粉末冶金原理PPT课件 雾化法
粉末冶金原理简介PPT课件
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一、粉末制备技术
1. 在不同状态下制备粉末的方法 1.1 在固态下制备粉末的方法 1.2 在液态下制备粉末的方法 1.3 在气态下制备粉末的方法 2.常用的粉末制备方法 2.1 机械粉碎法 2.2 雾化法 2.3 还原法 2.4 气相沉积法 2.5 液相沉淀法 2.6 电解法 3. 本章小结
3.现代粉末冶金技术的发展中共有三个重要标志: 1)克服了难熔金属(如钨、钼等)熔铸过程中产生的困难。1909 年制造电灯钨丝,推动了粉末冶金的发展;1923年粉末冶金硬质 合金的出现被誉为机械加工中的工业革命。
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4
绪论
2)20世纪三十年代成功制取多孔含油轴承;继而粉末冶 金铁基机械零件的发展,充分发挥了粉末冶金制品少切削 甚至无切削的优点。
从金属熔盐电解制取金属和金属化合物粉末的
有熔盐电解法。
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一、粉末制备技术
1.3 在气态下制备粉末的方法 (1)从金属蒸气中冷凝制取金属粉末的有蒸
气冷凝法;
(2) 从气态金属羰基物中离解制取金属、合 金粉末以及包覆粉末的有羰基物热离解法;
(3)从气态金属卤化物中气相还原制取金属、 合金粉末以及金属、合金涂层的有气相氢还原法;
杂质,而烧结一般在真空和还原气氛中进行,不怕
氧化,也不会给材料任何污染,故有可能制取高纯
度的材料。
4、粉末冶金能保证材料成分配比的正确性和
均匀性。Βιβλιοθήκη 5、粉末冶金适宜于生产同一形状而数量多的
产品,特别是齿轮等加工费用高的产品,用粉末冶
金法制造能大大降低生产成本。
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10
绪论
➢ 粉末冶金材料和制品的发展方向
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一、粉末制备技术
粉末冶金知识讲义(ppt 48页)
5、粉末性能及测定 成分-
金属粉末、合金粉末、金属化合物粉末;
聚集状态 单颗粒、 二次颗粒; 2-1
外形-球形、多角形、树枝形 2-4;
粒度: 粗粉-150~500微米; 中粉-40~150微米, 细粉-10~40微米; 极细粉-0.5~10微米 超细粉-0.5微米以下; 纳米粉-100纳米及以下;
粉末压坯,在适当的温度和气氛中, 所发生的物理化学变化, 由粉末颗粒的聚集体→晶粒的聚集体; 颗粒之间发生粘结、强度↑,多数情况下密度也↑ 粉末有自动粘结的倾向(比表面积大,能量高), 特别是极细粉末;
烧结是制品达到所要求的性能-关键;
烧结的热力学过程 -5-1 ①烧结初期: 颗粒之间接触点或面 →晶体结合, 经过形核长大→烧结颈;即颗粒界面→晶粒界面, 烧结体不收缩,密度↑极小,强度、导电性明显↑
粉末冶金 简介
粉末冶金——制取金属粉末或用金属粉末(或金 属与非金属粉末)作为原料, 经成型、烧结,制取金属复合材料及各种制品 的工艺技术。
与陶瓷生产相似,
又称为金属陶瓷;
一、发展历史 公元前3000年,古埃及人用C还原氧化铁
制成海绵状的铁, 经高温锻造成致密块状的Fe, 再制出铁器; 本世纪初,电灯W丝问世(爱迪生发明), 使粉末冶金得以迅速发展;
分类和牌号 YG类(钨钴类)
—Y、G:硬、钴,其后数字代表钴含量。 牌号后面的“C”表示为粗晶粒合金,
“X”表示细晶粒合金。 YT类(钛钨类)-除WC、Co外,
还有硬度比WC更高的TiC粉末。 耐磨性高但强度和韧性低。 YW类-新发展起来的硬质合金, 含有TaC,红硬性提高。 用来切削耐热钢、不锈钢、
2、多孔材料 含油轴承:Fe粉+石墨粉+硬脂酸锌=混合、
现代粉末冶金技术雾化制粉
引入先进的自动化控制系统和数据分析技术,实现雾化过程的精 确控制和优化。
强化设备维护与管理
定期对生产设备进行维护和保养,确保设备处于良好状态,提高 生产稳定性和产品质量。
