粉末冶金3 粉末的表征
粉末冶金基础知识（三篇）
粉末冶金基础知识（一）粉末的化学成分及性能尺寸小于1mm的离散颗粒的集合体通常称为粉末，其计量单位一般是以微米（m）或纳米（nm）。
1.粉末的化学成分常用的金属粉末有铁、铜、铝等及其合金的粉末，要求其杂质和气体含量不超过1%～2%，否则会影响制品的质量。
2.粉末的物理性能⑴粒度及粒度分布粉料中能分开并独立存在的最小实体为单颗粒。
实际的粉末往往是团聚了的颗粒，即二次颗粒。
实际的粉末颗粒体中不同尺寸所占的百分比即为粒度分布。
⑵颗粒形状即粉末颗粒的外观几何形状。
常见的有球状、柱状、针状、板状和片状等，可以通过显微镜的观察确定。
⑶比表面积即单位质量粉末的总表面积，可通过实际测定。
比表面积大小影响着粉末的表面能、表面吸附及凝聚等表面特性。
3.粉末的工艺性能粉末的工艺性能包括流动性、填充特性、压缩性及成形性等。
⑴填充特性指在没有外界条件下，粉末自由堆积时的松紧程度。
常以松装密度或堆积密度表示。
粉末的填充特性与颗粒的大小、形状及表面性质有关。
⑵流动性指粉末的流动能力，常用50克粉末从标准漏斗流出所需的时间表示。
流动性受颗粒粘附作用的影响。
⑶压缩性表示粉末在压制过程中被压紧的能力，用规定的单位压力下所达到的压坯密度表示，在标准模具中,规定的润滑条件下测定。
影响粉末压缩性的因素有颗粒的塑性或显微硬度，塑性金属粉末比硬、脆材料的压缩性好；颗粒的形状和结构也影响粉末的压缩性。
⑷成形性指粉末压制后，压坯保持既定形状的能力，用粉末能够成形的最小单位压制压力表示，或用压坯的强度来衡量。
成形性受颗粒形状和结构的影响。
（二）粉末冶金的机理1.压制的机理压制就是在外力作用下，将模具或其它容器中的粉末紧密压实成预定形状和尺寸压坯的工艺过程。
钢模冷压成形过程如图7.1.2所示。
粉末装入阴模,通过上下模冲对其施压。
在压缩过程中，随着粉末的移动和变形，较大的空隙被填充，颗粒表面的氧化膜破碎，颗粒间接触面积增大，使原子间产生吸引力且颗粒间的机械楔合作用增强，从而形成具有一定密度和强度的压坯。
粉末冶金材料标准表
<二> MPIF-35烧结铁和烧结碳钢的化学成分(%).材料牌号Fe CF-0000 97.7-100 0.0-0.3 F-0005 97.4-99.7 0.3-0.6 F-0008 97.1-99.4 0.6-0.9 注: 用差减法求出的其它元素(包括为了特殊目的而添加的其它元素)总量的烧结铁-铜合金和烧结铜钢的化学成分(%).材料牌号Fe Cu CFC-0200 83.8-98.5 1.5-3.9 0.0-0.3FC-0205 93.5-98.2 1.5-3.9 0.3-0.6FC-020893.2-97.9 1.5-3.9 0.6-0.9烧结铁-镍合金和烧结镍钢的化学成分(%).材料牌号Fe Ni Cu CFN-0200 92.2-99.0 1.0-3.0 0.0-2.5 0.0-0.3FN-0205 91.9-98.7 1.0-3.0 0.0-2.5 0.3-0.6FN-0208 91.6-98.4 1.0-3.0 0.0-2.5 0.6-0.9最大值为2.0%。
▲注: 用差减法求出的其它元素(包括为了特殊目的而添加的其它元素)总量的最大值为2.0%。
FC-0505 91.4-95.7 4.0-6.0 0.3-0.6FC-0508 91.1-95.4 4.0-6.0 0.6-0.9FC-0808 88.1-92.4 7.0-9.0 0.6-0.9FC-1000 87.2-90.5 9.5-10.5 0.0-0.3FN-0405 89.9-96.7 3.0-5.5 0.2-2.0 0.3-0.6FN-0408 89.6-96.4 3.0-5.5 0.0-2.0 0.6-0.9注: 用差减法求出的其它元素(包括为了特殊目的而添加的其它元素)总量的最大值为2.0%⊙ 铁-铜合金和铜钢粉末冶金材料性能(MPIF-35)材料编号最小强度(A)(E) 拉伸性能横向断裂压缩屈服强度(0.1%)硬度密度屈服极限极限强度屈服强度(0.2%)伸长率(25.4mm)宏观(表现)微观(换算的)铁-镍合金和镍钢粉末冶金材料性能(MPIF-35)↑上一页⊙不锈钢系列粉末冶金制品执行标准与典型牌号的成分和性能-不锈钢(MPIF-35)⊙铜基系列粉末冶金制品执行标准成分与性能-铜基 (GB2688-81)⊙＜三＞ "DIN V 30 910" 及 "ISO5755" (成分与性能略)⊙烧结铝镍钴永磁合金的磁特性及其它物理特性TypeBronze Brass FeFe-CuFe-C Fe-Cu-C Fe-Cu-Ni-C Cu InfiltrateComparativeSpecifications(std) MPIFCT-1000MPIFCZP-2002MPIFF-0000MPIFFC-0200MPIFF-0008MPIFFC-0205MPIFFC-0205-80HTMPIFFD-0205MPIFFD-0205-105HTMPIFFD-0405MPIFFX-1008< 规格二 - 不锈钢 >Type Chemical Composition (%) Physical Mechanical PropertiesFe Cr Ni Cu Tin Si Mn Mo C S OtherDensity(g/cm3) UltimateTensileStrength(kg/mm2)Elong-ation(%)Hard-nessSUS303LSC bal18.212.5 2.0 1.0 0.8 0.13 –< 0.080.20< 1.0 > 6.320Min.Min.2.0 RB40SUS316LSC bal17.013.5 2.0 1.00.750.122.2< 0.080.01< 1.0 > 6.325Min.Min.5.0 RB38SUS410L b12–––0.8 0.18 –< 0.08 0.< 1.0 > 6.3 20 Min.2.0 RB80FTG60-25(50R) 材料的力学性能FTG60-25(50R) 材料的物理性能。
