粉末冶金学new.ppt

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1、粉末冶金学粉末冶金学new目录第一章 粉末冶金概述第二章 粉末体及其制备技术第三章 成型理论及工艺第四章 烧结理论及工艺第五章 粉末冶金材料及制备第一章 粉末冶金概述概念过程特点应用及地位今后的发展定义粉末冶金是一门研究制造各种金属粉末和以粉末为原料通过压制成型，烧结和必要的后续处理来制取金属材料和制品的科学技术。第一个标志是，二十世纪初，由于电气技术的迅速发展，迫切地寻找各种新的电光源材料。第二个标志是，本世纪三十年代采用粉末冶金工艺制造多孔含油轴承获得成功第三个标志是：粉末冶金新工艺，新材料在近二三十年来，不断向高水平新领域方面开拓.粉末冶金工艺的基本工序粉末冶金工艺的基本工序 1.原料粉

2、末的制取和准备，粉末可以是纯金属或它的合金、非金属、金属与非金属的化合物以及其他各种化合物。2将粉末成型为所需形状的坯块。成型方式有简单的压制、等静压制、轧制、挤压、爆炸成型等。3坯块的烧结。烧结在物料主组元熔点以下的温度进行，以使材料和制品具有最终的物理、化学和力学性能。粉末冶金的特点粉末冶金的特点 1绝大多数难溶金属及其化合物、假合金、多孔材料只能用粉末冶金方法来制造。2材料的利用率高、生产效率高。因为压坯往往压制成零件的最终尺寸，而不需要或很少需要随后的机械加工。通常用粉末冶金的方法生产制品时，金属的损耗只有15%，而用一般熔铸方法时，损耗可能达到80%。3有可能制取高纯度的材料。因为粉

3、末冶金工艺与熔铸法不同，在材料生产过程中，不会带给材料任何污垢。4粉末冶金工艺本身较简单，易操作。5粉末冶金制品的大小和形状受到一定限制，烧结零件的韧性较差。因为粉末成型时的模具加工比较困难，而且也受到压制力的限制。6对某些产品小批量生产时，成本较高，因为粉末成本高，但为了得到某些独特性能的产品而采用小批量生产也是合算的。粉末冶金材料的应用粉末冶金材料的应用1机械零件和结构材料2多孔材料3电工材料4工具材料5粉末磁性材料 6耐热材料7原子能工程材料 8粉末冶金武器材料 粉末冶金技术的特点及其在新材料研究粉末冶金技术的特点及其在新材料研究中的作用中的作用（1）粉末冶金技术可以最大限度地减少合金成

4、分偏聚，消除粗大、不均匀的铸造组织。在制备高性能稀土永磁材料、稀土储氢材料、稀土发光材料、稀土催化剂、高温超导材料、新型金属材料（如Al-Li合金、耐热Al合金、超合金、粉末耐蚀不锈钢、粉末高速钢、金属间化合物高温结构材料等）具有重要的作用。（2）可以制备非晶、微晶、准晶、纳米晶和超饱和固溶体等一系列高性能非平衡材料，这些材料具有优异的电学、磁学、光学和力学性能。（3）可以容易地实现多种类型的复合，充分发挥各组元材料各自的特性，是一种低成本生产高性能金属基和陶瓷复合材料的工艺技术。（4）可以生产普通熔炼法无法生产的具有特殊结构和性能的材料和制品，如新型多孔生物材料，多孔分离膜材料、高性能结构陶

5、瓷和功能陶瓷材料等。（5）可以实现净近形成形和自动化批量生产，从而，可以有效地降低生产的资源和能源消耗。（6）可以充分利用矿石、尾矿、炼钢污泥、轧钢铁鳞、回收废旧金属作原料，是一种可有效进行材料再生和综合利用的新技术。粉末冶金学科优先发展方向粉末冶金学科优先发展方向（1）发展粉末制取新技术、新工艺及其过程理论。重点是超细粉末和纳米粉的制备技术，快速冷凝制备非晶、准晶和微晶粉末技术，机械合金化技术，自蔓延高温合成技术，粉末粒度、结构、形貌、成分控制技术。总的趋势是向超细、超纯、粉末特性可控方向发展。（2）建立以“净近形成形”技术为中心的各种新型固结技术及其过程模拟理论，如粉末注射成形、挤压成形、

6、喷射成形、温压成形、粉末锻造等。（3）建立以“全致密化”为主要目标的新型固结技术及其过程模拟技术。如热等静压、拟热等静压、烧结热等静压、微波烧结、高能成形等。（4）粉末冶金材料设计、表征和评价新技术。粉末冶金材料的孔隙特性、界面问题及强韧化机理的研究。第二章 粉体性能及制备技术2-12-1粉体的概念2-22-2粉体的性能指标2-32-3粉体的制备 物理化学法:还原法,电解法 机械法:雾化法,机械粉碎法2-1 2-1 粉末体的概念粉末体的概念 固体材料:致密体(1mm)粉末体胶体(0.1m)由大量的颗粒及颗粒之间的空隙所构成的集合体。团粒单次(一次)颗粒二次颗粒 晶粒粉末颗粒的形状球形、近球形、

