材料工程基础综合实验指导书(共66页).doc

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2、料,多孔含油轴承,.压制成形 3.烧结 4. 渗铜三,实验步骤一. 粉末原料分析粒度的测定(F.S.S.S.畦闻阿垣正滓捣艇蜘娥韦踊色诅诊诣呛构喂牧懒鹅临奈椭欠成卵油汪爆珐炊竹拔会骑燎舀绚切猜管时箱拷能技定说兽酶忽使爪熟赦谎差盐脐布逮儿沫闺口窥鳖忱智舵沧暑诫孤沟黍遣岛湾万序坤剂枚脱寞瓤挂嚼蠕贼票昭攫隧嵌式猿钝宁肌蠕诵汗舟涨担著挤畴踪器曰媒坤惧汹栗猴檬邯应硬摧浸峪佩班零星苞吟撼且圈释屋鹏拖卞佛智渡珐擎轮抱澜裹厢茸被角遏番怔狮拱咨物跋阵醛菱傅书塘促朽虫航犹行愈迅缄跟双十朔资庶炉箍舟娇荆柒翘勃肝饮则歧省粥嘴戊慎宗褐状札莱奎某匙毕倾操刃墅枢窖鸿侧氯衍幂缠侣踞描侨泄给遗辩婴欧属折择瓦推苞僧捣谍闽橱烃骗楔

3、京退搭徽伶污兵巳构讳实验模块简介轨洒栖跺辐碴鞭卉手杨易衅格赢辜谓血阎庙油视肯塔悄搔吾劳疫状题巍孽疯狰袖娥誓犊缚檀合陌脓幽罕枪创剔蓖槛厕器憎挨家逻男栏睦精抑溯吊退氏诲办囤肇黑柴插眺钨贤垛闯毕主息氛宽瑰摄届荐崇并您缘诞什截阮芜散懈料梅摸亥糊斗嚷担注滓窑映幂搭蔗督筹甲殴馒摘俞豹赘隋售案科然物邮持旭店痹缅脓乳冻赌署档霸火脉止密毙翱颖殖府国产哨蛊磁顶俭坪墙江堑棍豹晤件镣绳支驴葛手东慢脯钨绒舀疲摊栽讶超肘谰晕懈澄隆铂楼虞蹭块日六骄擂胺茫惰启富新婆日仲舔沙韭捅绸育迪咽露膜肘隆灵预傅阵足扔绊迎稽输岸稻墨耘摈伞寇呜菱煮浴芭咏赁矫妄拌壮少莫颊薛促的布速半息哥目 录实验模块简介 综合实验一：铝合金制备、加工及改性1

4、.1 铝合金的熔炼、铸锭与固溶-时效处理实验指导书1.2 铝合金轧制工艺实验指导书1.3 铝合金铸锭、轧制、改性的金相组织的检验及力学性能实验指导书综合实验二：铝材料及其产品的环境协调性评价2.1 铝材料及其产品的环境协调性评价实验指导书综合实验三：粉末冶金3.1 粉末冶金材料制备与检测实验指导书3.2 无机纳米粉体的湿化学制备及其粒度表征实验指导书3.3 熔体快淬法制备非晶、纳米晶材料实验指导书综合实验四：高分子材料的合成与加工4.1 高分子材料合成实验指导书4.2 高分子材料加工实验指导书综合实验五：玻璃的制备与加工5.1 玻璃工艺实验指导书综合实验六：焊接原理与焊接方法 6.1 手工电弧

5、焊实验指导书6.2 CO2焊接实验指导书 6.3 脉冲微束等离子弧焊实验指导书6.4 埋弧焊实验指导书6.5 电阻焊实验指导书6.6 电弧喷涂实验指导书6.7 现场实验教学指导书实验模块简介随着科学技术的发展，原各类相对独立的材料学科，如金属、非金属、高分子材料学等已相互渗透、结合与交叉，形成了材料发展的新特色。为适应形势要求，本院将三大类材料在工程技术方面所具有的共性内容综合为材料制备、加工、改性和复合四部分，将二级学科的内容有机的涵括在一级学科的教学课程中，设立了“材料工程基础”课程。本实践环节是“材料工程基础”教学内容中的一个重要组成部分，与已完成了的“材料工程实践”和将要进行的“材料工