粉末冶金检测标准
粉末冶金是一种制造金属零件和材料的工艺，通常涉及将金属粉末压制成所需形状，然后通过加热、烧结或热处理来形成最终产品。
为确保质量和性能，粉末冶金材料和零件需要进行各种检测和测试。
以下是一些常见的粉末冶金检测标准和测试方法：
成分分析：分析金属粉末的化学成分，以确保其符合规定的合金成分要求。
这可以使用化学分析技术如光谱分析、X射线荧光光谱仪（XRF）或原子吸收光谱等来完成。
粉末颗粒大小分析：测量粉末颗粒的大小分布，通常使用激光粒度仪或筛分法来进行。
密度测定：测量粉末的密度，通常通过气体比重法或液体浸渍法来完成。
压缩性测试：测试粉末在加压过程中的行为，包括压缩强度和变形性能。
硬度测试：测量粉末的硬度，通常使用洛氏硬度测试或维氏硬度测试。
金相分析：观察金属粉末的微观结构，以检查颗粒的形状、尺寸和分布，以及任何不均匀性或缺陷。
热处理性能测试：测试粉末冶金零件在热处理过程中的性能，包括烧结、热处理和退火。
机械性能测试：测量粉末冶金零件的力学性能，包括拉伸强度、屈服强度、延伸性等。
表面质量检查：检查零件的表面质量，包括表面粗糙度、裂纹和其他缺陷。
化学稳定性测试：测试材料的化学稳定性，包括对腐蚀
和化学腐蚀的抵抗力。
这些检测和测试标准可能会根据具体的粉末冶金工艺、应用和所用材料而有所不同。
因此，具体的标准和测试方法应根据您的需求和项目来确定，并遵循相应的国际、国家或行业标准。
在进行粉末冶金材料和零件的质量控制和检测时，确保遵循适用的标准和最佳实践非常重要。
第三章 粉末冶金原理粉末概念微观结构性能(合)总结
制粉工艺中带入的杂质。如水溶液电解粉末中的氢、气体还
原粉末中溶解的碳、氮等
原材料或生产过程中带入机械夹杂，如SiO2、 Al2O3、硅酸盐、难熔金属等 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。
活性。
TB5 钛合金beta相热加 工后淬火的金相图片
（2）颗粒表面状态 ：
一般来说凹凸不平
外表面：包括颗粒表面所有宏观的凸起和凹进的 部分及宽度大于深度的裂纹。 内表面：包括深度超过宽度的裂纹、微缝及颗粒 外表面连通的孔隙等，但不包括封闭在颗粒内的 闭孔。 多孔性颗粒内表面远比外表面复杂、丰富。 粉末发达的表面积储藏着高的表面能 故在加热时一定要保护气氛。
总孔隙体积、颗粒间的孔隙体积、孔隙数量、分布、形状等 d、粉末体的性质
颗粒性质、平均粒度、颗粒组成、比表面积、松装密度、振实密 度、流动性、颗粒间摩擦状态等
4、化学性能
原材料成分与组成，纯度标准，粉末国家及部级标准GB 、 ISO、BB（包装）
形成合金的加入元素-形成固溶体，化合物合金的生成元素，
S=fD2
V=kD3
f:表面形状因子, k体积形状因子, 二者之比
m=f/k
比形状因子
如规则的球形体: S=D2, V=(1/6)D3 因此，规则球形颗粒的 表面形状因子为π,
体积形状因子等于π/6,
比形状因子等于6. m=6； 边长为a的规则正方体，表面积等于6a2，体积等 于a3，f=6，k=1，m=6；
金属粉末冶金材料的制备与表征
金属粉末冶金材料的制备与表征金属粉末冶金材料是一种重要的材料制备方法，它通过将金属粉末进行压制和烧结等工艺，制备出具有特定形状和性能的金属制品。
这种制备方法具有很多优点，如原料利用率高、制品形状复杂、性能可调控等，因此在航空航天、汽车制造、电子设备等领域得到广泛应用。
首先，金属粉末的制备是金属粉末冶金材料制备的关键环节。
金属粉末的制备方法有很多种，常见的有机械研磨法、化学还原法和气相沉积法等。
其中，机械研磨法是一种简单有效的方法，通过将金属块进行研磨，得到所需粒径的金属粉末。
化学还原法则是通过将金属盐溶液与还原剂反应，得到金属粉末。
气相沉积法是将金属蒸汽在惰性气氛中凝结成粉末。
这些方法各有优劣，需要根据具体需求选择合适的方法。
其次，金属粉末冶金材料的制备过程中，烧结是一个重要的工艺环节。
烧结是将金属粉末在一定温度下进行加热，使其颗粒间发生结合，形成致密的金属制品。
烧结温度、压力和时间等参数对制品的性能有着重要影响。
较高的烧结温度可以使金属颗粒更好地结合，提高制品的密度和强度。
而适当的压力和时间可以保证金属颗粒间的结合紧密，减少孔隙率，提高制品的致密性。
此外，金属粉末冶金材料的表征是评价其性能的重要手段。
常见的表征方法包括显微组织观察、物理性能测试和化学成分分析等。
显微组织观察可以通过金相显微镜观察金属粉末冶金材料的微观结构，了解其晶粒大小、晶界分布等信息。
物理性能测试可以通过硬度测试、拉伸测试等方法，评价材料的力学性能。
化学成分分析可以通过光谱仪等设备，分析材料的元素组成和含量。
这些表征方法可以全面了解金属粉末冶金材料的性能，为后续应用提供参考。
值得一提的是，金属粉末冶金材料的制备与表征还面临一些挑战。
首先，金属粉末冶金材料的制备过程中，金属粉末的粒径分布是一个难题。
