粉末燒結(jié)工藝.doc

壓力燒結(jié)粉末冶金壓力燒結(jié)粉末冶金（Press Sinter）在高溫下，陶瓷生坯固體顆粒的相互鍵聯(lián)，晶粒長(zhǎng)大，空隙(氣孔)和晶界漸趨減少，通過物質(zhì)的傳遞，其總體積收縮，密度增加，最后成為具有某種顯微結(jié)構(gòu)的致密多晶燒結(jié)體，這種現(xiàn)象稱為燒結(jié)。燒結(jié)的術(shù)語： 1、燒結(jié) sintering 粉末或壓坯在低于主要組分熔點(diǎn)的溫度下的熱處理，目的在于通過顆粒間的冶金結(jié)合以提高其強(qiáng)度。 2、填料 packing material 在預(yù)燒或燒結(jié)過程中為了起分隔和保護(hù)作用而將壓坯埋入其中的一種材料。 3、預(yù)燒 presintering 在低于最終燒結(jié)溫度的溫度下對(duì)壓坯的加熱處理。 4、加壓燒結(jié) pressure 在燒結(jié)同時(shí)施加單軸向壓力的燒結(jié)工藝。 5、松裝燒結(jié) loose-powder sintering,gravity sintering 粉末未經(jīng)壓制直接進(jìn)行的燒結(jié)。 6、液相燒結(jié) liquid-phase sintering 至少具有兩種組分的粉末或壓坯在形成一種液相的狀態(tài)下燒結(jié)。 7、過燒 oversintering 燒結(jié)溫度過高和（或）燒結(jié)時(shí)間過長(zhǎng)致使產(chǎn)品最終性能惡化的燒結(jié)。 8、欠燒 undersintering 燒結(jié)溫度過低和（或）燒結(jié)時(shí)間過短致使產(chǎn)品未達(dá)到所需性能的燒結(jié)。 9、熔滲 infiltration 用熔點(diǎn)比制品熔點(diǎn)低的金屬或合金在熔融狀態(tài)下充填未燒結(jié)的或燒結(jié)的制品內(nèi)的孔隙的工藝方法。 10、脫蠟 dewaxing,burn-off 用加熱排出壓坯中的有機(jī)添加劑（粘結(jié)劑或潤(rùn)滑劑）。 11、網(wǎng)帶爐 mesh belt furnace 一般由馬弗保護(hù)的網(wǎng)帶將零件實(shí)現(xiàn)爐內(nèi)連續(xù)輸送的燒結(jié)爐。 12、步進(jìn)梁式爐 walking-beam furnace 通過步進(jìn)梁系統(tǒng)將放置于燒結(jié)盤中的零件在爐內(nèi)進(jìn)行傳送的燒結(jié)爐。 13、推桿式爐 pusher furnace 將零件裝入燒舟中，通過推進(jìn)系統(tǒng)將零件在爐內(nèi)進(jìn)行傳送的燒結(jié)爐。 14、燒結(jié)頸形成 neck formation 燒結(jié)時(shí)在顆粒間形成頸狀的聯(lián)結(jié)。 15、起泡 blistering 由于氣體劇烈排出，在燒結(jié)件表面形成鼓泡的現(xiàn)象。 16、發(fā)汗 sweating 壓坯加熱處理時(shí)液相滲出的現(xiàn)象。 17、燒結(jié)殼 sinter skin 燒結(jié)時(shí)，燒結(jié)件上形成的一種表面層，其性能不同于產(chǎn)品內(nèi)部。 18、相對(duì)密度 relative density 多孔體的密度與無孔狀態(tài)下同一成分材料的密度之比，以百分率表示。 19、徑向壓潰密度 radial crushing strength 通過施加徑向壓力測(cè)定的燒結(jié)圓筒試樣的破裂強(qiáng)度。 20、孔隙度 porosity 多孔體中所有孔隙的體積與總體積之比。 21、擴(kuò)散孔隙 diffusion porosity 由于柯肯達(dá)爾效應(yīng)導(dǎo)致的一種組元物質(zhì)擴(kuò)散到另一組元中形成的孔隙。 