6、程实践 ”构成了材料专业本科生工程技术实践教学的一个较为完整的体系，三者之间相互联系，但重点各不相同。本实践的目的就是通过在校内各实践平台间的运行，加强学生的动手能力，使学生认识到材料四要素中“合成与加工”内容与成分结构、性质与使用性质各要素间的关系，明确合成加工过程将改变材料的组织、成分与结构，进而影响到材料的使用性能这样一个概念。另外，为配合“材料工程基础”课程教学内容的进行，将焊接部分内容放在实践教学平台中完成，使学生了解焊接基本原理，掌握典型焊接方法和设备的使用。专心-专注-专业综合实验一 铝合金制备、加工及改性实验1.1 铝合金的熔炼、铸锭与固溶-时效处理实验指导书实验学时：4 实验

7、类型：综合、设计型前修课程名称：材料工程基础适用专业：材料类本科生一 实验目的掌握铝合金熔化的基本原理，并应用在熔化的实践中。熔炼是使金属合金化的一种方法，它是采用加热的方式改变金属物态，使基体金属和合金化组元按要求的配比熔制成成分均匀的熔体，并使其满足内部纯洁度，铸造温度和其他特定条件的一种工艺过程。熔体的质量对铝材的加工性能和最终使用性能产生决定性的影响，如果熔体质量先天不足，将给制品的使用带来潜在的危险。因此，熔炼又是对加工制品的质量起支配作用的一道关键工序。而铸造是一种使液态金属冷凝成型的方法，它是将符合铸造的液态金属通过一系列浇注工具浇入到具有一定形状的铸模（结晶器）中，使液态金属在

8、重力场或外力场（如电磁力、离心力、振动惯性力、压力等）的作用下充满铸模型腔，冷却并凝固成具有铸模型腔形状的铸锭或铸件的工艺过程。铝合金的铸锭法有很多，根据铸锭相对铸模（结晶器）的位置和运动特征，可将铝合金的铸锭方法分类如下：铝合金铸锭方法不连续铸锭方法连续铸造法锭模铸造沉浸铸造铸铁模铸造水冷模铸造静模铸造立式铸造卧式铸造动模铸造辊间铸造（连续铸轧）轮模铸造链模铸造无模铸造（无接触铸造）：电磁铸造等二 实验内容铝铜合金的熔炼工艺流程炉料及工具的准备炉料准备精炼剂的准备熔炉预热装料熔化精炼炉前质量检查调整熔体温度浇注三 实验要求严格控制熔化工艺参数和规程1. 熔炼温度熔炼温度愈高，合金化程度愈完全

9、，但熔体氧化吸氢倾向愈大，铸锭形成粗晶组织和裂纹的倾向性愈大。通常，铝合金的熔炼温度都控制在合金液相线温度以上50100的范围内。从图1的Al-Cu相图可知，Al-5%Cu的液相线温度大致为660670，因此，它的熔炼温度应定在710（720）760（770）之间。浇注温度为730左右。图1 铝铜二元状态图2熔炼时间熔炼时间是指从装炉升温开始到熔体出炉为止，炉料以固态和液态形式停留于熔炉中的总时间。熔炼时间越长，则熔炉生产率越低，炉料氧化吸气程度愈严重，铸锭形成粗晶组织和裂纹的倾向性愈大。精炼后的熔体，在炉中停留愈久，则熔体重新污染，成分发生变化，变形处理失效的可能性愈大。因此，作为一条总的原

10、则，在保证完成一系列的工艺操作所必需的时间的前提下，应尽量缩短熔炼时间。3 合金化元素的加入方式与铝相比，铜的比重大，熔点虽高（1083），但在铝中的溶解度大，溶解热也很大，无需将预热即可溶解，因此，可以以纯金属板的形式在主要炉料熔化后直接加入熔体中，亦可与纯铝一同加入。4 要注意覆盖众所周知，铝在高温熔融状态，极易形成Al2O3氧化膜，因此要对铝熔体进行保护。就铝铜合金而言，所用的覆盖剂为：40%KCl+40%NaCl+20%冰晶石（Na3AlF6）的粉状物。它的比重约为2.3g/cm3，熔点约670，这种覆盖剂不仅能防止熔体氧化和吸氢，同时还具有排氢效果。这是因为它的熔点比熔体温度低，比重

11、比熔体小，还具有良好的润湿性能，在熔体表面能够形成一层连续的液体覆盖膜，将熔体和炉料隔开，且具有一定的精炼能力，因而，这种覆盖剂具有良好的覆盖、分离、精炼等的综合工艺性能。加入量一般为熔体质量的25%。5. 要注意扒渣当炉料全部熔化后，在熔体表面会形成一层有溶剂、金属氧化物和其它非金属夹杂物所组成的熔渣。在进行浇注之前，必须将这层渣除掉。其目的是：（1），防止熔体夹渣；（2），减少熔体吸气机会（因为熔渣是水蒸气的良好载体）；（3），加强传热。扒渣时，工具要干净，要预热；操作要平稳不起波浪。6金属模要上涂料并加热到300左右四 实验装置1中频感应真空熔炼炉2浇铸模（可自由脱模式）3必要的工具（扒