制备过程中，金属粉末的粒径分布会受到多种因素的影响，如原料性质、研磨工艺等。
粒径分布不均匀会影响制品的性能，因此需要通过调整制备工艺，控制粒径分布。
粉末冶金原理总复习题2011
粉末冶金总复习题（一）粉末性能和表征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.常用粒度基准有哪些 ?粒度分布基准呢 ?粒度基准有：a）几何学粒径b）当量粒径c）比表面粒径d）衍射粒径粒度分布基准：1）个数基准分布2）长度分布基准3）面积分布基准4）质量基准分布3.什么是中位径 ?什么是比表面 ?积分曲线上对应50%的粒径称为中位径克比表面（S w）: 1g 质量的粉末所具有的总表面积（m2/g）;体积比表面（S v）: （m2/cm3）；4.什么是松装密度和振实密度 ?松装密度的控制有何重要意义 ?松装密度：自然充填容器时,单位体积的质量振实密度：粉末在振动容器中, 在规定条件下经过振动后测得的粉末密度意义：压制过程中, 采用容量装粉法, 即用充满形腔的粉末体积来控制压坯的密度和单重. 用松装密度和振实密度来描述粉体的这种容积性质.5.如何提高粉末的ρ松和流动性？松装密度高的粉末流动性也好，方法：粒度粗、形状规则、粒度组成用粗+细适当比例、表面状态光滑、无孔或少孔隙教材习题 : 2.1, 2.5 , 2.8, 2.9, 2.10（二）粉末的制取1. 简述△ Z0-T 图对还原制粉的指导作用。
3.欲得细 W粉，应如何控制各种因素？（1）采用两阶段还原法，并控制WO2 的粒度细；（2）减少WO3的含水量和杂质含量；（3）H2 入炉前应充分干燥脱水以减少炉内水蒸气的浓度；（4）增大H2流量（有利于反应向还原方向进行，有利于排除水蒸气使WO3 在低温充分还原，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；（8）WO3中混入添加剂（如重铬酸氨的水溶液）；4.用雾化法制取金属粉末有哪些优点？优点：① 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. 一般采用部分预合金.②在一定程度上, 粒度、形状易控制.③化学成分均匀、偏析小, 且化学成分较还原粉为纯.④生产规模大.5.简述水雾化和气体雾化法的基本原理。
粉末冶金材料标准表
<二> MPIF-35烧结铁和烧结碳钢的化学成分(%).材料牌号Fe CF-0000 97.7-100 0.0-0.3 F-0005 97.4-99.7 0.3-0.6 F-0008 97.1-99.4 0.6-0.9 注: 用差减法求出的其它元素(包括为了特殊目的而添加的其它元素)总量的烧结铁-铜合金和烧结铜钢的化学成分(%).材料牌号Fe Cu CFC-0200 83.8-98.5 1.5-3.9 0.0-0.3FC-0205 93.5-98.2 1.5-3.9 0.3-0.6FC-020893.2-97.9 1.5-3.9 0.6-0.9烧结铁-镍合金和烧结镍钢的化学成分(%).材料牌号Fe Ni Cu CFN-0200 92.2-99.0 1.0-3.0 0.0-2.5 0.0-0.3FN-0205 91.9-98.7 1.0-3.0 0.0-2.5 0.3-0.6FN-0208 91.6-98.4 1.0-3.0 0.0-2.5 0.6-0.9最大值为2.0%。
▲注: 用差减法求出的其它元素(包括为了特殊目的而添加的其它元素)总量的最大值为2.0%。
FC-0505 91.4-95.7 4.0-6.0 0.3-0.6FC-0508 91.1-95.4 4.0-6.0 0.6-0.9FC-0808 88.1-92.4 7.0-9.0 0.6-0.9FC-1000 87.2-90.5 9.5-10.5 0.0-0.3FN-0405 89.9-96.7 3.0-5.5 0.2-2.0 0.3-0.6FN-0408 89.6-96.4 3.0-5.5 0.0-2.0 0.6-0.9注: 用差减法求出的其它元素(包括为了特殊目的而添加的其它元素)总量的最大值为2.0%⊙ 铁-铜合金和铜钢粉末冶金材料性能(MPIF-35)材料编号最小强度(A)(E) 拉伸性能横向断裂压缩屈服强度(0.1%)硬度密度屈服极限极限强度屈服强度(0.2%)伸长率(25.4mm)宏观(表现)微观(换算的)铁-镍合金和镍钢粉末冶金材料性能(MPIF-35)↑上一页⊙不锈钢系列粉末冶金制品执行标准与典型牌号的成分和性能-不锈钢(MPIF-35)⊙铜基系列粉末冶金制品执行标准成分与性能-铜基 (GB2688-81)⊙＜三＞ "DIN V 30 910" 及 "ISO5755" (成分与性能略)⊙烧结铝镍钴永磁合金的磁特性及其它物理特性TypeBronze Brass FeFe-CuFe-C Fe-Cu-C Fe-Cu-Ni-C Cu InfiltrateComparativeSpecifications(std) MPIFCT-1000MPIFCZP-2002MPIFF-0000MPIFFC-0200MPIFF-0008MPIFFC-0205MPIFFC-0205-80HTMPIFFD-0205MPIFFD-0205-105HTMPIFFD-0405MPIFFX-1008< 规格二 - 不锈钢 >Type Chemical Composition (%) Physical Mechanical PropertiesFe Cr Ni Cu Tin Si Mn Mo C S OtherDensity(g/cm3) UltimateTensileStrength(kg/mm2)Elong-ation(%)Hard-nessSUS303LSC bal18.212.5 2.0 1.0 0.8 0.13 –< 0.080.20< 1.0 > 6.320Min.Min.2.0 RB40SUS316LSC bal17.013.5 2.0 1.00.750.122.2< 0.080.01< 1.0 > 6.325Min.Min.5.0 RB38SUS410L b12–––0.8 0.18 –< 0.08 0.