶方法制备的粉末，是一种由单颗粒或二次颗粒结合成的更松软的聚 文献综述 一.柴油机连杆加工工艺分析 主要说的是关于传统工艺连杆加工中影响其精度的主要参数和连杆加工工艺路线，连杆加工工艺的分析和改进，以及连杆加工工艺设计中应该注意的问题反映连杆精度的参数主要有五个：（1）.连杆大端中心面和小端中心面相对于连杆身中心面的对称（2）.连杆大小头孔中心距尺寸精度（3）.连杆大小头孔平行度;（4）.连杆大小头孔的尺寸精度、形状精度;（5）.连杆大头螺栓孔与接合面的垂直度。 传统加工路线： 连杆工艺设计注意问题： 工序安排 定位基准： 夹具使用 二．发动机连杆的粉末锻造 主要介绍粉末锻造工艺的技术特点、制造工艺流程、主要制造工艺参数、主要生产工序及工艺参数等；国外采用连杆胀断工艺的公司有哪些 1.特点：粉末冶金烧结件作锻造毛坯可一次锻造成形，无飞边，节省加工工时和设备。具有粉末冶金和机械精锻的优点。粉末锻造可实现烧结材料的高密度化，是材料具有高强度和无明显各向异性。a.避免不必要的机械加工，如模锻连杆早热处理前需要经过几到机加工，而粉锻连杆仅需一道机加工。b.质量偏差小，模锻3%-5%，粉锻连杆仅0.5%。c.疲劳轻度高d.零件致密、轻量，密度≥7.8g/cm3,形状及尺寸经一次性锻造即可达到最终产品要求。e.节约能源50%，节约材料40%，有利于环境保护。 2.制造工艺流程: 预合金钢粉→配料机混料→压制成预制坯→烧结成锻坯→快速送入预热的锻模→致密化闭模锻造→锻件脱模→在可控气氛中冷至室温→热处 理→喷丸强化 3.原料参数：德国宝马生产V8发动机连杆所用预合金钢粉成分为w(Mn)=0.3%～0.4%、w(Cr)=0.1%%～0.25%、w(Ni)=0.2%%～0.3%、w(Mo)=0.25%～0.35、w(C)=0.6%,其余为Fe. 4.主要工艺参数： a.配料及混料经配料计算和准确称取粉重后置于混料机混合20—30分钟至分布均匀； b.压制预制坯要对预制坯的设计应合理，对其密度、质量、质量变化和尺寸要求精确控制，避免过负荷损坏模具； c.烧结预制坯在通有还原保护气体的专用烧结炉中进行，烧结温度1120—1130℃，至完全合金化，后移至无氧化性气体的温饱炉中于1000℃左右保温； 第一章 1. 什么是粉末冶金与传统方法相比的优点是什么 答：粉末冶金：制取金属粉末或用金属粉末（或金属粉末与非金属粉末的混合物）作为原料，经过成形和烧结制造金属材料、复合材料以及各种类型制品的工艺过程。 粉末冶金的优越性： A. 少切削、无切削，能够大量节约材料，节省能源，节省劳动；普通铸造合金切削量在30-50%，粉末冶金产品可少于5%。 B. 能够大量能够制备其他方法不能制备的材料。 C. 能够制备其他方法难以生产的零部件。 2. 制粉的方法有哪些 答：A. 机械法：通过机械破碎、研磨或气流研磨方法将大块材料或粗大颗粒细化的方法。 B. 物理法：采用蒸发凝聚成粉或液体雾化的方法使材料的聚集状态发生改变，获得粉末。 C. 化学法：依靠化学反应或电化学反应过程，生成新的粉态物质。 3. 机械制粉的方法分为机械研磨、漩涡研磨和冷气流研磨。 4. 球磨法制粉时球和物料的运动情况： A.球磨机转速较慢时，球和物料沿筒体上升至自然坡度角，然后滚下，称为泻落。 B.球磨机转速较高时，球在离心力的作用下，随着筒体上升至比第一种情况更高的高度，然后在重力的作用下掉下来，称为抛落。 C.继续增加球磨机的转速，当离心力超过球体的重力时，紧靠衬板的球不脱离筒壁而与筒体一起回转，此时物料的粉碎作用将停止，这种转速称为临界转速。 第二章 1.什么是粉末粉末与胶体的区别粉体的分类 答：粉末是由大量的颗粒及颗粒之间的空隙所构成的集合体。粉末与胶体的区别在于分散程度不同，通常把大小在1mm以上的固态物质称为致密体，把大小在μm以下的固态物质称为胶体颗粒，而介于两者之间的称为粉末体。 粉体分类：A. 粉末中能分开并独立存在的最小实体称为单颗粒。 B. 单颗粒如果以某种方式聚集，就构成二次颗粒。 2. 聚集体、絮凝体、团聚体的划分 答：A. 