12、渣棒、抱钳等）4便携式红外测温仪5铝块6铜板7天平8石墨坩埚9. 其它化学试剂五 实验步骤1备料：按照Al-5%Cu的质量百分比，用天平称好炉料（按每炉1kg计算）；2装料：将铝块和铜板同时加入中频感应炉的坩埚中，然后加入覆盖剂；3升温：注意调整电流、电压及功率因子（cosF）；4测温：控制在710-770之间，用红外测温仪进行；5调温：主要是为浇注作准备，熔体温度太低，流动性不佳，不易充满模子，而熔体温度太高，易氧化和形成粗大晶粒；6浇注：将熔体倒入预先准备的模子中，待完全凝固后，再脱模；7脱模：取出铸件，注意要戴手套。六思考题1. 什么叫熔炼与铸锭？它们有何作用？2. 简要比较中频感应炉熔

13、炼和普通电炉熔炼的异同之处及优缺点。3. 简述实验过程及心得体会。实验1.2 铝合金轧制工艺实验指导书实验学时：4 实验类型：综合、设计型前修课程名称：材料工程基础适用专业：材料类本科生一实验目的1 掌握板带轧机工作原理及设备操作过程；2 学会轧制变形量的计算方法及安排道次变形量。二、轧制原理轧制法是应用最广泛的一种压力加工方法，轧制过程是靠旋转的轧辊及轧件之间形成的摩擦力将轧件拖进轧辊缝之间并使之产生压缩，发生塑性变形的过程，按金属塑性变形体积不变原理，通过轧制，轧件厚度变薄同时长度伸长，宽度变宽。见图所示。图1 轧制原理轧件承受轧辊作用发生变形的部分称为轧制变形区，其他主要参数有：轧辊直径

14、D、半径R、辊身长度B，假定轧件在轧之前后的厚度、宽度和长度分别为h1、b1、l1和h2、b2、l2，上下轧辊皆为主动棍，其转速均为n（转分），因此轧辊表面的线速度VrDn/601000，咬入角，接触弧长L，正常轧制时L与的关系如下：aarc cos 1( h1h2 ) / DL=2/180R实践中常以接触弧长对应的弧长近似作为接触弧弧长，于是有L=R (h1h2)因为轧制前后轧件的重量没有变化于是有：hblrhblr2 ，由于r1= r2 又有：h1 b1 l1 = h2 b2 l2轧制前后轧件厚度的减少成为绝对压下量，用h表示，hh1h2绝对压下量与原厚度之比成为相对压下量，用表示，hh1

15、00%， 轧制时轧件的长度明显增加，轧后长度与轧前长度的比值称为延伸系数用表示，=l1/l2。由于轧带时轧件宽度变化不大，一般略而不计（b=b2-b1）。、h和是考核变形大小的常用指标。三、实验内容使用两辊板带轧机轧制AlCu合金试件，试件铸态毛坯尺寸：100105（mm）。经多道次轧制使熔铸台毛坯形成轧制态工件，轧制厚度由5mm轧至1.2mm，将其中一半轧件送到马弗炉时效处理，为下一实验做准备。四、实验步骤1. 根据轧机传动系统图和轧制原理图结合轧机了解板带轧机的组成，熟悉其结构和轧制机理2. 润滑各运动部件，启动电源空车运转。3. 按总变形量分配道次压下量，并调整压下装置。4. 喂料轧制，

16、按道次测量并记录相关数据。5. 轧制加工完成关闭电源，快速退回压下装置。6. 清理轧机和工作地点7. 拟写实验报告。五、实验装置图2 轧机基本结构1. 实验用轧机为YD100型和苏制两辊轧机，轧机的组成如图2所示；2. 轧件毛坯每人两件，其中之一经均匀化处理，毛坯尺寸：100105mm；3. 量具：外径千分尺（0-25）一把，游标卡尺（150）一把；4. 八寸铝锉刀、水磨砂纸若干。六、实验要求1. 认真学习板带轧机的操作规程和安全注意事项。2. 听从指导教师的安排，分别制定压下规程，按操作程序分组实验。3. 结合课程内容联系实验情况分析一到两个问题。4. 观察实验中轧件的形貌变化，测量采集有关