< 1.0 > 6.3 20 Min.2.0 RB80FTG60-25(50R) 材料的力学性能FTG60-25(50R) 材料的物理性能。
粉末冶金材料标准表
≥80 ≥70 ≥80 ≥90 ≥90 ≥100 ≥110 ≥120 ≥130
材料牌号
F-0000-10 -15 -20
F-0005-10 -20
物理机械性能
最小强度(A)(E)
拉伸性能
压缩屈服
硬度
屈服
极限
极限 屈服强度
伸长率
强度
宏观 微观
密度
强度 (0.2%)
(25.4mm) (0.1%) (表现) (表现)
620
32
60
6.9
< 0.5
690
35
60
7.1
烧结铁和烧结碳钢的化学成分(%).
烧结铁-铜合金和烧结铜钢的化学成分
烧结铁-镍合金和烧结镍钢的化学成分(%).
材料牌号
Fe
(%). C
F-0000
材料牌号 Fe 97.7-100 0.0-0.3
材料牌
Fe
Ni
Cu
C
Cu
C
号
F-0005 97.4-99.7 0.3-0.6
≥40 ≤50 ≥60 ≥50 ≥60 ≥70 ≥60 ≥70
F0113J
≥6.8
≥250
≥2.0
≥10.0
F0121J
≥6.2
F0122J 0.7~1.0 —
— 余量 ≤1.5 ≥6.4
F0123J
≥6.8
烧结 铜钢
F0201J F0202J 0.5~0.8 2~4 F0203J
≥6.2 余量 ≤1.5 ≥6.4
MPa
MPa
MPa
%
MPa
洛氏
g/cm3
70
120
90
粉末冶金：粉末特性及其测量
主要由生产方法决定的性质：
➢ 粒度 ➢ 颗粒形状 ➢ 有效密度 ➢ 表面状态 ➢ 晶粒结构 ➢ 点阵缺陷 ➢ 气体含量 ➢ 吸附层 ➢ 活性
聚集体性质
➢ 平均密度 ➢ 粒度组成 ➢ 比表面积 ➢ 松装密度 ➢ 摇实密度 ➢ 流动性 ➢ 颗粒间摩擦状态
孔隙性质
➢ 总孔隙体积P ➢ 颗粒间孔隙体积P1 ➢ 颗粒内孔隙体积P2 =P-P1 ➢ 颗粒间孔隙数量n ➢ 平均孔隙大小P1 / n ➢ 孔隙大小的分布 ➢ 孔隙形状
化学成分
➢ 金属含量
➢ 杂质含量（酸不溶法） 铁粉盐酸不溶物
A 100% B
➢ 氧含量（氢损法）
氢损值 A B 100% AC
比重瓶法测量有效密度（GB5161-85）
一带有细颈的磨口玻璃瓶，瓶塞中心有 一0.5mm毛细管。粉末预先干燥后装入 比重瓶约占容积的1/3~2/3，连同瓶一道 称重后再装满液体，再称重，即可按公 式计算密度ρ。试推导出该公式。 F1___ 比重瓶质量 F2___比重瓶加粉末质量 F3___比重瓶加粉末和充满液体后的质量 ρ液—液体的密度 V—比重瓶的规定容积
<0.1
粒度的表征几何学粒径
二轴平均径
1（l +b） 2
三轴平均径 1（l +b +t） 3
加和平均径
3 1+ 1+1 l bt
粒度的表征几何学粒径
几何平均径
（2lb
2bt
2tl)
1 2
/
6
f- 颗粒最大投影面积 V-颗粒体积
外截矩形名义径
（lb)
1 2
体积平均径 3lbt /(lb bt tl)
➢ 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nD2中的多少表示。
粉末冶金,第三章,粉末性能及其测定
径有关。
2015-03-16 28
♫
粉末颗粒形状对其工艺性能的影响：
①表面光滑的球形粉末，流动性好，松装密度高，在相同压制
条件下，压坯密度高。多角形和树枝状粉末则较差。
②形状复杂的粉末流动性比球形粉末差，但粉末之间机械啮合 力增高，所以在相同压力下，树枝状粉末压坯强度高，片状和 球形粉则较差。 ③一般能提高压坯强度的粉末，压坯脱模后弹性后效减小。在
即存在许多结晶缺陷，如空隙、畸变、夹杂等。所以粉末总 是贮存有较高的晶格畸变能，具有较高的活性。
11
♫
粉末颗粒的表面状态是十分复杂的，一般粉末颗粒越细，
外表面越发达。同时粉末颗粒的缺陷多，内表面也就相当 大。外表面是可以看到的明显表面，内表面则包括裂纹、 微缝以及与颗粒外表面联通的空腔、空隙等，但不包括封 闭在颗粒内的潜孔。一般多孔性颗粒的内表面要比外表面
粉末体示意图 可能存在一次颗粒、二次颗粒、颗粒团 颗粒之间存在孔隙
9
粉末颗粒结构示意图
按 ISO3252 定义，晶 粒（c）、颗粒（a2、 a ） 、 聚 合体 或 团 粒 （b）的区别如右图 所示。
团粒或者聚合体是由 颗粒和颗粒间的孔隙 构成的，习惯上也把 聚合体称为颗粒。
晶粒
单颗粒
团粒或者 聚合体 孔隙
际氧含量；如果存在与氢形成挥发性化合物的元素（C、S）或存在 挥发金属（Zn、Cd、Pb)时，则氢损值高于实际氧含量。 煅烧时间： Fe粉1000~1050℃1h；Cu粉875 ℃ 0.5h
A——粉末加烧舟的质量； B——煅烧后残留物加烧舟的质量； C——烧舟的质量。
