第四章 粉末冶金原理成形前粉末的预处理

成形剂及其分解产物不与粉末发生反应
分解温度范围较宽 分解产物不污染环境
润滑剂 ↓粉末颗粒与模壁间的摩擦
摩擦力导致
压坯密度分布不均匀 影响被压制工件的表面质量 降低模具的使用寿命
粉末压制用的润滑剂
硬脂酸
硬脂酸锌 工业润滑蜡
PEG
(二硫化钼、石墨粉、硫磺粉也可起润滑作用)
即强化颗粒的对流与剪切作用
偏析(segregation)现象
反混合现象
涉及相容性问题—“物以类聚”
由颗粒之间密度差异引起 粒度差异 颗粒形状差异
球形颗粒与针状颗粒具有最小的偏析趋势
混合均匀程度和效率取决于 粉末颗粒的尺寸及其组成 颗粒形状 待处理粉末组元间比重差异 混合设备的类型 对于给定的粉末和混合设 混合工艺 备，最佳混合工艺一般 装料量 采用实验加以确定 球料比 转速 研磨体的尺寸及其搭配
常用润滑剂
常用润滑剂的添加量为0.5%~1.5%（质量分数）。对于金 属粉末，经常采用Al、Zn、Li、Mg和Ca的硬脂酸盐作为润 滑剂。硬脂酸分子链包括12~22个碳原子，这些碳链表面活 性好，而且熔化温度相对较低，硬脂酸盐通常是雾化法制 备的球形颗粒，粒度通常在10~30μm之间 。
润滑剂 硬脂酸锌 氧化物 质量分数 /% 14 软化温度 /℃ 100~120 熔化温度 密度 /℃ /(g*m-3 ) 130 1.09
难以通过压制所产生的变形而赋予粉末坯体足够的 强度
添加成形剂提高生坯强度，利于成形
2)流动性差的粉末 粘结剂作用
细粉或轻质粉末
适当增大粉末粒度，减小颗粒间的摩擦力
改善粉末流动性,提高压制性能
橡胶、硬脂酸、石蜡、SBS 、PEG、PVA等
选择准则
能赋予待成形坯体以足够的强度
易于排除
在滑动与离心状态,颗粒之间很少发生相 对运动，混合效果最差 而对于组元之间比重差异大的混合物体系 剧烈的抛落容易造成组元间的成分偏析，应 予避免
混合机理
严格意义上的扩散过程并不存在 实际上为微区内的颗粒对流
粉末颗粒混合通过对流与剪切作用实现
添加适当数量的研磨体可强化混合效果
第四章 成形前粉末的预处理
粉末原料由于最终产品性能的需要或者改善成形 过程的要求，在成形前都要经过一些预处理。
预处理包括：粉末退火、筛分、混合、制粒、加 润滑剂、成型剂等等。
1、还原退火 reducing and annealing
作用 还原氧化物、降低碳和其它杂质的含量，提高纯度
消除粉末加工硬化，稳定粉末的晶体结构，改善粉
在要求清除杂质和氧化物，即进一步提高粉末化学纯度时，要采用 还原性气氛(氮、分解氨、转化天然气或煤气等)或真空退火； 消除粉末的加工硬化或者使细粉末粗化防止自燃时，就可以采用惰
性气体作为退火气氛。
2、合批与混合 blending
混合
and
mixing
不同成分的粉末借助于外力作用实现颗粒组份间分 布均匀的过程 合批 同类粉末或粉末混合物的混合 消除因粉末在运输过程中产生的偏析或在粉末生产 过程中不同批号粉末之间的性能差异 获得性能均匀的粉末料
润滑方式
粉末内润滑internal lubrication
润滑剂直接加入粉末中
铁基粉末 润滑剂含量提高0.1% 坯件的无孔隙密度下降0.05g/cm3
模壁润滑die wall lubrication
静电喷涂
溶液涂敷
1、模壁润滑
在刚性模具中压制时，在模壁和模冲上涂润滑剂， 目的是使压制的坯块与模具容易分离，但由于粉末 体表面是粗造的，易刺穿涂在模壁上的润滑膜产生 摩擦，增加压制力，损坏模具。 对润滑剂的要求：既要附着到金属表面上，还要不渗 入到金属中。 润滑剂：硬脂酸、人造蜡、硬脂酸锌、硬脂酸
2、粉末润滑 粉末润滑指润滑剂与金属粉末混合，其优点是润滑剂不 仅在模壁上，而且也在粉末颗粒之间。 粉末润滑的条件： a.将润滑剂磨成细粉 b.润滑剂的量取决与坯块形状 c.润滑时间：20~40min 优点：减少压制压力，改善坯块密度分布，提高坯块密 度； 缺点：润滑剂在烧结过程中分解产生的气体从炉子的预 热带逸出，使烧结时的保护气氛流速加快，使炉子的 管理变得复杂。 理论上模壁润滑更好，但是它不容易与自动压制 设备配合，因此，通常把润滑剂与金属粉末混合作为 压制前的最后一道工序。