22、孔徑分布 pore size distribution 材料中存在的各級(jí)孔徑按數(shù)量或體積計(jì)算的百分率。 23、表觀硬度 apparent hardness 在規(guī)定條件下測(cè)定的燒結(jié)材料的硬度，它包括了孔隙的影響。 24、實(shí)體硬度 solid hardness 在規(guī)定條件下測(cè)定的燒結(jié)材料的某一相或顆?；蚰骋粎^(qū)域的硬度，它排除了孔隙的影響。 25、起泡壓力 bubble-point pressure 迫使氣體通過液體浸漬的制品產(chǎn)生第一氣泡所需的最小的壓力。 26、流體透過性 fluid permeability 在規(guī)定條件下測(cè)定的在單位時(shí)間內(nèi)液體或氣體通過多孔體的數(shù)量。粉末冶金燒結(jié)爐sintering furnace for powder metallurgyfenmo yel、n shao】lelu 粉末冶金燒結(jié)爐(Sintering furnaee fo:pow- der metallurgy)用于粉末冶金材料或粉末冶金 制品燒結(jié)的冶金爐。 類型燒結(jié)爐主要是電爐。燒結(jié)電爐分為電阻燒 結(jié)爐和感應(yīng)燒結(jié)爐兩大類，電阻燒結(jié)爐使用較多。電阻 燒結(jié)爐是通過電熱元件將電能轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮苡脕磉M(jìn)行燒 結(jié)的電爐;感應(yīng)燒結(jié)爐是利用電磁感應(yīng)在金屬內(nèi)激勵(lì) 出電流使其加熱的電爐。 按爐內(nèi)使用氣氛和真空度，電阻燒結(jié)爐分為普通 氣氛電阻燒結(jié)爐和真空電阻燒結(jié)爐，感應(yīng)燒結(jié)爐亦可 分為普通氣氛感應(yīng)燒結(jié)爐和真空感應(yīng)燒結(jié)爐;按爐子 結(jié)構(gòu)型式，電阻燒結(jié)爐分為豎式電阻燒結(jié)爐和臥式電 阻燒結(jié)爐，感應(yīng)燒結(jié)爐亦可分為豎式感應(yīng)燒結(jié)爐和臥 式感應(yīng)燒結(jié)爐;按作業(yè)性質(zhì)，電阻燒結(jié)爐分為間斷式電 阻燒結(jié)爐和連續(xù)式電阻燒結(jié)爐，感應(yīng)燒結(jié)爐亦可分為 間斷式感應(yīng)燒結(jié)爐和連續(xù)式感應(yīng)燒結(jié)爐。此外，感應(yīng)燒 結(jié)爐按使用的頻率，可分為中頻感應(yīng)燒結(jié)爐(sooHz一 lokHZ)和高頻感應(yīng)燒結(jié)爐(70一ZookHz)。 按加熱方式，電阻燒結(jié)爐又分為間接加熱式電阻 燒結(jié)爐和直接加熱式電阻燒結(jié)爐。間接加熱式電阻燒 結(jié)爐是指電流通過電熱元件發(fā)出熱量，借輻射傳熱使 爐膛溫度升高從而將制品加熱;直接加熱式電阻燒結(jié) 爐是指電流由電源通過接頭直接流過被加熱制品使其 加熱，例如，用于鎢、鑰、擔(dān)和銳等難熔金屬高溫?zé)Y(jié)的 高溫垂熔爐便是一種典型的直接加熱式電阻燒結(jié)爐。 燒結(jié)時(shí)需要使用壓力而有加壓燒結(jié)爐，這種爐子 主要用于薄層制品如粉末冶金摩擦片的燒結(jié)，鐘罩爐 便是一種典型的加壓燒結(jié)爐。 電熱元件電阻燒結(jié)爐的電熱元件分為金屬電熱 元件和非金屬電熱元件兩大類。金屬電熱元件有純金 屬和合金兩種。純金屬電熱元件有:鉑(最高使用溫度 1400C)、鑰(最高使用溫度1600C)、鎢(最高使用溫 度2100一2500C)、擔(dān)(最高使用溫度2500C)等;合金 電熱元件有:鎳鉻系(最高使用溫度105。一110。C)、 鐵鉻鋁系(最高使用溫度130。1400C)。非金屬電熱 元件有:碳化硅(最高使用溫度145oC)、硅化鑰(最高 使用溫度1700c)、石墨(最高使用溫度3000c)等。