表2-2氢损实验的还原温度和时间
粒径，误差也不大。
●大多数粉末颗粒，形状不对称，仅用一维几何尺寸 不能精确表示颗粒真实的大小，最好用长、宽、高三维 尺寸的某种平均值来度量。
粉末冶金
粉末冶金绪论1、粉末冶金的概念制取金属（或金属粉末与无机非金属粉末的混合物）粉末和利用这些粉末通过成形——烧结——生产材料和一定形状零件的方法（工艺技术）2、粉末冶金的基本工艺原理：制粉→成形→烧结第一章粉末的制取1、还原法的基本原理氧化还原制粉方法的定义：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。
2、碳还原法的基本原理3、影响雾化过程及粉末质量的因素（1）雾化介质1）雾化介质类别的影响雾化介质分为气体和液体两类，a 水的热容比气体大得多，对金属液滴的冷却能力强。
用水做雾化介质粉末多为不规则形状，且水压越高不规则形状的颗粒越多。
相反气体雾化易得球形粉末；b 比起气雾化，水雾化所得粉末表面氧化大大减少。
2）气体或水的压力的影响气压或水压越大所得粉末越细。
气雾化时，气体压力增加，粉末氧含量也增加，水雾化时，雾化压力增加，粉末氧含量却降低；（2）金属液流1）金属液的表面张力和粘度的影响在其他条件不变时，金属液的表面张力越大，粉末呈球形的越多，粒度也较粗；金属液表面张力小时，粉末多呈不规则形状，粒度也减小。
在液流能破碎的范围内，表面张力越小。
粘度越低，所得粉末越细。
2）金属液过热温度金属液过热温度越高（表面张力和粘度越低），细粉末产出率越高，也越容易得球形粉末；3）金属液流股直径的影响金属液流直径越小，细粉产出率越高，但是直径过小时，金属液流过冷，细粉产出率反而降低，甚至粉末产出率降低。
（3）其他工艺因素1）喷射参数的影响金属液流长度短、喷射长度短、喷射顶角适当都能更充分地利用气流的动能，有利于得到细粉末颗粒；2）聚粉装置参数的影响液滴飞行路程较长，有利于形成球形粉末，粉末也较粗。
第二章粉末性能及其测定1、粉末的表征（1）化学成分粉末的化学成分应包括主要金属的含量和杂质的含量。
杂质主要指：1）与主要金属结合，形成固溶体或化合物的金属或非金属成分；2）从原料和从粉末生产过程中带进的机械夹杂；3）粉末表面吸附的氧、水汽和其他气体。
粉末冶金 粉末的性能及测定
A——粉末加烧舟的质量； B——煅烧后残留物加烧舟的质量； C——烧舟的质量。
表2-2氢损实验的还原温度和时间
酸不溶物法
流程：试样→无机酸溶解→过滤不溶物沉淀→煅 流程 烧沉淀→称重→计算 酸不溶物含量（不包括挥发的不溶物） 无机酸：不同粉末用不同酸（铁粉用盐酸，铜粉 无机酸 用硝酸） 不溶物：硅酸盐、氧化铝、泥土、难熔金属等 不溶物来源 来源：原料、炉衬、燃料 来源
式中m——粉末试样质量；V——量杯容积（ 25cm3）。 测量装置：霍尔流量计 小孔孔径：2.5mm或5mm
图2-9霍尔流量计
图2-9松装密度测量装置
适用于不能自由通过5mm漏斗孔径 和用震动漏斗法易改变特性的粉末
震动漏斗适用于不能自由 流过5mm漏斗孔的金属粉末
图2-9震动漏斗装置示意图 1—漏斗；2—滑块；3—定位块；4—量杯； 5—杯座；6—调节螺钉；7—底座；8—开关； 9—震Biblioteka 器支架；10—震动调节钮；11—震动器
（2）振实密度 ）
振实密度指将粉末装入振动容器中，在规定条件下经过振实后所测 得的粉末密度。振实密度比松装密度高20~50%。 测量方法：将定量粉末装入振动容器中，在规定条件下进行振动，直到 测量方法 粉末体积不能再小，测得粉末的振实体积，然后计算振实密度。
ρ实
m = V
式中m——粉末质量；V——粉末的振实体积。
二、粉末颗粒
粉末颗粒指粉末中能分开并独立存在的最小实体。颗粒 间的粘附力比范德华力大得多，接近库伦引力。
图2-1颗粒示意图 a —单颗粒；b—聚集颗粒（二次颗粒） c —晶粒； a2 —一次颗粒
1、颗粒聚集状态 、
二次颗粒是单颗粒以某种方式聚集形成的，其 中原始颗粒就称为一次颗粒。
粉末冶金 -第三章 粉体表征
第三章 粉末的性能及其测定
§3.2 粉末及粉末性能
3.2.1 粉体粒径和粉末体的定义 Fine particle 颗粒 从个体颗粒出发，称为颗粒学
Powder 粉体 从集合粉体出发，称为粉体工程学
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第三章 粉末的性能及其测定
§3.2 粉末及粉末性能
3.2.2 粉末颗粒构造和表面状态 粉末颗粒实际构造的复杂性还表现为晶体的严重不完整性， 即存在许多结晶缺陷，如空隙、畸变、夹杂等。因此，粉末 总是贮存有较高的晶格畸变能，具有较高的活性。
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第三章 粉末的性能及其测定
§3.3 金属粉末的取样和分样
3.3.3 颗粒形状
粉末的形状
规则形状 不规则形状
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第三章 粉末的性能及其测定
§3.3 金属粉末的取样和分样
3.3.3 颗粒形状
(a)
(b)
(c)
(d)
(e)
(f)
(g)
粉末颗粒的形状
(h) 星蓝海学习网
第三章 粉末的性能及其测定
§3.3 金属粉末的取样和分样
3.3.5 颗粒粒度的测定方法
沉降分析法
黏性阻力区Re<1;
24
Re Re dv
