治金行業(yè)管理粉末知識分析(PPT 35頁).ppt

1、機械粉碎法(Mechanical Grinding/Milling) 霧化法(Atomization) 還原法(Reduction Method) 氣相沉積法(Vapor Deposition Process) Precipitation 液相沉積法(Liquid Deposition Process) 電解法(Electrolysis Process,第一章 粉末的制取,粉末冶金的生產(chǎn)工藝是從制取原材料粉末開始的。 粉末既是粉末冶金工業(yè)的一大產(chǎn)品，同時又可以為后續(xù)工序（如成形、燒結(jié)）提供原材料。 粉末的種類：材質(zhì)：金屬粉末，合金粉末，金屬化合物粉末； 形狀：球形，片狀，樹枝狀； 粒度：粗粉（

2、幾百微米）超細粉末（納米級） 粉末制取方法（過程實質(zhì)）：機械法、物理化學法 機械法：將原材料機械的粉碎而化學成分基本上不發(fā)生變化的工藝過程。 物理化學法：借助化學或物理的作用，改變原材料的化學成分和聚集狀態(tài)獲得粉末的過程,概述,固態(tài)金屬的機械粉碎既可以是一種獨立的制粉方法，又可以是其他方法的補充。 機械粉碎是靠壓碎、擊碎和磨削等作用，將塊狀金屬、合金或化合物機械地粉碎為粉末的。 物料最終的粉碎程度：粗碎、細碎 壓碎：碾碎、輥軋、鄂式破碎 擊碎：錘磨 擊碎和磨削多方面作用：球磨、棒磨等,1.1 機械粉碎法,顎式破碎機俗稱鄂破，又名老虎口。由動鄂和靜顎兩塊顎板組成破碎腔，模擬動物的兩顎運動而完成物

3、料破碎作業(yè)的破碎機。廣泛運用于礦山、冶煉、建材、公路、鐵路、水利和化工等行業(yè)中各種礦石與大塊物料的中等粒度破碎。被破碎物料的最高抗壓強度為320Mpa,研磨的任務(wù)(作用)包括：減小或增大粉末粒度；合金化；固態(tài)混料；改善、轉(zhuǎn)變或改變材料的性能等。 研磨后的金屬粉末會有加工硬化、形狀不規(guī)則以及出現(xiàn)流動性變壞和團塊等特征,1、機械研磨法,1、機械研磨法,復習 加工硬化：金屬材料在再結(jié)晶溫度以下塑性變形時強度和硬度升高，而塑和韌性降低的現(xiàn)象。又稱冷作硬化。產(chǎn)生原因是，金屬在塑性變形時，晶粒發(fā)生滑移，出現(xiàn)位錯的纏結(jié)，使晶粒拉長、破碎和纖維化，金屬內(nèi)部產(chǎn)生了殘余應(yīng)力等。 團聚：團聚通常是因為比表面積大，表

4、面能高。但是制備粉末就是為了增加比表面積，那么就從降低表面能的角度去考慮問題就可以了。低溫避光通?？梢越鉀Q一定程度上的問題，若是溶液或者是濁液乳液性質(zhì)的，可以適當加入某些可以降低表面能的藥劑,定義：機械合金化（簡稱MA）是指金屬或合金粉末在高能球磨機中通過粉末顆粒與磨球之間長時間激烈地沖擊、碰撞，使粉末顆粒反復產(chǎn)生冷焊、斷裂，導致粉末顆粒中原子擴散，從而獲得合金化粉末的一種粉末制備技術(shù)。 機械合金化是在高速攪拌球磨的條件下，利用金屬粉末混合物的重復冷焊和斷裂進行機械合金化的。也可以在金屬粉末中加入非金屬粉末來實現(xiàn)機械合金化,2、機械合金化（Mechanical Alloying (MA),復習

