粉末冶金原理(冯宁博)

西华大学2013年冬季粉末冶金试题及答案粉色为这届考试题一、名次解释比表面积：单位质量或单位体积粉末具有的表面积。离解压：在一定的温度下,某化合物的生成-离解反应达到平衡时产生的气体所具有的压力。二次颗粒：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。一次颗粒：粉末中能分开并独立存在的最小实体。电化当量：克当量与法拉第常数之比称为电化当量。侧压力：压制过程中由垂直压力所引起的模壁施加于压坯的侧面压力称为侧压力。弹性后效：粉末经模压推出模腔后，由于压坯内应力驰豫，压坯尺寸增大的现象。注射成型：将粉末与热塑性材料均匀混合使成为具有良好流动性能（在一定温度下）的流态物质，而后把这种流态物在注射成形机上经过一定的温度和压力，注入模具内成形。烧结：粉末或粉末压坯，在适当温度和气氛下加热所发生的的现象或过程。液相烧结：在烧结温度下，低熔组元融化或形成低熔共晶物，由液相引起的物质迁移现象或过程。烧结机构：研究烧结过程中各种可能的物质迁移方式及速率。硬质合金：利用粉末冶金的方法生产由难熔金属化合物和粘结金属构成的组合材料。涂层硬质合金：在已经烧结好的硬质合金（基体）表面涂覆一层或几层耐磨性高的难容化合物。粒度分布：具有不同粒径的颗粒占全部粉末的百分含量。二、问答题1、碳还原法制取铁粉的过程机理是什么？影响铁粉还原过程和铁粉质量的因素有哪些？机理：铁氧化物的还原过程是分段进行的，即从高价氧化物到低价氧化物最后转变成金属。铁氧化物的直接还原，从热力学观点看，可认为是间接还原反应与碳的气化反应的加和反应，这就是碳还原的实质。因素：⑴原料：原料中杂质、原料粒度⑵固体碳还原剂：固体碳还原剂类型、用量⑶还原工艺条件：还原温度与时间、料层厚度、还原罐密封程度⑷添加剂：加入一定固体碳的影响、返回料、引入气体还原剂、碱金属盐、海绵铁的处理4、 还原法制取钨粉的过程机理是什么？影响钨粉粒度的因素有哪些？氢还原：总的反应式：WO3+3H2====W+3H2O。钨具有4种比较稳定的氧化物W03+0.1H2====W02.9+0.1H20；W02.9+0.18H2====W02.72+0.18H20W02.72+0.72H2====W02+0.72H2O；WO2+2H2====W+2H2O影响因素：⑴原料：三氧化钨粒度、含水量、杂质⑵氢气：氢气的湿度、流量、通气方向⑶还原工艺条件：还原温度、推舟速度、舟中料层厚度⑷添加剂8、单点吸附法是怎样将BET吸附二常数式简化成通过坐标原点的直线方程？吸附法测定的粉末粒度是用一种什么当量球直径表示？为什么它比透过法测定的粒度偏小？原则上它应该反映聚集颗粒的什么颗粒的大小？1）一般情况下，气体不是单分子层吸附，而是多分子层吸附，这时应该用多分子层吸附BET公式—厉-V^C十VMCp.式中：p------吸附平衡时的气体压力；p0------吸附气体的饱和蒸气压；V-----皱吸附气体的体积；Vm 固体表面被单分子层气体覆盖所需气体的体积；C 常数。即在一定的 值范围内，用实验测得不同尸值下的V,并换算成标准状态下的体积。以」 . 作图得到的应为一条直线。2） 比表面3） 由于透过法比表面包括颗粒的全部外比表面，而氮气吸附法测得的更接近全比表面，所以两者均比S（计）大，特别是吸附法平均粒径更小。4） 均匀球形颗粒平均粒度3、喷雾干燥制粒的工艺过程如何？有何优缺点？