v 4gd(s )
3 0
v d 2g(s ) 18
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第三章 粉末的性能及其测定
§3.3 金属粉末的取样和分样
3.3.5 颗粒粒度的测定方法
沉降分析法
黏性阻力区Re<1;
v d2g(s ) 18
d 18v (s 0)g
1.355 h (s 0 )t
18h (s 0 )gt
【东南大学 粉末冶金】第二讲 粉末特性及其测量
化学成分
➢金属含量 ➢杂质含量（酸不溶法） ➢氧含量（氢损法）
铁粉盐酸不溶物 A 100% B
氢损值 A B 100% AC
比重瓶法测量有效密度（GB5161-85）
一带有细颈的磨口玻璃瓶，瓶塞中心有 一0.5mm毛细管。粉末预先干燥后装入 比重瓶约占容积的1/3~2/3，连同瓶一道 称重后再装满液体，再称重，即可按公 式计算密度ρ。试推导出该公式。 F1___ 比重瓶质量 F2___比重瓶加粉末质量 F3___比重瓶加粉末和充满液体后的质量 ρ液—液体的密度 V—比重瓶的规定容积
粉末颗粒形状
形状因子（系数）
➢延伸度 n l / b
➢扁平度 m b / t
➢Zigg指数
l b
b t
lt
b2
t 是厚度
形状因子（系数）
➢球形度:与颗粒相同体积的相当球体的表面积与颗粒的实际表面 积之比。
➢粗糙度:球形度的倒数。 ➢圆形度:与颗粒相同投影面积的圆的周长与颗粒的实际周长之比。
统计500～1000颗
沉降法原理当量粒径
在具有一定黏度的液体或气体介质中，大小不等
的粉末颗粒自由沉降时速度不同，粗颗粒沉降快。
如果从同一高度同时沉降，经过一定时间后，
d 18
(
0
)
g
1 2
(h
1
t) 2
就能将粉末按粒度差别分开。
斯托克斯公式：
光散射法原理衍射粒径
由于粉末尺寸大于光波长，当粉末的悬浊 液流被一束单色光直射时，相干光散射角 大小将随颗粒尺寸成反比例变化，而散射 光的强度与颗粒直径的方根值有关。
作业题
➢P22-8、9、14
本节内容结束
钨粉断面放大1000倍
《粉末工程》课件——2 粉末的性能与表征
测定量和定义函数相对应的平均粒径
测定量
定义函数
个长
(nd)
全表面积
(6nd 2 )
颗粒数
n
全体积（全质量） (nd 3 ), (nd 3 )
比表面积 平均比表面积
(6nd 2) (nd 3)
(6n / d ) n
平均粒径
(nd ) n
(nd 2 ) n
(nd 2 )
3
n
(nd 3 ) (nd 2 )
频率分布的等组距直方图及分布曲线图
• 称为直方图。第一个直方图的底边长就是 组距DP，高度为频率，底边的中点为组中 值di
• 将直方图回归成一条光滑的曲线，便形成 频率分布曲线。工程上常用分布曲线的形 式来表示粒度分布。
累积粒度分布
• 累积粒度分布(cumulative size distribution) 表示小于（或大于）某粒径的粒子占全粒 子群中的百分含量（积分型）。
dn的集合 n2, n3, …,
n密n度，为总个。数那N么＝，∑该ni。颗假粒设群颗的粒某为些立物方理特体征，
可用数学函数的形式表示：
• 颗粒群的总长∑(nd)；颗粒群的总表面积 ∑(6nd2)；
• 颗粒群的总体积∑(nd3)；颗粒群的总质量 ∑(nd3)；
• 颗粒群的比表面积∑(6nd2)/∑(nd3)
ab
• 在以上两式中：a—粒子通过的粗筛网直径，
b—截留粒子的细筛网直径 。
（5）有效径
• 有效径是亦称为沉降速度相当径或牛顿径， 指与颗粒具有相同密度且在同样介质中具 有相同自由沉降速度的直径液。该粒径可 根 据 Stock’s 方 程 计 算 得 到 ， 因 此 又 称 Stock’s径，记作DStk。
粉末冶金材料粉末的比表面及其测定
第章粉末的比表面及其测定比表面属于粉末体的一种综合性质是由单颗粒性质和粉末体性质共同决定的。
粉末比表面定义为quot质量的粉末所具有的总表面积用quot 或ampquot表示致密固体的比表面用amp’为单位称容积比表面。
粉末比表面是粉末的平均粒度、颗粒形状和颗粒密度的函数。
测定粉末比表面通常采用吸附法和透过法。
尺寸效应法是根据粉末粒度组成和形状因子计算表面积的一种方法。
如以为表面形状因子、为体积形状因子为颗粒有效密度则计算的比表面等于—quot—第篇粉末冶金材料及其制品生产新技术新工艺及质量检验绪论计quotamp’-式中-———体面积平均径。
因此按上式由均匀球形颗粒比表面计算的统计粒径就是体面积平均径。
但如果用透过法或氮气吸附法测定比表面再按上式计算平均粒径-则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即包括内比表面所以两者均比计大。
或者说透过法平均粒径和吸附法平均粒径比计算平均粒径要小特别是吸附法平均粒径更小。
由吸附法或透过法比表面计算平均粒径并不反映颗粒的实际大小。
因为计算中假定颗粒为均匀球形有相同的平均直径。
由上式和ampquot.可以直接得到下面两个计算式透过比表面平均径透quot.’透吸附比表面平均径吸quot.’吸第一节气体吸附法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/物质的总表面积即得克比表面。
气体被吸附是由于固体表面存在有剩余力场根据这种力的大小和性质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。
