粉末冶金复习

1、. .一、 绪论1、 粉末冶金的特点1经济性 2性能优越性 3独特性2、粉末冶金与铸造相比：减少合金成分偏聚，消除粗大、不均匀的铸造组织含碳量及合金元素含量高，熔铸形成大量骨骼状碳化物偏析，硬度更高，韧性和耐磨性好，热处理变形小，使用寿命长二、粉末冶金的粉末制备球形粉：气雾化法，压坯密度高，压坯强度低树枝状： 电解法， 压坯密度低，压坯强度高生产过滤器的青铜粉偏向于粗颗粒，原因是颗粒越大，空隙越大；硬质合金需要粉末非常细，空隙度越小。1、机械研磨法1加工原料要求：适于加工脆性粉末：陶瓷粉末、碳钢、硬质合金塑性材料的研磨方法：ü 经特殊处理使其具有脆性(氢脆/氧脆)脱氢/氧ü

2、 气流研磨(旋涡研磨、冷气流粉碎等)2粉末形状不规那么状(多角状、片状)研磨过程的四种作用力：压缩，剪切，冲击破碎脆性粉末主要依赖冲击，磨耗3气流研磨法：优势：颗粒自动分级，粒度较均匀；纯度高无研磨球及研磨介质污染；充入惰性气体或复原气体可防氧化；更分散，团聚更少，没有大颗粒存在ü 分类：旋涡研磨、冷流冲击、流态化床气流磨ü 特点：颗粒极细，粒径可到达0.1m以下，粒度分布窄、粒子外表光滑、形状规那么、纯度高、活性大、分散性好4冲击应力与粉末粒径对及粉末构造缺陷的关系：潜在计算题：半径越小，所需冲击应力越大5工作转速满足的条件潜在计算题：nA< n工作 < n临

3、界工作经历表示：ü n=0.75n临界：球体发生抛落，冲击力大只能制取较粗、性脆的粉末ü n=0.6n临界：球以滚动为主，Colliding + Slipping action可制取细粉ü n<<0.6n临界时，球以滑动为主6物料粉碎遵循的规律脆性粉末很快破碎，延性粉末精细分层、冷焊，可人工脆化潜在计算题：Sm粉末极限研磨后的比外表积S0粉末研磨前的比外表积S 粉末研磨后的外表积t 研磨时间, k 常数潜在简答题：3为什么会有极限研磨的颗粒大小存在“逆粉碎现象物料在超细粉碎过程中，随着粉碎时间的延长，颗粒粒度的减小，比外表积的增加，颗粒的外表能增大，颗

4、粒之间的相互作用增强，团聚现象增加，到达一定时间后，颗粒的粉碎与团聚到达平衡。粉碎与团聚之间存在平衡是各种粉碎存在最低粒度下限的主要原因打破以上平衡的重要方法之一：参加助磨剂在超细粉碎过程中，能够显著提高粉碎效率或降低能耗的化学物质称为助磨剂7潜在计算题：8强化球磨：1振动球磨高频振动易使物料生成裂缝，裂缝附近应力集中严重提高破碎效果、进展超细磨单位时间内研磨体造成的总冲击数潜在计算题：m: 单位时间研磨体总冲击数V: 球磨筒的体积K: 单位体积中球的数量B: 装填系数n: 振动次数/minZ: 转动一周球的冲击数E: 转动一周相邻冲击数研磨效率用单位时间物料比外表增加量R表示潜在计算题：R:

5、 单位时间物料比外表增加量w: 振动频率e: 振幅d: 球直径dm:物料直径: 球体密度: 物料强度2行星球磨增加球冲击次数，适宜制备纳米非晶粉末3高能搅拌球磨ü 球体运动的驱动力：搅拌+滚动ü 主要制备非晶、纳米晶、纳米颗粒，脆或韧性金属粉末4机械合金化它是在高能球磨的条件下，利用金属粉末混合物的反复变形、断裂、焊合、原子间相互扩散或发生固态反响形成合金粉末不同元素的新鲜外表不断暴露，在压力下相互冷焊，形成层间有一定原子结合力的多层构造复合粒子机械合金化过程及机理原子扩散实现合金化初始激活：延性颗粒扁平化，脆性颗粒破碎，形成原子化外表 经过活性化与粉末焊合 合金化：各颗粒

6、间距接近原子级水平，产生大量缺陷，加速固相扩散反响，实现合金化 组元间相互不断扩散分布，材料均匀化程度提高 合金化完毕：合金化过程根本完成或极其缓慢，整个体系处于非平衡化存在大量缺陷或非晶构造 形成微颗粒化和晶化，颗粒细化，非晶晶化，局部构造发生回复超饱和固溶体，氧化物弥散强化合金机械合金化过程粉末的形貌变化： 延性/延性体系：Ni-Cr, Ni-Al, Ti-Al, Cu-Zn etc 延性颗粒被碾成片状 颗粒发生冷焊*治构造 加工硬化、断裂、合金化· 延性/脆性体系：ODS合金· 延性颗粒被碾成片状· 脆性颗粒被破碎并镶嵌于延性相中· 延性相合金化、

7、脆性相弥散分布· 脆性/脆性体系：Si-Ge · 颗粒破碎、合金化潜在简答题：1材料为什么会被破碎？实际材料内部存在许多细小裂纹和缺限，外力作用导致裂纹和缺限附近产生应力集中。应力到达一定程度时，裂纹开场扩展而导致断裂2. 为什么机械研磨法原那么上不适合塑性粉末塑性材料在断裂前要发生塑性形变，因此要消耗大量的能量作业1、复合粉末材料, 屈服强度(yielding strength)与第二相关系如下: Particle size(mm) (MPa) 6.4 90 5.9 118 3.6 160 2.8 186求:第二相粉末为200nm时,材料的屈服强度,第二相为球形. Sph

