粉末與粘結(jié)劑

1、預(yù)混合粉末中金屬粉末與粘結(jié)劑作用機(jī)理和測試方法姓名：2012年12月中南大學(xué)粉末冶金研究院粉體科學(xué)導(dǎo)論一、作用機(jī)理 思考思考 為什么要進(jìn)行預(yù)混合以及粘結(jié)劑在預(yù)混合過程中的作用？一、作用機(jī)理預(yù)混合中粘結(jié)劑的主要作用： 1、防止產(chǎn)生成分偏析 在實(shí)際生產(chǎn)、運(yùn)輸、存儲過程中，由于重力作用，使得比重大粒徑小的顆粒下沉（如Fe-Mn顆粒，粒徑20m，比重大；石墨顆粒比重輕，上?。?2、提高壓坯密度 大小顆粒之間的搭配，有效填充孔隙，提高壓坯密度。 3、提高壓坯強(qiáng)度 可直接機(jī)加工成所需形狀 4、減少揚(yáng)塵 綠色環(huán)保一、作用機(jī)理 預(yù)混合：在粘結(jié)劑的作用下，使不同成分、不同顆粒大小的粉末粘結(jié)在一起的過程。圖圖1

2、 1一、作用機(jī)理圖圖2 2 粘結(jié)模型一、作用機(jī)理 粘結(jié)劑粘附效果的影響因素有哪些？ 1、粉末表面結(jié)構(gòu)形貌 表面原子排列突然中斷，如果在該處原子仍按照內(nèi)部方式排列，則勢必增大系統(tǒng)的自由能(主要是彈性能). 為此，表面附近原子排列必須進(jìn)行調(diào)整. 調(diào)整方式有兩種： (1)自行調(diào)整，表面處原子排列與內(nèi)部有明顯不同； (2)靠外來因素調(diào)整，如吸附雜質(zhì)，生成新相等幾種清潔表面結(jié)構(gòu)一、作用機(jī)理圖圖3 幾種清潔表面結(jié)構(gòu) 馳豫(relaxation)、重構(gòu)(reconstruction)、吸附(chemisorption)等是常見表面結(jié)構(gòu)與現(xiàn)象. 馳豫、重構(gòu)、偏析(segregation)、臺階(ledge)屬

3、粉表面自行調(diào)整且通常是馳豫的. 表面原子(或離子)間距偏離體內(nèi)的晶體晶格常數(shù)，而晶胞結(jié)構(gòu)基本不變，這種情況稱馳豫一、作用機(jī)理雙電層結(jié)構(gòu)圖4 NaCl 理想結(jié)構(gòu)與馳豫結(jié)構(gòu)一、作用機(jī)理一、作用機(jī)理圖圖5 理想納米金屬粉末表面原子排列理想納米金屬粉末表面原子排列一、作用機(jī)理 大氣中的粉末表面結(jié)構(gòu) 金屬、氧化物、碳化物、氮化物等物質(zhì)的表面在大氣環(huán)境下都有一層羥基,這是表面的懸鍵與空氣中的O2 和水等反應(yīng)形成的。 由于在羥基層(R O H) 中氧的兩端,一端是高價(jià)金屬離子Rn + ( n = 2 ,3 ,4 ,5 等) ,另一端是電荷小的氫離子,結(jié)構(gòu)不平衡,表面過剩能仍較大,從而使羥基繼續(xù)以物理吸附的形

4、式吸附水等極性物質(zhì)。一、作用機(jī)理 2、粘結(jié)劑與粉末的相互作用 例：石蠟粘結(jié)劑與粉末的作用機(jī)理 石蠟是直鏈烷烴的混合物，可用分子式CnH2n+2來表示，飽和烷烴中只存在C-C鍵和C-H鍵，每個(gè)C原子周圍的4個(gè)鍵以SP3軌道雜化，成鍵電子云沿鍵軸對稱分布。2S軌道2P軌道一個(gè)SP3雜化軌道四個(gè)SP3雜化軌道圖圖6 6一、作用機(jī)理Heating圖圖7 7 粘結(jié)過程示意圖粘結(jié)過程示意圖一、作用機(jī)理 在圖7中，粘結(jié)劑優(yōu)先作用于粉末表面的凹陷處，因?yàn)樵撎幥拾霃叫?，由圖5可知曲率半徑越小的地方原子活性越大，表面能越高，因此粘結(jié)劑在這些地方填充有利于表面能的降低。二、測試方法 粘結(jié)劑與金屬粉末顆粒之間作用力

5、的測試方法： 1）潤濕性：粘結(jié)劑熔融態(tài)對塊狀金屬的潤濕性-潤濕角 二、測試方法(1)高分子固體的潤濕性質(zhì)與其分子的元素組成有關(guān)。在其引入氟原子時(shí)會變小，而引入其他雜質(zhì)原子時(shí)升高， 雜原子使其潤濕能力增加的順序如下： FHClBrION。 同一原子取代越多則效果愈明顯。(2)有機(jī)物質(zhì)中含有極性基團(tuán)時(shí)升高。(3)附有表面活性物質(zhì)的單分子層的玻璃或金屬顯示了低能表面的性質(zhì)，這說明決定固體潤濕性質(zhì)的是表面層原子或原子團(tuán)的性質(zhì)及排列情況，與內(nèi)部結(jié)構(gòu)無關(guān)。 液體液體(mN/m 不銹鋼不銹鋼鉑鉑石英石英Al2O3辛醇辛醇127.835424243辛醇辛醇226.7142930262乙基乙基己醇己醇126.7

6、5202619正辛酸正辛酸29.2344232432乙基乙基己烷己烷27.8511712磷酸三鄰磷酸三鄰甲酚酯甲酚酯40.971418磷酸三鄰磷酸三鄰氯苯酯氯苯酯45.871921一些高分子有機(jī)物在固體表面上的接觸角（一些高分子有機(jī)物在固體表面上的接觸角（20）二、測試方法 2）測定粘結(jié)劑與金屬粉末的結(jié)合力-膠沾法 日本人的方法：二、測試方法二、測試方法二、測試方法二、測試方法二、測試方法二、測試方法我們的方法：二、測試方法 3）Zeta電位 又叫電動(dòng)電位或電動(dòng)電勢 Zeta電位是對顆粒之間相互排斥或吸引力的強(qiáng)度的度量。分子或分散粒子越小，Zeta電位（正或負(fù)）越高，體系越穩(wěn)定，即溶解或分散可以抵抗聚集。反之，Zeta電位（正或負(fù)）越低，越傾向于凝結(jié)或凝聚，即吸引力超過了排斥力，分散被破壞而發(fā)生凝結(jié)或凝聚。二、測試方法 Stern layerStern layer剪切面剪切面擴(kuò)散層擴(kuò)散層- -100-1000 0mVmV到顆粒表面的距離到顆粒表面的距離表面電位表面電位SternStern電位電位ZetaZeta電位電位二、測試方法 Zeta電位與體系穩(wěn)定性之間的大致