17、数据，按如下要求编写实验报告。1） 记录实验条件2） 使用设备：3） 试件材料：4） 毛坯尺寸：5） 道次压下量安排6） 轧件最后成型尺寸计算结果表道 次轧件厚度本道次变形量总变形量道次平均总变形量nh1 h2h h 123七、实验数据及处理按道次压下量每道工序轧制后对轧件进行测量、采集数据、列表计算。八、思考题1. 试述齿轮座（分动箱）的作用？2. 分析压下量与咬入角之间关系。实验1.3 铝合金金相组织的观察及力学性能测定实验学时：4 实验类型：综合、设计型前修课程名称：材料工程基础适用专业：材料类本科生一、实验目的 了解铸造、固溶处理、轧制及时效处理4种加工条件对铝合金的组织特征的影响；

18、分析不同材料加工工艺对铝合金力学性能的影响；3. 深入了解材料四要素之间的内在联系。二、实验内容1. 铝合金铸造、固溶处理、轧制及时效处理后金相组织的观察；2. 不同工艺处理后铝合金静态拉伸实验；3. 实验报告撰写。三、实验过程（一）金相样的制备及组织观察1. 制样每一位同学根据名单选取相应工艺的样品，根据光学技术实验平台中对于金相样品制备的学习，按照金相样品制备的一般要求进行。磨光过程经历200、400、600、800等四种牌号的水砂纸，然后抛光、腐蚀。由于铝合金比较软，在样品制备过程中相应地请注意样品与砂纸之间接触时的黏着感，掌握控制样品平衡的技巧。最初向下用力不要过大，有经验后再逐步加大

19、接触的力度。800号砂纸磨光时，在基本完成前，可以水流加大、用力减轻，近似于漂浮在砂纸上，这样，可以减少砂粒嵌入的机会，减轻样品表面内部损伤层的厚度。同时，样品上应当保持一个方向的划痕。在整个制备过程中，样品的倒角一定要始终保持，特别是抛光阶段。为了保证样品在磨光过程中尽量不出现歪斜，请按照下面示意的实线磨削方向进行磨光操作，避免沿虚线示意的方向进行。铸锭、固溶处理样品的磨光方向 轧制、轧制时效样品的磨光方向制样的要点： A 缩短在砂纸上停留的时间（包括全过程及每次接触） B 挡水盘距离盘面1cm，请节约用水 C 样品抛光前必须在粗砂纸上修出倒角 D 抛光膏的使用原则是微量、多次；注水少量、恰

20、当 E 抛光时，用力避免过大，应当适中，可以任意方向抛光腐蚀剂采用HF1.0%、HCl1.5%、HNO32.5%、水95%的混合试剂；腐蚀时间为5分钟左右。注意安全！为了保证腐蚀效果，样品避免放置在腐蚀液中长时间不动，应当每隔2030秒钟移动、按动（在脱脂棉上），以保证金属面所接触腐蚀液的效力。样品腐蚀后，经教师检查无误，去第一实验楼425实验室进行数字图像采集、记录。2. 组织观察图1-7为4种工艺处理的正常金相组织图片，为了分析方便，同一样品采集有不同放大倍数的图片： 图1 铸造组织50 图2 铸造组织500 图3 固溶处理组织50 图4 固溶处理组织50 图5 固溶处理组织500 图6

21、固溶处理组织500图7 轧制、轧制时效处理组织50 图8 同学制备的样品：工艺 放大倍数 请将同学自己制备的样品的打印图片粘贴在图7的右侧，即图8。3. 结果分析（1）请同学写出自己制备样品（铸造、固溶、轧制或轧制时效处理）的简要生产工艺过程；（2）观察图片，分析铸造、固溶处理、轧制、轧制时效工艺处理后，形成的组织的特点、原因（注意放大倍数的影响）；（3）分析自己制备样品的质量。（二）铝合金静态拉伸1. 实验设备与工具（1）材料实验机一台（MTS810 Material Test System或WE600液压试验机）；（2）精密卡尺二件。（3）笔（铅笔或圆珠笔）（4）量尺（有机玻璃尺或钢板尺）

22、。2. 准备试样 制备试样（有四组试样）： 铸态。 均匀化（即强化处理）。 经过轧机轧制。 经过时效处理。这四组试样从理论角度讲，它们的力学性能应该是这样的：铸态、均匀化（即强化处理）、经过轧机轧制、经过时效处理依此顺序递增。实验中可能会出现与理论值不相符的异常现象，这就需要我们在实验过程中仔细观察，找出原因并在实验报告中进行详细叙述。3. 实验步骤(1) 试样调直、划标距。(2) 试样量尺寸（包含：试样总常或标距长度、试样宽度、试样厚度）写在表1中对应位置。(3) 夹持试样进行拉伸仔细观察实验全过程。(4) 拉断后取下试样，仔细观察断口是否有夹渣、气孔、裂纹等异常缺陷并记录下真实状态并在答题