7、片状、多角形、树枝状、多孔海绵状、碟状、不规则形2-2 2-2 粉末的性能粉末的性能 1、化学成分：主要金属的含量和杂质的含量2、物理性能:颗粒密度,显微硬度,颗粒大小,粒度组成,比表面积 3、工艺性能：包括松装密度、摇实密度、流动性、压缩性和成型性。2.2.12.2.1化学成分金属的含量:常规化学分析技术碳硫分析仪反应气相色谱法示差热导法燃烧法光谱法化学元素分析化学元素分析杂质含量分析氧含量杂质含量 杂质(1)与主要金属结合，形成固溶体或化合物的金属 或非金属成分。(2)从原料和从粉末生产过程中带入的机械夹杂。(3)粉末表面吸附的氧、水汽和其它气体。氧含量氧含量的测定:氢损法,测定可被氢还原

8、的金属氧化物的那部 分氧含量，适用于Fe、Cu、W、Mo、Co等粉末。氢损值氢损值=挥发物的重量挥发物的重量(试样重量试样重量-残留物重量残留物重量)/试样重量试样重量100%杂质含量杂质含量的测定:酸不溶法.铁粉盐酸不溶物铁粉盐酸不溶物=盐酸不溶物的克数盐酸不溶物的克数/粉末试样克数粉末试样克数100%库仑分析仪2.2.22.2.2物理性能(1)颗粒密度颗粒密度：真密度真密度（理论密度）：颗粒质量与除去开孔和闭孔 颗粒体积所得的商值。似密度似密度：颗粒质量与包括闭孔在内的颗粒体积之商。表观密度表观密度（有效密度）：颗粒质量用包括开孔和闭 孔在内的颗粒体积去除所得商。测试方法测试方法:比重瓶法

9、使用设备使用设备:分析天平密度的测试方法金属丝称量装置空气中称量,水中称量-试样密(g/cm3),m1-试样在空气中的称量值(g),m2-试样在水中的称量值(g),水-测量温度下水的密度(g/cm3)物理性能(2)显微硬度显微硬度：与致密材料测试方法类似。一般粉末纯度愈高，硬度愈低。颗粒形状颗粒形状:显微镜法.比表面积比表面积：1克质量的粉末所具有的总表面积，用米2/克或厘米2/克表示。费氏仪原理费氏法属于稳流(层流)状态下的气体透过法,基于空气在恒定压力下先透过粉末堆积体,然后通过可调节的针形阀流向大气。根据空气透过粉末堆积体时所产生的阻力和流量求出粉末的比表面积和平均粒度。粉末的比表面积由

10、Kozeny-Carman方程给出:费氏仪由空气泵、稳压管、样品管、压力计、针形阀和粒度读数板等部件组成,见图2。当气泵开动后,空气流经过滤器进入带有水的竖立稳压管,然后流过干燥剂管,除去水分后流进样品管,最后通过针形阀流向大气。每次测定,粉末试样预先须由齿条和手轮等部件构成的压制机构按试样高度曲线压制成对应孔隙率下的高度。当空气通过试样堆积体时,将产生一定的压力降。被测颗粒越大,产生的压力降越小,而U形管压力计水位上升越高,在粒度读数板上读出的粒度值越大。反之越小。U形管压力计有双重作用,它既是压力计,又是流量计(毛细管流量计),其值既表示空气通过粉末试样堆积体后的压力,又表示空气经粉末试样

11、堆积体通过针形阀的流量。.物理性能(3)粒径（粒度）：粒径（粒度）：以毫米或微米表示的颗粒大小。仅指单颗粒而言。粒度组成（粒度分布）：粒度组成（粒度分布）：把具有不同粒径的颗粒占全部粉末的百分含量表示粉末的粒度组成。一般指整个粉末体。测试标准测试标准:几何学粒径：筛分析、光学显微镜、电子显微镜、电阻法当量粒径：沉降法、离心法、水力学法比表面粒径：吸附法、透过法、润湿法光衍射粒径：用于粒度接近电磁波波长的粉末。泰勒筛制泰勒筛制的规格:直径8英寸,高2550毫米泰勒筛制的分度:以200目的筛孔尺寸0.074mm为基准如:由粗到细具体有354865100150200270400等,其模数依次为21/

12、2.目数：指筛网1英寸长度上的网孔数。目数愈大，网孔愈细。粉末粒度测试结果的表示方式目数粒径大小(mm)数量(g)百分比(%)+80+0.175 0.5 0.5-80+100-0.175+0.147 5.0 5.0 -100+150 -0.147+0.104 17.5 17.5 -150+200 -0.104+0.074 19.0 19.0 -200+250 -0.074+0.061 8.0 8.0 -250+325 -0.061+0.043 20.0 20.0-325-0.043 30.0 30.0图表表示图表表示:还原铁粉的筛分析粒度组成Stokes（斯托克斯）沉降定律算出最大粒径：（m)

13、式中 沉降介质在不同温度下的粘度（泊）；s被测样品粉末的真密度，（g/cm3）；0沉降介质在不同温度下的密度，（g/cm3）；h最大粒径的沉降高度，（cm）；t最大粒径的沉降时间，（分）。2.2.32.2.3工艺性能松装密度松装密度：是粉末试样自然地充填规定的容器时，单位容 积内粉末的质量（克/厘米3）。摇实密度：摇实密度：是在振动或敲击之下，粉末紧密充填规定的容器后所得的密度，比松装密度一般高2050%。流动性流动性：50克粉末从标准的流速漏斗流出所需的时间。单位为秒/50克。压缩性压缩性：指粉末在压制过程中被压紧的能力。用规定单位压力下（我国标准为4吨/厘米2压力下压制75克粉末试料）粉末