工艺：1）料将的雾化2） 液滴群与加热介质分离3） 液滴群干燥4）料粒与加热介质分离特点：制的的料粒形状规则，粒度均匀，流动性好，可减少压制废品出现。松装密度低的粉末可以经过一次成型（压团）处理，将团块粉碎后再使用。但是由于粉末的加工硬化而往往需要重新退火。5、 压制压力、净压力、摩擦压力、侧压力之间的关系怎样？总压力=净压力+压力损失（P=P1+P2） 侧压力小于压制力P=£P £为侧压系数P=gP 卩为粉末体与模壁间的摩擦系数P=£卩P6、 压制时压力的分布状况怎样？产生压力降的原因是什么？压坯中产生压力分布不均匀的原因有哪些？由于存在压力损失，上部应力比底部应力大；在接近模冲的上部同一断面，边缘的应力比中心部位大；在远离模冲的底部，中心部位的应力比边缘应力大。由于粉末颗粒之间的摩擦和颗粒与模壁间的外摩擦等，压力不能均匀的全部传递。外摩擦力引起的压力降是导致压力沿高度分布不均匀的根本原因。取决于压坯、原料与压模材料之间的摩擦系数，压坯与压模材料间粘结的倾向，模壁加工的质量，润滑剂，粉末压坯高度，压膜的直径等。而压力在横向的分布不均是由颗粒与颗粒间的内摩擦力造成的5、喷射成形的特点是什么？它有哪几种方法？喷射成形的工艺特点：（1）能够制成各种板、带、管、筒等异形半成品或成品，能很容易使沉积层的冷却速度达到10'4K/s以上，再进行热轧或温轧可使制品具有细晶粒、结构均匀、致密、无偏析、氧量低和无原始颗粒边界等特性；（2）调节喷射成形工艺参数可以制成准晶或非晶态物质制品；（3）能够制造多层单元金属或合金的复合材料及制品，还能制造层状金属或合金与颗粒复合材料；（4）能够制备出一般方法难于制造的合金钢和高温合金钢锻件。方法：喷射沉积成形技术根据不同的加工方式可分为喷射轧制、喷射锻造、离心喷射沉积及喷射涂层四种。6、综述挤压成形法的特点，它适用于什么材料？粉末挤压法的特点如下：能挤压出壁很薄直径很小的微形小管；能挤压形状复杂、物理机械性能优良的致密粉末材料；在挤压过程中压坯横断面不变，因此在一定的挤压速度下制品纵向密度均匀，在合理的控制挤压比时制品的横向密度也是较均匀的；挤压制品的长度几乎不受挤压设备的限制，生产过程具有高度的连续性；挤压不同形状的异形制品有较大的灵活性，在挤压比不变的情况下可以更换挤压嘴；增塑粉末混合料的挤压返料可以继续使用。适用材料：电器陶瓷，塑料，橡胶，硬质合金管材。2、粉末等温烧结的三阶段是怎样划分的？实际烧结过程包括哪些现象？粉末的等温烧结过程，按时间大致可划分为三个界限不十分明显的阶段：开始阶段：粘结阶段现象：点接触一面接触，晶粒结合。主要发生金属回复，吸附气体和水分挥发、压坯内形成剂的分解排除。中间阶段：烧结颈长大现象：原子向颗粒粘结面扩散，烧结颈长大，形成连续的孔隙网络，晶界越过孔隙移动，孔隙数量大量减少特征：密度，强度增大发生：再结晶，表面颗粒还原最终阶段：闭孔隙球化和缩小阶段现象：闭孔数量增加，形状趋于球形并收缩特征：延长烧结时间，少量残留的隔离小孔隙不能被消除。11、简明阐述液相烧结的溶解-再析出机构及对烧结后合金组织的影响。因颗粒大小不同、表面形状不规整，各部位的曲率不相同造成饱和溶解度不相等，引起颗粒之间或颗粒不同部位之间通过液相迁移时，小颗粒或颗粒表面曲率大的部位溶解较多，相反的，溶解物质又在大颗粒表面或具有负曲率的表面析出。在这一阶段，致密化过程已明显减慢，因为这时气孔已基本上消失，而颗粒间距离更缩小。使液相流进孔隙变得更加困难。