物理吸附常在低温下发生而且吸附量受气体压力的影响较显著。
建立在多分子层吸附理论上的012法是低温氮气吸附法属于物理吸附。
这种方法已广泛用于比表面测定。
描述吸附量与气体压力关系的有所谓“等温吸附线”图343。
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第三部分粉末的表征目录1、粉末颗粒与粉末体的概念 (1)2、化学性能Chemistry-Features (3)3、粉末物理性能Physio- Features (3)4、粉末工艺性能 (7)课堂作业 (30)Part 2 粉末性能表征Powder Characterizations物理性能 Physical features化学性能 Chemical features工艺性能 Operational features1、粉末颗粒与粉末体的概念Concepts of particles and powders致密体bulk、粉末体powder、colloid 胶体------固体solid：根据不同分散程度dispersed degree粉末体 (1000微米，微米级，亚微米级sub-micrometer，纳米级nano grade （0.1微米以下）)粉末颗粒表现出流体性质flow ability，粉末越细，流动性质越明显。
0.1微米以下的粉末工业中又称为超细super fine powder粉末0.01微米以下powders称为胶体colloid粉末颗粒与粉末体 particles and powders粉末颗粒： crystalline or poly-crystalline, amorphous, glass 晶粒或多晶聚合体, 粉末体：called powder simply简称粉末，是由大量的粉末颗粒组成的一种dispersed system 分散体系，其中的颗粒彼此可以分离devoice each other，或者说，粉末是由大量的颗粒及颗粒之间的空隙所构成的集合体。
Powder is combined by particles and pores among the particles粉末颗粒 Powder particles粉末聚集状态：单颗粒single particle，二次颗粒secondary parti.multi-particles单颗粒single particle 晶粒或多晶粒聚集\amorphous，粉末中能分开并独立independent presented unit 存在的最小实体称为单颗粒二次颗粒 secondary particles有多个单颗粒或一次颗粒构成;PowderFirstly primary particles一次颗粒往往不能单独存在而聚集在一起，agglomeration force 聚集力主要是物理作用力agglomeration，而非强化学健结合chemistry bonding; 一次颗粒粒度测定particle size testing, inert gas absorbent 惰性气体表面吸附方法BET二次颗粒粒度测定, other method; x-ray, optical microscope, TEM, SEM,light scattering图2－1描绘了由若干一次颗粒聚集成二次颗粒的情形。
一次颗粒之间形成一定的粘结面inter-adhesion，contact linking在二次颗粒multi-particles, or secondary particles 内存在一些细微的pores。
一次颗粒或单颗粒可能是mono-crystalline颗粒，而更普遍情况下是polycrystalline颗粒，但晶粒间不存在空隙。
团粒Agglomerates：由单颗粒或二次颗粒依靠范德华van de waals force的作用下结合而成的粉末颗粒，易于分散,easy to disperse.絮凝体garrulous：用溶胶凝胶Sol-Gel方法制备的粉末，是一种小颗粒聚合在一起的结合coprecipitation。
Usually，coarse particle 颗粒以single 单颗粒存在，fine particles由于表面big surface发达而结合binding together，以二次颗粒形式存在。
颗粒的内部结构：与颗粒的外部结构比较，compared with out surface structure, 颗粒的very complicated structures in particles,内部结构非常复杂多晶颗粒polycrystalline 通常的粉末只能值得多晶颗粒poly-crystalline，用RST快速冷凝技术可制备单晶颗粒mono-crystalline或准晶、非晶粉末颗粒。
缺陷defects：表面缺陷surface defects，加工硬化wrought hardening，内空隙inner pores。
畸变distortion，杂质impurities，裂纹crack、亚结构substructure、第二相、合金元素alloy elements，吸附物，adsorbents颗粒表面状态：内表面、外表面、全表面full surface，内表面远比外表面复杂complicated、丰富。