8、ere shape powder作业2、如果粉末初始粒度Di和研磨最终粒度Df，便可估计研磨所需的能量g: 常数，与粉末材料、球尺寸、球磨方式以及筒设计有关a: 经历系数，12一青铜粉末Boron Powder 40um，5小时到20 um，假设磨到10um需要多少时间？(a=2)答案：W1=g(20-2-40-2)=0.001875g W2=g(10-2-20-2)=0.0075gW1/W2=t1/t2 t2=t1(W2/W1)=20h2复原法海绵状退火处理的作用：提高纯度，复原氧化物，除C去杂，消除加工硬化复原剂的氧化物XO比金属的氧化物MeO更稳定，反响才能发生关于po2专用坐标的使用以

9、求Fe2O3在1200度时的离解压为例：过1200度做垂线交Fe2O3标准生成反响线于B，连接氧点O与B延长交po2坐标即为离解压两直线的交点即为平衡点关于CO/CO2比值专用坐标的使用求1620度Al2O3被CO复原时CO/CO2是多少？用图解法从1620度作垂线交Al2O3生成反响线于E点，然后从C点通过E点画一直线交于CO/CO2坐标线于106/1和107/1之间，此为对数关系。为什么Al2O3的复原不能用CO，由以上数据可以知道，在1620度下，即使用现阶段最纯的CO复原，也无法满足CO/CO2比值关系，因此无法用CO复原Al2O3.k值越大，反响速度也越大故反响速度常数来反响速度的大

10、小多相反响的速度k1：扩散系数k2：化学反响速度常数ü k2<<k1，那么k = k2，即化学反响速度常数<<扩散系数扩散快，浓度差较小时能够有足够的反响剂输送到反响区v反响取决于化学反响速度，过程受化学环节所控制ü k1<<k2，那么k = k1=D/，即化学反响速度常数>>扩散系数扩散慢，v反响取决于反响剂通过扩散层厚度的扩散速度，过程受扩散环节控制为什么烧结要在高温下进展？烧结主要靠扩散过程完成，T太低，过程由反响环节控制，物质不扩散；高温时，由扩散环节控制C复原Fe2O3详见PPTFe3O4+FeO固熔体(浮斯体)和铁

11、比容相差甚大，导致产生很大晶格畸变，需要很大能量生成Fe，致使新相成核困难，速度变慢Fe2O3Fe3O4FeO(浮斯体FeO·Fe3O4固溶体)FeFe渗碳在浮斯体铁粉和海绵铁开场渗碳间存在一个复原终点特征：ü 浮斯体消失；ü FeOC =FeCO 平衡破坏，而碳氧化还在进展，气相中CO%，海绵铁开场渗碳海绵铁断面观察法和化学成分分析法：如何判断复原终点？复原不透，中间暗灰带(夹心)尚未复原的浮斯体，不可能渗碳，C%0.03银灰色，稍有一点氧化物夹生似的痕迹复原正常，0.2C%0.3银灰色，中间有熔化亮点复原过头，渗碳(有熔化的亮点) ，2% C%0.4%铁粉质硬

12、，压缩性差H2复原制W粉-WO3浅黄-WO2.90蓝WO2.72紫WO2褐WO3复原成W粉，其粒度比WO3粗长大机理：挥发沉积，而非聚集再结晶ü 内因：原料挥发性WO3 ：T始挥 = 400，T显挥 = 850 WO2 ：T始挥 = 700，T显挥 = 1050ü 外因 高温、且气氛中有H2O T，WO3挥发性，蒸发进入气相中被复原，沉积到粗W颗粒外表，导致长大饱和蒸汽压与外表曲率的关系细颗粒WO3的挥发性大于粗颗粒挥发性：WO2 <WO3T高颗粒长大严重粗粉 需T 长大趋势减小，故可采用高温此为两阶段复原法，制取细，中颗粒粉 一阶段复原粗粒度W粉W粉粒度控制 得细W

13、粉ü 分段复原ü 尽量低的复原温度ü 尽可能低的H2O%A、WO3粒度对W粉粒度的影响ü W二次颗粒：粗WO3粗，细WO3 细ü W一次颗粒：粗WO3细，细WO3 粗ü 粗WO3的水蒸气易于排出，WO3中的氧排除后，内部留下大量孔隙，v还快，一次颗粒不易长大ü 细WO3在复原后，H2O浓度， v还慢，生成的钨核迅速长大，一次颗粒粗WC粒度的控制ü W粉的一次颗粒越细WC颗粒越细ü 碳化温度过高或碳化时间过长，WC颗粒间的发生烧结或再结晶导致颗粒变粗ü 13501550，T，细颗粒钨粉长大显著，中

14、颗粒长大不明显，粗颗粒根本上不长制细WC要选较低的碳化温度3雾化法对象：任何能形成熔融液体的材料，主要是熔点不高的金属专用于过滤器用青铜、不锈钢、镍的球形粉末制备气雾化：球形冷却相对慢，充足时间球化，球化所需外表能最小微观构造：外表呈现胞状和树枝状构造，有氧化痕迹雾化工艺实质是一种快速凝固技术ü 能够增加金属元素的固溶度ü 极大地降低了成分偏析，粉末成分均匀，某些有害相，如高温合金中的s相，可能因激冷而受到抑制，甚至消除ü 冷速提高，枝晶间距减小，晶粒细化，材料的晶体构造向非稳态转变，可获得细晶、微晶、准晶直至非晶粉末气雾化过程：负压紊流区片状原始液滴形成区带状雾