5、 冷焊：在摩擦學中，兩直接接觸表面在常溫、低溫下形成的黏著。 冷焊技術(shù)：采用合理的工藝,選擇適當?shù)幕瘜W粘合材料（膠粘劑、密封劑、固持劑、修補劑等.）將同種材料或異種材料連接在一起,實現(xiàn)連接、密封、固持、功能涂層的一項新技術(shù)。因通常在常溫下施工，被稱為“冷焊技術(shù),2、機械合金化（Mechanical Alloying (MA),1)渦旋研磨 一般機械研磨只適用于粉碎脆性金屬和合金，而渦旋研磨就是為了有效地研磨軟金屬而發(fā)展起來的，最早用于生產(chǎn)磁性材料的純鐵粉 渦旋研磨機的工作室內(nèi)不放任何研磨體，主要依靠被研磨物料顆粒間自相撞擊和物料顆粒與磨壁、螺旋槳間的撞擊進行研磨的。 由于渦旋研磨所得的粉末較細

6、，工作過程中，為了防止粉末氧化，可以在工作室中通入惰性氣體或還原性氣體作為保護氣氛。 碟狀粉末（凹形） 細金屬絲，切屑以及其他廢屑,3、其它機械粉碎法,2)冷氣流粉碎 基本工藝：利用高速高壓的氣流帶著較粗的顆粒通過噴嘴轟擊在擊碎室中的靶子，壓力立即從高壓7MPa降到0.1MPa，發(fā)生絕熱膨脹，使金屬靶和擊碎室的溫度降到室溫以下，甚至零度以下，冷卻了的顆粒即被粉碎,3、其它機械粉碎法,霧化是指利用高壓流體或其他特殊的方法將熔融金屬粉碎成細小的液滴，從而得到粉末的過程。 霧化法是將液體金屬或合金直接破碎成為細小的液滴，其大小一般小于150m，而成為粉末。 霧化法可用來制取多種金屬粉末，各種預(yù)合金粉

7、末,1.2 霧化法,霧化制粉法主要包括：二流霧化(氣霧化和水霧化)，離心霧化(旋轉(zhuǎn)圓盤霧化，旋轉(zhuǎn)坩堝霧化，旋轉(zhuǎn)電極霧化)，真空霧化，輥筒霧化，超聲霧化，電磁離心霧化，振動電極霧化等。 霧化制粉的優(yōu)點： 容易制得所需成分的、純度高和組織均勻的、且工藝性能好的優(yōu)質(zhì)金屬粉末； 粉末顆粒形狀、大小和粒度分布等均可在一定范圍內(nèi)調(diào)整； 可以使用廉價原料(廢金屬等)； 工藝流程短，設(shè)備簡單，因而總體成本也低,借助高壓水流或高速氣流的沖擊來破碎金屬液流，稱二流霧化，包括水霧化和氣霧化。 霧化過程是一個復雜的過程，按霧化介質(zhì)與金屬液流相互作用的實質(zhì)，既有物理機械作用，又有物理化學變化。高速的氣流或水流，既是破碎

8、金屬液的動力(能量交換)，又是金屬液流的冷卻劑(熱量交換,1、二流霧化,離心霧化是利用機械旋轉(zhuǎn)的離心力將金屬液流擊碎成細的液體，然后冷卻凝結(jié)成粉末的形狀。 離心霧化的發(fā)展是與控制粉末粒度的要求和解決制取活性金屬粉末的困難相關(guān),2、離心霧化,離心霧化：利用機械旋轉(zhuǎn)造成的離心力將金屬液流擊碎成細的液滴，然后冷凝成粉末的霧化過程,旋轉(zhuǎn)圓盤霧化：鐵、鋼等粉末 旋轉(zhuǎn)坩堝霧化：鋁合金、鈦合金、鎳合金粉末 旋轉(zhuǎn)電極霧化：高溫合金粉末、活性金屬(鋯、鈦等)粉末及超合金粉末。該法的特點：粉末干凈，球形粉末，粒度均勻沒有坩堝污染；生產(chǎn)效率低，設(shè)備和加工成本較高，粉末粒度粗,離心霧化的幾種形式,輥筒霧化法：制取非晶