有代表性的是鑰絲爐，應(yīng)用也較廣泛。鑰絲燒結(jié)爐的結(jié) 利用金屬和合金作電熱元件的電阻燒結(jié)爐，根據(jù)構(gòu)示意圖如圖1所示，工作溫度1500C，常用來燒結(jié) 電熱元件的材質(zhì)和形狀，可分為鑰絲爐、鎢絲爐、鎢棒粉末冶金材料和制品，特別是燒結(jié)硬質(zhì)合金。如果需要 爐、鑰片爐、鈕片爐、鎳鉻絲爐和鐵鉻鋁絲爐等。其中最使用真空，便可制成真空鋁絲爐、真空鎢棒爐等。 性食 困1臥式連續(xù)相絲燒結(jié)護(hù)結(jié)構(gòu)示意圖 l冷卻水進(jìn)口;2一氫氣進(jìn)口;3冷卻水出口;4鉑絲;5爐殼;6一高溫測(cè)溫計(jì);7一熱電偶;粉末冶金燒結(jié)理論theory of powder metallurgical sinteringfenmo yeiin Shaoiie IIlun 粉末冶金燒結(jié)理論(theory of powaer me- tallurgieal sintering)有關(guān)燒結(jié)驅(qū)動(dòng)力、燒結(jié)過 程中物質(zhì)遷移的方式和燒結(jié)致密化動(dòng)力學(xué)的理論。 燒結(jié)可分為固相燒結(jié)和液相燒結(jié)兩類。在固相燒 結(jié)中，主要的燒結(jié)機(jī)理有粘性流動(dòng)、蒸發(fā)凝聚、表面擴(kuò) 散、體積擴(kuò)散、晶界擴(kuò)散等幾種。(1)粘性流動(dòng)。燒結(jié) 早期粉末顆粒間的粘結(jié) 可視為在表面張力的作/尸 用下，顆粒發(fā)生類似粘l、 性液體的流動(dòng)。燒結(jié)的、。劇l 兩球模型如圖所示，其、試l/ 燒結(jié)頸半徑x和燒結(jié)時(shí)廠一、 間t滿足關(guān)系式:擴(kuò)OCt。l卜刊、 (2)蒸發(fā)一凝聚。粉末穎、， 粒球表面處的蒸氣壓高/ 于燒結(jié)頸凹面的蒸氣 壓，蒸氣可在球表面產(chǎn)燒結(jié)的兩球幾何模型 生，重新在燒結(jié)頸上凝 聚，使燒結(jié)頸長(zhǎng)大。此機(jī)構(gòu)的特征方程為:擴(kuò)cct。此 機(jī)構(gòu)對(duì)某些蒸氣壓在燒結(jié)溫度下較高的物質(zhì)有一定作 用。(3)體積擴(kuò)散。燒結(jié)頸處空位濃度高于顆粒的其他 部位，空位將通過顆粒內(nèi)部向球表面擴(kuò)散，原子向燒結(jié) 頸方向擴(kuò)散，使燒結(jié)頸長(zhǎng)大。此機(jī)理的特征方程為:擴(kuò) o=t。(4)表面擴(kuò)散:。物質(zhì)通過表面擴(kuò)散向燒結(jié)頸遷移， 特征方程為:了cct。(5)晶界擴(kuò)散。原子能通過晶界 向燒結(jié)頸擴(kuò)散。晶界擴(kuò)散系數(shù)較體積擴(kuò)散系數(shù)大得多， 因此晶界對(duì)燒結(jié)有重要意義。此機(jī)構(gòu)的特征方程為: x6cct。 實(shí)際的燒結(jié)過程非常復(fù)雜，往往同時(shí)包括上述多 個(gè)機(jī)理。在較低溫度時(shí)，表面擴(kuò)散有較大作用;在較高 溫度時(shí)，特別是燒結(jié)后期，即形成閉孔后，體積擴(kuò)散和 晶界擴(kuò)散對(duì)致密化起主要作用。表面擴(kuò)散和蒸發(fā)一凝 聚過程只使閉孔球化。根據(jù)這些情況，已有學(xué)者提出了 多種燒結(jié)機(jī)理綜合作用的燒結(jié)理論。 在液相燒至靛丈程中，燒結(jié)機(jī)理有以下3種。(1)顆 粒重排。液相的毛細(xì)管吸力使顆粒重新排列，以盡可能 密堆，密度迅速增加。此機(jī)理發(fā)生在液相大量產(chǎn)生的燒 結(jié)初期。(2)溶解一析出機(jī)理。固體順粒中曲率大的部 位在液相中的溶解度大，溶質(zhì)通過液相向低濃度部位， 即曲率小的部位遷移，并析出。