15、化中心区椭球状冷却凝固区球状气体流速越大，破碎液滴得到的粉末粒度越细潜在计算题：金属液流破碎的速度范围决定于液滴破碎准数：气体密度v：气流对液滴的相对速度d：金属液滴大小：金属外表X力第一临界速度v1 破碎开场第二临界速度v2 形成粉末颗粒D1=10，第一临界速度v1=D2=14，第二临界速度v2=ü 气流温度低利于液滴破碎ü 水雾化：不规那么形 冷却快，能量来不及释放，呈不规那么状，氧含量高(600×10-6)，须经退火处理，但其具有很好的压缩性，可冷压成形冷却较快：粉末形状不规那么，亦可能发生氧化快速凝固：化学成分偏析很小水雾化中雾化颗粒的四种可能的机制火山爆

16、发式、溅射式、剥皮式、爆炸式金属颗粒形成是冲刷(主要形式)的结果，因此雾化效率取决于介质与金属流柱之间的夹角水流速度垂直方向的分量是控制粉末颗粒直径的主要因素潜在计算题：C: 雾化系数: 金属液流轴与水流轴间的夹角解决堵嘴的方法1、减小气流/液流与金属液流间的交角2增加喷口与金属液流间的距离A3设计辅助风孔，防止液滴四溅5水雾化改环流为板流雾化介质的动能愈大，金属液流破碎的效果就愈好A. 外表X力和粘度:ü 金属液的外表X力大，得球形粉ü 外表X力小，液滴易变形，得不规那么形状形粉ü 粘度小得球形粉，外表X力抑制粘度作用使粉末球化温度和化学成分对外表X力的影响(1

17、) 温度升高，所有金属(除Cu、镉)的外表X力都降低(2) O、N、C、S、P等活性元素大大降低液金属的外表X力ü O阻碍成球：在液滴外表形成氧化膜，大大提高金属液的黏度ü C、P促进球化：活性复原剂，能降低液体铁中氧含量，减小金属黏度ü N促进球化：保护金属不受强烈氧化ü S不影响颗粒成球形温度和化学成分对粘度的影响(1)  温度升高，金属液粘度降低(2) 金属液强烈氧化时，粘度大大提高，含Si、Al等元素的金属粘度增加(3) 合金熔体的粘度随成分变化的规律是：ü 固态或液态下都互溶的二元合金的黏度介于

18、两种金属之间ü 液态合金在有稳定化合物存在的成分下黏度最大ü 共晶合金液体粘度最小，易球化得球性粉外表X力抑制粘度作用使粉末球化，因此X力越大，得球形粉；在液流能破碎的范围内，外表X力和金属粘度越小，得到的粉末越细形成细粉的条件：ü 介质压力高、速度快ü 熔体外表X力、黏度小ü 熔体过热度大ü 熔体液流直径小ü 熔体液流长度短ü 喷射长度短ü 喷射顶角适当形成球形粉的条件：ü 熔体外表X力大、粘度小ü 熔体过热度大ü 液滴飞行路程长4电解法树枝状水溶液电解法:ü 阴

19、极区电极电位愈正者先复原沉积ü 阳极区愈负者愈先氧化溶解金属越活泼(易失e-)，溶液越稀，溶解倾向越大；反之沉积倾向越大能斯特方程：纯固体、液体、水的活度或物质的量浓度等于1气体的活度 = 气体的压力p，用100kPa的倍数表示电极电势与离子浓度的关系Fe2+对电解池的影响ü 增大电解液电阻，降低溶液的导电能力ü 可能被溶于溶液中的O氧化2Fe2+ +2H+ +1/2O22Fe3+H2O 将阴极的铜溶解(2Fe3+Cu=2Fe2+Cu2+) 在阴极上得到电子被复原(Fe3+e=Fe2+) ü 铁在溶液中反复氧化复原，导致电流效率降低Ni2+ü

20、降低溶液的导电能力ü 可能在阳极外表生成一层不溶性NiO薄膜，使阳极溶解不均匀，甚至引起阳极钝化Ag：ü 阳极不溶解，从阳极外表脱落进入阳极泥ü 以Ag2SO4形态转入溶液，电势高于铜那么在阴极会优先析出，造成银Ag的损失ü 电解含银的铜阳极时，溶液中需参加HCl，使生成AgCl沉淀而进入阳极泥回收标准电位比铜更正的金属杂质阴极：比铜优先复原析出；阳极：不氧化，进入阳极泥，或比铜后氧化标准电位与铜接近的金属杂质阴极：电流密度较高时，Cu2+降低时，析出进入阴极产物；阳极：与铜一起溶解入溶液标准电位比铜更负的金属杂质阳极：优先氧化溶解入溶液；阴极：留在溶液

21、中或比铜后复原ü 克当量克原子量/原子价ü 电化当量：ü i 1kc得到松散粉末ü i0.2kc只能得到致密沉淀物ü 1kci0.2kc可能析出析出致密体，也可能析出粉末ü 电流密度(I/A)增大，界面上的金属离子骤减，C-C0值将增大过程为扩散控制扩散慢：电流密度(I/A)增大 c-c0差值增大>阴极区金属离子骤减>由于阴极区的v电化反响 v扩散>形成的晶核多>细粉ü 恒定电流密度下，搅拌电解液使扩散层厚度减小，C-C0值也相应减小，即c0增大过程为电化反响控制电化学反响慢时：阴极区的v扩散v电化反