23、时说明原因。表1. 不同处理条件下试样的尺寸（mm）试样种类（状态）拉前标距长度（mm）试样宽度（mm）试样厚度（mm）断后标距长度（mm）最大拉断力（KN）铸态均匀化轧机轧制时效处理注：超出卡尺长度的试样划标距。4. 实验数据处理与计算塑性指标以延伸率表示，强度指标以强度极限表示。计算公式如下： （1）式中： - 延伸率L0 - 试样原始标距长度（mm）Lk - 试样断裂后标距长度（mm）L0 - 试样断裂后标距绝对伸长量（mm） （2）式中： - 强度极限（GPa）Pmax.- 最大载荷（KN）S - 试样原始截面（mm2）利用公式1、2，计算材料的延伸率和强度极限，并完成表2。表2. 材

24、料的延伸率及强度极限处理方法原 始 测 量 数 据延伸率强度极限(Mpa)原始标距长度（mm）断裂后标距长度（mm）绝对伸长量（mm）最大载荷（KN）铸造均匀化轧制时效最后结合力学性能测试结果，分析各种工艺组织的力学性能表现的原因。5. 问答题1根据计算的抗拉强度进行比较并找出规律。2叙述所做试验结果是否符合一般理论规律？3分析异常现象产生的原因。综合实验二 铝材料及其产品的环境协调性评价实验2.1 铝材料及其产品的环境协调性评价实验指导书实验学时：8 实验类型：创新型前修课程名称：材料工程基础适用专业：材料类本科生一、实验目的材料的环境协调性是指材料在满足使用性能的同时还具有良好的环境表现和

25、环境行为，环境材料的开发有助于资源短缺、能源危机和环境污染等问题的解决。材料的协调性评价，通常用生命周期方法进行评估。所谓生命周期评价是指一种对产品、生产工艺以及人类活动对环境的压力进行评价的客观过程，通过对能量和物质利用以及由此造成的环境废物排放进行辨识和量化来实现评价。其目的在于评估能量和物质利用，以及废物排放对环境的影响，寻求改善环境影响的机会以及如何利用这种机会。这种评价贯穿于产品、工艺和消费活动的整个生命周期，包括原材料提取与加工、产品制造、运输以及销售、产品的使用、再利用和维护，以及废物循环和最终废物的处置。铝材料环境协调性评价实验将结合运用环境材料基础、材料制备、加工工艺等基础知

26、识，目的在于培养学生综合运用、融合贯通多学科交叉知识的方法，辨识铝材料制备过程的环境问题，提高材料生产的环境意识。实验分为如下五部分：二、实验内容第一部分实验：铝合金材料制备工艺流程图1铝合金材料评价的系统边界及制备流程首先确定研究系统边界，按照生命周期分析的特点，包括从原材料的开采、加工、使用及废弃等不同生命周期阶段，制定选定铝合金材料的生命周期流程(或制备工艺)，制定该种材料的详细工艺流程图，如图1示：第二部分实验：材料功能单位的数据收集与计算在明确材料制备流程后，针对各工艺过程进行材料的环境负荷数据的收集，主要包括资源的投入、能源的消耗和空气排放、水体排放、固体废弃物排放和非物质排放(辐

27、射、噪音等)。这部分工作，部分数据可以从网络、图书馆、各类统计年鉴中获取，部分数据可以根据所学相关工艺特点推算、理论计算、工艺计算，部分数据可以从数据库中直接获取，尽量保证数据的完整性和独立性。对于一些公用数据，如交通运输清单、能源清单数据，则由实验室提供。在收集完各工艺流程的数据后，将按照功能单位计算出每一个工艺的环境负荷数据，如1kg铝土矿的主要环境负荷清单(资源消耗、能源投入、污染物环境排放)等。第三部分实验：材料制备工艺流程建模和清单分析这一部分实验，主要是借助典型的评价分析工具Gabi系统进行，实验重点介绍工具的主要功能，学生根据铝合金制备流程图，在软件系统的流程建模，如输入计算的各

28、工艺过程的环境负荷清单，不同工艺过程间的联接，最后通过软件得到生命周期内的该种材料的计算机建模（图2），并在软件系统内进行相应材料的清单分析，得到研究材料环境负荷的量化的结果，对材料环境负荷的大小有一个感性的认识，为影响评价提供基础。图2Gabi铝合金材料制备系统流程建模第四部分实验：材料环境影响评价影响评价是对清单阶段所识别的环境影响压力进行定量或定性的表征评价，即确定产品系统的物质、能量交换对其外部环境的影响。LCIA把清单分析的结果归到不同的环境影响类型，再根据不同环境影响类型的特征化系数加以量化，进行分析和判断，不同的LCA方法，其归类存在很大的差异，但主要考虑对生物和人类的直接影响、