(3)骨架形成，固相燒 結(jié)機(jī)構(gòu)。當(dāng)固體顆粒彼此接觸后，燒結(jié)主要以固態(tài)擴(kuò)散 的方式進(jìn)行。前兩種機(jī)理的特征方程分別為:(1)V/ V。3天r一It+之;(2)v/V。=sK，r一tl/3。式中V/V。 為體積收縮率;r為原始顆粒半徑;t為燒結(jié)時(shí)間。BuB粉末冶金燒結(jié)工藝powder metallurgical sintering processfenmo yejin shaojie gongyi 粉末冶金燒結(jié)工藝(powder metallurgieal sintering Process)將粉末或粉末壓坯經(jīng)過加熱 而得到強(qiáng)化和致密化制品的方法和技術(shù)。燒結(jié)是粉末 冶金過程中最重要的工序。在燒結(jié)過程中，由于溫度的 變化粉末坯塊順粒之間發(fā)生粘結(jié)等物理化學(xué)變化，從 而增加了燒結(jié)制品的電阻率、強(qiáng)度、硬度和密度，減小 了孔隙度并使晶粒結(jié)構(gòu)致密化。 根據(jù)致密化機(jī)理或燒結(jié)工藝條件的不同，燒結(jié)可 分為液相燒結(jié)、固相燒結(jié)、活化燒結(jié)、反應(yīng)燒結(jié)、瞬時(shí) 液相燒結(jié)、超固相燒結(jié)、松裝燒結(jié)、電阻燒結(jié)、電火花 燒結(jié)、微波燒結(jié)和熔浸等。 為了控制周圍環(huán)境對(duì)燒結(jié)制品的影響并調(diào)整燒結(jié) 制品成分，在燒結(jié)中使用以下幾類不同功能的燒結(jié)氣 氛:(1)氧化性氣氛，包括純氧、空氣、水蒸氣等，用 于貴金屬的燒結(jié)，氧化物彌散強(qiáng)化材料和某些含氧化 物質(zhì)點(diǎn)電接觸材料的內(nèi)氧化燒結(jié)以及預(yù)氧化活化燒 結(jié);(2)還原性氣氛，包括氫、分解氨、煤氣、轉(zhuǎn)換天 然氣等，用于燒結(jié)時(shí)還原被氧化的金屬及保護(hù)金屬不 被氧化，廣泛用于銅、鐵、鎢、鑰等合金制品的燒結(jié)中; (3)惰性或中性氣氛，包括氮、氫、氦及真空等;(4) 滲碳?xì)夥?，即CO，CH;及其他碳?xì)浠衔锏臍怏w，對(duì) 于鐵及低碳鋼具有滲碳作用;(5)滲氮?dú)夥?，即NH3 以及對(duì)于某些合金系而言的NZ。對(duì)于不同合金，上述 分類可以有變化。在燒結(jié)過程中，在不同階段可能采用 不同的氣氛。 燒結(jié)制度包括升溫、高溫?zé)Y(jié)、冷卻等幾個(gè)部分。 在燒結(jié)時(shí)，根據(jù)需要，可以采用快速升溫，也可以采用 慢速升溫;可以直接升溫到最高燒結(jié)溫度，也可以分階 段逐步升溫，如在需預(yù)燒或脫除成形劑和潤(rùn)滑劑時(shí)的 情況，燒結(jié)溫度和保溫時(shí)間由金屬特性和制品尺寸決 定。冷卻也有慢冷、快冷和淬火等幾種情況。 在燒結(jié)過程中，粉末體發(fā)生以下一系列變化:表面 吸附的水分或氣體揮發(fā)或分解;應(yīng)力松弛;發(fā)生回復(fù)和 再結(jié)晶;原子在顆粒表面、晶界或晶內(nèi)擴(kuò)散，使顆粒間 的結(jié)合由機(jī)械結(jié)合逐步轉(zhuǎn)變?yōu)橐苯鸾Y(jié)合，化學(xué)組分均 勻化;在有液相存在時(shí)，發(fā)生顆粒重排，固相物質(zhì)的溶 解和析出，液相網(wǎng)絡(luò)提供一物質(zhì)輸運(yùn)的快速通道。在這 些過程的綜合作用下，能獲得滿足一定物理、化學(xué)和幾 何特性要求的材料或零件。 燒結(jié)過程受許多因素影響，它們可分為3類。第1 類與材料的溫度特性有關(guān)，包括自由表面能、界面能和 體積自由能，以及點(diǎn)陣、晶界、表面擴(kuò)散系數(shù)等。第2 類為粉體特性，包括有效接觸面積、表面活性、體積活 性、接觸面取向等。