22、响>单位时间沉积的离子数相等>放电形核少>晶粒长大快>粗粉当界面上金属离子浓度C00，即电极过程为扩散过程控制，此时v形核v长大，利于沉淀粉末。A. 金属离子浓度ü Cu2+：1215g/L 0.2mol/Lü 能析出粉末的金属离子浓度内，Cu2+向阴极扩散的金属离子量越少，v形核v长大形成的晶核数越多，粉末越细ü Cu2+提高，致密沉积物的区域扩大，粉末变粗ü Cu2+增加，利于提高阴极的扩散电流，从而有利于铜的沉积，电流效率增大，粉末变粗ü Cu2+减小，电流效率低，得到细粉ü 阳极区 H2开场生成，消耗H

23、+ Cu2+ 升高，粉末变粗ü 阴极区 Cu可能被SO42溶解 Cu2+升高，粉末变粗ü 调整Cu2+方法把铜阳极换成铅板，后者外表氧化，只导电，不析出Pb，溶液中Cu2+下降B. 酸度 /H+ü H2析出，H+降低，利于得到疏松粉末 H+增大，析出致密沉积物区扩大ü H2析出，H+降低，溶液导电性下降ü 但形成粉末时并不都有氢析出，析出氢时析出物不一定粉末，可能是致密体C. 添加剂ü 电解质添加剂和非电解质添加剂ü 电解质添加剂：提高电解质的导电性或控制pH值电解制粉的条件：A 电流密度ü 电流密度高电子释放快，

24、v电化反响 v扩散，铜原子v形核快，细粉阴极上单位时间内放电离子数多，离子v形核v长大，细粉ü 电流密度低离子放电慢，过程由化学反响控制， v长大v形核，粗粉B 电解液温度：ü 温度提高，扩散速度增大，晶粒长大增快，粉末变粗ü 电解银时，当温度超过40时，离子迁移快，形成粗粉ü 解决方法：采用水冷电极C 搅拌：ü 搅拌速度高，扩散层的厚度减小，v扩散增大，粉末变粗ü 加快搅拌，或者电解液循环，可减少浓差极化，促使电解液的均匀度，利于阳极的均匀溶解和阴极的均匀析出熔盐电解法共沉淀法举例粉末包覆 为提高电极材料WCu合金的力学性能，可参加

25、少量的Ni，钨在最中间，Ni包覆W，铜在最外层 首先，钨粉在硝酸镍中溶解，氧化镍包覆钨，复原得到镍包覆钨颗粒 镍钨颗粒在进入氯化铜溶液中，包上铜后，烘干复原得到WNiCu合金粉 其性能：高温导电，抗氧化，力学性能显著提高平板状固体溶解球形固体1、诱导期：复原仅在固体氧化物外表的某些活化质点上进展，新相(金属)形成很困难，v反响很慢，很难测出2、反响开展期：新旧相界面不对称，易于气体吸附和晶格重新排列，故反响沿界面扩展，反响面扩大， v反响增加3、减速期：反响沿新相晶核为中心扩大到相邻反响面，反响面随过程进展不断减小，v反响降低1. 欲得细W粉，应如何控制各种因素？(1)采用两阶段复原法，并控制

26、WO2的粒度细； 2减少WO3的含水量和杂质含量； 3H2入炉前应充分枯燥脱水以减少炉内水蒸气的浓度； 4增大H2流量有利于反响向复原方向进展，有利于排除水蒸气使WO3在低温充分复原，从而可得细W粉； 5采用顺流通H2法； 6减小炉子加热带的温度梯度； 7减小推舟速度和舟中料层的厚度； 8WO3中混入添加剂如重铬酸氨的水溶液； 2. 用雾化法制取金属粉末有哪些优点？优点： 易合金化 可制得预合金粉末(因需熔化), 但完全预合金化后, 又易使压缩性下降. 一般采用局部预合金. 在一定程度上, 粒度、形状易控制. 化学成分均匀、偏析小, 且化学成分较复原粉为纯. 生产规模大.潜在计算题：3.简述电

27、解析出物形态与电流密度关系。析出物形态与电流密度关系为：1） 得到松散粉末： 对应图中区2致密沉积物：对应图中区2） 过渡状态：对应图中区 4. 用雾化法制取金属粉末有哪些优点？优点： 易合金化 可制得预合金粉末(因需熔化), 但完全预合金化后, 又易使压缩性下降. 一般采用局部预合金. 在一定程度上, 粒度、形状易控制. 化学成分均匀、偏析小, 且化学成分较复原粉为纯. 生产规模大.1. 假设制取多孔状、球状、树枝状粉末及超细粉末，应分别采用何种制粉方法，为什么"多孔状：喷雾热分解发 球状：气雾化法 树枝状：电解法 2. 假设用镍离子含量为12g/mol浓度的硝酸镍做电解液制取镍粉

28、时，至少需要多大的电流密度才能制得松散粉末。(KNi0.62) 3. 有哪些方法生产铁粉" 并比较各方法的优缺点。 4. 为何铝粉不能采用H2复原Al2O3制备，有可能采用C或CO复原制备，估计需采用何种条件？ 5 . 为何合金粉末的硬度高于同样成分的混合粉末硬度？三、分体表征：ü 单颗粒：不能再别离，能独立存在的最小实体ü 二次颗粒：由多个单颗粒或一次颗粒构成，不易别离、能独立存在的颗粒ü 一次颗粒：最先形成，但不能独立存在颗粒外表构造：A. 外外表：颗粒外表宏观的凸起和凹进的局部，宽度大于深度的裂纹B. 内外表：深度超过宽度的裂纹、微缝以及与颗粒外外