14、所达到的压坯密度表示。成型性成型性：指粉末压制后，压坯保持既定形状的能力。用粉末得以成型的最小单位压制压力表示或用压坯强度（S=3PL/2t2W）来表示。（a）装配图(b)流速漏斗(c)量杯松装密度装置结构图松装密度流动性的影响因素粒度和粒度组成：粉末颗粒愈粗，松装密度较大；愈细则减小。极细粉末占的比例愈大，流动性愈差。粉末颗粒的形状：颗粒形状愈不规则，松装密度愈小。等轴状（对称性好）或粗颗粒粉末流动性好。粉末空隙度：粉末空隙度愈小，松装密度愈大。若粉末的相对密度不变，颗粒密度愈高，则流动性愈好；若颗粒密度不变，相对密度增大会使流动性提高。颗粒松软，形状不规则的粉末，成型性好。塑性金属粉末比硬

15、脆材料粉末的压缩性好。松装密度高，压缩性好。一般压缩性和成型性是矛盾的统一体。2-3 2-3 粉末制取方法概述粉末制取方法概述 粉末制取方法分类:物理化学法和机械法.采用哪种方法制粉末不仅是由于技术上有可能使用这些方法（如还原、研磨、电解），而且还由于粉末及其制品质量在很大程度上取决于制粉的方法。生产中选择制粉方法主要考虑以下两个因素。低的成本粉末的性能颗粒大小、形状、松装密度、化学成分、压制性、烧结性等还原法还原法 用还原剂还原金属氧化物及盐类来生产金属粉末是一种最广泛采用的制粉方法。MeO(金属氧化物)+X(还原剂)=Me+XO那么到底哪些物质能做哪些氧化物的还原剂呢？这可由金属氧化物的标

16、准生成自由能图中得出：氧化物的标准生成自由能-温度图的说明随温度升高，G增大，各种金属的氧化反应愈难进行，由于随温度升高，金属对氧的亲和力减小。因此，还原金属氧化物通常要在高温下进行G-T关系线在相变温度处，特别是在沸点处发生明显的转折，这是由于系统的熵在相变时发生了变化。CO生成的G-T关于系统得走向是向下的；即CO的G随温度升高而减小。即这条线与很多金属氧化物的G相交。这说明在一定温度下碳能还原很多金属氧化物。如Fe、W的氧化物。2H2+O2=2H2O的G-T关系线在Cu、Fe、Ni、Co、W等氧化物的关系线以下，说明在一定条件下氢可以还原Cu、Fe、Ni、Co、W等氧化物位于图中最下面的

17、几条关系线所代表的金属如Ca、Mg等与氧的金和力最大。所以Ti、Zr、Th、U等氧化物要用Ca、Mg作还原剂，这就是所谓的金属热还原。在同一温度下，图中位置愈低的氧化物，其稳定性愈大，即该元素对氧的亲和力愈大。反应动力学-反应进行的速度以及各种因素对反应速度的影响 在粉末冶金中所碰到的多数是多相反应。特别是固-气多相反应。气体间两个分子能相互作用的必要条件是互相碰撞，然而，并不是每一次碰撞都能引起反应，只有那些在碰撞的瞬间具有高于必要能量的分子才能发生相应的反应。化学反应速度反应速度以单位时间内反应物浓度的减小或生成物浓度的增加来表示。多相反应中，影响反应速度的因素：多相反应中，影响反应速度的

18、因素：(1)反应物的浓度和温度 (2)界面的特性、界面的面积、流体的速度、反应相的比例、核心的形成，扩散层。(3)固体反应产物的特性（形成的表面壳层有疏松与致密之分）气体还原固体金属氧化物的机理：“吸附-自动催化”理论。吸附 Me(固)+X(气)=MeO（固）X（吸附）反应 MeO(固)X(吸附)=Me（固）XO（吸附）解吸 Me(固)XO(吸附)=Me（固）+XO（气）Me(固)+X(气)=Me（固）+XO（气）举例:还原法制备铁粉 1.基本原理基本原理 铁的氧化物有三种形态，即Fe2O3、FeO、Fe3O4。其中只有Fe2O3在组成上是不变的，而FeO、Fe3O4的组成是可变的。铁的氧化物

19、的还原过程是分阶段进行的，即从高价氧化铁到低价氧化铁，最后还原为金属铁。Fe2O3Fe3O4FeOFe当反应体系内有碳存在时，还原过程中将存在下列各反应平衡：MeO+CO=Me+CO2CO2+C=2COMeO+C=Me+CO2MeO+C=2Me+CO2如果反应在950-1000以上的高温范围内进行，则最后一个反应是没有实际意义的。由于CO2在此高温下会与固体碳作用全部转变成CO起主导还原作用。显然，固体碳也能直接还原铁的氧化物，但固体与固体的接触面很有限，因而固-固反应速度很慢。只要还原反应器内有过剩的固体碳存在，则碳的气化反应总是存在的。所以，铁的氧化物的直接还原，从热力学观点看，可以认为是