第3類為外部因素，包括燒結(jié)氣氮、 燒結(jié)溫度、燒結(jié)保溫時(shí)間、升溫及降溫速度、顆粒表面 層附層狀態(tài)等。 常用的燒結(jié)設(shè)備有箱式爐、管式爐、馬弗爐、碳管 爐、感應(yīng)爐、推舟爐、帶式爐、輥式爐、反射爐等，分 間斷式、半連續(xù)、連續(xù)式等幾類。采用的加熱方式有包 阻加熱，以鎳鉻合金、鐵鉻鋁合金、鎢、鉑、碳化硅、 硅化鉑等作為發(fā)熱元件。還可以用碳管來通電發(fā)熱，有 時(shí)也利用坯塊本身的電阻。感應(yīng)加熱的應(yīng)用也很普遍。 除電能外，天然氣、燃油、煤亦可作為加熱能源。根居 對(duì)溫度、升降溫速度、氣氛、生產(chǎn)的連續(xù)與否等要求， 選禪燒結(jié)爐及加執(zhí)*少BuB粉末冶金燒結(jié)powder metallurgy sintering燒結(jié)是使壓坯或松裝粉末體進(jìn)一步結(jié)合起來，以提高強(qiáng)度及其他性能的一種高溫處理工藝。它是粉末冶金的重要工序之一。在燒結(jié)過程中粉末顆粒要發(fā)生相互流動(dòng)、擴(kuò)散、熔解、再結(jié)晶等物理化學(xué)過程，使粉末體進(jìn)一步致密，消除其中的部分或全部孔隙。燒結(jié)方法 通常有以下幾類：固相燒結(jié) 燒結(jié)溫度在粉末體中各組元的熔點(diǎn)以下，一般是0.70.8（為絕對(duì)熔點(diǎn)，以K計(jì)）。液相燒結(jié) 粉末壓坯中如果有兩種以上的組元，燒結(jié)有可能在某種組元的熔點(diǎn)以上進(jìn)行，因而燒結(jié)時(shí)粉末壓坯中出現(xiàn)少量的液相。加壓燒結(jié) 在燒結(jié)時(shí)，對(duì)粉末體施加壓力，以促進(jìn)其致密化過程。加壓燒結(jié)有時(shí)與熱壓(hot pressing)為同義詞，熱壓是把粉末的成形和燒結(jié)結(jié)合起來，直接得到制品的工藝過程?；罨療Y(jié) 在燒結(jié)過程中采用某些物理的或化學(xué)的措施，使燒結(jié)溫度大大降低，燒結(jié)時(shí)間顯著縮短，而燒結(jié)體的性能卻得到改善和提高。電火花燒結(jié) 粉末體在成形壓制時(shí)通入直流電和脈沖電，使粉末顆粒間產(chǎn)生電弧而進(jìn)行燒結(jié)；在燒結(jié)時(shí)逐漸地對(duì)工件施加壓力，把成形和燒結(jié)兩個(gè)工序合并在一起。熔滲 又稱浸透。為了提高多孔毛坯的強(qiáng)度等性能，在高溫下把多孔毛坯與能潤(rùn)濕它的固態(tài)表面的液體金屬或合金相接觸，由于毛細(xì)管作用力，液態(tài)金屬會(huì)充填毛坯中的孔隙。這種工藝適合于制造鎢銀、鎢銅、鐵銅等合金材料或制品。燒結(jié)機(jī)理 在燒結(jié)過程中粉末體要經(jīng)歷一系列的物理化學(xué)變化，如水分或有機(jī)物的蒸發(fā)或揮發(fā)，吸附氣體的排除，應(yīng)力的消除，粉末顆粒表面氧化物的還原，顆粒間的物質(zhì)遷移、再結(jié)晶、晶粒長(zhǎng)大等，因而使顆粒間的晶體接觸面增加,孔隙收縮甚至消失。出現(xiàn)液相時(shí),還會(huì)發(fā)生固相的溶解與析出。這些過程彼此間并無明顯的界限，而是互相重疊，互相影響。再加上其他燒結(jié)工藝條件，使整個(gè)燒結(jié)過程的反應(yīng)復(fù)雜化。1942年德國(guó)許蒂希(G.F.Httig)利用物理化學(xué)的研究手段測(cè)定了燒結(jié)溫度對(duì)燒結(jié)體的電動(dòng)勢(shì)、溶解度、密度、顯微組織、力學(xué)性能等的影響，發(fā)現(xiàn)燒結(jié)是一個(gè)十分復(fù)雜的過程。1949年美國(guó)庫琴斯基 (G.C.Kuczynski)研究了金屬球與金屬板的燒結(jié)，認(rèn)為燒結(jié)時(shí)的物質(zhì)遷移主要是以擴(kuò)散方式進(jìn)行的（見金屬中的擴(kuò)散）。