聚集体：通过单颗粒聚集得到的二次颗粒被称为聚集体； 装球量：球磨筒内磨球的数量。 球料比：磨球与磨料的质量比电流效率：一定电量电解出的产物的实际质量与通过同样电量理论上应电解出的产物质量之比，用公式表示为n i=M/ （qlt）x 100% 粒度分布：指不同粒径的的颗粒在粉末总质量中所占的百分数，可以用某种统计分布曲线或统计分布函数描述。 松装密度：粉末在规定条件下自然填充容器时，单位体积内粉末的质量，单位为 g/cm3。 振实密度：在规定条件下，粉末受敲打或振动填充规定容器时单位体积的粉末质量。单颗粒：晶粒或多晶粒聚集，粉末中能分开并独立存在的最小实体。 一次颗粒：最先形成的不可以独立存在的颗粒，它只有聚集成二次颗粒时才能独立存在。 二次颗粒：由两个以上的一次颗粒结合而又不易分离的能独立存在的聚集颗粒称为二次颗粒。 压缩性: 粉末被压紧的能力 成形性: 粉末压制后，压坯保持既定形状的能力 净压力： 单元系烧结：纯金属、固定化学成分的化合物和均匀固溶体的粉末烧结体系，是一种简单形式的固相烧结。 多元系固相烧结：由两种以上组元（元素、化合物、合金、固溶体）在固相线以下烧结的过程。 气氛的碳势：某一含碳量的材料在某种气氛烧结时既不渗碳也不脱碳，以材料中碳含量表示气氛中的碳势。 活化烧结：系指能降低烧结活化能，是体系的烧结在较低的温度下以较快的速度进行，烧结体性能得以提高的烧结方法。 氢损值：金属粉末的试样在纯氢气中煅烧足够长时间，粉末中的氧被还原成了水蒸气，某些元素与氢气生成挥发性的化合物，与挥发性金属一同排除，测的试样粉末的相对质量损失，称为氢损。 液相烧结：烧结温度高于烧结体系低熔组分的熔点或共晶温度的多元系烧结过程，即烧结过程中出现液相的粉末烧结过程统称为液相烧结。 机械合金化是指金属或合金粉末在高能球磨机中通过粉末颗粒与磨球之间长时间激烈地冲击、碰撞，使粉末颗粒反复产生冷焊、断裂，导致粉末颗粒中原子扩散，从而获得合金化粉末的一种粉末制备技术。 热等静压：把粉末压坯或把装入特制容器内的粉末体在等静高压容器内同时施以高温和高压，使粉末体被压制和烧结成致密的零件或材料的过程 冷等静压：室温下，利用高压流体静压力直接作用在弹性模套内的粉末体的压制方法 1 、粉末制备的方法有哪些，各自的特点是什么？ 1 物理化学法 1 还原法：碳还原法（铁粉）气体（氢和一氧化碳）还原法（W,Mo,Fe,Ni,Cu,Co 及其合金粉末） 金属热还原法(Ta,Nb,Ti,Zr,Th,U)-SHS自蔓延高温合成。 1.2还原-化合法：适合于金属碳化物、硼化物、硅化物、氮化物粉末 1.3化学气相沉积CVD 1.4物理气相沉积PVD或PCVD (复合粉) 2006 粉末冶金原理课程I考试题标准答案 一、名词解释：（ 20 分，每小题 2 分） 临界转速：机械研磨时，使球磨筒内小球沿筒壁运动能够正好经过顶点位置而不发生抛落时，筒体的转动速度 比表面积：单位质量或单位体积粉末具有的表面积 一次颗粒：由多个一次颗粒在没有冶金键合而结合成粉末颗粒称为二次颗粒； 离解压：每种金属氧化物都有离解的趋势，而且随温度提高，氧离解的趋势越大，离解后的氧形成氧分压越大，离解压即是此氧分压。 电化当量：这是表述电解过程输入电量与粉末产出的定量关系，表达为每 96500库仑应该有一克当量的物质经电解析出 气相迁移：细小金属氧化物粉末颗粒由于较大的蒸气压，在高温经挥发进入气相，被还原后沉降在大颗粒上，导致颗粒长大的过程 颗粒密度：真密度、似密度、相对密度 比形状因子：将粉末颗粒面积因子与体积因子之比称为比形状因子 压坯密度：压坯质量与压坯体积的比值 粒度分布：将粉末样品分成若干粒径，并以这些粒径的粉末质量（颗粒数量、粉末体积）占粉末样品总质量（总颗粒数量、总粉末体积）的百分数对粒径作图，即为粒度分布 二、分析讨论：（ 25 分） 1 、粉末冶金技术有何重要优缺点，并举例说明。（ 10 分） 重要优点： * 能够制备部分其他方法难以制备的材料，如难熔金属，假合金、多孔材料、特殊功能材料（硬质合金）； * 因为粉末冶金在成形过程采用与最终产品形状非常接近的模具，因此产品加工量少而节省材料； * 对于一部分产品，尤其是形状特异的产品，采用模具生产易于，且工件加工量少，制作成本低 , 如齿轮产品。