9、態(tài)金屬，片狀 振動電極霧化法：自耗電極的振動，球形粉末 熔滴霧化法：真空和惰性氣氛，球形顆粒 超聲霧化法：高速氣體脈沖，球形粉末 真空霧化：球形粉末，純度較高,3、其他霧化工藝,還原法是還原金屬氧化物及鹽類來制取金屬粉末的制粉方法，是一種應(yīng)用最廣泛的制粉方法。 還原法：用還原氣體(固體)或活潑金屬將氧化物還原制備粉末的過程。 還原劑狀態(tài)：固態(tài)、氣態(tài)、液態(tài)；被還原物料狀態(tài)：固態(tài)、氣態(tài)、液態(tài) 還原反應(yīng)向生成金屬方向進行的熱力學條件是還原劑氧化反應(yīng)的生成自由能變化小于金屬氧化反應(yīng)的生成自由能變化。 MeO+X=Me+XO,1.3 還原法,制造金屬粉末常用的還原劑有：固體碳(如木炭、焦炭和炭黑等)；氣

10、體(如氫、分解氨和轉(zhuǎn)化天然氣等)；金屬(如鈉、鈣和鋁等)。 表1-5示出用不同還原劑和被還原物質(zhì)進行還原作用制取粉末的實例,還原法制粉的常用還原劑,工藝上所說的還原是指通過一種物質(zhì)-還原劑，奪取氧化物或鹽類中的氧(酸根)而使其轉(zhuǎn)變?yōu)樵鼗虻蛢r氧化物(低價鹽)的過程。最簡單的反應(yīng)可用下式表示： MeO+X=Me+XO 式中Me-生成氧化物MeO的任何金屬； X-還原劑。 對于進行還原反應(yīng)來說，還原劑X對氧的化學親和力必須大于金屬對氧的親和力,還原劑,用固體碳可以還原很多種金屬氧化物，如鐵、錳、銅、鎳、鎢等。碳還原法制取金屬粉末在工業(yè)上大規(guī)模應(yīng)用的主要是用于生產(chǎn)鐵粉。因為碳還原法會造成產(chǎn)品中含碳量

11、增加。 鐵的還原是分階段進行的，即先從高價氧化鐵還原成低價氧化鐵，最后還原成金屬鐵：Fe2O3Fe3O4FeOFe,1、碳還原法,氣體還原法不僅可以制取鐵、鎳、鈷、銅、鎢以及鉬等金屬粉末，還可制取一些合金粉末。優(yōu)點：所得粉末比固體還原所得粉末純度高。 氫還原法制取鐵粉（也是從高價到低價的還原過程） 水冶法制取鈷粉（仍然是以H2為還原劑） 氫還原法制取鎢粉（氫還原三價鎢,2、氣體還原法,金屬熱還原法主要應(yīng)用于制取稀有金屬粉末，如鉭、鈮、鈦、鋯、釷、鈾等金屬粉末。 金屬熱還原的反應(yīng)可用一般化學式表示： MeX+Me=MeX+Me+Q MeO+X=Me+XO 式中MeX-被還原的金屬化合物(氧化物、

12、鹽類等)； Me-金屬熱還原劑； Q-反應(yīng)熱效應(yīng),3、金屬熱還原,制取難熔化合物粉末(碳化物、硼化物、氮化物和硅化物)的主要方法，與還原法制取金屬粉末極為相似。碳、硼和氮能與過渡族金屬元素形成間隙固溶體或間隙化合物，而硅與這類金屬元素只能形成非間隙固溶體或非間隙化合物(置換固溶體)。 難熔化合物具有高熔點、高硬度以及其他有用性能，在現(xiàn)代技術(shù)中被廣泛用于作為硬質(zhì)合金、耐熱材料、電工材料、耐蝕材料以及其他材料的基體。 制取碳化物、硼化物和硅化物最常用的方法是還原氧化物。氧化物可以用氮化金屬或氮化金屬化合物的方法制取,4、難熔化合物粉末的制取,碳化物MeC可以用碳還原氧化物MeO的方法制取，反應(yīng)如下