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产品性能评价与应
用领域拓展
粉末性能评价指标及方法介绍
粉末粒度分布
通过粒度分析仪等设备测量粉末的粒度分布,以评估粉末的均匀性 和细度。
表面涂层领域
要求粉末具有优异的耐磨、耐腐蚀等性能,以提 高涂层的质量和寿命。
拓展新型应用领域探索
1 2
生物医疗领域
探索利用粉末冶金技术制备生物相容性良好的金 属粉末,用于生物医疗领域如骨科植入物等。
新能源领域
研究粉末冶金技术在新能源领域的应用,如制备 高性能电池材料、燃料电池催化剂等。
3
航空航天领域
粒度在线监测
通过激光粒度分析仪等实时监测 设备,对粉末粒度进行在线监测,
及时调整工艺参数。
温度与湿度监测
实时监测雾化过程中的温度和湿 度变化,确保粉末质量和生产效
率。
气体成分分析
对雾化环境中的气体成分进行实 时监测,以确保生产安全和产品
质量。
提高雾化效率和产品质量方法
优化工艺流程
通过改进生产工艺流程,减少生产环节和能源消耗,提高生产效 率。
优势
粉末冶金制品具有高精度、高性能、高附加值等特点,广泛 应用于汽车、航空航天、电子、能源等领域。与传统的铸造 、锻造等加工方法相比,粉末冶金技术具有材料利用率高、 生产周期短、成本低等优点。
雾化制粉在粉末冶金中地位
雾化制粉定义
雾化制粉是一种将液态金属或合金通过喷嘴喷入高速气流中,使其迅速冷却凝固成粉末 的制粉方法。
粉末冶金原理中文PPT课件
一、粉末制备技术
1. 在不同状态下制备粉末的方法 1.1 在固态下制备粉末的方法
(1)从固态金属与合金中制取金属与合金粉末的方法有机 械粉碎法和电化学腐蚀法;
(2)从固态金属氧化物及盐类制取金属与合金粉末的有还 原法;
(3)从金属和非金属粉末、金属氧化物和非金属粉末制取 金属化合物粉末的有还原-化合法。
3
绪论
1.粉末冶金——是一种利用制取到的金属粉末,或金属粉末与非金 属粉末的混合物作为原料,经过粉末成形和烧结制造金属材料、 复合材料以及各类型制品的工艺过程。粉末冶金法与生产陶瓷有 相似的地方,因此也叫金属陶瓷法。
2.粉末冶金的发展 粉末冶金方法起源于公元前三千多年。埃及人制造铁的第一方 法实质上采用的就是粉末冶金方法。
3.现代粉末冶金技术的发展中共有三个重要标志: 1)克服了难熔金属(如钨、钼等)熔铸过程中产生的困难。 1909年制造电灯钨丝,推动了粉末冶金的发展;1923年粉末冶 金硬质合金的出现被誉为机械加工中的工业革命。
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绪论
2)20世纪三十年代成功制取多孔含油轴承;继而粉末冶 金铁基机械零件的发展,充分发挥了粉末冶金制品少切削 甚至无切削的优点。
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一、粉末制备技术 (2)影响球磨的因素
球磨机中的研磨过程取决于众多因素:筒 内装料量、装球量、球磨筒尺寸、球磨机转 速、研磨时间、球体与被研磨物料的比例 (球料比)、研磨介质以及球体直径等。
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一、粉末制备技术
例如:球磨筒转速n=0.7-0.75n临界时,球体发生抛落; n=0.6n临界时,球体发生滚动; n<0.6n临界时,球体
6
绪论
3、坯块的烧结。烧结是粉末冶金工艺中的关键性工序。 成型后的压坯通过烧结使其得到所要求的最终物理力学性 能。烧结又分为单元系烧结和多元系烧结。对于单元系和 多元系的烧结,若烧结温度比所用的金属及合金的熔点低, 则称之为固相烧结;若烧结温度一般比其中难熔成分的熔 点低,而高于易熔成分的熔点,则称为液相烧结。除普通 烧结外,还有松装烧结、熔浸法、热压法烧结等特殊的烧 结工艺。
粉末冶金ppt课件
一定形状和尺寸的压坯;
3.烧结 压坯在低于基体金属熔点的温度下加热,使制品获得最 终的物理机械性能。
4. 后处理
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粉末冶金工艺图
16
§1 概 述
粉
四、制品种类
末
冶
金
1.难熔金属及其合金(钨、钛等)
成 型