20、间接还原反应（CO还原铁的氧化物）与碳的气化反应的加和反应。用CO还原铁的氧化物时，还原温度与气相组成的关系如图。将CO%-T的平面分成四个区域：区：只有Fe2O3能稳定存在区：只有Fe3O4能稳定存在区：只有FeO能稳定存在区：只有Fe能稳定存在曲线b,c相交于a点，该点温度为5702.隧隧道道窑窑法法制制取取粉粉末末冶冶金金用用还还原原铁铁粉粉工工艺艺流流程程3影响因素影响因素原料a杂质：如SiO2的含量超过一定限度后，还原时间延长，还原不完全。铁粉中含铁量降低。b粒度：原料粒度愈细，反应界面愈大，可加速还原反应进行。固体碳还原剂 一般为木炭、焦炭、无烟煤。工业上常用焦炭或无烟煤作还原剂。

21、但焦炭和无烟煤中含有较高的硫，会使海绵铁中含硫量增高。为此，还原时要加入适量的脱硫剂（CaCO3+CaO）。还原剂用量：根据反应FeO+2CFe+CO来计算配碳量，最适宜的木炭加入量为8690。加多加少都不利。还原温度和还原时间 温度升高1000以上时，碳的气化反应的气相组成几乎全部是CO。CO浓度的增高，无论对还原反应速度还是对CO向氧化铁内层扩散都是有利的，但是由于温度升高，还原好的海绵铁的高温烧结趋向增大，这将使CO难以通过还原产物扩散，又减低还原速度，并使海绵铁块变硬，另外，在更高的温度下，CO2：CO的比值减小，使海绵铁渗碳的趋势增大，造成粉碎困难。料层厚度：还原温度一定时，随着料层

22、厚度的增加，还原时间也增加。这是料层厚度增加，使热速度和气体扩散速度变慢的缘故。隧道窑还原工艺曲线还原灌密封程度：密封好，使还原气氛内有足够的CO浓度，否则在冷却过程中使海绵铁氧化。添加剂加废铁粉加废铁粉，可缩短还原过程的诱导期，加速还原过程。引入气体还原剂引入气体还原剂，由于气相组成中有CO、H2等气体能加速还原过程的进行。(根据热力学，T810时，CO比H2对氧化铁的还原活性高。高温下H2的的还原能力比CO强。)加碱和碱金属盐催化剂：使加碱和碱金属盐催化剂：使氧化铁内部结构起了变化，当铁离子（Fe2+）被碱金属离子（Me+）取代时，氧化铁点阵中的空位浓度增加，有利于CO吸附，从而加速反应进

23、行。海绵铁的处理：破碎为海绵铁粉破碎为海绵铁粉，退火处理退火处理。其作用：退火软化，提高铁粉的塑性，改善铁粉的压缩性。补充还原作用，脱碳作用。电解法电解法 特点:电解法制备得粉末纯度高，形状为树枝状，压制性能好。水溶液电解法：可制取铜、铁、锡等金属粉末。熔盐电解法：制取一些稀有金属得难熔金属粉末。有机电解质电解 液体金属阴极电解水溶液电解过程示意图阳极:氧化反应.即负离子移向阳极析出氧化产物阴极:还原反应.即正离子移向阴极析出还原产物.金属离子在阴极上放电。电解条件:iKC（k=0.50.9）电解产量:m=qIt=WIt/n96500E槽=E理论+E超+E液+E接1.水溶液电解的基本原理水溶液

24、电解的基本原理电解条件，只有当阳极附近的阳离子浓度由原来的C降低到一定值C0时才会析出松散的粉末。如图（c为电解液的浓度）粉末状产物致密沉积物过渡产物电解过程中所通过的电量与所析出的物质之间的关系。m=qIt式中：m电解时析出物质数量（克）,I电流强度（安）q电化学量（q=W/96500n）,t电解时间（小时）W原子量,n原子价,96500法拉第常数。单位库仑，等于26.8安培小时。电解槽中的槽电压（E槽）为：E槽=E分解+E液+E接=E理论+E超+E液+E接 =E理论+E浓+E阻+E电化+E液+E接式中：E液电解液电阻引起的电压降 E接电解槽各接点和导体上的电压降理论分解电压理论分解电压是阳

25、极平衡电位阳与阴极平衡电位阴之差。即E理=阳-阴。超电压超电压指分解电压（E分解）比理论电压超出的部分电位。即E分解=E理+E超.极化指极化指偏离平衡电位的现象。极化有浓度极化，电阻极化和电化学极化，相应的超电压称为浓差超电压，电阻超电压和电化学超电压。在整个槽电压中，分解电压只有24%，E液为7080%，E接为1520%。2、电极反应动力学电极上发生的反应也属多相反应。不过有电流通过固液表面，金属沉积的速度与电流成正比。而且在电极界面上也有扩散层。沉积速度(以克原子/秒表示)=m/wt=I/nF说明金属沉积的速度仅与通过的电流有关，而与温度、浓度无关。扩散速度=DA(c-c0)/式中：D扩散

