粉末冶金考試資料

1、粉末冶金課本概述緒論粉末冶金：粉末冶金是一種制取金屬粉末，以及采用成形和燒結(jié)工藝將金屬粉末（或金屬粉末與非金屬粉末得混合物）支撐制品的工藝技術(shù)。又稱(chēng)金屬陶瓷法。 粉末冶金工藝的基本工序：1、原料粉末的制取和準(zhǔn)備。2、將金屬粉末制成所需形狀的坯塊。3、將坯塊在物料主要組元熔點(diǎn)一下的溫度進(jìn)行燒結(jié)，使制品具有最終的物理、化學(xué)和力學(xué)性能。粉末冶金的優(yōu)勢(shì)：1、在生產(chǎn)零部件時(shí)成本低。2、有些獨(dú)特的性能或者顯微組織無(wú)可非議地只能由粉末冶金方法實(shí)現(xiàn)。3、有些材料如活性金屬用其它工藝來(lái)制取十分困難，而粉末冶金則相對(duì)容易。粉末冶金的不足：粉末成本高，制品的大小和形狀受到一定限制，燒結(jié)件的韌性較差。粉末的制取粉末制

2、備方法的分類(lèi)粉末制備方法分為物理機(jī)械法和物理化學(xué)法，物理機(jī)械法分為機(jī)械研磨法和高溫物化法；物理化學(xué)法分為氧化還原法、氣相沉積法、液相沉積法、電解法和納米超細(xì)粉末制備技術(shù)。也可按照原料狀態(tài)下分類(lèi)，在固態(tài)下制取粉末有機(jī)械粉碎法、電化腐蝕法、還原-化合法；在氣態(tài)下制取粉末有蒸汽冷凝法、羥基物熱離解法；在液態(tài)制取粉末有霧化法、置換法、溶液氫還原法、電解法。機(jī)械粉碎法機(jī)械粉碎法：是靠壓碎和磨削等作用將塊狀金屬、合金或機(jī)械化合物機(jī)械地粉碎成粉末的方法。機(jī)械研磨法研磨的規(guī)律：研磨時(shí)有四種力作用在顆粒材料上：沖擊（一個(gè)顆粒體被另一個(gè)顆粒體瞬時(shí)撞擊）、磨耗（由于兩物體間的摩擦作用產(chǎn)生磨損碎屑或顆粒）、剪切（將顆

3、粒切割或劈開(kāi)）、壓縮（緩慢施加壓力于顆粒上，壓碎或擠壓顆粒材料）。研磨的作用：減小或增大粉末粒度（一般是使粉末的粒度變細(xì)）；合金化；固態(tài)混料；改善，轉(zhuǎn)變或者改變材料的性能。研磨與轉(zhuǎn)速：當(dāng)轉(zhuǎn)速增大到一定速度時(shí)，球體受離心力作用不能跌落，物料不能被粉碎。這種情況下的轉(zhuǎn)速為臨界轉(zhuǎn)速。臨界轉(zhuǎn)速n臨界與圓筒直徑D有關(guān)，n臨界=42.4/D r/min 在工作中，欲使球體起沖擊作用，圓通轉(zhuǎn)速為(0.70.75)n臨界。滾動(dòng)和滑動(dòng)制度則要為0.6n臨界。影響球磨的因素：球磨機(jī)中的研磨過(guò)程取決于：裝料量，球磨筒尺寸，球磨機(jī)轉(zhuǎn)速，研磨時(shí)間，球體與被研磨物料的比例，研磨介質(zhì)以及球體直徑。1、球體直徑：研磨硬而脆的

4、材質(zhì)時(shí)，可選用球筒直徑D與長(zhǎng)度L之比D/L>3的球磨機(jī)；當(dāng)D/L>3時(shí)，適于研磨塑性的材質(zhì)。2、球磨機(jī)的填充系數(shù)一般為0.40.5。3、裝料量為球磨筒容積的20。4、球體大小對(duì)物料的粉碎也有很大影響，一般大小不同的球配合使用。d<(1/181/24)D。球磨鐵粉選用1020mm的鋼球。5、物料除可以在空氣介質(zhì)中干磨外還可以在液體介質(zhì)中進(jìn)行濕磨。液體介質(zhì)可以是汽油，水，酒精，丙酮等。6、物料是脆性材料還是塑性材料對(duì)研磨過(guò)程有很大影響。脆性材料雖然硬度高，但很快被粉碎，塑性材料則相反。人工脆化很有意義。裝填系數(shù)：球體體積與球磨筒容積之比。濕磨的主要優(yōu)點(diǎn)：可減少金屬氧化；防止金屬顆