2.组元彼此不熔合、熔点十分悬殊的烧结合金(电触头)
3.难熔金属及其碳化物的粉末制品(硬质合金)
粉
末
冶 金
1.提高制件的物理及力学性能
成
——复压、复烧、浸油、热锻与热复压、
型
热处理及化学热处理
2.改善制件表面的耐腐蚀性 ——水蒸气处理、磷化处理、电镀
3.提高制件形状与尺寸精度 ——精整、机械加工
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§3 粉末冶金制品的结构工艺性
§3 粉末冶金制品的结构工艺性
粉
末
冶 金
一、避免模具出现脆弱的尖角;
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为什么预处理? a.即使在同一条件下制造的同一粉末,其纯度和粒度分 布也是有差
别的; b.原料粉末在运输和储存中会产生大量锈块或凝结成块状,要筛出这
些块状物; c.对颗粒度分布有要求时,需将粉末过筛按所要求的粒度分布进行混
合。
• 说明 – 混合好的粉末常需要过筛,除去较大的夹杂和润滑剂的块状凝聚物; – 混好的粉末尽可能及时使用。
§ 据作业的连续性分 – 间歇式烧结炉—坩埚炉箱式炉 – 高频或中频感应炉 – 连续式烧结炉
• 产生“过烧”废品 – 烧结温度过高或时间过长,使压坯歪曲和变形,其晶粒也大;
• 产生“欠烧”废品 – 烧结温度过低或时间过短,产品结合强度等性能达不到要求;
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§2 粉末冶金成型工艺简介
粉末冶金,气雾化制粉
雾化制粉雾化法属于机械制粉发,是直接击碎液体金属或合金而制得粉末的方法,应用较为广泛。
对于气雾化制粉工艺,传给金属流的能量越大,制备的粉末越细小,气雾化制粉的过程实际上是小液滴形状渐变的过程,小液滴的形状顺序依与喷嘴的距离不同而不同,依次为圆柱形-圆锥形-薄片形-系带形-球形。
控制过热量和其他工艺参数可以是颗粒形成以上的任何形状。
工艺参数的影响由能量传递理论可以得到很好的解释。
气体喷出时与金属流的距离越短,能量传递效果越好,越容易形成细小的粉末。
气体喷出速度和熔体的过热度对最终形成的颗粒尺寸起主导作用。
下图显示了在制备铝粉时,雾化气体压力和融化温度对最终微粒尺寸分布的影响。
当气体压力增大,能量增多,熔体过热度增大时,颗粒的尺寸分布趋于小尺寸分布。
粉末冶金材料性能及制备工艺与粉末的结构和性能有着密切的关系。
粉末密度主要有松装密度和振实密度,由于3D 打印机铺粉时是自然铺粉属于松装密度。
松装密度是粉末自然堆积的密度,它取决于颗粒间的粘附力、相对滑动的阻力以及粉末体空隙被小颗粒填充的程度。
粉末体中空隙所占的体积称为孔隙体积。
孔隙体积与粉末体的表观体积之比称为孔隙度θ,粉末体的孔隙度包括颗粒之间的空隙的体积和颗粒内更小颗粒的体积之和。
由大小相同的规则球形颗粒组成的粉末的孔隙度,可用几何学方法计算:最松散的堆积,476.0=θ,最紧密的堆积,259.0=θ。
这可以延伸到金属密堆积里。
细粉末易“搭桥”和相互粘附,妨碍颗粒的相互移动,松装密度减小,若是考虑理想情况下,可不考虑这些因素的影响。
粒度组成的影响是:粒度范围窄的粗细粉末,松装密度都较低,当粗细粉末按一定比例混合均匀后,可获得最大的松装密度,如下表所示,此时粗颗粒间的大孔隙可被一部分细颗粒所填充。
粉末的粒度组成是指不同粒径的颗粒在粉末总量中所占的百分数,可以用某种统计分布曲线或统计分布函数描述。
粒度的统计分布我们选择个数基准分布,又称的百分数表示。
频度分布,以每一粒径间隔内的颗粒份数占全部颗粒总数n如果用各粒级的间隔μ∆除以该粒级的频度()%i f ,则得到相对频度μ∆i f 单位是m μ%。
粉末冶金原理PPT课件 雾化法
3 2 4 4 球化 (r1 r2 ) 4v Ti Tg d m H 凝固 (C p ) m ln 6he Tm Tg Tm Tg
500
400
300
700 350 0
200
100
0 100
200
300
400
500
颗粒粒度,μ 铜液滴破碎的临界速度与颗粒粒度的关系
7.雾化中成球的条件
• τ球化≤ τ凝固