13、： MeO+2C=MeC+CO 硼化物MeB最經(jīng)濟并且最普遍采用的制取方法是用碳化硼和碳還原金屬氧化物，反應(yīng)如下： 4MeO+B4C+3C=4MeB+4CO,舉例,1）金屬蒸汽冷凝（鋅、鎘） （2）羰基物熱離解 （3）氣相還原（包括氣相金屬熱還原和氣相氫還原） （4）化學氣相沉積,1.4 氣相沉積法,某些金屬特別是過渡族金屬能與一氧化碳生成金屬羰基化合物Me(CO)n。這些羰基物是易揮發(fā)的液體和易升華的固體，而且這類羰基物亦很容易離解生成金屬粉末和一氧化碳。 羰基法也叫熱離解法，就是把金屬(如鐵或鎳)與CO反應(yīng)生成的羰基物(如羰基鐵或羰基鎳)進行加熱，使其分解而得到金屬粉末的方法。 羰基法不僅

14、可以生成純金屬粉末，而且可以同時離解幾種羰基化合物的混合物，制得合金粉末；如果在一些顆粒上沉積熱離解羰基物，就可以制得包覆粉末,1、羰基物熱離解法,包括氣相氫還原法、氣相金屬熱還原法 氣相氫還原是指用氫還原氣態(tài)金屬鹵化物，主要是還原金屬氯化物。該法可用于制取W、Mo、Ta、Nb、Cr、V、Ni、Co等金屬粉末，以及通過同時還原幾種金屬氯化物制得合金粉末，還可制取包覆粉末。 舉例：氫氣還原六氯化鎢制取超細鎢粉。 W+3Cl2WCl6 (鎢的氯化反應(yīng)) WCl6+3H2W+6HCl (氫還原反應(yīng)) 反應(yīng)過程中溫度越高，鎢粉粒度越細,2、氣相還原法,化學氣相沉積法(CVD)是從氣態(tài)金屬鹵化物(主要是

15、氯化物)還原化合沉積制取難熔化合物粉末和各種涂層，包括碳化物、硼化物、硅化物和氯化物等方法,3、化學氣相沉積法,硝酸鹽、氯化鹽或硫酸鹽等金屬鹽溶液可以用來制取金屬沉淀物和涂層的復合沉淀物，這是一種很容易制取粉末的方法。 金屬置換法可以用來制取銅、鉛、錫、銀、金等粉末。用一種金屬從水溶液中取代出另外一種金屬的過程叫置換。從熱力學來說，只能用負電位較大的金屬去置換溶液中正電位較大的金屬,1.5 液相沉淀法,電解制取金屬粉末的原理是，溶液中通以直流電時，于金屬鹽水溶液中離解的金屬離子在陰極上放電，反應(yīng)式為： Men+ne=Me 金屬離子來源于金屬陽極和含這種金屬的鹽的電解液。 在一定的條件下，粉末可以在電解槽的陰極上沉積出來。在物理化學法生產(chǎn)的粉末數(shù)量中，電解法的生產(chǎn)僅次于還原法生產(chǎn)的粉末,1.6 電解法,電解法生產(chǎn)粉末的特點：制取粉末成本高(所以與霧化法相比，電解法治粉很快就會衰落)；粉末的純度高；由于結(jié)晶，粉末形狀一般為樹枝狀，壓制性較好；電解法可以控制粉末的粒度，可用于生產(chǎn)超細粉末。 主要采用水溶液電解和熔鹽電解 (1)水溶液電解可以生產(chǎn)銅、鐵、鎳、銀