29、表连通的孔隙、空腔等不包括颗粒内的闭孔机械夹杂：ü 机械夹杂物一般提高颗粒硬度，降低粉末压制性能，对材料韧性，特别是冲击韧性影响显著ü 构成裂纹源，降低材料力学性能形状因子 圆形度： 等投影面积的圆的周长/颗粒投影像的实际周长 延伸度： n=最大尺寸l/最大投影面上两切线间的最短距离b 扁平度: m=b/与最稳定平面垂直的尺寸为厚度t 齐格指数:延伸度/扁平度=n/m 球形度：等体积球的外表积/颗粒实际外表积 粗糙度：球形度倒数 外表形状因子、体积形状因子、比形状因子f：外表形状因子K：体积形状因子比形状因子： 真密度D1：有效密度D2：只包含闭孔的密度相对密度D3: 包含

30、开孔和闭孔的密度比外表ü 比外表积：Sw (m2/g)指单位质量粉末具有的外表积ü 体积比外表：Sv (m2/cm3)指单位体积粉末具有的外表积费氏：气体透过法测外比外表测二次颗粒粒径 50-0.1mBET：气体吸附法测比外表积测一次颗粒粒径颗粒的显微硬度：ü 很大程度取决于粉末中各种杂质与合金组元的含量以及晶格缺陷的多少，故间接代表了粉末的塑性ü 粉末纯度愈高，硬度愈低ü 不同方法生产同一种金属的粉末，显微硬度不同孔隙度=空隙体积/表观体积1松装密度、振实密度和孔隙度的影响因素a. 粒度细粉：，松细颗粒间相互作用力大，易“搭桥，阻碍颗粒运动b

31、. 粒度分布ü 粒度分布窄，松ü 不同粒径粉体按一定比例混合 ，松 小颗粒填充大颗粒的间隙，c. 颗粒形状越复杂，松、振，d. 外表粗糙ü 粗糙：松，搭桥效应ü 光滑：松，ü 粉末经适当球磨和外表氧化物的生成松e. 粉末潮湿，松2流动性的影响因素ü 形状复杂，外表粗糙，流动性差颗粒间相互摩擦、咬合阻碍颗粒运动ü 细粉流动性差ü 等轴状(对称性好)的粗粉流动性好ü 粒度组成：细粉% 流动性差粗粉% 流动性变化不明显3压制性ü 压缩性：粉末被压紧的能力ü 成形性：压制后，压坯保持形状的能力

32、成形性影响因素A.不规那么粉末，压紧后颗粒间连接力强，成形性好树枝状最好，球形粉最差B. 细粉，颗粒松软，成形性好1. 什么是粒度"粒度分布"平均粒度" 粒度: 颗粒在空间范围所占大小的线性尺度. 粒度组成(粒度分布): 不同粒径的颗粒占全部粉末的百分含量. 平均粒度: 粉末颗粒粒径的统计平均值.2. 如何提高粉末的松和流动性？松装密度高的粉末流动性也好，方法：粒度粗、形状规那么、粒度组成用粗+细适当比例、外表状态光滑、无孔或少孔隙四、粉末成形1） 齿轮的制备工艺2） 前期准备：一、粉末退火a、降低有害杂质含量C，O等，提高纯度。b、消除加工硬化，改善粉末压制性能

33、c、退火温度应高于粉末材料再结晶温度：0.45-0.6T熔.Fe：250 Cu：500。d、退火气氛，复原气氛或真空。高温合金采用惰性气体退火，而不用氢。二、粉末混合机械混合方式干混法：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 化学法混合ü W-Cu-Ni包覆粉末的制造工艺 W粉+Ni(NO3)2溶液混合热解复原700-750W-Ni包覆粉 + CuCl2溶液混合热解复原400-450W-Cu-Ni包覆粉末ü WC-Co硬质合金:醋酸钴水溶液+WC 混合热解 WC+Co包覆粉三、筛分四、制粒原理1. 借助于聚合物的粘结作用将假设干细小颗粒形成团

34、粒2. 减小团粒间的摩擦力3. 大幅度降低颗粒运动时的摩擦面积4. 增大运动单元的动力重量五、成形剂和润滑剂压制过程中颗粒变化：1)颗粒重排，颗粒的滑动与转动颗粒间啮合，变形，外力抑制粉末间的摩擦阻力，粉末移动，填充到孔隙中去，压坯密度显著提高。2)产生屈服弹性变形，之后产生塑性变形压力，粉末颗粒产生屈服弹性变形，当到达材料屈服应力后，粉末颗粒产生塑性变形。3)加工硬化，颗粒断裂和破碎粉末继续位移困难，粉末加工硬化，颗粒发生断裂和破碎，进一步填充到压坯中较小的孔隙中去。密度分布的规律，密度等高性 (1)沿压坯高度下降(2)断面，靠近上模冲局部:边缘密度高于中间，中间最低(3)靠近下模冲情况如上

35、相反(4)上模冲边缘处密度最高，下模冲密度最低弹性后效！压坯脱出模腔后尺寸胀大的现象，残留内应力释放的结果硬脂酸锌及成形剂添加与否 前者阻隔金属颗粒的联结 后者可提高压坯强度高模量组份的含量 一样应变量，高模量增加残留应变能抗弯强度计算=3PL/2bh2平方 压坯抗弯强度，MPa；P破断负荷，N；L试样支点间距离，ASTM：25.4mm中国：25mm； b试样宽度，mm；h试样厚度，mm。压溃强度计算巴尔申方程:根本假设1.将粉末体视为弹性体2.不考虑粉末的加工硬化3.忽略模壁摩擦4.任意一点的变形与压力间的变化率 d/d=k =P/A -对应于压缩量； A-颗粒间有效接触面积巴尔申方程用于硬

