第三章粉末冶金
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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。
第三章粉末冶金
氧化镁脱模压力与压制力的关系： P脱 C[PDH ]m 式中P——压制压力；D——坯块直径；D——坯块高度； C——模具质量的特征系数；m——常数。
第三章成形 d.弹性后效
加载（或卸载）后经过一段时间应变才增加（或减小）到一定数值的 现象。压制过程中，当卸掉压制力并把坯块从模具内取出后，由于弹性 内应力的作用，坯块发生弹性膨胀，这种现象称为弹性后效。
a.粉末颗粒发生位移，填充孔隙，施加压力，密度增加很快； b.密度达到一定值后，粉末体出现一定压缩阻力，由于位移大大减少， 而变形尚未开始，压力增加，但密度增加很少； c.当压力超过粉末颗粒的临界应力时，粉末颗粒开始变形，使坯块密度 继续增大。
图3-10坯块密度的变化规律
第三章成形
（5）压制压力与坯块相对密度的关系 相对密度指物质的密度与参考物质的密度在各自规定的条件下之比，
第三章成形
退火温度： T退 （0.5 ~ 0.6）T熔
退火气氛： a.还原性气氛（氢、离解氨、转化天然气或煤气） b.惰性气氛 c.真空退火
第三章成形
（2）混合 a.混合：将两种或两种以上不同成分的粉末混合 b. 将相同成分而粒度不同的粉末混合（合批） 混合方法：机械法（干混、湿混）和化学法 机械法：干混用于生产铁基制品；湿混用于生产硬质合金。混料设备有
a.普通模压法：将粉末装在模具内，用压机将其成形； b.特殊方法：等静压成形、连续成形、无压成形等。
第三章成形
1.成形前原料准备 （1）退火
将金属缓慢加热到一定温度，保持足够时间，然后以适宜速度冷却(通 常是缓慢冷却，有时是控制冷却)的一种金属热处理工艺。
金属粉末退火的目的： a.氧化物还原，降低碳和其它杂质的含量，提高粉末的纯度； b.消除粉末的加工硬化，稳定粉末的晶体结构； c.防止超细粉末自燃，将其表面钝化。 加工产品退火的目的： a.降低硬度，改善切削加工性； b.消除残余应力，稳定尺寸，减少变形与裂纹倾向； c.细化晶粒，调整组织，消除组织缺陷。
第三章成形 d.弹性后效
加载（或卸载）后经过一段时间应变才增加（或减小）到一定数值的 现象。压制过程中，当卸掉压制力并把坯块从模具内取出后，由于弹性 内应力的作用，坯块发生弹性膨胀，这种现象称为弹性后效。
a.粉末颗粒发生位移，填充孔隙，施加压力，密度增加很快； b.密度达到一定值后，粉末体出现一定压缩阻力，由于位移大大减少， 而变形尚未开始，压力增加，但密度增加很少； c.当压力超过粉末颗粒的临界应力时，粉末颗粒开始变形，使坯块密度 继续增大。
图3-10坯块密度的变化规律
第三章成形
（5）压制压力与坯块相对密度的关系 相对密度指物质的密度与参考物质的密度在各自规定的条件下之比，
第三章成形
退火温度： T退 （0.5 ~ 0.6）T熔
退火气氛： a.还原性气氛（氢、离解氨、转化天然气或煤气） b.惰性气氛 c.真空退火
第三章成形
（2）混合 a.混合：将两种或两种以上不同成分的粉末混合 b. 将相同成分而粒度不同的粉末混合（合批） 混合方法：机械法（干混、湿混）和化学法 机械法：干混用于生产铁基制品；湿混用于生产硬质合金。混料设备有
a.普通模压法：将粉末装在模具内，用压机将其成形； b.特殊方法：等静压成形、连续成形、无压成形等。
第三章成形
1.成形前原料准备 （1）退火
将金属缓慢加热到一定温度，保持足够时间，然后以适宜速度冷却(通 常是缓慢冷却，有时是控制冷却)的一种金属热处理工艺。
金属粉末退火的目的： a.氧化物还原，降低碳和其它杂质的含量，提高粉末的纯度； b.消除粉末的加工硬化，稳定粉末的晶体结构； c.防止超细粉末自燃，将其表面钝化。 加工产品退火的目的： a.降低硬度，改善切削加工性； b.消除残余应力，稳定尺寸，减少变形与裂纹倾向； c.细化晶粒，调整组织，消除组织缺陷。
材料制备技术-粉末冶金
热模锻优势：
① 粉末冶金制件精度比精锻高；
① 可制造大型零件；
② 粉末锻造节省材料、重量控制精 ② 锻件力学性能比烧结粉
确、可无非边锻造，也能制造形状较 末冶金零件高，但与粉末
复杂制件；
锻造件相当；
③ 粉末锻造只需一副成形模具和一 ③ 可制造形状复杂程度较
副锻模；热锻需两副以上锻模、一副 高的制品。
挤压(extrusion)、轧制(rolling)、拉拔(drawing)、 冲压(punching)、锻造(forging)
