粉末冶金考试资料

1、粉末冶金课本概述绪论粉末冶金：粉末冶金是一种制取金属粉末，以及采用成形和烧结工艺将金属粉末（或金属粉末与非金属粉末得混合物）支撑制品的工艺技术。又称金属陶瓷法。 粉末冶金工艺的基本工序：1、原料粉末的制取和准备。2、将金属粉末制成所需形状的坯块。3、将坯块在物料主要组元熔点一下的温度进行烧结，使制品具有最终的物理、化学和力学性能。粉末冶金的优势：1、在生产零部件时成本低。2、有些独特的性能或者显微组织无可非议地只能由粉末冶金方法实现。3、有些材料如活性金属用其它工艺来制取十分困难，而粉末冶金则相对容易。粉末冶金的不足：粉末成本高，制品的大小和形状受到一定限制，烧结件的韧性较差。粉末的制取粉末制

2、备方法的分类粉末制备方法分为物理机械法和物理化学法，物理机械法分为机械研磨法和高温物化法；物理化学法分为氧化还原法、气相沉积法、液相沉积法、电解法和纳米超细粉末制备技术。也可按照原料状态下分类，在固态下制取粉末有机械粉碎法、电化腐蚀法、还原-化合法；在气态下制取粉末有蒸汽冷凝法、羟基物热离解法；在液态制取粉末有雾化法、置换法、溶液氢还原法、电解法。机械粉碎法机械粉碎法：是靠压碎和磨削等作用将块状金属、合金或机械化合物机械地粉碎成粉末的方法。机械研磨法研磨的规律：研磨时有四种力作用在颗粒材料上：冲击（一个颗粒体被另一个颗粒体瞬时撞击）、磨耗（由于两物体间的摩擦作用产生磨损碎屑或颗粒）、剪切（将颗

3、粒切割或劈开）、压缩（缓慢施加压力于颗粒上，压碎或挤压颗粒材料）。研磨的作用：减小或增大粉末粒度（一般是使粉末的粒度变细）；合金化；固态混料；改善，转变或者改变材料的性能。研磨与转速：当转速增大到一定速度时，球体受离心力作用不能跌落，物料不能被粉碎。这种情况下的转速为临界转速。临界转速n临界与圆筒直径D有关，n临界=42.4/D r/min 在工作中，欲使球体起冲击作用，圆通转速为(0.70.75)n临界。滚动和滑动制度则要为0.6n临界。影响球磨的因素：球磨机中的研磨过程取决于：装料量，球磨筒尺寸，球磨机转速，研磨时间，球体与被研磨物料的比例，研磨介质以及球体直径。1、球体直径：研磨硬而脆的

4、材质时，可选用球筒直径D与长度L之比D/L>3的球磨机；当D/L>3时，适于研磨塑性的材质。2、球磨机的填充系数一般为0.40.5。3、装料量为球磨筒容积的20。4、球体大小对物料的粉碎也有很大影响，一般大小不同的球配合使用。d<(1/181/24)D。球磨铁粉选用1020mm的钢球。5、物料除可以在空气介质中干磨外还可以在液体介质中进行湿磨。液体介质可以是汽油，水，酒精，丙酮等。6、物料是脆性材料还是塑性材料对研磨过程有很大影响。脆性材料虽然硬度高，但很快被粉碎，塑性材料则相反。人工脆化很有意义。装填系数：球体体积与球磨筒容积之比。湿磨的主要优点：可减少金属氧化；防止金属颗

5、粒的再聚集长大；减少物料的成分偏析；防止粉末飞扬，改善劳动环境。强化球磨的方法：提高研磨速率，可强化研磨效果，有振动球磨和行星球磨。 机械合金化（MA）：是在高速搅拌球磨的条件下，利用金属粉末混合物的重复冷焊和断裂进行合金化的。也可在金属粉末中加入非金属粉末来实现机械合金化。是一种高能球磨法。机械合金化与机械混合法的不同：1、粉末中引入了大量的缺陷和纳米结构，使合金过程的热力学和动力学不同于普通的固态反应。合成常规法难以合成新型合金，如固态下溶解度较小，甚至在液态下几乎不互溶的体系，通过MA可以形成固溶体。雾化法雾化法：是将液态金属或合金直接破碎成细小的液滴，其大小一般在150m，而成为粉末。