他們的工作把燒結(jié)理論的研究推向新的階段。后來的許多研究工作都是圍繞著燒結(jié)過程中的物質(zhì)遷移機(jī)理進(jìn)行的。燒結(jié)過程中物質(zhì)遷移 一般認(rèn)為有下列五種機(jī)理：粘性或塑性流動(dòng),蒸發(fā)和凝聚，體積擴(kuò)散，晶界擴(kuò)散,表面擴(kuò)散。兩個(gè)相互接觸的球形顆粒（圖1 兩個(gè)相互接觸的球形顆粒的變化）燒結(jié)時(shí)，接觸頸部半徑 的增長(zhǎng)與燒結(jié)時(shí)間可能有下列關(guān)系：粘性或塑性流動(dòng)蒸發(fā)和凝聚體積擴(kuò)散晶界擴(kuò)散表面擴(kuò)散燒結(jié)過程中組織和性能的變化 燒結(jié)過程中，燒結(jié)體的組織結(jié)構(gòu)會(huì)發(fā)生復(fù)雜的變化。首先粉末顆粒間的接觸點(diǎn)和接觸面隨時(shí)間的延長(zhǎng)逐漸擴(kuò)大，同時(shí)孔隙要發(fā)生收縮，漸呈球形。有些孔隙與外界連通成為開口孔，有些孔隙則成為孤立的閉口孔。粉末顆粒由于在壓制過程中發(fā)生了變形，因此在燒結(jié)時(shí)要發(fā)生再結(jié)晶和晶粒長(zhǎng)大。西澤龍(G.Cizeron)和拉孔布(P.Lacombe)報(bào)道過羰基鐵粉的試驗(yàn)情況，在890氫氣中燒結(jié)時(shí),隨著燒結(jié)時(shí)間的延長(zhǎng)，可以看到晶粒的長(zhǎng)大，而孔隙則從微細(xì)分散的孔隙變成較粗大集中的孔隙，而數(shù)量越來越少，最后趨向消失。多組元的壓坯在燒結(jié)時(shí)還要發(fā)生擴(kuò)散均勻化，形成固溶體或化合物。粉末顆粒的大小、形貌和成形、燒結(jié)工藝等對(duì)壓坯的再結(jié)晶、晶粒大小、均勻化等均有影響。在燒結(jié)過程中粉末體的性能隨組織結(jié)構(gòu)的變化而發(fā)生變化（圖2燒結(jié)溫度對(duì)粉末體性能的影響）。不同燒結(jié)溫度和燒結(jié)時(shí)間對(duì)繞結(jié)體強(qiáng)度的影響見圖3 不同燒結(jié)溫度和燒結(jié)時(shí)間對(duì)燒結(jié)體強(qiáng)度的影響。在較高的溫度或條件下燒結(jié)時(shí),開始燒結(jié)體的強(qiáng)度隨時(shí)間的延長(zhǎng)而增加，而后下降。這是由于燒結(jié)的后期發(fā)生了晶粒長(zhǎng)大。燒結(jié)體的硬度與致密程度有關(guān)，大體上與燒結(jié)體的密度成比例增加。測(cè)量硬度時(shí)如壓痕包含一些孔隙則硬度值偏低，如用顯微硬度計(jì)測(cè)定，可避開孔隙，因而得到金屬材料本身的固有硬度,不受密度的影響（圖4鐵粉壓坯燒結(jié)后的洛氏硬度）。燒結(jié)工藝 燒結(jié)必須在有保護(hù)氣氛的燒結(jié)爐內(nèi)進(jìn)行，以避免燒結(jié)體氧化，或發(fā)生不利的化學(xué)反應(yīng)。燒結(jié)爐的種類很多，可用天然氣、煤氣、油、電等作熱源。電加熱爐經(jīng)濟(jì)方便，易于調(diào)節(jié)控制。常用的保護(hù)氣氛有真空，氬、氦、氮、二氧化碳等惰性氣體和氫、分解氨、一氧化碳、轉(zhuǎn)化天然氣等還原性氣體。為了進(jìn)一步提高燒結(jié)制品的使用性能以及尺寸和形狀精度，往往要進(jìn)行整形、精整、復(fù)壓、浸油、機(jī)械加工、熱處理等后續(xù)工序。參考書目培云主編,粉末冶金原理，冶金工業(yè)出版社,北京，1982。不銹鋼燒結(jié)成型添加劑摩擦磨損是材料三種主要失效形式之一，是材料使用過程中普遍存在的現(xiàn)象，是造成巨大經(jīng)濟(jì)損失的主要來源。眾所周知，潤(rùn)滑是減少摩擦降低磨損最有效的措施。