哈工大粉末冶金考试复习提纲

1、第二章机械合金化:用高能研磨机或球磨机实现固态合金化的过程。机械合金化是一个通过高能球磨使粉末经受反复的变形、冷焊、破碎,从而达到元素间原子水平合金化的复杂物理化学过程。氧化还原法:定义:用还原气体(固体或活泼金属将氧化物还原制备粉末的过程.制备铁粉的方法:氧化还原,水雾化,电解,气体雾化,离心雾化 第三章颗粒密度particle density 真密度: 粉末材料理论密度D1似密度: 只包含粉末闭孔隙的密度D2 相对密度: 既包含开孔又闭孔隙的粉末密度D3松装密度apparent density 1 Definition: 单位体积内自由松装粉末体的质量g/cm32意义: 自动压制容积法,a

2、utomative pressing (compaction,a method indirectly measure powder size3测量方法: 流量法,粉末自由落下4影响因素: particle shape,size,and surface conditions,components粒度: 粒度小,松装密度小颗粒形状形状复杂松装密度小表面粗糙Surface coarse 粒度分布Particle size distribution 1 细分比率增加,松装密度减小; 2 粗粉中加入适量的细粉,松装密度增大;振实密度packing density系将粉末装于容器内,在规定条件下,经过振动

3、后测得的粉末密度;振动使粉末颗粒堆积紧密,但粉末体内仍存在大量的pores,所占体积称为porous volume空隙体积。空隙体积与粉末体的表观体积之比称为孔隙度;粒度组成的影响: 当粗细粉末按一定比例混匀后,mixed powder 可获得最大的松装密度;流动性Flow ability:一定量粉末(50g 流经漏斗所需的时间:sec./50 gram意义:动压制时to fill each part in the mode影响因素: 颗粒间的摩擦形状复杂,表面粗糙,流动性差粒度组成,细粉增加流动性差理论密度增加,比重大,流动性增加如果粉末的相对密度不变,颗粒密度越高,流动性越好;流动性受颗粒

4、间粘附adhesion作用的影响,因此,颗粒表面吸附水分、气体, 加入成形剂(binder, lubricant 减低粉末的流动性;当粉末堆满圆板后,以粉末锥的高度衡量流动性;粉末锥的底角称为natural angle of repose, 可作为流动性的measurement。锥越高或自然堆积角越大,则表示粉末的流动性越差;反之则流动性越好。压缩性粉末被压紧的能力,表示方法是:在恒定压力下粉末压坯密度。由于压制性由compacts density 表示,因此凡是影响粉末密度的因素都对压缩性有影响;成形性,影响因素相反粉末粒度及其测定由于组成粉末的无数颗粒一般粒径不同,故又用具有不同粒径的颗粒

5、占全部粉末的百分含量表示粉末 (1几何学粒径d g用显微镜按投影几何学原理测得的粒径称投影径。四个粒度基准(2用沉降法、离心法或者水力学法测得的粉末粒度,成为当量粒径(3用吸附法、透过发和润湿热法测得的粉末比表面积,在换算成具有相同表面积的球形颗粒的直径,称为比表面积粒径(4衍射粒径给予光与电磁波的衍射现象所测得的粒径称为衍射粒径四个粒度分布基准(1个数基准分布:以每一粒径间隔内的颗粒粉占全部颗粒总数中的个数表示,又称频度分布;(2长度基准分布:以每一粒径间隔内的颗粒总长度占全部颗粒的长度总和中的多少表示;(3面积基准分布:以每一粒径间隔内的颗粒总表面积占全部颗粒的表面积总和中的多少表示;(4

6、质量基准分布: 以每一粒径间隔内的颗粒总质量占全部颗粒的质量总和中的多少表示。粒度测定分类测量粉末粒度前要很好的进行分散,防止粉末团聚a、显微镜法采用显微镜观察颗粒,在刻度尺上量出颗粒直径,测5001000粒,用算术平均值法计算;b、筛分析法利用一套标准筛,将一定量的粉末进行筛分,求出每一级筛之间的粒度,然后作出粒度分布曲线,用算数平均值计算。c、沉降天平法测定根据斯托克斯Stocksian公式,在静止在水中,物体沉降速度与其直径平方成正比:(21218gd v-=d、X-射线diffraction分析Diffraction峰半高宽增加, diffraction晶体的厚度(粒度减少成比例;因此