6、制粒：用于制造大颗粒粉末的工艺称为制粒。是让熔融金属通过小孔或筛网自动注入空气或水中，冷凝后便得到金属粉末。二流雾化（水雾化或气雾化）：借助高压水流或者气流的冲击来破碎液流。 离心雾化：用离心力破碎液流称为离心雾化。真空雾化：在真空中的雾化叫做真空雾化。超声波雾化：利用超声波能量来实现液流的破碎称为超声波雾化。雾化的形式：平行喷射，垂直喷射，V型喷射，锥形喷射，旋涡环形喷射。 雾化喷嘴：自由降落式喷嘴，侧线式喷嘴。水雾化中，雾化粉末粒度D与水速有关，D=C/sin。还原法碳还原法固体碳还原氧化铁的过程：Fe2O3->Fe3O4->FeO->Fe当温度高于570时有3Fe2O3

7、+C=2Fe3O4+CO Fe3O4+C=3FeO+CO FeO+C=Fe+CO当温度低于570时有1/4Fe3O4+C=3/4Fe+CO气体还原法钨粉只能用氢气来制取。钨的氧化物有四种，WO3,WO2.90,WO2.72,WO2总反应为：WO3+3H2=W+3H2O影响钨粉纯度的主要因素有原料，氢气，还原温度时间和料层厚度，添加剂。金属热还原主要应用于制取稀有金属粉末，如钽铌等。总反应式是MeX+Me1=Me1X+Me+Q 金属热还原法应满足一下条件：1、还原反应中的Q较大，使还原过程能够依靠反应热效应自发进行。2、还原过程中所形成的渣和残余的金属还原剂应该容易与金属分离开来。3、金属还原剂

8、与被还原金属不能形成合金或其它化合物。 气相沉积法气相沉积法有以下几种形式：1、金属蒸汽冷凝。2、羟基物热离解。3、气体还原。4、化学气相沉积。羟基物热解离法（羟基法）：就是离解金属羟基化合物而制取金属粉末的方法。不仅可以生产纯金属粉末，合金粉末也可制的包覆粉末。制的的粉末很纯，可制Ni粉。180时Ni+4CO=Ni（CO4）;280300时 Ni（CO4）=Ni+4CO气象还原法：是指用氢还原气态金属卤化物的方法。可以制的金属粉末，合金粉末，包覆粉末。此法得到的粉末都是很细或者超细的。可制的超细钨粉：W+3Cl2->WCl6 WCl6->W+6HCl化学气相沉积（CVD）：是从金

9、属卤化物还原化合沉积制取难熔化合物粉末和各种涂层的方法。包括碳化物，硼化物和氮化物等方法。碳化物：金属卤化物+CmHn+H2->MeC+HCl+H2液相沉积法金属置换法：用一种金属从水溶液中取代出另一种金属的过程。液态氢还原法：用气体从溶液中还原金属盐溶液制取金属粉末的方法。反应式为可以制取铜镍钴等金属粉末，也可以制取合金粉末和包覆粉末。液相共沉淀法制取复合粉末有两种方案：1、使基体金属和弥散相金属盐或氢氧化物在同种溶液中同时析出达到均匀分布，然后经干燥，分解，还原过程以得到基体金属和弥散相的复合粉末。2、将弥散相制成最终粒度，然后悬浮在含基体金属的水溶液中作为沉淀结晶核心。待基体金属以某种化合物沉淀后，经过干燥还原就得到以弥散相为核心，基体金属包覆在弥散相核心外面的包覆粉末。 电解法电解法：在一定的条件下，粉末可以在电解槽的阴极上沉积出来。电解法因为成本较高，生产中占得比重较小，所得粉末较纯，粉末