粉末冶金減摩材料是以金屬及其合金為基體，添加具有減摩作用的潤(rùn)滑組元，用粉末冶金技術(shù)制成的復(fù)合材料。研發(fā)粉末冶金不銹鋼基減摩材料，首先要解決的問題之一，是盡可能提高粉末不銹鋼基體的燒結(jié)密度；316L不銹鋼材質(zhì)較軟，與金屬對(duì)偶件摩擦?xí)r及易發(fā)生嚴(yán)重的粘著。因此尋找適合316L不銹鋼的減摩潤(rùn)滑組元是發(fā)展粉末冶金不銹鋼基減摩材料要解決的第二個(gè)問題。 本文研究添加不同體積份數(shù)青銅粉末對(duì)粉末316L燒結(jié)不銹鋼材料的密度、硬度和微觀組織的影響。結(jié)果表明：添加青銅粉末提高了316L不銹鋼的生坯密度。燒結(jié)樣品的密度和硬度均隨著青銅粉體積份數(shù)的增大而提高。燒結(jié)溫度的提高也有利于燒結(jié)密度和硬度的提高，最佳燒結(jié)溫度為1200左右。當(dāng)青銅粉的體積份數(shù)為30，燒結(jié)溫度為1200時(shí)，材料的最大相對(duì)密度和硬度分別為95.1和83HRB。添加青銅粉后液相燒結(jié)使得不銹鋼顆粒球形化趨勢(shì)明顯，顆粒表面平直化。本文還研究了添加體積份數(shù)分別為15、20、25、30的青銅粉末對(duì)材料摩擦磨損性能的影響。添加15時(shí)摩擦系數(shù)最小，在0.3左右，而添加20青銅粉的材料磨損量最小。 研究了添加不同份數(shù)銅錫鉛、鉛粉、氮化硼、二硫化鉬對(duì)粉末316L不銹鋼的燒結(jié)性、摩擦磨損性能的影響。結(jié)果表明：隨著銅錫鉛份數(shù)的增加，材料生坯密度增加，其中添加青銅30vol、鉛3wt生坯相對(duì)密度達(dá)到82.7。但燒結(jié)密度卻隨著添加份數(shù)的增加而降低，其中添加青銅15vol、鉛3wt相對(duì)密度為86.6，添加青銅25vol、鉛3wt密度降低出現(xiàn)分層，添加青銅30vol、鉛3wt甚至出現(xiàn)開裂現(xiàn)象。磨損量與摩擦系數(shù)都隨著添加份數(shù)的增加而降低；鉛粉份數(shù)對(duì)316L不銹鋼粉末的壓制性能影響不大，材料燒結(jié)后相對(duì)密度比較低，最高僅為80，添加5wt 的材料磨損量最少，摩擦系數(shù)穩(wěn)定在0.3左右，主要表現(xiàn)為粘著磨損；添加氮化硼可以改善壓制性能，但是它對(duì)于316L不銹鋼的潤(rùn)濕性不好，當(dāng)添加3wt氮化硼后，材料燒結(jié)后膨脹分散；二硫化鉬添加份數(shù)的增加明顯提高了材料的壓制性能，燒結(jié)后也更致密，其中加入8wtMoS2燒結(jié)后相對(duì)密度達(dá)到96.8，而添加4wtMoS2后的材料減摩性能最優(yōu)。研究了分別添加20（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）銅粉、錫粉，鋁粉對(duì)粉末冶金3161，不銹鋼性能的影響。在燒結(jié)溫度為1100、燒結(jié)氣氛為分解氨的條件下，對(duì)燒結(jié)材料的硬度、密度和顯微組織進(jìn)行了檢測(cè)和分析。結(jié)果表明：添加20鋁粉可顯著提高不銹鋼粉末的壓制性，但鋁粉會(huì)與不銹鋼基體發(fā)生強(qiáng)烈的化學(xué)反應(yīng)，生成Fe2Al，惡化材料的性能；添加20錫粉可顯著提高材料的硬度；添加20銅粉對(duì)材料的硬度影響不大。添加大量低熔點(diǎn)金屬粉末的液相燒結(jié)不能顯著提高材料的密度。第11卷第6期.11.6粉末冶金材料科學(xué)與工程2006年12月.2006添加金屬粉末對(duì)粉末冶金316不銹鋼性能的影響孟飛,果世駒,張恒,楊霞,郭林(北京科技大學(xué)粉末冶金研究所.北京100083)摘要:研究了分別添加20(質(zhì)量分?jǐn)?shù))銅粉,錫粉,鋁粉對(duì)粉末冶金316不銹鋼性能的影響.