• • • • • • • • • • • • r1- 球化后的颗粒半径 r2-球化前的液滴半径 μ-金属液体粘度 σ-金属液体表面张力 V-颗粒体积 pm-金属密度 he-对流传热系数 (Cp)m-金属热容 Ti-液滴凝固时温度 Tg-气体温度 Tm-金属熔点 △H-金属比熔化潜热
m 1 M K (1 ) dm A g W dp
1/ 2
5.气体雾化喷嘴结构
环孔喷嘴结构
旋涡环缝喷嘴结构
喷嘴出口形状
• 1直线型
进 口 出 口
2收缩型
进 口 出 口
3拉瓦尔型
ν 进 口
临界
出 口
v1 v2
r1 2 v2 v1 ( ) r2
1.气雾化制铜粉工艺
• 工艺条件 过热度100-150℃, 漏包烘烤至600℃, 液流直径4-6mm,气体压力0.5-0.7MPa,干式集粉 器,水冷夹套. • 2.气体雾化制取铁粉工艺 • RZ法 即高碳铁雾化然后脱碳获得铁粉 • 高碳铁水温度1300-1350℃,含碳量3.2-3.6%,漏包 烘烤至600℃,液流直径6-8mm,气体压力0.60.7MPa,干式集粉器,水冷夹套. • 脱碳靠自身还原,进行温度950-1000℃,在还原气 氛下进行.
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(2)旋转电极雾化
.
8
3)其他雾化法
• (1)超声雾化
(2)真空雾化
.
9
3.雾化机理
.
10
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11
.
12
雾化过程中的四个区域
Ⅰ负压紊流区
Ⅰ
Ⅱ原始液滴形成区
Ⅲ有效雾化区
Ⅱ
Ⅳ冷却凝固区
Ⅲ
Ⅳ
.
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4.粉末粒度与雾化介质之间的关系
• 雾化粉末粒度的计算公式
• W-Weber数=V2ρdm/σ • dp-平均颗粒直径 • dm-金属液流直径 • νm-液体金属动粘度 • νg-雾化介质动粘度 • Vp-雾化介质速度 • ρ-液体金属密度 • σ-液体金属表面张力 • M-液体金属质量流速 • A-雾化介质的质量流速 • K-常数
第三节、雾化法
Atomization
.
1
• 1.定义:即将金属熔化,然后将液体金属击 碎,冷凝后获得金属粉末的一种方法,属 于机械制粉法.
• 特点 (1)容易制得合金粉末,尤其是高组 元多组元合金,所制得的粉末无偏析、结 构细微;
•
(2)可制的得球形粉末;
•
(3)通过快速冷凝可制得微晶粉
末和非晶粉末。
-100- +145目
24.1
-145- +200目
23.8
粒度组成,%
-200- +250目
15.4
-250- +325目
17.9
-325目 18.2
22.3
22.1
15.7
19.1
20.8
18.6
19.3
15.9
19.5
26.8
.
25
空气雾化高碳生铁对铁粉碳和氧含量的影响
• 铁中碳氧含量与空气压力的关系
1/2
dp dm
Km g W 1(1M A)
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14
5.气体雾化喷嘴结构
环孔喷嘴结构
.
15
旋涡环缝喷嘴结构
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喷嘴出口形状
• 1直线型
2收缩型 3拉瓦尔型
ν临界
进 口
出
进
口
口
出 口
进 口
出 口
v1 v2
v2
v1
( r1 r2
)2
气体出口速度不超过音速
v K 2gK 1RT2[1(PP12)KK1]
• 则可得到为制得不同粒度所需的ν临界’ , ν临界” .
900
800
700
临
600
界
速
度
500
m/s
400
700
300
200
100
0 100
350 0
200 300 400 500
颗粒粒度,μ
铜液滴破碎的临界速度与颗粒粒度的关系
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7.雾化中成球的条件
• τ球化≤ τ凝固
• r1- 球化后的颗粒半径 • r2-球化前的液滴半径 • μ-金属液体粘度
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2
.
3
.