2、化学性能Chemistry-Features原材料成分elements与组成compositions，纯度标准，粉末国家及部级标准GB and BB 合金元素alloying elements，形成合金的加入元素-形成固溶体，化合物合金的生成元素，如Fe-C， WC-Co，Ti3Al，Ai3Ti， LanNi5（电池材料）等。
Surface chemical adsorption and physical adsorption表面吸附物，水，氧，空气；O2含量测定，氢损值---用氢还原，计算粉末还原前后的重量变化。
氢损值=（A-B）/（A-C）x100%A，粉末（5克）加烧舟tray的质量；B，氢气中煅烧后残留remained物加烧舟的质量；C烧舟的质量；即煅烧前后粉末质量之比。
机械夹杂mechanical impurities非金属类机械夹杂物no-metallic impurities，硅氧化物silicon，在材料中相当于材料中的孔隙equivalent pores，construct the resource of the cracks 构成裂纹源，降低材料力学性能，机械夹杂对材料纫性toughness，特别是冲击impacting toughness 性能纫性影响显著。
非金属夹杂在粉末中的分布状态distribution以及夹杂本身的shape形状对材料的力学性能影响不同3、粉末物理性能Physio- Features主要包括: 材料熔点, 比热, 电学, 磁学, 光学性质,Melting temperature， thermal capacity，magnetic，optical，electric，atmosphere pressure ，hardness，chemical activity，size and shape，蒸汽压性质,硬度,化学活性,粉末特性等物理性质颗粒形状: 颗粒形状与制粉方法和制粉工艺相关球形粉末-雾化法 Spherical powders多孔粉末-还原法 Porous powders树枝状粉末-电解法 Dendrite powders片状粉末-研磨法 Plate powders定性描述 qualitative description球形,针形,树枝形,粒状,片形,瘤状,多角形,海绵形,不规则形,等九种.Sphere，Needle，Dendrite，Plate，Particle， Nodular，angular， Sponge Irregular Particle shape and the suggested qualitative descriptorsThe equivalent spherical diameter can be determined from surface area, volume project area or settling rate measurements.Projected area A related equivalent spheri定量描述 qualitative description形状系数, 如用显微镜观察可以确定:microscope设投影面积为project area，A, 周长circular length为C 的颗粒, 外接矩形a, b 边长, 或等效直径d, equivalent diameter 定量描述:延伸度elongation: 对于任意形状的颗粒，取其最大largest size尺寸作为长度l (图2－5），从垂longitude直于最稳定most stability平面的方向观察到颗粒的最大投影面上两切线间的最短距离short distnce 作为宽度b，而与最稳定平面垂直的尺寸作为厚度t，则延伸度定义为n=l/b。
Consider the particle following image that can be described as a round but irregular shape, and some of the possible size measurements are shown with the image延伸度越大，说明颗粒越细长，如针状niddle、纤维状fibre粉末；而对称性越高symmetry 的粉末，延伸度越小。
延伸度显然不能小于1。
扁平度flatten ability:片状粉末用延伸度显然不能描述颗粒厚度方向的不对称性，因而又定义扁平度m=b/t。
此值越大，说明颗粒越扁。
齐格指数：（Zigg）指数定义为延伸度/扁平度＝l/b/b/t=lt/b2，其值偏离1越大，表示颗粒形状对称性越小。
球形度sphere ability ：与颗粒相同体积same volume的相当球体的表面积对颗粒的实际表面积real surface area之比称为球形度。
它不仅表征express了颗粒的symmetry对称性，而且与颗粒的表面粗糙程度有关。
一般情况下，球形度均远小于1。
圆形度glabability：与颗粒具有相等equal投影面project area积的圆的周长对颗粒投影像的实际周长之比称为圆形度glabability 。
The projected image of an irregular particle and two forms of measuring the size in terms of the circular diameters粗糙度：（皱度系数）球形度的倒数称粗糙度。
Coarse degree Reverse to globability 颗粒表面有凹陷pits、缝隙和台阶stages等缺陷均使颗粒的实际表面积增大，这时皱度系数值也将增大。