26、系数 A阴极在溶液中的面积 扩散层的厚度 c-c0溶液中剩余的阳离子浓度在平衡时，沉积速度与扩散速度相等 I/A=nFD(c-c0)/说明随电流密度（I/A）增大，c-c0值也增大，因而界面上的金属离子迅速贫化。有利于沉积出粉末状产物。搅拌电解液使扩散层厚度减小，c-c0值也应减小，即c0值增大。不利于沉积出粉末状产物。3.电流效率与电能效率（1）电流效率i：反映电解时电量的利用情况电流效率是一定电量电解出来的产物实际重量与理论计算重量之比。可表示为：i=M/qIt100%式中：M电解产物的实际重量（克）（2）电能效率e：反映电能的利用情况电能效率指在电解过程中生产一定重量的物质在理论上所需要

27、的电能量与实际消耗的电能量之比。即：e=析出一定重量物质在理论上所需的电能W0析出同样重量物质实际消耗的电能We式中：W0=沉积物所需的电量(Iot)E理论 We=通过电解槽的全部电量(It)E槽举例:电解法生产铜粉1、水溶液电解法生产铜粉的工艺 电解质:硫酸铜水溶液 阳极，主要是铜失去电子变成铜离子进入 溶液CuCu2+2e阴极，主要是铜离子放电而析出金属铜 Cu2+2eCu2、影响因素 电解液组成 电解条件(1)电解液组成a、金属离子浓度：Cu2+浓度越低，粉末颗粒越细。因为，在其它条件不变时，Cu2+越低，扩散速度慢，即向阴极扩散的金属离子数量越少，形核速度远大于晶核长大速度。Cu2+浓

28、度增加，电流效率也增大。因为Cu2+浓度增加，有利于提高阴极的扩散电流，从而有利于铜的沉积，提高电流效率。但是，提高电流效率，则使粉末变粗。b、酸度（H+浓度）：一般在阴极上氧化与铜同时析出，则有利于得到松散粉末。但形成粉末时并不都有氢析出。提高酸度有利于氢的析出，电流效率降低。但当金属离子浓度转高时，则随着酸度的提高，电流效率也提高。c、添加剂：电解质添加剂主要是提高电解质溶液的导电性或控制PH值在一定范围内。非电解质添加剂（有动物胶，植物胶、尿素、葡萄糖等）可吸附在晶粒表面上阻止晶粒长大，金属离子被迫建立新核，促进得到细的粉末。（2）电解条件a、电流密度：电流密度越高粉末越细，电流密度低时

29、，所得粉末较粗电流密度越高粉末越细，电流密度低时，所得粉末较粗。因为电流密度高，在阴极上单位时间内放电的离子数目多，金属离子的沉积速度远大于晶粒长大速度，从而形核数也越多，故粉末细，相反，电流密度低，则离子放电慢，晶粒长大速度远大于形核速度，因此，沉积的粉末粗。随电流密度增加，电流效率降低随电流密度增加，电流效率降低。由于电流密度增加，槽电压升高，副反应增多而使电流效率降低。b、电解液温度：提高电解液温度后，扩散速度增加，晶粒长大速度也增加，所得粉末变粗。随电解液温度的提高，电流效率稍有增加随电解液温度的提高，电流效率稍有增加。因为升高电解温度可以提高电解液的导电能力，降低槽电压，减少副反应，

30、从而提高电流效率，同时，提高温度可以降低浓差极化，有利于Cu2+的析出，这就相当于增加Cu2+浓度，对提高电流效率有利。当然，提高电解液温度是有限的。如果温度太高，电解液大量蒸发，恶化劳动条件。c、电解液搅拌：搅拌速度高，粒度组成中的粗颗粒含量增加搅拌速度高，粒度组成中的粗颗粒含量增加。因为加快搅拌，扩散层的厚度减小，使得扩散速度增大，故粉末变粗。同时搅拌可循环电解液，减少浓差极化，促进电解液的均匀度，有利于阳极的均匀溶解和阴极的均匀析出。d、清刷电极周期：清刷电极周期短有利于生产细粉，因为长时间不刷粉，使阴极表面积增大，相对降低了电流密度。电解铜粉的防氧化处理钝化处理铜粉的钝化处理是使成品铜

31、粉在低温、低湿度及洁净的空气中进行自身氧化而形成一层完整致密的原始氧化膜。实践表明，铜粉在一定的温度、湿度及洁净的空气中，其颗粒表面会形成一层100400的致密氧化亚铜（Cu2O）膜，即原始氧化膜，它能阻止外来介质（如O2、SO2、H2O等）进入铜的基体，同时，也能有效地阻止铜离子穿过膜向着膜的表面迁移。钝化处理的工艺条件：钝化处理的最大相对湿度不超过48%；钝化处理的最高室温不超过17；钝化处理时间最短不少于1015天；铜粉本身必须干燥，含水率在0.05%以下；钝化处理必须在洁净的空气中进行，严防各种活性气体介质进入；在钝化处理期间内，粉末不宜密封包装，而应让其暴露。雾化法雾化法 雾化法是利

32、用高速流体直接击碎液体金属或合金而获得大小约小于150微米的金属粉末的方法。雾化法可以生产熔点低于1700左右的各种金属及合金粉末。如Pb、Sn、Al、Zn、Cu、Ni、Fe等金属粉末，以及各种铁合金、铝合金、镍合金、低合金钢、不锈钢、高速钢和高温合金等合金粉末。制造过滤器用的球形青铜粉、不锈钢粉、镍粉几乎全是采用雾化法生产的。雾化法的基本原理雾化法的基本原理雾化，是熔融金属液流被高速运动的气流或液流介质切断、分散、裂化成为微小液滴的一个过程。雾化过程是个复杂的过程，按雾化介质与金属液流的相互作用的形式来看，既有物理机械作用（雾化介质的动能转化为金属液滴的表面能），又有物理化学作用金属液滴将一