5、粒的再聚集長(zhǎng)大；減少物料的成分偏析；防止粉末飛揚(yáng)，改善勞動(dòng)環(huán)境。強(qiáng)化球磨的方法：提高研磨速率，可強(qiáng)化研磨效果，有振動(dòng)球磨和行星球磨。 機(jī)械合金化（MA）：是在高速攪拌球磨的條件下，利用金屬粉末混合物的重復(fù)冷焊和斷裂進(jìn)行合金化的。也可在金屬粉末中加入非金屬粉末來(lái)實(shí)現(xiàn)機(jī)械合金化。是一種高能球磨法。機(jī)械合金化與機(jī)械混合法的不同：1、粉末中引入了大量的缺陷和納米結(jié)構(gòu)，使合金過(guò)程的熱力學(xué)和動(dòng)力學(xué)不同于普通的固態(tài)反應(yīng)。合成常規(guī)法難以合成新型合金，如固態(tài)下溶解度較小，甚至在液態(tài)下幾乎不互溶的體系，通過(guò)MA可以形成固溶體。霧化法霧化法：是將液態(tài)金屬或合金直接破碎成細(xì)小的液滴，其大小一般在150m，而成為粉末。

6、制粒：用于制造大顆粒粉末的工藝稱(chēng)為制粒。是讓熔融金屬通過(guò)小孔或篩網(wǎng)自動(dòng)注入空氣或水中，冷凝后便得到金屬粉末。二流霧化（水霧化或氣霧化）：借助高壓水流或者氣流的沖擊來(lái)破碎液流。 離心霧化：用離心力破碎液流稱(chēng)為離心霧化。真空霧化：在真空中的霧化叫做真空霧化。超聲波霧化：利用超聲波能量來(lái)實(shí)現(xiàn)液流的破碎稱(chēng)為超聲波霧化。霧化的形式：平行噴射，垂直噴射，V型噴射，錐形噴射，旋渦環(huán)形噴射。 霧化噴嘴：自由降落式噴嘴，側(cè)線(xiàn)式噴嘴。水霧化中，霧化粉末粒度D與水速有關(guān)，D=C/sin。還原法碳還原法固體碳還原氧化鐵的過(guò)程：Fe2O3->Fe3O4->FeO->Fe當(dāng)溫度高于570時(shí)有3Fe2O3

7、+C=2Fe3O4+CO Fe3O4+C=3FeO+CO FeO+C=Fe+CO當(dāng)溫度低于570時(shí)有1/4Fe3O4+C=3/4Fe+CO氣體還原法鎢粉只能用氫氣來(lái)制取。鎢的氧化物有四種，WO3,WO2.90,WO2.72,WO2總反應(yīng)為：WO3+3H2=W+3H2O影響鎢粉純度的主要因素有原料，氫氣，還原溫度時(shí)間和料層厚度，添加劑。金屬熱還原主要應(yīng)用于制取稀有金屬粉末，如鉭鈮等?？偡磻?yīng)式是MeX+Me1=Me1X+Me+Q 金屬熱還原法應(yīng)滿(mǎn)足一下條件：1、還原反應(yīng)中的Q較大，使還原過(guò)程能夠依靠反應(yīng)熱效應(yīng)自發(fā)進(jìn)行。2、還原過(guò)程中所形成的渣和殘余的金屬還原劑應(yīng)該容易與金屬分離開(kāi)來(lái)。3、金屬還原劑

8、與被還原金屬不能形成合金或其它化合物。 氣相沉積法氣相沉積法有以下幾種形式：1、金屬蒸汽冷凝。2、羥基物熱離解。3、氣體還原。4、化學(xué)氣相沉積。羥基物熱解離法（羥基法）：就是離解金屬羥基化合物而制取金屬粉末的方法。不僅可以生產(chǎn)純金屬粉末，合金粉末也可制的包覆粉末。制的的粉末很純，可制Ni粉。180時(shí)Ni+4CO=Ni（CO4）;280300時(shí) Ni（CO4）=Ni+4CO氣象還原法：是指用氫還原氣態(tài)金屬鹵化物的方法?？梢灾频慕饘俜勰?，合金粉末，包覆粉末。此法得到的粉末都是很細(xì)或者超細(xì)的?？芍频某?xì)鎢粉：W+3Cl2->WCl6 WCl6->W+6HCl化學(xué)氣相沉積（CVD）：是從金

9、屬鹵化物還原化合沉積制取難熔化合物粉末和各種涂層的方法。包括碳化物，硼化物和氮化物等方法。碳化物：金屬鹵化物+CmHn+H2->MeC+HCl+H2液相沉積法金屬置換法：用一種金屬?gòu)乃芤褐腥〈隽硪环N金屬的過(guò)程。液態(tài)氫還原法：用氣體從溶液中還原金屬鹽溶液制取金屬粉末的方法。反應(yīng)式為可以制取銅鎳鈷等金屬粉末，也可以制取合金粉末和包覆粉末。液相共沉淀法制取復(fù)合粉末有兩種方案：1、使基體金屬和彌散相金屬鹽或氫氧化物在同種溶液中同時(shí)析出達(dá)到均勻分布，然后經(jīng)干燥，分解，還原過(guò)程以得到基體金屬和彌散相的復(fù)合粉末。2、將彌散相制成最終粒度，然后懸浮在含基體金屬的水溶液中作為沉淀結(jié)晶核心。待基體金屬以某種化合物沉淀后，經(jīng)過(guò)干燥還原就得到以彌散相為核心，基體金屬包覆在彌散相核心外面的包覆粉末。 電解法電解法：在一定的條件下，粉末可以在電解槽的陰極上沉積出來(lái)。電解法因?yàn)槌杀据^高，生產(chǎn)中占得比重較小，所得粉末較純，粉末