2023年粉末冶金原理考试试卷

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2022–2022学年2学期时光120分钟

一、名词解释：（20分，每小题2分）

临界转速比表面积一次颗粒离解压电化当量气相迁移颗粒密度比外形因子

二、分析研究：（25分）

1粉末冶金技术有何重要优缺点，并举例说明。（10分）

2分析粉末粒度、粉末形貌与松装密度之间的关系。（10分）

3、分析为什么要采纳蓝钨作为还原制备钨粉的原料？（5分）

三、分析计算：（30分，每小题10分）

1机械研磨制备铁粉时，将初始粒度为200微米的粉末研磨至100微米需要5个小时，问进一步将粉末粒度削减至50微米，需要多少小时？提醒W=g（Dfa-Dia），a=-2

2在低压气体雾化制材时，直径1mm的颗粒，需要行走10米和花去4秒钟举行固化，那么在同样条件下，100μm粒度颗粒需要多长时光固化：计算时需要作何种假设。

3、相同外径球型镍粉末沉降分析，沉降桶高度100mm，设一种为直径100微米实心颗粒，一种为有内径为60的空心粉末，求他们的在水中的沉降时光。

d理=8.9g/cm3，介质黏度η=1x10-2Pa·S

四、问答：（25分）

1气体雾化制粉过程可分解为几个区域，每个区域的特点是什么？（10分）

2熔体粘度，蔓延速率，形核速率，以及固相长大速率都与过冷度相关，它们各自对雾化粉末显微结构的作用如何？（15分）

2022粉末冶金原理课程（I）考试题标准答案

一、名词解释：（20分，每小题2分）

临界转速：机械研磨时，使球磨筒内小球沿筒壁运动能够正巧经过顶点位置而不发生抛落

时，筒体的转动速度

比表面积：单位质量或单位体积粉末具有的表面积

一次颗粒：由多个一次颗粒在没有冶金键合而结合成粉末颗粒称为二次颗粒；离解压：每种金属氧化物都有离解的趋势，而且随温度提高，氧离解的趋势越大，

离解后的氧形成氧分压越大，离解压即是此氧分压。

电化当量：这是表述电解过程输入电量与粉末产出的定量关系，表达为每96500

库仑应当有一克当量的物质经电解析出

气相迁移：细小金属氧化物粉末颗粒因为较大的蒸气压，在高温经挥发进入气相，被还原后沉降在大颗粒上，导致颗粒长大的过程

颗粒密度：真密度、似密度、相对密度

比外形因子：将粉末颗粒面积因子与体积因子之比称为比外形因子

压坯密度：压坯质量与压坯体积的比值

粒度分布：将粉末样品分成若干粒径，并以这些粒径的粉末质量（颗粒数量、粉

末体积）占粉末样品总质量（总颗粒数量、总粉末体积）的百分数对

粒径作图，即为粒度分布

二、分析研究：（25分）

1、粉末冶金技术有何重要优缺点，并举例说明。（10分）

重要优点：

*能够制备部分其他办法难以制备的材料，如难熔金属，假合金、多孔材料、特别功能材料（硬质合金）；

*由于粉末冶金在成形过程采纳与终于产品外形十分临近的模具，因此产品加工量少而节约材料；

*对于一部分产品，尤其是外形特异的产品，采纳模具生产易于，且工件加工量少，制作成本低,如齿轮产品。

重要缺点：

*因为粉末冶金产品中的孔隙难以消退，因此粉末冶金产品力学性能较相同铸造加工产品偏低；

*因为成形过程需要模具和相应压机，因此大型工件或产品难以创造；

*规模效益比较小

2、气体雾化制粉过程可分解为几个区域，每个区域的特点是什么？（10分）气体雾化制粉过程可分解为金属液流紊流区，原始液滴形成区，有效雾化区和冷却区等四个区域。其特点如下：

金属液流紊流区：金属液流在雾化气体的回流作用下，金属流柱流淌受到妨碍，破坏了层流

状态，产生紊流；

原始液滴形成区：因为下端雾化气体的冲刷，对紊流金属液流产生牵张作用，金属流柱被拉

断，形成带状-管状原始液滴；

有效雾化区：音高速运动雾化气体携带大量动能对形成带状-管状原始液滴的冲击，使之破

碎，成为极小金属液滴；

冷却区。此时，极小液滴离开有效雾化区，冷却，并因为表面张力作用逐渐

球化。

3、分析为什么要采纳蓝钨作为还原制备钨粉的原料？（5分）

采纳蓝钨作为原料制备钨粉的主要优点是

*可以获得粒度细小的一次颗粒，尽管二次颗粒较采纳WO3作为原料制备的钨粉二次颗粒要大。

*采纳蓝钨作为原料，蓝钨二次颗粒大，（一次颗粒小），在H2中挥发少，通过气相迁移长大的机会降低，获得WO2颗粒小；在一段还原获得WO2后，在干氢中高温进一步还原，颗粒长大不显然，且产量高。