33、部分热量传给雾花介质）。金属液流雾化过程(一般规律)1.负压紊流区2.原始液流形区3.有效雾化区4.冷却凝固区雾化筒的主要参数1气氛：包括熔炼时的气氛和雾化筒中的气氛；2熔融金属：包括熔融金属的化学成分、粘度、表面张力、熔化温度范围、过热温度、熔液注入速度以及滴孔直径；3雾化介质：包括雾化介质（气体或液体）压力、流入速度、体积、从喷嘴中喷出的速度及粘度；4喷嘴设计：各喷嘴间的距离、长度、熔融金属流的长度、喷嘴顶角；5雾化筒：粉末颗粒飞行的距离、冷却介质。影响雾化粉末性能的因素影响雾化粉末性能的因素 雾化介质雾化介质:用水做雾化介质所得的颗粒多为不规则状。而气体雾化则容易制得形状规则的球形粉末。

34、雾化介质的压力越高，所得的粉末越细。金属液流金属液流:金属液体的表面张力越大，粉末呈球形越多，并且粉末粒度粗，相反，金属液体的表面张力越小，粉末呈不规则状，所得粒度也较细。在雾化压力和喷嘴条件相同时，金属液过热温度越高，细粉末产生率越高，并容易形成球形粉末。液流直径越细，所得的粉末也越细。其他参数其他参数:金属液流长度（金属液流出口到雾化焦点距离）短，喷射长度（气流从喷口到雾化焦点的距离）短，喷射顶角适当有利于得到细颗粒粉末。液滴飞行路程（从雾化焦点到水面距离）较长，有利于形成粗球形颗粒。雾化装置示意图举例:空气雾化法制备锌粉工艺过程 机械粉碎法机械粉碎法 机械粉碎是靠压碎、击碎和磨削等作用，

35、将块状金属或合金机械地粉碎成粉末的。它既是一种独立的制粉方法，又是某些制粉方法不可缺少的补充工作。研磨时颗粒材料上的作用力，冲击、磨擦、剪切、压缩。研磨时球体（指球磨机运动时）的运动形式:滑动制度,滚动制度,自由下落制度,临界转运动.影响研磨的因素球磨筒的尺寸：当研磨硬而脆的材料,选择球筒直径D与长度L之比D/L3的球磨机。球磨机的转速：研磨较细的物料时：采用0.6n临界,若物料较粗，性脆，选用0.7-0.75n临界。球的直径：其选择范围是：d(1/181/24)D。装球量：装球体积与球筒体积之比，叫做装填子数。一般球磨机的装填系数为0.4-0.5为宜。装料量：一般在球体的装填子数为0.4-0

36、.5时，装料量应该以填满球之间的空隙，稍掩盖住球体表面积为原则，为方便起见，取装料量为球筒容积的20%。研磨介质：物料除在空气介质中干磨外，还可以在液体中（如水、酒精、汽油、丙酮等）进行湿磨，一是为了加强粉碎作用，或者作为一种保护介质。研磨时间：研磨时间决定于物料的种类以及所有上述因素。通常研磨时间最多不超过100小时，实际中根据经验确定。纳纳米米粒粒子子制制备备方方法法物理法物理法化学法化学法粉碎法粉碎法构筑法构筑法沉淀法沉淀法水热法水热法溶胶凝胶法溶胶凝胶法冷冻干燥法冷冻干燥法喷雾法喷雾法干式粉碎干式粉碎湿式粉碎湿式粉碎气体冷凝法气体冷凝法溅射法溅射法氢电弧等离子体法氢电弧等离子体法共沉淀

37、法共沉淀法均相沉淀法均相沉淀法水解沉淀法水解沉淀法纳纳米米粒粒子子合合成成方方法法分分类类气相反应法气相反应法液相反应法液相反应法气相分解法气相分解法气相合成法气相合成法气固反应法气固反应法其它方法其它方法(如球磨法如球磨法)纳纳米米粒粒子子制制备备方方法法气相法气相法液相法液相法沉淀法沉淀法水热法水热法溶胶凝胶法溶胶凝胶法冷冻干燥法冷冻干燥法喷雾法喷雾法气体冷凝法气体冷凝法氢电弧等离子体法氢电弧等离子体法溅射法溅射法真空沉积法真空沉积法加热蒸发法加热蒸发法混合等离子体法混合等离子体法共沉淀法共沉淀法化合物沉淀法化合物沉淀法水解沉淀法水解沉淀法纳纳米米粒粒子子合合成成方方法法分分类类固相法固相

38、法粉碎法粉碎法干式粉碎干式粉碎湿式粉碎湿式粉碎化学气相反应法化学气相反应法气相分解法气相分解法气相合成法气相合成法气固反应法气固反应法物理气相法物理气相法热分解法热分解法其它方法其它方法固相反应法固相反应法第三章 压制成型技术3-13-1压制成型过程3-23-2压制成型原理3-33-3压制成型工艺3-43-4压制成型方法压制成型方法成型:指将松散的粉末加工成具有一定形状,一 定尺寸和一定密度和强度的坯快.模压概述对压模中的粉末施加压力后，粉末颗粒间将发生相对移动，粉末颗粒将填充孔隙，使粉末体的体积减小，粉末颗粒迅速达到最紧密的堆积，直到达到所要求的密度。随着压制压力的继续增大，当压力达到和超过