重要缺点： * 由于粉末冶金产品中的孔隙难以消除，因此粉末冶金产品力学性能较相同铸造加工产品偏低； * 由于成形过程需要模具和相应压机，因此大型工件或产品难以制造； * 规模效益比较小 2 、气体雾化制粉过程可分解为几个区域，每个区域的特点是什么？（ 10 分） 气体雾化制粉过程可分解为金属液流紊流区，原始液滴形成区，有效雾化区和冷却区等四个区域。其特点如下： 金属液流紊流区：金属液流在雾化气体的回流作用下，金属流柱流动受到阻碍，破坏了层流状态，产生紊流； 原始液滴形成区：由于下端雾化气体的冲刷，对紊流金属液流产生牵张作用，金属流柱被拉断，形成带状 - 管状原始液滴； 有效雾化区：音高速运动雾化气体携带大量动能对形成带状 - 管状原始液滴的冲击，使之破碎，成为微小金属液滴冷却区。此时，微小液滴离开有效雾化区，冷却，并由于表面张力作用逐渐球化。 3 、分析为什么要采用蓝钨作为还原制备钨粉的原料？（ 5 分） 采用蓝钨作为原料制备钨粉的主要优点是 * 可以获得粒度细小的一次颗粒，尽管二次颗粒较采用 WO3 作为原料制备的钨粉二次颗粒要大。 * 采用蓝钨作为原料，蓝钨二次颗粒大，（一次颗粒小），在 H2 中挥发少，通过气相迁移长大的机会降低，获得 WO2 颗粒小；在一段还原获得 WO2 后，在干氢中高温进一步还原，颗粒长大不明显，且产量高。 中南大学考试试卷 2005 – 2006 学年 2 学期时间 120 分钟 一、名词解释：（ 20 分，每小题 2 分） 临界转速比表面积一次颗粒离解压电化当量气相迁移颗粒密度比形状因子 二、分析讨论：（ 25 分） 1 粉末冶金技术有何重要优缺点，并举例说明。（ 10 分） 2 分析粉末粒度、粉末形貌与松装密度之间的关系。（ 10 分） 3 、分析为什么要采用蓝钨作为还原制备钨粉的原料？（ 5 分） 三、分析计算：（ 30 分，每小题 10 分） 1 机械研磨制备铁粉时，将初始粒度为 200 微米的粉末研磨至 100 微米需要 5 个小时，问进一步将粉末粒度减少至 50 微米，需要多少小时？提示 W=g （ D f a - D i a ）， a=-2 2 在低压气体雾化制材时，直径 1mm 的颗粒，需要行走 10 米和花去 4 秒钟进行固化，那么在同样条件下，100 μ m 粒度颗粒需要多长时间固化：计算时需要作何种假设。 3 、相同外径球型镍粉末沉降分析，沉降桶高度 100mm ，设一种为直径 100 微米实心颗粒，一种为有内径为 60 的空心粉末，求他们的在水中的沉降时间。 d 理 = 8.9g /cm 3 ，介质黏度η =1x10 -2 Pa · S 四、问答：（ 25 分） 1 气体雾化制粉过程可分解为几个区域，每个区域的特点是什么？（ 10 分） 2 熔体粘度，扩散速率，形核速率，以及固相长大速率都与过冷度相关，它们各自对雾化粉末显微结构的作用如何？（ 15 分） 2006 粉末冶金原理课程（ I ）考试题标准答案 一、名词解释：（ 20 分，每小题 2 分） 临界转速：机械研磨时，使球磨筒内小球沿筒壁运动能够正好经过顶点位置而不发生抛落 时，筒体的转动速度 比表面积：单位质量或单位体积粉末具有的表面积 一次颗粒：由多个一次颗粒在没有冶金键合而结合成粉末颗粒称为二次颗粒； 离解压：每种金属氧化物都有离解的趋势，而且随温度提高，氧离解的趋势越大， 离解后的氧形成氧分压越大，离解压即是此氧分压。 电化当量：这是表述电解过程输入电量与粉末产出的定量关系，表达为每 粉末压制过程中的摩擦与润滑 摘要：粉末成形过程中的摩擦行为是一个十分复杂的问题,受粉末和模具材料性能、粉末形状大小、模具表面状况、粉末与模具间相对运动速度、润滑剂特性、粉末和模具温度等许多因素的影响.摩擦造成了制品密度低、分布不均匀、模具磨损,影响了制品的性能、尺寸精度及其应用范围。特别是复杂形状、厚度尺寸较大的粉末冶金制品,摩擦的存在极易造成制品的失效。