粉末冶金生产的基本工艺流程

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标签：转贴粉末冶金生产基本工艺流程时间：2008-11-26 21:23:53 点击：2803 回帖：0

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粉末冶金生产的基本工艺流程包括：粉末制备、粉末混合、压制成形、烧结及后续处理等。用简图表示于图7-1中。陶瓷制品的生产过程与粉末冶金有许多相似之处，其工艺过程包括粉末制备、成形和致密化三个阶段。

2．1 粉末制备

2．1．1 粉末制备

粉末是制造烧结零件的基本原料。粉末

的制备方法有很多种，归纳起来可分为机械

法和物理化学法两大类。

（1）机械法机械法有机械破碎法与液

态雾化法。

机械破碎法中最常用的是球磨法。该法

用直径10~20mm钢球或硬质合金对金属进行

球磨，适用于制备一些脆性的金属粉末（如

铁合金粉）。对于软金属粉，采用旋涡研磨

法。

雾化法也是目前用得比较多的一种机械

制粉方法，特别有利于制造合金粉，如低合

金钢粉、不锈钢粉等。将熔化的金属液体通

过小孔缓慢下流，用高压气体（如压缩空气）

或液体（如水）喷射，通过机械力与急冷作

用使金属熔液雾化。结果获得颗粒大小不同的金属粉末。图7-2为粉末气体雾化示意图。雾化法工艺简单，可连续、大量生产，而被广泛采用。

（2）物理化学法常见的物理方法有气相与液相沉

积法。如锌、铅的金属气体冷凝而获得低熔点金属粉末。

又如金属羰基物Fe(CO)5、Ni(CO)4等液体经180~250℃

加热的热离解法，能够获得纯度高的超细铁与镍粉末，

称为羰基铁与羰基镍。

化学法主要有电解法与还原法。电解法是生产工业

铜粉的主要方法，即采用硫酸铜水溶液电解析出纯高的

铜。还原法是生产工业铁粉的主要方法，采用固体碳还

原铁磷或铁矿石粉的方法。还原后得到得到海绵铁，经

过破碎后的铁粉在氢气气氛下退火，最后筛分便制得所

需要的铁粉。图7-2 粉末气体雾化示意图

2．1．2 粉末性能

粉末的性能对其成形和烧结过程，及制品的性能都有重大影响，因而对粉末的性能必须加以了解。粉末的性能可分为物理性能、化学性能和工艺性能。物理性能有颗粒形状、粒度及粒度组成、密度、硬度、加工硬化性、塑性变形能力以及显微组织等；化学性能有化学成分；工艺性能有粉末的松装密度、流动性和压制性等。通常用下述几个主要性能来评价粉末的性能。

（1）颗粒形状、粒度及粒度组成

a．颗粒形状颗粒形状是决定粉末工艺性能的主要因素。用不同方法制造的粉末形状不同，如表7-2所示。颗粒的形状如图7-3所示。颗粒形状对粉末的压制成形和烧结都会带来影响。如表面光滑的粉末颗粒，其流动性好，对提高压坯的密度有利。但形状复杂的粉末，对提高制品的压坯强度有利，同时能促进烧结的进行。

表7-2 颗粒形状、松装密度与粉末生产方法的关系

粉末生产方法

粉末颗粒形状

松装密度g/cm3

粉末生产方法

粉末颗粒形状

松装密度g/cm3

羰基铁粉

雾化铁粉

还原铁粉

球形粉末

球形或不规则状

不规则海绵状

3.0

2.2

电解铁粉

球磨研磨铁粉

旋涡研磨铁粉

树枝状

片状

碟状

0.35

2.0~2.1

1 2 3 4 5 6 7 8 图7-3粉末颗粒形状

1球形2近球形3多角形4片状5树枝状6不规则形7多孔海绵状8碟状

b．粒度及粒度分布粉末粒度是指颗粒的大小。对粉末体而言，粒度是指颗粒的平均大小。工业上制造的粉末，粒度范围一般为0.1~400μm，粒度大小通常用目数（一英寸长度筛网上的网孔数表示）。粒度有专门的测定方法，如筛分析法、显微镜法以及沉降法等，最常用的是筛分析法。粒度大小直接影响制品的性能，如硬质合金、陶瓷材料等，要求粒度越细越好。而对常用的粉末冶金制品生产，不仅要测定粉末体平均颗粒的大小，更重要的是测定大小不同的颗粒的含量，简称为粒度分布。粉末的粒度分布对成形、烧结有一定的影响。如粉末粒度分布得当，粉末颗粒间的孔隙就小，成形密度高，烧结容易进行。

（2）松装密度、流动性和压制性

a．松装密度松装密度亦称松装比，是指单位容积自由松装粉末的质量，常用g/cm3表示。粉末的松装密度是一个综合性能，它受粉末粒度、粒度组成、颗粒形状及颗粒内的孔隙等因素的影响。松装密度用粉末流动仪进行测量。

b．流动性粉末流动性是指单位质量的粉末自由下落到流完的时间，常用s/50g表示。粉末流动性反映的是粉末充填一定形状容器的能力，对实现自动压制和对于压制形状复杂的制品的均匀装粉很重要。粉末的流动性也是一个综合性能，主要取决于粉末之间的摩擦系数，即与粉末形状、粒度、粒度组成及表面吸水和气体量等有关。流动性也用粉末流动仪进行测量。

c．压制性粉末压制性包括压缩性和成形性。粉末压缩性是指粉末在压制过程中的压缩能力。一般是用一定压力（如400MPa）下压制的压坯密度（g/cm3）来表示。它的好坏决定压坯的强度和密度。粉末的压缩性主要由粉末的硬度、塑性变形能力与加工硬化性能决定，并在相当大的程度上与颗粒的大小及形状有关。粉末成形性是指粉末压制后，压坯保持既定形状的能力。一般用给予压坯适当强度（仅只搬运不破碎或不会发生变形的强度）所需之压力来表示。粉末的成形性直接反映的是压坯强度，因而也可用压坯的抗压强度或抗弯强度定量地表示。粉末的成形性主要与颗粒形状、粒度及粒度组成等物理性质有关。

（3）化学成分粉末的化学成分应包括主要金属或合金组元的含量及杂质的含量。为满足一般制品的制造要求，金属或合金粉末中的合金组元的含量都不能低于98~99%，在制造磁性合金和某些特殊用途的合金材料时其纯度要求更高。粉末的杂质主要是指与主要金属结合的Si、Mn、C、S、P、O等一些元素；SiO2、Al2O3、硅酸盐、难熔金属或碳化物等酸不熔物；粉末表面吸附的氧、水气、N2、CO2等气体。粉末的杂质对后续工艺过程及最终制品质量都会有较显著的影响。因而必须严格控制。如铁粉要求酸不溶物在0.2%以下，氢还原减重在0.2%以下。

2．2 粉末混合

粉末混合是指将两种或两种以上组份的粉末混合均匀的过程。混合的质量不仅影响成形过程和压坯质量，而且会严重影响烧结过程的进行和最终制品的质量。

混合主要分为机械法和化学法两种。其中广泛应用的是机械法。机械法又分为干混和湿混。铁基制品生产中常采用干混；制备硬质合金混合料常采用湿混，如在混料时加入一定比例硬质合金球于汽油中进行充分湿磨。化学法混料是将金属或化合物粉末与添加金属的盐溶液均匀混合；或者是各组元全部以某种盐的溶液形式混合，然后经沉淀、干燥和还原等处理而得到均匀分布的混合物，如用来制取钨-铜-镍高密度合金，铁-镍磁性材料，银-钨触头合金等混合物原料。