7、粉末粒度可以从X-射线diffraction主要峰半高宽值计算得到: D=0.9 /(Bcos (D, 晶粒粒度; B, diffraction主要峰半高宽影响因素:分析时可能产生应变效应,导致结果偏移;塑性plastic材料分析精确程度低于刚性rigid材料; 球磨粉末由于存在非均匀non-uniforn应变, 分析结果精度有限;粒度分析范围: 到200 nm (0.2um, 一般在50 nm以内;吸附法测量比表面积利用气体在固体表面的物理吸附测定物质比表面的原理是:测量吸附在固体表面上气体单分子层的质量或体积,再由气体分子的横截面积计算1g物质的总表面积,即得克比表面。气体被吸附是由于固体

8、表面存在有剩余力场,根据这种力的性质和大小不同,分为物理吸附和化学吸附。前者是范德华力的作用,气体以分子状态被吸附;后者是化学键力起作用,相当于化学反应,气体以原子状态被吸附。透过法测量比表面积:常压气体透过法的原理;原理是关于常气体通过粉末床的流速、压力降与粉末床的孔隙率、集合尺寸及粉末的表面积等参数之间的关系式;气体透过法已成为当前测定粉末及多孔固体的比表面,特别是测定亚筛级粉末平均粒度的重要工业方法。第四章混合:将两种或者两种以上不同的成分的粉末混合均匀合批:将成分相同,粒度不同的粉末进行混合消除因粉末在运输过程中产生的偏析或在粉末生产过程中不同批号粉末之间的性能差异改善烧结性能,提高压

9、缩性能干混法:铁基及其它粉末冶金零件的生产湿磨法:硬质合金或含易氧化组份合金的生产粉末钝化:使细粉末适度变粗,或形成氧化薄膜,防止粉末自燃退火:还原性气氛,真空或者惰性气体,是氧化物还原,温度0.5-0.6倍熔点制粒是将小颗粒的粉末制成大颗粒或团粒的工序,常用来改善粉末的流动性。成形剂是为了提高压坯强度或为了防止粉末混合料离析而添加的物质,在烧结前或烧结时该物质被除掉,有时也叫粘结剂。用于硬质合金,陶瓷等。选择基本条件:1有较好的粘结性和润滑性能,在混合粉末中容易均匀分散,且不发生化学变化。2软化点较高,混合时不易因温度升高而熔化。3 混合粉末中不致于因添加这些物质而使其松装密度和流动性明显变

10、差,对烧结体特性也不能产生不利影响。4加热时,从压坯中容易呈气态排出,并且这种气体不影响发热元件、耐火材料的寿命。润滑剂粉末颗粒与模壁间的摩擦摸壁润滑粉末润滑弹性后效:在压制过程中,粉末由于受力而发生弹性变形和塑性变形,压坯内存在着很大的内应力,当外力停止作用后,压坯便出现膨胀现象搭桥:粉末在松装堆集时,由于表面不规则,彼此之间有摩擦,颗粒相互搭架而形成拱桥孔洞的现象粉末位移:当施加压力时,粉末体内的拱桥效应遭到破坏,粉末颗粒便彼此填充孔隙,重新排列位置,增加接触。粉末的变形:弹性变形,塑性变形和脆性断裂致密过程:松散状态拱桥效应的破坏(位移颗粒重排+颗粒塑性变形孔隙体积收缩致密化压坯强度:表

11、征压坯抵抗破坏的能力,即颗粒间的粘结强度。存在两种力,粉末间的机械咬合力;粉末颗粒表面之间的原子力影响因素:本征因素:颗粒间的结合强度(机械啮合mechanical interlocking和接触面积;外在因素:残余应力大小压缩比:压坯密度与松装密度之比影响压制过程的因素很多,如粉末性能、润滑剂和成形剂、压制方式等密度与压力间的关系:理想弹性体-虎克体(H体=M理想流体-牛顿体(N体=d/dt标准线性固体(SLS体M体与H体并联T=1+2T=1+2+1d/dt=M(+2d/dt巴尔申方程:将粉末体视为弹性体不考虑粉末的加工硬化忽略模壁摩擦lgPmax-lgP=L(-1 L=压制因子=压坯的相对

12、体积适用于硬质粉末或中等硬度粉末在中压范围内压坯密度的定量描述黄培云压制理论采用标准非线性固体模型lgln*(m-o/(m-o+ =nlgP-lgM 硬质或软质粉末均有效n=硬化指数的倒数M=压制模量对原模型进行修正,并采用模型第五章概念:孔隙数量或体积的演化致密化晶粒尺寸的演化晶粒长大(纳米金属粉末和硬质合金孔隙形状的演化孔隙尺寸及其分布的演化孔隙粗化、收缩和分布5.1烧结的三个过程粘结面的形成:过程:在粉末颗粒的原始接触面,通过颗粒表面附近的原子扩散,由原来的机械嚙合转变为原子间的冶金结合,形成晶界结果:坯体的强度增加,表面积减小金属粉末烧结体:导电性能提高是粉末烧结发生的标志;而非出现烧