摩擦行为的复杂性使得对其进行准确的测定和表达比较困难,加之这方面的研究不多,造成了进一步研究的困难.综述近几年国外对粉末成形过程摩擦现象的研究进展。 关键字：金属粉末；压制；摩擦模型；润滑 一、粉末成形简介 1、粉末成型：通过外力，把粉末或其聚集体制作成具有一定尺寸、形状和强度的坯体或制品。 2、成型目的：获得要求形状和尺寸，质地均匀，尽可能的致密，有一定强度的坯体。通常又与最佳均匀化，致密化等联系在一起模压成形是最基本方法。 3、压制成型原理：机械压力连续地或多次地通过压头传递到在模型中的粉末体上，在高压下粉末体致密化而形成具有一定形状、尺寸和强度的坯体[1]。 4、压制机理： a.颗粒重排：在低压时，颗粒发生重新排列而填充气孔产生紧密堆积 b.在较高压力下，引起颗粒的破碎，并通过碎粒的填充而致密。 在压力一定时，致密化能力决定于压制粉料颗粒的性质（包括团聚体）（主要是物料颗粒的硬度）。 c.塑性变形：在高压下，通过塑性形变填充空间，这时颗粒间的点接触变成面接触。 二、粉末压制过程 2.1成形前原料准备 2.1.1退火 将金属缓慢加热到一定温度，保持足够时间，然后以适宜速度冷却(通常是缓慢冷却，有时是控制冷却)的一种金属热处理工艺。 金属粉末退火的目的： a.氧化物还原，降低碳和其它杂质的含量，提高粉末的纯度； b.消除粉末的加工硬化，稳定粉末的晶体结构； c.防止超细粉末自燃，将其表面钝化[2]。 2.1.2混合 a.混合：将两种或两种以上不同成分的粉末混合 b. 将相同成分而粒度不同的粉末混合 混合方法：机械法（干混、湿混）和化学法 机械法：干混用于生产铁基制品；湿混用于生产硬质合金。混料设备有球磨机、V型混合器、锥形混合器、酒桶式混合器、螺旋混合器等。湿混介质要求不与物料发生化学反应，沸点低易挥发，无毒性，来源广，成本低，常用酒精、汽油、丙酮等[3]。 化学法：将金属或化合物粉末与添加的金属盐溶液均匀混合，或各组 制粉这章思考题 1.碳还原法制取铁粉的过程机理是什么？影响铁粉还原过程和铁粉质量的因素 有哪些？ 答：过程机理：还原过程2334Fe O Fe O FeO Fe ??→??→??→ (热力学) 可认为是CO 的间接还原反应与C 的气化反应的加和反应。当只 考虑间接还原反应时，根据Fe-O-C 系平衡气相组成与温度关系 图： ①当温度>570℃时，分三阶段还原： 2334Fe O Fe O ??→??→ 浮斯体（34FeO Fe O ?固溶体）Fe ??→ ②当温度<570℃时，氧化亚铁不能稳定存在，因此，34Fe O 直接还 原成金属铁。 ③对于23Fe O 还原：23Fe O 很容易还原，即2CO 不易使34Fe O 氧化。 由于是放热反应，温度升高，p K 减小，平衡气相中二氧化碳 含量升高。 ④对于34Fe O 还原：T>570℃，升高温度，34Fe O 还原成FeO 所需一 氧化碳越少，对34Fe O 还原成FeO 有利。 T<570℃，34Fe O 被直接还原成Fe 。 ⑤对于FeO 还原：温度越高，还原所需CO%越大，对还原反应越 不利。 当同时考虑间接还原反应和碳气化反应时： 22C O C C O +??→ 2F e O C O F e C O +??→+ ①T<650℃，被氧化成34Fe O FeO 。 ②650℃ 影响铁粉还原过程和铁粉质量的因素： 原料的影响： ①杂质的影响：如二氧化硅超过一定量，使还原事件延长，并且还原 不完全，铁粉中铁含量降低。 ②原料粒度的影响：粒度越细，界面面积越大，促进反应。 固体碳还原剂的影响： ①还原剂类型的影响：还原能力：木炭>焦炭>无烟煤。 ②还原剂用量影响：主要根据氧化铁含氧量而定。 还原工艺条件： ①还原温度和还原时间的影响：随着还原温度的提高，还原时间可以 缩短。 ②料层厚度的影响：随着料层厚度的增加，还原时间也随之增长。 ③还原罐密封程度的影响：密封可使还原充分。 添加剂： ①加入一定固体碳的影响：起疏松剂和辅助还原剂的作用。 ②返回料（废铁粉）的影响：加入一定量的废铁粉于原料中，可在一 定程度上消除与产生金属相有关的能量 上的困难，缩短还原过程的诱导期，从 而加速还原过程。 ③引入气体还原剂的影响：可加速还原过程。 ④碱金属盐的影响：可加速还原过程。 ⑤海绵铁的处理：还原退火起到如下作用： 1.退火软化作用，提高铁粉的塑性，改善铁粉的压 缩性。 2.补充还原作用。增加铁的百分含量。 3.脱碳作用，降低碳含量。 2.制取铁粉的主要还原方法有哪些？比较其优缺点。 答：还原方法：碳还原法，气体（氢气，分解氨，转化天然气，各种煤气等）还原法， 气体还原法优缺点：①与固体碳还原氧化铁相比，达到同样的还原程度，所 需温度可低一些，所需还原时间可短一些。 ②用氢还原氧化铁时，提高压力对还原是有利的，相当 于提高温度来提高还原速度，或者说，当采用高压还 原时，还原温度可以大大降低。还原温度低，所得铁 粉不会粘结成块。 ③但氢气还原难度大，成本高，效率低。 碳还原法优缺点：①成本低，效率高。 ②但碳在还原铁粉时容易发生渗碳。 3.发展复合型铁粉的意义何在？ 答：复合型粉可制造出高密度，高强度，高精度的粉末冶金铁基零部件。 题目：粉末冶金法在金属制备中的应用 姓名：李文廷 学号： 201201020446 年级： 2012级 专业：化学 学院：理学院 成绩： 目录 1粉末冶金的定义 (1) 2粉末冶金工艺 (2) 3粉末冶金技术的特点 (2) 3.1低的生产成本 (2) 3.2高的性能 (2) 4粉末冶金材料的应用 (3) 4.1应用于机械零件的制造 (3) 4.2应用于合金性能的改进 (3) 4.2.1铝合金 (3) 4.2.2高合金材料 (3) 4.2.3高温合金 (4) 4.2.4磁性材料 (4) 4.3应用于新型材料的研制 (4) 4.3.1金属基复合材料 (4) 4.3.2弥散强化高温材料 (4) 4.4梯度功能材料 (4) 4.5其他方法的应用 (4) 4.5.1超塑性材料 (4) 4.5.2高抗蚀性材料 (4) 4.6粉末冶金材料在国民经济各部门的应用 (4) 5.主要不足之处 (6) 6.粉末冶金的发展前景 (6) 6.1向全致密化发展 (6) 6.2向高性能化、集成化和低成木等方向发展 (7) 6.3粉木治金产业化发展 (7) 7.展望 (7) 8.参考文献 (7) 粉末冶金法在金属制备中的应用 摘要:从机械零件的制造、合金性能的改进及新型材料的研制及制备工艺等方面综述了粉末冶金技术的应用与发展。粉末冶金作为一种独特的零件制造技术，向高致密化、高性能化、集成化和低成木等方向发展，木文分析了粉末冶金的定义涵和该技术的主要功能，重点对粉末冶金技术的应用进行慨括。 关键词：粉末冶金、制备工艺、应用、发展 近30 年来,粉末冶金技术获得了飞速的发展,许多“后致密化”技术(即在传统的粉末冶金方法的烧结工序之后增加一些致密化工序,如复压、复烧、锻造、拉制、挤压等) 、热等静压、注射成型以及机械合金化等工艺的研制成功,克服了传统粉末冶金制品由于致密性低而导致使用上的技术障碍,使粉末冶金技术得以推广应用。到目前为止,粉末冶金技术既是高强度、高密度、形状复杂、无切削、少切削零件的制造工艺,又是生产新型材料的加工方 1.粉末冶金的定义： 末冶金是制取金属粉末或用金属粉末(或金属粉末与非金属粉末的混合物)作为原料，经过成形和烧结，制取金属材料、复合材料以及各种类型制品的工业技术。目前，粉末冶金技术已被广泛应用于交通、机械、电子、航空航天、兵器、生物、新能源、信息和核工业等领域，成为新材料科学中最具发展活力的分支之一。粉末冶金技术具备显著节能、省材、性能优异、产品精度高且稳定性好等一系列优点，非常适合于大批量生产。 粉末制备习题 * 粉末冶金产品在汽车工业中有许多用途，请列举三种汽车用粉末冶金产品。 * 有什么方法可以取代粉末冶金技术制备钨灯丝，为什么电熔断器中不采用钨灯丝材料。 * 粉末冶金一度称为金属陶瓷( Metal ceiamics) ，是什么工序类似于陶瓷产品制备。 * 粉末冶金与陶瓷的主要差别是什么？这些差别是如何影响过程的。 * 粉末冶金的定义是什么？ * 粉末冶金的工程含义是什么？ * 减少加工成本是粉末冶金产品过程的重要方面，要求减少模具结构误差，以确保产品尺寸精度与性能，在什么步骤上有利于减少产品加工成本（净静成形技术） * 金属基复合材料，如 SiC 纤维强化铝合金，是粉末冶金应用的领域，你能说明复合材料制备方法吗？ * 在水雾化制粉时，怎样获得球形颗粒。 * 雾化青铜粉末经气流研磨成碟状。 ①如何测试该碟状粉末的粒度。 ②改变碟状粉末厚度的方法。 ③哪些工艺参数有助于获得碟状粉末。 * 用气体雾化制备合金粉末，雾化融液金属温度略高于液相线，对于粒径为100μm的颗粒，固化时间为0.04s，估算在同样条件下10μm粒径粉末颗粒的固化时间。 * 采用水平雾化时，发现所得粉末颗粒太小，不适合后续的工序，建议改变三个过程参数以增大粒径。 * 在气体雾化时，如果颗粒尺寸随融体粘度增加而增大，粒度对颗粒形状会有何种作用？高的过热温度会有利于形成球形颗粒吗？ * 离心雾化粉末通常有双峰形粒度分布曲线，讨论产生这种结果的原因。 * 分别用水雾化，气体雾化和还原方法制备Cμ粉（理论密度=8.9g/cm3），测试指数如下： 性能 A B C 平均粒度μm 48 25 40 松装密度g/cm3 2.8 1.7 4.4 第一章 1.什么是粉末冶金？与传统方法相比的优点是什么？ 答：粉末冶金：制取金属粉末或用金属粉末（或金属粉末与非金属粉末的混合物）作为原料，经过成形和烧结制造金属材料、复合材料以及各种类型制品的工艺过程。 粉末冶金的优越性： A.少切削、无切削，能够大量节约材料，节省能源，节省劳动；普通铸造合金切削量在30-50%，粉末冶金产品可少于5%。 B.能够大量能够制备其他方法不能制备的材料。 C.能够制备其他方法难以生产的零部件。 2.制粉的方法有哪些？ 答：A.机械法：通过机械破碎、研磨或气流研磨方法将大块材料或粗大颗粒细化的方法。 B.物理法：采用蒸发凝聚成粉或液体雾化的方法使材料的聚集状态发生改变，获得粉末。 C.化学法：依靠化学反应或电化学反应过程，生成新的粉态物质。 3.机械制粉的方法分为机械研磨、漩涡研磨和冷气流研磨。 4.球磨法制粉时球和物料的运动情况： A.球磨机转速较慢时，球和物料沿筒体上升至自然坡度角，然后滚下，称为泻落。 B.球磨机转速较高时，球在离心力的作用下，随着筒体上升至比第一种情况更高的高度，然后在重力的作用下掉下来，称为抛落。 C.继续增加球磨机的转速，当离心力超过球体的重力时，紧靠衬板的球不脱离筒壁而与筒体一起回转，此时物料的粉碎作用将停止，这种转速称为临界转速。 第二章 1.什么是粉末？粉末与胶体的区别？粉体的分类？ 答：粉末是由大量的颗粒及颗粒之间的空隙所构成的集合体。粉末与胶体的区别在于分散程度不同，通常把大小在1mm以上的固态物质称为致密体，把大小在μm以下的固态物质称为胶体颗粒，而介于两者之间的称为粉末体。 粉体分类：A.粉末中能分开并独立存在的最小实体称为单颗粒。 B.单颗粒如果以某种方式聚集，就构成二次颗粒。 2.聚集体、絮凝体、团聚体的划分？ 答：A.聚集体：通过单颗粒聚集得到的二次颗粒被称为聚集体； 粉末冶金技术 Powder metallurgical technology 摘要：粉末冶金制品的应用范围十分广泛，从普通机械制造到精密仪器；从五金工具到大型机械；从电子工业到电机制造；从民用工业到军事工业；从一般技术到尖端高技术，均能见到粉末冶金工艺的身影。目前，我国粉末冶金行业整体技术水平低下、工艺装备落后，与国外先进技术水平相比存在较大差距。本文介绍了粉末冶金粉体的制备方法，包括物理方法和化学方法，物理法包括机械粉碎法，化学法包括气相沉积法、雾化法和电解法，气相沉积法、雾化法和电解法目前在工业上已经得到了广泛的应用。目前粉末冶金主要的方法压制成型等。高速压制技术是一种低成本高密度粉末冶金零件成形技术一高速压制技术，通过阐述该技术的特点、原理、关键技术分析，指出其材料性能和应用前景以及高速压制技术目前存在的问题。 