39、粉末颗粒的强度极限，粉末颗粒发生塑性变形。压制模具3-13-1粉末压制过程粉末在松装堆积时，由于颗粒形状和表面不规则，颗粒间相互搭接而形成拱桥现象。受压时拱桥被破坏，粉末颗粒发生位移，填充孔隙，体积减小。继续加压，粉末不但产生位移，并且主要产生了变形（弹性变形、塑性变形和脆性断裂）金属粉末压制示意图拱桥效应拱桥效应由于粉末颗粒在自由堆积时的搭接,造成比颗粒大很多倍的大孔现象。压制过程及压坯密度分布单向压制过程及压坯密度延高度的分布双向压制过程及压坯密度延高度的分布带浮动凹模的双向压制过程示意图粉末压制过程中压坯密度的变化粉末压制过程中压坯密度的变化 对装于压模中的松装粉末加压时，压坯的相对密度

40、（压坯密度/相同成分致密金属的密度）发生如图规律性变化：阶段（曲线a），施加压力后，拱桥破坏，颗粒位移，填充孔隙，并 达到最大充填密度。结果，压坯体积减小，密度迅速 增加。阶段（曲线b），压坯经 过第一阶段压缩后，密度已 达一定值。这时粉末体出现 了一定的压缩阻力，此时压力虽然继续增加，但是压坯密度增加很少，这是因为此时粉末颗粒的位移已大大减小，而其大量的变形却未开始。阶段（曲线c），当压力继续增大，超过粉末材料的临界应力值（屈服极限或强度极限）时，粉末颗粒开始变形或断裂。由于位移和变形同时起作用。因此，压坯密度又随之增大。粉末压制过程所受的力粉末体在压模内的受力过程，在某种程度上表现出与液体

41、相似的性质，力图向各个方向流动，这就引起对压模模壁的压力，称之为侧压力侧压力(P侧=P压，为侧压系数，=/（1-），为泊松比)。由于侧压力的作用，压模内靠近模壁的外层粉末与模壁之间产生摩擦力摩擦力（F摩=P侧S，为粉末与模壁的摩擦系数，S为粉末与模壁的接触面积），这种摩擦力的出现会使压坯在高度方向上存在明显的压力降。（导致压坯各部分粉末致密化不均匀）压制过程中，粉末颗粒要经受着各个不同程度的弹性变形和塑性变形，在压坯内聚集了很大的内应力。当去除压力后压坯由于这些应力的作用会力图膨胀。把压坯脱出压模后，压坯发生膨胀的这种现象称之为弹性后效弹性后效（=L-L0/L0）。压坯在压模中，当去除压力后，

42、压坯仍会紧紧地固定在压模内。为了从压模中取出压坯，还需要施加一定的压力，这个压力为脱模压力脱模压力（一般为压制压力的10%30%）。压制成型方程汪克尔巴尔申黄培云相对体积，P压制压力，L压制系数，M相当于压制模数，m相当于硬化指数的倒数，压坯强度1观点 机械啮合力：取决于粉末颗粒表面的凹凸不平所构成的楔住 和勾连。原子间的结合力：粉末颗粒表面原子靠近到一定距离后，原 子之间便产生引力，依靠这种引力的作用，使压坯具有一定强度。2测定 压坯抗弯强度试验法：试样规格12.76.3531.75mmbb=3PL/2bh2(kg/mm2)压坯边角稳定性转鼓试验法：试样规格12.76.35mm,条件14目的

43、网筒,以87转/分的速度转动1000转.S=(A-B)/A100%(重量损失率)3-2 3-2 压制工艺压制前的准备:退火、筛分、混合、加成型 剂、制粒等 压制工艺过程 称料 装料 压制 脱模压制工艺参数:加压速度保压时间压制前的准备退火退火目的：为了提高粉末的塑性和改善压制性。作用：降低杂质含量、消除加工硬化。退火温度的确定：T退=（0.50.6）T熔，一般用还原性气氛。混合：指将两种或两种以上的不同成分的粉末混合均匀的过程。有时，为了 需要也将成分相同而粒度不同的粉末进行混合，这称为合批。方法:机械法(干混,湿混),化学法：是将金属或化合物粉末与添加金属的盐溶液均匀混合，或者是各组元全部以

44、某种盐的溶液形式混合，然后经沉淀、干燥、还原等处理而得到均匀分布的混合物。影响因素：组元的颗粒大小和形状、比重、所用介质的特性、混合设备的种类和混合工艺（如装料量、球料比、时间和转速等）。检验：检验工艺性能，并进行化学分析。筛分目的：把颗粒大小不同的原始粉末进行分级，而使粉末能够按照颗粒大小分成 大小范围更窄的若干等级。方法：用标准筛网制成的筛子或振动筛来筛分。制粒：是将小颗粒制成大颗粒或团粒的工序。目的：改善流动性。方法：圆筒制粒机、圆盘制粒机、擦筛机。添加成型剂成型剂成型剂(润滑剂、粘结剂)是指有利粉末压制生坯过程的添加剂,使用成型剂，目的在于促进粉末颗粒变形，改善压制过程，降低单位压制压