4
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5
2.分类:1)二流雾化法
(1)气体雾化 (2)水雾化
2)离心雾化法
(1)旋转圆盘雾化 (2)旋转电极雾化 (3)旋转坩埚雾化
3)其他雾化法
(1)转辊雾化 (2)真空雾化
.
6
• 1)二流雾化法
• ( 1)气体雾化
(2)水雾化
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7
2)离心雾化法
• (1)旋转圆盘雾化 (3)旋转坩埚雾化
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粉末粒度与喷射角之间的关系
• 雾化顶角 顶角越大破碎作用越大,不过角度过大会造 成液体金属回溅,造成喷嘴堵塞。
1
dm V sin
.
30
•1
气体和水雾化工艺
2
1
3
1 0
4
5
6
9
7
8
1-坩埚熔化炉,2-排气罩,3-保温漏包,4-喷嘴,5-集粉器,6-集细粉器,7-取粉车,8- 空气压缩机,9-空气压缩容器,10-氮气瓶
g-重力加速度 R--气体常数 K(压容比),对空气而言,=1.4 T2-压缩气体进喷嘴前温度 P1--气体进口压力 P2--气体出口压力
.
17
水雾化喷嘴结构
• 水柱式
水帘式
.
18
喷嘴与漏嘴之间的摆放位置
.
19
6.液滴破碎大小与气流临界速度的关系
• 金属液流破碎速度范围决定于液 滴破碎准数D;
8.影响雾化粉末性能的因素
• 对4个方面: • 化学成分、粒度、颗粒形状、内部结构 • 1).雾化介质 • (1)类别影响:水、空气、氩气、氮气; • (2)压力影响:压力大粉末粒度细
.
23
空气压力对雾化铁粉粒度的影响
压力 MPa
粒度组成,%
+40目 -40- -60- -80- -100 -120 -140 -160
.
27
5000
2000
1000
粒 500 度
Al Zn
μ
200
Cu-15P
100
Cu-38Zn-2Pb
50
20
10 0.5 1 2 5 10 20 50 100 200
雾化压力,102kPa
粉末粒度与压力的关系
.ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
28
(3)其他工艺参数
• 喷射参数 射顶角;
• 聚粉装置 却介质,
金属液流长度,喷射长度,喷 液滴飞行路程,冷却方式,冷
• σ-金属液体表面张力
• V-颗粒体积
• pm-金属密度 • he-对流传热系数 • (Cp)m-金属热容 • Ti-液滴凝固时温度 • Tg-气体温度 • Tm-金属熔点 • △H-金属比熔化潜热
球化34v2(r14 r24)
凝固
dm
6he
(Cp)m
lnTi Tg Tm Tg
H Tm Tg
.
22
.
31
1.气雾化制铜粉工艺
• 工艺条件 过热度100-150℃, 漏包烘烤至600℃, 液流直径4-6mm,气体压力0.5-0.7MPa,干式集粉 器,水冷夹套.
• 2.气体雾化制取铁粉工艺
• RZ法 即高碳铁雾化然后脱碳获得铁粉
• ρ-气体密度,gs2/cm4 • ν-气流对液滴的相对速度,m
/s • d-金属液滴大小,μm • γ-金属表面张力,10-5N/
cm • 由流体力学当D=10, ν= ν临
界’,D=14, ν= ν临界” •则
2d D
' 临界
10
d
” 临界
14
d
.
20
如喷制铜粉,铜的γ=0.0112N/cm,ρ=0.0013g•s2 /cm,则可得到为制得不同粒度所需的ν临界’,ν临界”.
+60目 +80目 +100 -+12 -+14 -+16 目
目
0目
0目
0目
0.52 41.2 11.6 9.05 11.9 4.45 6.85 0.2
5
5
13.4 7
0.64
3.50
5.60
8.00
8.40
16.1 0
14.1 0
1.50
41.9 0
.
24
水压对雾化青铜粉粒度组成的影响
水压 MPa 4.9 5.4 5.9
8 C7 或6 O5 , %4
3
2
1
O2
C
0
1
2
3
4
5
6
空气压力X10,MPa
.
26
(2)金属液流
• 1)表面张力和粘度 • 液体表面张力大难破碎,易成球; • 受化学成分、温度、添加剂影响; • 粘度大难破碎、难成球, • 受化学成分、温度影响; • 2)过热温度 • 过热温度高易粉碎、冷凝时间长、易成球 • 3)液流直径 影响生产率、粒度、漏嘴堵塞、