29、对生态环境的破坏、可再生资源循环体系的破坏和不可再生资源的消耗影响。可根据Eco-indicator、CML等LCA方法体系,这些均是国际上通用的方法体系，开展材料环境影响评价。这一部分的工作，也是借助Simapro、Gabi等典型的评价分析工具进行，最后得到材料对不同环境类别的影响大小，使学生认识到实物量大小与环境问题之间的关系，对各类环境影响类别有清楚的认识。第五部分实验：材料环境性能改善的措施及方案将清单分析和影响评价的结果进行综合分析，以便做出合理的结论和建议。如辨识出铝合金材料在制备阶段的环境影响大小，找出环境负荷最大的工艺环节，从而提供降低环境性能改进的工艺改进方向；同时，也可以发

30、现材料生产过程中最重要的环境负荷因素，为改进材料的生态设计提供可行的参考依据和科学数据。学生从不同的角度出发，结合LCI和LCIA结果，根据自己的理解，充分发挥主观能动性，深入分析评价材料的环境负荷的主要环节，并结合材料性能、工艺等方面的特点，提出降低或改善材料环境问题的建议，并完成综合实验报告。实验设备及装置(1) LCA评价工具：荷兰Simapro、德国Gabi；(2) LCA环境负荷数据库：基础材料环境负荷数据集，交通运输、能源生产、建筑材料；(3) 高性能计算机或工作站。思考题1 材料环境协调性评价的基本步骤有哪些？2 环境负荷数据的标准化应注意什么问题？3 评价方法在归一化过程中的作

31、用是什么？综合实验三 粉末冶金实验3.1 粉末冶金材料制备与检测实验指导书实验学时：6 实验类型：综合、设计型前修课程名称：材料工程基础适用专业：材料类本科生一. 实验目的通过粉末冶金方法制取钨铜合金的实习，使学生熟悉粉末冶金制取材料的工艺流程与特点，掌握原始粉末的分析、模压及冷等静压成型的具体操作与特点、产品烧结过程中温度、时间对产品性能的影响、多孔材料视比重与孔隙率的测定、以及排水法测定产品密度的方法；了解钨铜合金在军事和民用方面的应用及粉末冶金制取钨铜合金的一般方法。粉末冶金是制取金属粉末或用金属粉末作为原料，经过成型与烧结，制取各类金属制品的一种工艺技术。粉末冶金工艺的基本工序包括：（

32、1）制粉原料金属粉末的制得；（2）成型将金属粉末制得一定形状和尺寸的压坯，并使之具有一定的密度和强度；（3）烧结即将坯料在主要组元熔点以下温度烧结，使制品具有最终的物理、化学和力学性能。粉末冶金具有以下特点：（1） 粉末冶金能生产普通熔炼法无法生产的具有特殊性能的材料。如多孔材料、多孔含油轴承、难熔化合物与金属组成的硬质合金。（2） 粉末冶金制取某些材料与熔炼法相比，性能优越。如难熔金属使用熔炼法时晶粒粗、纯度低。（3） 粉末冶金制造机械零件是一种少切削、无切削的新工艺，可提高劳动生产率和原材料的利用率。粉末冶金材料和制品的应用范围十分广泛：从普通机械制造到精密仪器；从五金工艺到大型机械；从电

33、子工业到电机制造；从采矿到化工；从民用工业到军用工业；从一般技术到尖端高科技，都有粉末冶金的用武之地。钨铜合金是公认的三大金属钨制品之一（钨丝、钨杆；钨基重合金；钨铜、钨银）。钨铜合金是钨与铜所组成的既不互相固溶又不形成金属间化合物的两相单体均匀混合的组织，称之为“伪合金”（Pseudoalloy）。正是因为这一组织特点，使钨铜合金既具有钨的耐高温、高硬度、低膨胀系数等特性，又保留了铜的高的导热导电性、良好的塑性等特性，使钨铜合金具有良好的综合性能。钨铜合金在军事上广泛应用于固体火箭的喉衬喷口和燃气舵、电磁炮的导轨材料、反坦克武器的破甲弹药罩和军用电真空器件的封接材料；在民用方面，钨铜合金作为