36、粉末比软粉末好适应范围：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他将粉末体当作理想弹性体对待，运用虎克定律于压制过程。假定粉末变形时无加工硬化现象，事实上，粉末在压制过程中必然产生加工硬化现象未考虑摩擦力的影响未考虑到压制时间的影响。只考虑了粉末的弹性性质，而未考虑或忽略了粉末的流动性质。在公式推导过程中，未能将“变形与“应变严格区分开来黄培云方程:考虑粉末兼具弹性成分和粘性成分适应性硬质或软质粉末均有效压制过程的影响一、粉末原料1、粉末性能粉末化学性能的影响：粉末纯度愈高，压缩性愈好，压坯强度高；O2、C、SiO2使压坯弹性后效增加，损坏模具。合金粉末压制性比纯金属粉末压制性能差

37、，采用混合粉末压制性优于合金粉末压制性，压缩性、成形性如 Cu-Sn混合粉末压制性优于合金粉末压制性。2、粉末塑性好、压缩性好、压坯强度高，晶格畸变，导致压制性能变差；3、粉末粒径的影响：粉末颗粒越粗，压缩性好，流动性，松装密度提高，但成形性较差，压坯啮度可能会降低，粉末粒度分布有在流动。4、颗粒形状，球形粉末，流动性好，压缩性好，但成型性差，压坯密度偏低。5、高径比，高径比增加，摩擦作用增加。润滑剂选择原那么 易于分散在粉末中加溶剂。 在烧结致密之前应易于排泻。 不应改变粉末的化学性能。MoSi2有可能改变，在Fe基制品中MoS2中的Mo可作用为合金元素。 对人体无害。主要缺陷类型、成因分层

38、沿坯件棱边向内部开展的裂纹，与压制面形成大约45度的界面 原因：弹性后效 控制方法 适当降低压制压力 复杂件应提高密度分布均匀性裂纹：台阶间结合处，脱模过程中的停顿原因：弹性后效 控制方法： 提高压坯强度 复杂件成形：保持恒压缩比与提高粉末填充均匀性特殊成型1等静压特点：受力均匀，无模壁摩擦，可得到密度分布均匀，密度较高的压坯。通常不使用成形剂，制备性能极差的陶瓷粉末。a 湿袋压制不宜自动化b 干袋压制 宜于自动化热等静压是消除制品内部残存微量孔隙和提高制品相对密度的有效方法2温压技术：ü 粉末与模具被加热到较低温度一般为150下的刚模压制方法 特点：1.除粉末与模具需加热以外，与常

39、规模压几乎一样 温压与粉末热压完全不同2.温压的加热温度远低于热压高于主要组分的再结晶温度3.被压制的粉末冶金零部件的尺寸精度很高，外表光洁ü 孔隙的消极奉献造成应力集中，降低零部件的强度和韧性孔隙降低材料的热导性能，抑制热处理对力学性能改善的奉献潜力温压过程的实质：ü 塑性变形得以充分进展：加工硬化速度和程度降低 压坯密度ü 有效地减小粉末与模壁间的摩擦:增大有效外压力ü 降低粉末颗粒间的内摩擦：便于颗粒间的相互填充压坯密度ü 颗粒重排为主导机理ü 颗粒的塑性变形为前者提高协调性变形ü 成为后期的主导致密化机理3注射成型注

40、射压力和温度是关键工艺参数 ，取决于粘结剂类型与粉末粒度，颗粒形状4粉末挤压粉末挤压的必要条件是什么"物料被挤压出的必要条件是:挤压压力大于筒模壁和挤嘴模壁对混合料产生的摩擦阻力.5粉浆浇注1 料浆的制 备 由金属粉末或纤维与分散剂等组成的混合物 具有一定的流动性、粘度和相对稳定性 分散剂：水或酒精添加剂粘结剂 赋予浇注件以足够强度 PVA，PEG，藻酸钠，3%稳定剂 阻止粉末颗粒间的聚集，参加弱酸、碱，在颗粒外表上吸附H+或OH-离子 静电吸附，同性相斥别离研究发现,偏析现象ü 细颗粒或轻质颗粒的重力沉降作用较小,颗粒堵塞效应明显ü 粗颗粒或重质颗粒随分散剂的运

41、动较小,重力沉降效应显著ü 料浆的固液比,颗粒尺寸差异,颗粒比重差异,石膏模的吸水速度3. 影响粉浆浇注的因素有哪些"其中最主要的是哪两个"有：粉浆的流动性、稳定性，粉末原料的粒度、粉末量与母液的比值液固比、粉浆的PH值、分散剂和粘结剂、粉末吸附气体量等。最重要的是粉浆的流动性和稳定性.1.什么是弹性后效"它对压坯有何影响"弹性后效：在去除P压后，压坯所产生的胀大现象。弹性后效危害：压坯及压模的弹性应变是产生压坯裂纹的主要原因之一，由于压坯内部弹性后效不均匀，脱模时在薄弱部位或应力集中部位就会出现裂纹。五、烧结1，烧结的根本过程粉末烧结后，烧结