三、分析计算：（30分，每小题10分）

1、机械研磨制备铁粉时，将初始粒度为200微米的粉末研磨至100微米需要5

个小时，问进一步将粉末粒度削减至50微米，需要多少小时？提醒W=g（Dfa-Dia），a=-2

解：

按照已知条件

W1=g（Dfa-Dia）=9.8（100-2-200-2）,初始研磨所做的功

W2=g（Dfa-Dia）=9.8（50-2-100-2）进一步研磨所做的功

W1/W2=t1/t2,t2=t1(W2/W1)=20小时

2、在低压气体雾化制材时，直径1mm的颗粒，需要行走10米和花去4秒钟进

行固化，那么在同样条件下，100μm粒度颗粒需要多长时光固化：计算时需要作何种假设。

解：

固化时光：

t=Dρm{Cpln(Tm-To/Ts-To)+ΔH/Ts-To}/6β

简化成t=KD

并令K=ρm{Cpln(Tm-To/Ts-To)+ΔH/Ts-To}/6β,

假设重力的作用很小时,有

4/X=1000K/100K

X=0.4秒S=1米

3、相同外径球型镍粉末沉降分析，设一种为直径100微米实心颗粒，一种为有

内径为60的空心粉末，求他们的在水中的沉降时光（沉降速度），D理=8.1.解：

v=h/t=gd2(ρ1-ρ2)/(18η)

h/t=gd2(ρ1-ρ2)/(18η)

t=h/gd2(ρ1-ρ2)/(18η)

求得t1（实心）=31秒，t2=23秒

四、问答：（25分）

1、分析粉末粒度、粒度分布、粉末形貌与松装密度之间的关系。（10分）松装密度是粉末的一个重要物理性能，也是粉末冶金过程中的重要工艺参数，粉末粒度粉末外形对松装密度影响显著：

*粉末越细松装密度越小

*粉末外形越复杂松装密度越小

*粉末质量（粉末颗粒中孔隙因素）越小、松装密度越小

*在部分教大直径的粉末中加入少量较小粒径的粉末，构成一定粒度分布,有利于提高松装密度

2、熔体粘度，蔓延速率，形核速率，以及固相长大速率都与过冷度相关，它们各自对雾化粉末显微结构的作用如何？（15分）

提醒：I=IoD2exp(-QL/kT)exp{-WM/(TΔT2)}

1）形核率是过冷度的函数，在一定过冷度内（形核控制区内），过冷度越大其次个指数项越大，形核速率增强；形核速率I与过冷度ΔT之间的关系如下，过冷度与形核速率为负指数关系，

I=IoD2exp(-QL/kT)exp{-WM/(TΔT2)}

过冷度太大（蔓延控制区内），原子罗列时光不够，形核率降低

2）将上式变形

I/D2=Ioexp(-QL/kT)exp{-WM/(TΔT2)}

晶粒直径与过冷度成正指数关系，增强过冷度，晶粒尺寸越小

3）通常地，过冷度越大，原子蔓延速度越小，晶粒尺寸越小

4）通常地，温度越高，熔体黏度越小，过冷度大，溶体黏度变化梯度大，表面张力作用时光短，颗粒多呈不规章外形。

粉末冶金原理课程试题(2022年)

院系专业姓名学号：

一、名词解释：

粉末加工硬化，二流雾化，假合金，二次颗粒，庇护气氛（10分）

松装密度，成形性，粉末粒度，粉末流淌性，粉末比表面积，（10分）

二、分析研究：

1、与传统加工办法比较，粉末冶金技术有何重要优缺点，试举例说明。（20分）

2、气体雾化制粉过程中，有哪些因素控制粉末粒度？（10分）

3、分析粉末粒度、粉末形貌与松装密度之间的关系。（10分）

三、分析计算：

1、经氢气还原氧化铁制备还原铁粉：

FeO+H2=Fe+H2O

平衡常数：LgKp=-1000/T+0.5,Kp=PH2O/PH2

研究还原温度分离为500oC，600oC，700oC时，平衡常数变化趋势和温度对还原的影响。（15分）

2、若用镍离子浓度为24克/每升（g/L）的硝酸镍溶液作为电解液制取镍粉时，至少需要多大的电流密度才干够获得松散粉末？（15分）假设K=0.80

四、研究题：

1、用比表面吸附办法测试粉末粒度的基本原理是什么？（10分）

粉末冶金原理课程试题(答案)

一、名词解释：

粉末加工硬化，二流雾化，假合金，二次颗粒，庇护气氛（10分）

金属粉末在研磨过程中因为晶格畸变和位错密度增强，导致粉末硬度增强，变形困难的现象称为加工硬化；

由雾化介质流体与金属液流构成的雾化体系称为二流雾化；

不是按照相图逻辑构成的合金体系，假合金实际是混合物；

由多个一次颗粒在没有冶金键合而结合成粉末颗粒称为二次颗粒；

为防止粉末或压坯在高温处理过程发生氧化而向体系因入还原性气体或真空条件称为庇护气氛；

松装密度，成形性，粉末粒度，粉末流淌性，粉末比表面积，（10分）

粉末自由弥漫规定的容积内所具有的粉末分量成为松装密度

粉末在经模压之后保持外形的能力

一定质量（一定体积）或一定数量的粉末的平均颗粒尺寸成为粉末粒度

一克质量或一定体积的粉末所具有的表面积与其质量或体积的比值称为比表面积50克粉末流经标准漏斗所需要的时光称为粉末比表面积。

二、分析研究：

1、与传统加工办法比较，粉末冶金技术有何重要优缺点，试举例说明。（20分）解:

优点：材料利用率高，加工成本较低，节约劳动率，可以获得具有特别性能的材料或产品，

缺点：因为产品中孔隙存在，与传统加工办法相比，材料性能较差

例子：铜—钨假合金创造，这是用传统办法不能获得的材料；

2、气体雾化制粉过程中，有哪些因素控制粉末粒度？（10分）

解:

二流之间的夹角，夹