13、结收缩烧结颈(sintering neck 的形成与长大:前期的特征 形成连续的孔隙网络,孔隙表面光滑化后期的特征 孔隙进一步缩小,网络坍塌并且晶界发生迁移闭孔隙的形成和球化 :孔隙管道被分隔成一系列的小孔隙,最后发展成孤立孔隙并球化 处于晶界上的闭孔则有可能消失 有的则因发生晶界与孔隙间的分离现象而成为晶内孔隙(intragranular pore ,并充分球化5.2烧结的热力学动力 多元体系自由能的降低;表面能的下降以及晶格畸变和缺陷的消除 驱动力:前期:=- 后期:Ps =P v -/ 烧结应力 减小残留孔径的措施:减小气氛压力(如真空较小的Do (细粉末与粒度组成,较高的压制压力提高(

14、活化空位浓度梯度Cv= Cvo/(kT2,(活化(细粉均有利于提高浓度梯度第六章烧结的迁移机制:粘性流动2、蒸发和凝聚3、体积扩散5、表面扩撒7、晶界扩散6、塑性流动 烧结特征方程:x m /an =F(T.t在某一烧结期间,很可能有几种机构同时起作用具体的主导烧结机构取决于粉末材质,粉末粒度,粉末颗粒的致密程度,表面状态,活化与否,烧结温度和烧结气氛现象1辅助添加剂的排除(蒸发与分解2当烧结温度达到退火温度时,压制过程的内应力释放,并导致压坯尺寸胀大3孔隙缩小,形成连通孔隙网络,封闭孔隙4晶粒长大 烧结过程中的晶粒长大在粉末烧结初、中期,晶粒长大的趋势较小而在烧结后期才会发生可观察到的晶粒长

15、大现象但与普通致密材料相比较,烧结材料的这种晶粒长大现象几乎可以忽略。产生晶界与孔隙分离或形成晶内孔隙的条件是 晶界迁移驱动力F 施加在晶界上的拉力F d 容易发现r P 愈小,N ,F d 细粉末难以形成内孔隙原始晶粒尺寸分布愈均匀,晶界与孔隙分离的机率也愈小纳米粉末的烧结特性低的烧结活化能 低的烧结温度 烧结机构 孔隙分布为双峰分布颗粒间的孔隙和团聚颗粒内部的孔隙4.获得纳米晶块体材料的技术措施1无团聚的纳米粉体a. 细小而均匀的孔隙结构b. 便于消除可能产生的内孔隙2高的压坯密度 纳米粉末颗粒具有极高的内摩擦阻碍颗粒重排列七 液相烧结2 液相烧结技术的优、缺点原因有二: 孔隙、夹杂物对晶

16、界迁移的阻碍 烧结温度低于铸造温度优点:1加快烧结速度:a 液相的形成加快了原子迁移速度b 在无外压的情况下,毛细管力的作用加快坯体的收缩c 液相的存在降低颗粒间的摩擦有利于颗粒重排列2 晶粒尺寸可以通过调节液相烧结工艺参数加以控制,便于优化显微结构和性能3 可制得全致密的P/M材料或制品,延伸率高4 粉末颗粒的尖角处优先溶于液相,易于获得有效的颗粒间填充不足之处:变形(distortion,slumping;当烧结坯体液相数量过大或混合粉的粒度、混合不均匀时,易出现变形;收缩大,尺寸精度控制困难3 分类1瞬时液相烧结(transient liquid phase sintering在烧结中、

17、初期存在液相,后期液相消失的烧结过程特点:烧结中初期为液相烧结,后期为固相烧结液相数量取决于成分(低熔点组分的含量、升温速度、粉末颗粒的粒度2 稳定液相烧结(persistent liquid phase sintering烧结过程始终存在液相的烧结过程3 熔浸(infiltration 多孔骨架的固相烧结和低熔点金属渗入骨架后的液相烧结过程前期为固相烧结,后期为液相烧结4.超固相线液相烧结(supersolidius liquid phase sintering:液相在粉末颗粒内形成,是一种在微区范围内较普通液相烧结更为均匀的烧结过程4 液相烧结的条件1.液相必须润湿固相颗粒即烧结体系应满足S=SL+LCOS2.固相在液相中具有有限的溶解度3.液相数量