42、体的强度增加，首先是颗粒间的联结强度增大，即联结面上原子间的引力增强。在粉末或粉末压坯内，颗粒间接触面上能到达原子引力作用范围的原子数目有限。但是在高温下，由于原子振动的振幅增大，发生扩散，接触面上才有更多的原子进入原子作用力范围，形成粘结面，并且随着粘结面的扩大，烧结体的强度也增强。粘结面内扩大进而形成烧结颈，使原来的颗粒界面形成晶粒界面，而且随着烧结的继续进展，晶界可以向颗粒内部移动，导致晶粒长大。 烧结体的强度增大还反映在孔隙体积和空隙总数的减少以及孔隙的形状变化上。由于烧结颈长大，颗粒间原来相互联通的孔隙逐渐收缩成闭孔，然后逐渐变圆。在孔隙性质和形状发生变化的同时，空隙的大小和数量也在

43、改变，即空隙的个数减少，而平均空隙尺寸增大，此时小孔隙比大孔隙更容易缩小和消失。 致密化并不是烧结过程的开场，而只是烧结体的强度增大才是烧结发生的明显标志粘结阶段烧结初期，颗粒间的原始接触点或面转变成晶体结合，即通过形核长大等原子过程形成烧结颈。颗粒内的晶粒不发生变化，颗粒外形根本未变，整个烧结不发生收缩，密度增加也极微。但是烧结体的强度和导电性由于颗粒结合面增大而有明显增加；烧结颈长大阶段原子向颗粒结合面大量迁移使烧结颈长大，颗粒间距离缩小，形成连续的孔隙网络；同时由于晶粒长大，晶界越过孔隙移动，而被晶界扫过的地方，孔隙大量消失。烧结体收缩，密度和强度增加是这个阶段的主要特征；闭孔隙球化和缩

44、小阶段当烧结密度到达90%以后，多数孔隙被完全分隔，闭孔数量大为增加，孔隙形状趋近于球形并不断减小2，烧结系统自由能的降低使烧结过程的驱动力，包括：ü 由于颗粒结合面烧结颈的增大和颗粒外表的平直化，粉末体的总比外表积和总外表自由能减小；ü 烧结体内空隙的总体积和总外表积减小；ü 粉末颗粒内晶格畸变的消失。外表能贯穿烧结的始终1.烧结初期2.烧结颈长大阶段3.孔隙球化和消失阶段烧结的驱动力：外表能；晶格畸变能烧结驱动力：=1/x-1/当>>，=-/为烧结颈处的X力，拉动烧结颈扩X有效作用力开孔隙：闭孔隙：除了外表X力作用外，还存在靠原子扩散的物质迁移，扩

45、散是由扩散浓度梯度造成化学位的差异所引起过剩空位浓度：.过剩空位浓度梯度;3，烧结机构1粘性流动ü 第一阶段：相邻颗粒间的接触外表增大，直到孔隙封闭；ü 第二阶段：残留闭孔逐渐缩小。外表X力作用下，颗粒发生类似黏性液体的流动晶体粘性流动是靠体内空位的自扩散来完成的粘性流动实际只适用于非晶态物质2蒸发与凝聚蒸汽压使原子从球的外表蒸发，重新在烧结颈凹面上凝聚下来，就是蒸汽与凝聚物质迁移模型。3体积扩散皮涅斯：ü 在颗粒接触面上空位浓度高，原子与空位交换位置，不断地向接触面迁移，使烧结颈长大；ü 烧结后期，在闭孔周围得物质内，外表应力使空位的浓度增高，不断向烧

46、结体外扩散，引起空隙收缩。作业1. 一烧结产品直径为10mm，相对密度为85%，那么，压坯相对密度为83%时模具尺寸应是多大？2. 由烧结线收缩率L/L0和压坯密度g计算烧结坯密度s的公式为s=g/(1-L/L0)。试推导此公式。假定一压坯相对密度68%烧结后，相对密度到达87%，试计算线收缩率是多少？4外表扩散在较低和中等烧结温度下，外表扩散的作用十清楚显，而在更高温度时，逐渐被体积扩散所取代5晶界扩散晶界对烧结的重要性有两方面：ü 烧结早期，粉末细小，孔隙多，孔隙与晶界相连搭界。因此颈区的空位易于被晶界吸收或扩散。分布在晶界处的孔隙最先消除或通过晶界消除。ü 原子空位晶

47、界扩散激活能只有体扩散激活能的1/2，而扩散系数增大1000倍。而随着温度降低这种差异更大。晶界对烧结颈长大和烧结体收缩所起的作用ü 假设颗粒接触面上未形成晶界，空位只能从烧结颈通过颗粒内向外表扩散，即原子由颗粒外表填补烧结颈区。ü 假设晶界存在，烧结颈边缘的过剩空位将扩散到晶界上消失，结果是颗粒间距缩短，收缩发生。6塑性流动烧结颈形成和长大可看成是金属粉末在外表X力作用下发生塑性变形的结果(1)烧结的早期，外表X力较大，塑性流动可以靠位错的运动来实现，类似蠕变的位错机构；(2)而烧结后期，以扩散流动为主，类似低应力下的扩散蠕变，或称纳巴罗赫伦微蠕变。(3)扩散蠕变是靠空位

48、自扩散来实现的，蠕变速度与应力成正比；而高应力下发生的蠕变是以位错的滑移或攀移来完成的E-C为蒸发-凝聚，SD为外表扩散，VD为体积扩散。体积迁移过程从内部的质量源供给颈部长大PF为塑性流动，GB为晶界扩散，VD为体积扩散。随着颗粒的靠近，只有体积迁移机制产生收缩烧结的后期，孔隙和晶界的相互作用可以取三种形式： 1.孔隙能阻碍晶粒生长； 2.在晶粒生长过程中，孔隙会被移动的晶界改变形状； 3.晶界与孔隙脱离，使孔隙孤立地残留在晶粒内部。对于需要高的烧结密度的粉末冶金产品，在烧结时应尽量防止孔隙与晶界脱离。4，单元系烧结1低温预烧阶段0.25ü 主要发生金属的回复，吸附气体和水分的挥发