对组织的影响：溶解和再析出过程使得颗粒外形逐渐趋于球形，固相颗粒发生重结晶长大，冷企鹅后的颗粒多呈卵形，紧密的排列在粘结相内。14、可控碳势气氛的制取原理是什么？如何控制该气氛的各种气体成分的比例？指出其中的还原性和渗碳性气体成分。渗碳 Fe+2CO==Fe（C）+CO2脱碳 Fe+CH4==Fe（C）+2H2方程 Fe+CO+H2==Fe（C）+H2O1）该气氛与含碳量一定的烧结材料在某种温度下维持平衡时，该材料的含碳量。由于转换气的成分可调，碳势可控制，故又称为可控碳势气氛。2） 气氛的碳势实际上可通过调节其中的C02、H20或CH4中的任一成分来控制。一般可用露点仪测量H2O含量，最好用红外线吸收气体分析仪测定CO2含量。露点或CO2含量降低或CH4增加极少量就可提高气氛的碳势。3） 气氛中的H2、CO2和H2O成分是脱碳性的，CO和CH4等碳氢化物是渗碳性的。1、成分对TiNCTiC硬质合金的矫顽磁力的影响？Co相分散程度越高，矫顽磁力越大，分散程度取决于Co含量、两个碳化物相的相对含量,以及晶粒度，合金中含量低，碳化钨晶粒度小，矫顽磁力增大。两相的WC-TiC-Co硬质合金，矫顽力由Co含量和钛相的晶粒度决定，但是与Co-WC合金比，碳化钛比重低，Co所占的体积比较小，分散程度就高，矫顽磁力较高。三相WC-TiC-Co硬质合金中，除Co含量外，矫顽磁力由两个碳化钨的相对含量及其晶粒度固体决定，碳化钛含量较低的合金，Co含量越高矫顽磁力越小，碳化钛含量高的合金接近于两相的WC-TiC-Co硬质合金。含碳量的影响与WC-Co合金相似，严重缺碳的WC-TiC-Co硬质合金中，出现了n相，会提高合金的矫顽磁力，碳含量增加，矫顽磁力下降。碳化钛含量增加，固酮体饱和成都增加，碳化钨颗粒变小，提高矫顽磁力。三、计算题、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讨论还原温度分别为500oC，600oC，700oC时，平衡常数变化趋势和温度对还原的影响。（15分）解:T=773LgKp=-1000/773+0.5=-0.8,Kp=PH2O/PH2=T=873LgKp=-1000/873+0.5=-0.65,Kp=PH2O/PH2=T=973LgKp=-1000/973+0.5=-0.53,Kp=PH2O/PH2=计算表明,温度月高,平衡常数值越大（正）,说明随还原温度提高,气氛中的H2O比例可越大,氢气中水蒸气含量提高,提高温度有利于还原进行。、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能够获得松散粉末？（15分）假设K=0.80解:镍离子浓度为24克/每升（g/L）时等于24/58.71=0.41mol/L,既c=0.41mol/L,并已知K=0.80由i=Kc,I=0.80x0.41=0.33A/cm2=33A/dm2至少需要电流密度等于33A/dm2才能够获得松散粉末.10、用沉降分析方法测得铝粉（密度为2.7g/cm3）的粒度组成如下：

?绘制粒度分布图，以表示累积质量百分数与粒度的1og值的变化关系?以质量基准表示的平均粒度值是多少？?估计以个数基准表示的平均粒度值是多少？?说明哪几种粒度测定方法适合于这种粉末？粒度范围，um质量，gTOC\o"1-5"\h\z0〜1 0.01〜2 0.42〜4 5.54〜