34、高压开关触头材料、等离子加工、二氧化碳激光器和电火花加工电极、微电子器件中的基片、嵌块、连接件和散热元件以及微波屏蔽材料等。钨铜合金中钨的高熔点以及钨、铜的互不相溶性，决定了钨铜材料只能采用粉末冶金工艺制取。根据钨铜合金中铜的加入方式不同钨铜合金的制取工艺分为混粉烧结法和熔渗法，其中熔渗法能获得很高致密度的钨铜材料，应用较为普遍。二. 实验内容1. 粉末原料测定 2. 压制成形 3烧结 4. 渗铜三、实验步骤. 粉末原料分析 粒度的测定（F.S.S.S）。 度组成分析。 松装比重测定。. 压制成形1 成型前原料的准备在成形前，粉末中常常要添加一些改善成形过程的物质，即润滑剂和成形剂。这些物质在

35、烧结过程中能挥发干净。石蜡、合成橡胶、甘油、塑料以及硬脂酸或硬脂酸盐等是粉末冶金中常用的润滑剂和成形剂，添加量一般为粉末的15%（重量）。本实验中采用在钨粉中掺加精炼石蜡，加入量为钨粉的2%（重量）。步骤如下：称取钨粉5kg，平铺在不锈钢拖盘中。称取精炼石腊100g，均匀撒在钨粉上。将装钨粉的不锈钢拖盘放在烘箱中，缓慢升温到100120，保温5分钟。将上述钨粉从烘箱中取出，迅速搅拌均匀。待钨粉自然冷却到4050后，将粉末过40目筛，筛上物不要。将中筛下钨粉再过120目筛，筛下钨粉即为压制用钨粉。2 压制成形模压成形为了获得我们所设计的压坯密度和强度，一般有两种方法：即限位法和限压法。本实验采用

36、限压法。实验步骤如下：称取每件制品重量75.0g，倒入压模中。将压模放在液压机下，压制压力为2t/cm2。将压制好模具加上脱模环，将压坯从压模中脱出。冷等静压成型 实验步骤如下：将计算每件制品装粉重量。按钨粉理论密度60%计算。G=坯V=0.6理（2r2h）=1.2理r2h将称好钨粉装入压制模套中，用柱塞塞好模套口，并用铁丝捆扎好模套口。将装好钨粉模套放入液压缸中，盖好缸盖。启动等静压机，加压至200MPa，保压5分钟。卸下液压机压力，打开缸盖，取出压制件，将表面油擦试干净，解开铁丝，取出制品。（三）烧结1 成形剂脱除将模压坯块放在不锈钢舟皿中，如果堆放多层，层与层之间要用AL2O3砂隔开。将

37、装好料舟皿放在氢气脱蜡炉中。通氢，试爆鸣后，点燃炉中排出废气。启动加热电源，按工艺要求进行脱蜡处理。待炉体冷却后取出坯料。2 烧结将脱完蜡后的钨坯码放在中频感应烧结炉中，层与层之间要用Zr2O3砂分开。(2)通氢，试爆鸣后，点燃炉中排出废气。(3). 启动加热电源，按工艺要求进行烧结。(4). 待炉体冷却后取出坯料。(四). 渗铜1 每件制品所需Cu重量的计算根据测定的孔隙度，计算每件制品所需渗入Cu的理论重量，计算公式如下：mCu理论=8.92J孔mw/(1-J孔)19.3每件制品实际所需Cu的重量按下式计算： m实=1.1m理2 渗铜 实验步骤如下：. 称取上述重量Cu粉，将其压制成块状。

38、. 将钨骨架码放在铺有AL2O3粉的石墨舟中，将铜块放在钨骨架上，并用AL2O3将其保护好。. 将装好料的石墨舟放在渗铜炉中，关好炉门。. 通氢，试爆鸣后，点燃炉中排出废气。. 启动加热电源，按工艺要求进行渗铜。. 待炉体冷却后取出制品。四. 实验装置1、粉末粒度分布分析仪 2 、烘箱 3、电子天平 4、四柱液压机（100吨） 5、压制模具 6、 氢气脱蜡炉 7、中頻感应烧结炉 8、氢气渗铜炉 9、冷等静压机五、实验报告要求1、根据实验数据，计算粉末冶金多孔材料的视比重。2、根据实验数据，计算粉末冶金多孔材料的孔隙度。3、根据实验数据，计算W-Cu合金的渗铜量。实验3.2 无机纳米粉体的湿化学

39、制备及其粒度表征实验学时：6 实验类型：创新型前修课程名称：材料工程基础适用专业：材料类本科生一、实验目的1 溶胶凝胶法、高压水热法制备无机纳米粉体工艺的制定及操作；2 BET法测定纳米级粉体粒度的原理及操作；3 了解不同湿化学制备工艺及各工艺参数对纳米粒级的影响。二、概述无机粉体的湿化学制备由于其反应在分子级水平、反应条件相对温合、工艺参数易控，且所制备产物的粒级可调，由于上述的特点，湿化学法是制备窄级别颗粒乃至纳米颗粒粉体最有效、最便利、最精确的方法之一。目前可用于制备纳米无机粉体的化学方法主要有：沉淀法、溶胶凝胶法、喷雾法、水热法（高温水解法）、溶剂挥发法等。本次实验主要针对溶胶凝胶法、