关键词：粉末冶金,粉体,气相沉积法，雾化法，电解法，制备方法,高速压制技术（HVC） Abstract:. Manufacture of iron for the first method is essentially by powder metallurgy method. Powder metallurgy products, a wide range of applications, from the ordinary machinery manufacturing of precision instrument; from the hardware to the large machinery; from electronics to motor manufacturing; from the civilian industry to the military industry; from the general technology to sophisticated high technology, can see the figure of powder metallurgy process. At present, our country metallurgy industry overall technology level is low, the backward technology and equipment, with foreign advanced level of technology compared to exist bigger difference. This paper introduces the powder metallurgy powder preparation method, including physical methods and chemical methods, physical methods including mechanical crushing method, chemical method includes a vapor deposition method, spray method and the electrolytic method, vapor deposition, spray method and the electrolytic method currently in the industry has been widely used. At present the main method of powder metallurgy pressure molding, etc. The pressing technology is a low cost high density powder metallurgy parts forming technology of a high-speed pressing technology, expounds on the characteristics of the technology, principle, key technical analysis, and points out that the material properties and the application prospect of pressing technology high speed and the problems at present. Key words: powder metallurgy; powder; vapor deposition method, spraying method, electrolytic method, Preparation methods，HVC 一：粉体的制备及综述粉末冶金原理_考研复习纲要
综述：硬质合金
粉末冶金原理
特种陶瓷的制备工艺综述及其发展趋势
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粉末冶金法在金属制备中的应用
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粉末冶金技术 文献综述 修改版