49、，压坯内成形剂的分解和排除ü 由于回复消除了压制时的剩余弹性应力，颗粒接触反而减小，加上挥发物的排除，故压坯体积收缩不明显ü 密度根本不变，但因颗粒间金属接触增加，导电性有所改善2中温升温预烧阶段0.40.55ü 开场出现再结晶，首先在颗粒内，变形的晶体得以恢复，改组为新晶粒；ü 颗粒外表氧化物被完全复原，颗粒界面形成烧结颈；ü 电阻率进一步降低，强度迅速提高，密度增加较缓慢。3高温保温完成烧结阶段0.50.85ü 烧结的主要过程如扩散和流动充分进展并接近完成，形成大量闭孔，并继续缩小，使得孔隙尺寸和孔隙总数均有减小，烧结体密度明显增

50、加；ü 保温足够长时间后，所有性能均到达稳定值而不再变化；ü 长时间烧结使聚晶得以长大，对强度影响不大，但可能降低韧性和延伸率。造成膨胀和密度降低的原因有：ü 低温烧结时压制内应力的消除，抵消一局部收缩，因此当压力过高时，烧结后会胀大ü 气体与润滑剂的挥发阻碍产品的收缩，升温过快，使产品鼓泡胀大ü 与气氛反响生成气体阻碍产品的收缩；ü 烧结时间过长或温度偏高，造成聚晶长大使密度略为降低；ü 同素异晶转变可能引起比容改变而导致体积胀大。晶界移动和晶粒长大受阻的情况：1孔隙的影响 孔隙是阻止晶界移动和晶粒长大的主要障碍。晶界要移

51、动到无孔的新位置处，就要增加晶界面和界面自由能由于孔隙对晶界移动的阻碍作用，烧结时晶粒长大总是发生在烧结的后期，即孔隙数量和大小明显减小以后。2第二相的作用 第二相的体积百分数量愈大，对结晶和晶粒长大的阻力就愈强，最后得到的晶粒越细； 如果杂质体积百分数不变，质点尺寸越大，对再结晶总的阻力相对减弱，因而晶粒也越大。3晶界沟的影响晶界沟是阻止晶界移动和晶粒长大的5，多元系固相烧结1金属扩散的一般规律是，原子半径相差越大，或在元素周期表中相距越远的元素，互扩散速度也越大；间隙式固溶的原子扩散速度比替换式的大的多；温度一样和浓度差异不大时，在体心立方点阵相中，原子的扩散速度比在面心立方点阵相中快几个

52、数量级。在金属中溶解度最小的组元，往往具有最大的扩散速度。各种元素在铁中的扩散系数和溶解度. 在-Fe与-Fe中溶解度大的元素，扩散系数反而小。2在多元系中，由于组元的互扩散系数不相等，产生柯肯德尔效应，证明是空位扩散机制起作用。3添加第三元素可以显著改变元素B在A中的扩散速度。4性能成分关系(1) AB=1/2A+B，3式中A0BCA+C直线关系；(2)A-2ABA<0，即AB>1/2A+B)A为负值，抛物线向下，存在极大值；(3)A-2ABA>0，即AB<1/2A+B)A为正值，抛物线向上，存在极小值；烧结体的收缩值：=ACA2+BCB2+2ABCACB 544而

53、CA+CB=1式中A、B-组元在一样条件下单独烧结时的收缩值，分别为CA与CB平方的函数。AB-全部为A-B接触时的收缩值ü 假设 AB=1/2A+B那么烧结体的中收缩服从线性关系；ü 假设 AB>1/2A+B 那么为凹向下抛物线关系，这时混合粉末烧结的收缩大；ü 假设 AB<1/2A+B 得到的是抛向上的抛物线关系，这时烧结的收缩小。混合粉末替代预合金化粉末有以下优点：ü 容易改变组元；ü 由于粉末的强度、硬度和工作硬度小，易于加压；ü 较高的未烧结密度和强度；ü 可能形成独特的微构造；ü 提高致密化

54、。ü 考虑最后一项，混合粉末的组元梯度加强了对烧结有利的扩散流动。两相之间的接触面有助于空位产生而阻碍晶粒的生长。6，液相烧结瞬间液相烧结：液相是有限，大量溶解固相，形成固溶体或化合物，后期液相消失。液相烧结的条件1.润湿性溶液对固相颗粒的外表润湿性好是液相烧结的重要条件之一，对致密化、合金组织与性能的影响极大。S：固相外表X力； L：液相外表X力；SL：两相的界面X力；：润湿角或接触角液相烧结需满足的润湿条件是<90；如果>90，烧结开场时液相即使生成，液相会很快跑出烧结体外，称为渗出。这样，烧结合金中的低熔组分将大局部损失掉，使烧结致密化过程不能顺利完成。液相只有具备完全或局部润湿的条件，才能渗入颗粒的微孔和裂隙甚至晶粒间界两面角ü 0o，sl>1/2ss，液相将固相界面完全隔离，液相完全包围固相；ü 120o，slss液相不能渗入固相界面，烧结只能在同组元中进展。液相烧结过程和机构 1液相流动和颗粒重排阶段 液相对固相颗粒润滑和有足够液相存在是颗粒移动的重要前提。颗粒间孔隙中液相所形成的毛细管力以及液相本身的粘性流