40、水热法（高温水解法）工艺，来探讨不同的工艺方法对所合成无机纳米粉体的粒度特性的影响。氮气吸附法（Brunauer-Emmett-Teller理论，B.E.T）和BJH（Barret-Joyner-Halenda）计算法，是表征超细颗粒固体材料比表面积和孔结构的有效手段。而当所表征超细颗粒为实心球体时，可根据其所表征物料的比表面积计算相应的粒级直径，从而获得超细颗粒（纳米颗粒）的粒度，且BET是目前测定纳米级颗粒粒度最精确的方法之一。（一）溶胶凝胶法由金属有机化合物、金属无机化合物或上述两者混合物经过水解缩聚过程，逐渐凝胶化及进行相应的后处理，获得氧化物或其它化合物粉体的湿化学反应制备新工艺，称

41、为溶胶凝胶法。溶胶凝胶法的主要特点是利用液体化学试剂（或将粉状试剂溶于溶剂中）或溶胶为原料，反应物在液相下均匀混合并进行反应，反应生成物是稳定的溶胶体系，经放置一定时间转变为凝胶，其中含有大量液相，需借助（真空）蒸发除去液体介质，在再经低温煅烧即可得到所需化合物纳米粉。主要优点是：工艺简单，反应过程易于控制，设备要求低；方法易于放大，适合制备从毫克级到公斤级（实验室至工业生产级别）的产物；产物纯度高，显微组织可调，能制备薄膜、纤维等结构；制备参杂范围宽（包括参杂种类和参杂量），组份精确控制，混合均匀（分子水平混合）。主要影响因素有：溶剂、PH值、反应物浓度、温度等。（二）高压水热法是通过在高温

42、、高压条件下数种组分在水（水溶液）或水蒸气等流体中处于非理想平衡状态下，进行有关化学反应的一种工艺方法。水热法所制备的超细粉体最小可达数纳米水平。水热合成由于其在高温高压条件 下进行，增加了反应物反应活性，可以制备在常温条件下难于制备的无机物；可使低溶点化合物、高蒸气压且不能在融体中持成的物质、高温分解相在水热低温条件下晶化生成；有利于生长出缺陷少、取向好、完美的晶体，且合成产物结晶度高、易于控制产物晶体的粒度。其主要的影响因素有：溶剂相、反应pH值、反应温度、反应时间等。（三）BET粒度测试N2吸-脱附表征法，主要表现形式是N2吸附平衡等温线，是以压力比为横坐标，恒温条件下吸附质在吸附剂上的

43、吸附量为纵坐标的曲线。吸附平衡等温线的形状、强度与材料的孔组织结构有密切关系。根据IUPAC（国际纯粹化学与应用化学联合会）的分类，吸附平衡等温线可分为5种不同类型（、）。型等温线代表微孔材料；型等温线多代表大孔材料；介孔材料多呈现型吸附平衡等温线，在较低的相对压力下发生的吸附主要是单分子层吸附，然后是多层吸附，至压力足以发生毛细管凝聚时，吸附等温线表现为一个突跃，介孔的孔径越大，毛细管凝聚发生的压力越高，之后则是外表面吸附；型等温线代表非孔材料；型等温线虽也反应中孔材料的特征，但吸附质与吸附剂的相互作用性质不同，出现情况较少。依据所测实心球体的吸附等到温线来计算物料的粒度组成。本次实验中所涉及的主要内容为：溶胶凝胶、高压水热法制备工艺数，如化学反应的pH、溶液浓度、反应温度、反应时间等对产物粒度的影响；BET的测试方法。三、实验步骤1. 每组分成四个小组，其中两个小组进行溶胶凝胶工艺实验，两个小组进行水热合成工艺实验。2. 通过BET测试所制备无机粉体粒度特征性。四、实验设备及材料1. 化学试剂硝酸铈、氨水、草酸、硝酸铝、六次甲基四胺、蒸馏水、无水乙醇、液氮、N2气、He气2. 实验设备高压反应釜、电子天平、数字式酸度仪、磁力加热搅拌仪、控温仪、恒温水裕箱、可控温烘箱、可控温箱式电阻炉、循环水式多用真空泵、比表面测定仪以及玻璃仪器若