在燒結(jié)溫度為1100,燒結(jié)氣氛為分解氨的條件下,對(duì)燒結(jié)材料的硬度,密度和顯微組織進(jìn)行了檢測(cè)和分析.結(jié)果表明:添加2鋁粉可顯著提高不銹鋼粉末的壓制性,但鋁粉會(huì)與不銹鋼基體發(fā)生強(qiáng)烈的化學(xué)反應(yīng),生成,惡化材料的性能;添加20錫粉可顯著提高材料的硬度;添加2銅粉對(duì)材料的硬度影響不大.添加大量低熔點(diǎn)金屬粉末的液相燒結(jié)不能顯著提高材料的密度關(guān)鍵詞:粉末冶金;316不銹鋼;液相燒結(jié);顯微組織中圖分類號(hào):124文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:文章編號(hào):16730224(2006)6341一4316,-,(,100083):316.20(),1100.,.:1)2)3167597.2;3).20.;316粉末冶金奧氏體不銹鋼的生產(chǎn)比較經(jīng)濟(jì),耐腐蝕性能好,因此發(fā)展較快.為了提高粉末冶金奧氏體不銹鋼的燒結(jié)密度,從而進(jìn)一步提高其力學(xué)性能和耐腐蝕性能,很多學(xué)者在添加劑方面做了大量的研究.使用過的添加劑有銅,硅,錫,硼,鋁,碳,鎳,.和等口.有報(bào)導(dǎo)說添加銅粉可提高不銹鋼力學(xué)性能2,但也有結(jié)果相反的報(bào)導(dǎo)3.添加大量錫粉對(duì)不銹鋼力學(xué)性能影響的報(bào)導(dǎo)很少,主要是研究添加5左右錫粉對(duì)不銹鋼耐腐蝕性能影響的研究.關(guān)于添加鋁對(duì)不銹鋼性能的影響,國(guó)內(nèi)外的一些結(jié)論是調(diào)整好燒結(jié)溫度可以改善鋁與不銹鋼的潤(rùn)濕性-.本文作者研究了分別添加2%(質(zhì)量分?jǐn)?shù))銅粉,鋁粉,錫粉對(duì)316奧氏體不銹鋼力學(xué)性能的影響.1實(shí)驗(yàn)1.1原料及試樣制備原料粉末采用石家莊京元粉末材料公司生產(chǎn)的一74水霧化316不銹鋼粉,北京恒源粉末廠生產(chǎn)的一74電解銅粉,一74#水霧化鋁粉和一74水霧化錫粉.潤(rùn)滑劑為美國(guó)公司生產(chǎn)的潤(rùn)滑劑.將316不銹鋼粉和金屬粉末按4;1的質(zhì)量比配制成混合粉末,添加0.2成形劑后用球磨機(jī)混料1,球料質(zhì)量比為4:1,混料桶轉(zhuǎn)速60/.基金項(xiàng)目:國(guó)家863計(jì)劃資助項(xiàng)目(2001337010)收稿日期:20060515修訂日期:20060623通訊作者:孟飛,電話:01062332474;126.粉末冶金材料科學(xué)與工程在32-630四柱液壓機(jī)上分別在509,636和764的壓力下,將混合粉末鋼模單向壓制成形,壓坯尺寸為113.再將壓坯在分解氨氣氛中進(jìn)行燒結(jié),燒結(jié)工藝為:以6/升溫到500保溫0.5,再以6/升溫至1100,保溫1,之后隨爐冷卻至室溫.1.2性能測(cè)試用阿基米德排水法測(cè)量壓坯及燒結(jié)試樣的密度.用150型洛氏硬度計(jì)測(cè)量材料硬度,載荷為980.將燒結(jié)試樣用1.一1溶液侵蝕后,用一2503掃描電子顯微鏡觀察其顯微組織,并用分析微區(qū)成分.采用公司生產(chǎn)的射線衍射儀分析燒結(jié)試樣的物相組成.2結(jié)果與分析2.1添加20%鋁粉圖1所示為在不同壓制壓力下添加粉對(duì)316不銹鋼粉末壓坯相對(duì)密度的影響.從圖可以看出,添加粉提高了不銹鋼壓坯的相對(duì)密度.在壓制壓力為636時(shí),29/61/316不銹鋼壓坯相對(duì)密度為9.54,純316不銹鋼壓坯相對(duì)密度僅為81.829/6.說明添加鋁粉顯著地改善了316不銹鋼粉末的壓制性./圖1添加鋁對(duì)3161不