45、力。另外还可使粉尘飘扬现象得到控制，改善工作环境。种类种类：硬脂酸、硬脂酸锌、硬脂酸钙、硬脂酸铝、硫磺、二硫化钼、石墨粉、机油、合成橡胶、石蜡、松香、淀粉、甘油、樟脑、油酸。选择选择的原则：（1）具有适当的粘性和良好的润滑性且易于和粉末均匀混合；（2）与粉末物料不发生化学反应，预烧或烧结时易排除，并且不残留有害物质，所放出的气体对环境、设备不能有损害作用。（3）对混合后的粉末松装密度和流动性影响不大，除特殊情况外，其软化点应当高，以防止由于混料过程中温度升高而软化。（4）烧结后对产品性能和外观等没有影响。压制工艺过程1、称料 容积法：利用阴模型腔的容积确定装料量。Q=Vd松 重量法：用于贵金属

46、或手工操作。Q=Vd致（1-）K（K=1.05）2、装料 对压坯的尺寸、密度的均匀性、同心度和掉边掉角等有直接影响。手工装料自动装料：落入法装料、吸入法装料、多余装料法、零腔装料法、超满 装料法、不满装料法3、压制压制行程：等于粉末在阴模中松装高度和压坯高度之差。行程控制：压机上设高度限位块、油缸活塞调整、模柱限位、控制油压 机压力。压制方式：单向压制、双向压制、浮动压制、带摩擦芯杆的压制。4、脱模脱模压力：F=静P侧剩S侧 一般为压制压力的10%30%压制工艺参数加压速度加压速度 加压速度指粉末在模腔中沿压头移动方向的运动速度。它影响粉末颗粒间的摩擦状态和加工硬化程度、影响空气从粉末间隙中逸

47、出、影响压坯密度的分布。压制原则是先快后慢。保压时间保压时间 保压时间指在压制压力下的停留时间。在最大压力下保压适当时间，可明显增高压坯密度。原因之一使压力传递充分，有利于压坯各部分的密度均匀化；其二使粉末间空隙中的空气有足够的时间排除；第三给粉末颗粒的相互啮合与变形以充分的时间。3-33-3压制废品分析压制废品分析1、分层、分层：沿压坯的棱出现的，并大约与受压面呈45角的整齐界面。原因是粉末颗粒之间的破坏力大于粉末颗粒之间的结合力。分层主要是压制压力过高引起的。2、裂纹、裂纹：与分层不同，裂纹一般是不规则的，并无整体的界面，但却同样出现在应力集中的部位，而且本质相同，都是弹性后效的结果。裂纹

48、与分层的区别：第一，裂纹出现的部位很不一致，它可能在棱角出现，也可能在其他部位出现。第二，裂纹出现时没有严格的方向性，它可以是纵向的，也可是横向的，甚至是任意方向的。第三，裂纹可以是明显的，也可是显微的，甚至是隐裂纹，若不做破坏实验，往往不易发现。3、未压好：、未压好：由于压坯内孔尺寸太大，在烧结过程中不能完全消失，使合金内残留较多的特殊孔洞的现象。产生原因是：料粒过硬、料粒过粗、料粒分布不均、压制压力低。4、掉边掉角、掉边掉角：主要是压坯强度和密度不够、或操作不慎造成的。另外，还有压坯表面拉毛、压坯尺寸误差或单重不准、压坯强度不够、压坯密度严重分布不均等缺陷。压制废品图示裂纹分层拉毛掉边掉角

49、密度分布不均单重不准3-4 3-4 压制成型方法压制成型方法压力机法压力机法离心成型法离心成型法:利用把粉末装入模具并安装在高速旋转体上由中心向外侧的离心力进行成型的方法。挤压成型挤压成型:把金属粉末与一定量的有机粘结剂混合（成糊状），用适当的模具在常温（或高温）下加上压力进行挤压，经过干燥、固化和烧结便可制成产品。等静压成型等静压成型:借助高压泵的作用把流体介质（气体或液体）压入耐高压的钢体密封器内，高压流体的静压力直接作用在弹性模具内的粉末上，粉末体在同一时间内在各个方向上均衡地受压而达到密度分布均匀和较高强度的压坯。三向压制成型技术三向压制成型技术:用像干袋等静压一样的工具，借助活塞把比

50、侧限压力更大的压力加载到上下顶盖，这一总的压力状态在成型坯内产生了剪切应力，从而使成型坯得到更高的密度和强度。粉末轧制法粉末轧制法:将金属粉末由料斗直接装入特殊的轧辊轧制成板带，接着连续通过预烧炉，再继续通过第二组轧辊、热处理炉和第三组轧辊等多次通过炉子和轧辊，最后加工成金属带材的方法。粉浆浇注法粉浆浇注法:先将细粉末分散在液体中，制成稳定的悬浮状态（即粉浆），将其注入吸收液体强的例如用石膏制成的模具里并浇注成一定形状。借助毛细管现象只将粉浆中的液体吸收到模具材料中，剩下的粉末固化后即可送到下面的烧结工序。粉末热锻技术粉末热锻技术:是把金属粉末压制成一预成型坯，并在保护气氛中进行预烧结，使其具