喷雾干燥制粒全过程是在密封系统中形成的，共分为四个阶段：①料浆的雾 化；②液滴群与加热介质想接触；③液滴群干燥；④料粒与加热介质分离。
5、 成形剂(binder)和润滑剂(lubricant) 成形剂 (非增塑成形)：为了提高压坏强度或为了 防止粉末混合料偏析而添加的物质，有时也叫 粘结剂，在烧结前或烧结时将该物质除掉 场合 1)硬质粉末：如硬质合金,陶瓷等 粉末变形抗力很高
球磨介质损耗
成本提高
混合机理简介
粉末床的运动行为
（a）粉末体整体滑动
（b）粉体局部坍塌
（c） 粉末整体滚动
(d)小瀑布状抛落
(e)大瀑布状抛落
(f)离心状
取决于 圆筒形混合器的转速 筒体的直径 二者对粉末床运动行为的影响可用Froude准 数描述 Fr=(ω2R)/g (惯性离心力/重力) 材料的物性(颗粒尺寸,颗粒形状等,主要影响粉 末的静态响应角,与颗粒间摩擦力大小有关) 装料量 筒壁的粗糙程度
细小颗粒或硬质粉末 为了成形添加成形剂 改善流动性添加粘结剂 进行自动压制或压制形状较复杂的大型 P/M制品 粉末结块 原理 借助于聚合物的粘结作用将若干细小颗粒 形成团粒
减小团粒间的摩擦力 大幅度降低颗粒运动时的摩擦面积 增大运动单元的动力（重量）
制粒方法
擦筛制粒 喷雾干燥 挤压制粒 旋转盘制粒
消除元素粉末组元（特别是轻重组元）间的偏析
3、筛分
筛分的目的在于把颗粒大小不同的原始粉末进行分级。
通常用标准筛网或振动筛进行筛分， 而对于钨钼等难熔金属的细粉或者超细粉则使用空气分 级的方法。
4 制粒 pelletizing or granulating
定义：制粒是将小颗粒的粉末制成大颗粒或团粒的工序 目的：常用于改善粉末的流动性。 粉末制粒后，其颗粒直径比原始粉末粒径大， 每个颗粒周围可接触到的颗粒数目减少，故其 粘附性，凝聚性与相互磨擦力大为减弱，从而 改善与提高颗粒料的流动性。 作用： 制粒后粉末流动性好，粉末能顺利充填型腔，且便于压制， 能加少压模的损耗，延长模具寿命。同时还能提高制品的 尺寸和重量精度。 制粒工艺后细粉减少，颗粒不易碎裂，便于保管运输，使粉 尘飞扬和污染减少。
双锥形混料机
V形混料机
多维混料机
化学法混合
金属或金属化合物粉末与添加金属的盐 溶液均匀混合，或者是各组元全都以某种盐 的溶液形式混合，经沉淀、干燥、还原等处 理方法而得到均匀分布的混合粉末
化学法混合
混合较前者更为均匀,可以实现原子级混合 W-Cu-Ni包覆粉末的制造工艺 W粉+Ni(NO3)2溶液→混合→热解还原（700750℃） →W-Ni包覆粉 + CuCl2溶液→混合→热解还原（ 400-450℃） →W-Cu-Ni包覆粉末 存在环保问题
机械法混合与化学法混合
机械混合方式
干混法：铁基及其它粉末冶金零件的生产
湿混法：硬质合金或含易氧化组份合金的生产
WC与Co粉之间除产生一般的混合均匀效果
发生显著的细化效果
一般采用工业酒精作为研磨介质
湿磨的主要优点
有利于环境保护
无粉尘飞扬和减轻噪音 提高破碎效率，有利于粉末颗粒的细化 保护粉末不氧化 不足 操作工序增加 粉料干燥增加能耗
ZnO
硬脂酸钙 硬脂酸锂
CaO Li2O
9 5
115~120 195~200
160 220
1.03 1.01
静电百度文库涂模壁润滑系统
粉末润滑与模壁润滑零件表面质量差异
末压制性能
用还原法、机械研磨法、电解法、喷雾法以及
羰基离解法所制取的粉末通常都要进行退火处理。
粉末钝化
使细粉末适度变粗，或形成氧化薄膜，防止粉末 自燃
退火温度
高于回复-再结晶温度，（0.5-0.6）Tm 电解铜粉的退火温度约为300℃，电解铁粉或电解 镍粉约为700 ℃，不能超过900 ℃
退火气氛 还原性气氛（CO,H2），惰性气氛，真空