PM(Powder Metallurgy) 粉末冶金法 制粉(powder making)压型(pressing) 烧结(sintering)
粉末冶金特点及与其他成形工艺的比较
现代粉末冶金发展的三个重要标志：
• 1909年制造电灯钨丝的技术成功（W粉成形、烧结、锻打、 拉丝）；1923年硬质合金研制成功。 • 20世纪30年代，多孔含油轴承成功；相继发展铁基机械零件 • 向新材料、新工艺发展：20世纪40年代，金属陶瓷、弥散强 化材料（如烧结铝）；60年代末～70年代初，粉末高速钢、粉 末高温合金，粉末锻造技术已能生产高强度零件。
4） 成型性 Formation ability
定义:粉末压制后，压坯保持既定形状的能力 用压坯强度 表示
意义: 压坯加工能力，加工形状复杂零件的可能性 影响因素:颗粒之间的啮合与间隙
a 不规则颗粒，颗粒间连接力强, 成型性好 b 颗粒越小，成型性越好;
与压缩性影响后果相反,必须综合考虑
2.2 粉末制备方法
3） 压缩性 Compressive ability
(1) 定义: 粉末被压紧的能力，表示方法是：在恒定压 力下（30t/inch2）粉末压坯的密度
粉末冶金原理简介课件
化学共沉淀法
总结词
通过化学反应使金属离子共沉淀形成均匀的金属氧化物或硫化物粉末。
详细描述
化学共沉淀法是一种制备金属粉末的方法，通过化学反应使金属离子共沉淀形成 均匀的金属氧化物或硫化物粉末。在沉淀过程中，控制溶液的pH值和浓度等条 件，使不同金属离子同时沉淀，形成成分均匀的混合物粉末。
喷雾干燥法
定义
粉末烧结是一种通过加热使粉末颗粒 间发生粘结，从而将它们转化为致由烧结和压制烧结。
烧结原理与过程
原理
烧结过程中，粉末颗粒通过表面扩散、粘性流动和塑性变形等机制相互粘结， 形成连续的固体结构。
过程
烧结过程通常包括加热、保温和冷却三个阶段，其中保温阶段是粉末颗粒粘结 的主要阶段。
能源领域
粉末冶金多孔材料可用于制造 燃料电池电极、核反应堆控制 棒等能源相关领域。
医疗器械
粉末冶金材料具有生物相容性 和耐腐蚀性，适用于医疗器械 制造，如人工关节、牙科植入
物等。
粉末冶金的发展历程
01
02
03
早期发展
粉末冶金起源于古代金属 加工技术，如青铜器时代 的铜合金制造。
20世纪发展
随着科技的发展，粉末冶 金在20世纪得到了广泛研 究和应用，涉及领域不断 扩大。
05
粉末冶金材料性能
力学性能
高强度和硬度
粉末冶金材料通过细晶强 化等手段，表现出较高的 硬度和强度，能够满足各 种复杂工况的需求。
良好的耐磨性
由于粉末冶金材料的晶粒 细小且均匀，其耐磨性优 于传统铸造和锻造材料。
抗疲劳性能
由于材料的内部结构均匀 ，可以有效抵抗疲劳裂纹 的扩展，提高零件的寿命 。
特点
粉末冶金具有能够制备传统熔炼 方法难以制备的合金、材料纯度 高、材料性能可调范围广、节能 环保等优点。
charpter23铸造第三章粉末冶金
• 凡是减少铸造内应力或降低合金脆性的因素，都有利于防 止冷裂的产生。
3、防止缩孔和缩松的方法：
顺序凝固原则 设置冒口、冷铁
阀体铸件的两种铸造方案：左侧是 未安设冒口时，在热节处(即内接圆 直径最大的厚大部位），可能产生 缩孔，右侧为安设冒口和冷铁后， 因铸件实现顺序凝固而免除了缩孔 的出现。
4、减少铸造应力的方法：
山米与白鹤
贝特西.贝尔斯
arpter23铸造第三章粉末冶金
转炉自由度演示
免维护性
结构简洁
元件可靠
机构稳定
2.2 铸造工艺特点
铸件的质量与合金的铸造性能密切相关。合金的铸造性能 是指合金在铸造过程中表现出来的工艺性能，如：流动性、 收缩性、吸气性、各部位的成分不均匀性(偏析)等。
一、液态金属的充型能力
铸件尺寸 <200×200
铸钢 8
灰铸铁 4～6
球墨 铸铁
6
可锻 铝合金 钢合金 铸铁
5
3
3～5
200×200～ 10～12 6～10 12
8
500×500
>500×500 15～20 15～20 -
-
4
6～8
6
-
二、合金的凝固特性
合金从液态到固态的状态转变称为凝固或一次结晶。 许多常见的铸造缺陷，如缩孔、缩松、热裂、气
3、铸造有色金属
常用的有铝合金和铜合金，大都流动性好、收缩性大、 易吸气和氧化。熔点低，易被污染和烧损。因而应在 坩埚炉内进行熔化。
铸造的分类
砂型铸造
铸
造
熔模铸造
金属型铸造
特种铸造
压力铸造 低压铸造
离心铸造
2.3 砂型铸造
砂型铸造是在砂型中生产铸件的铸造方法。型（芯）
3、防止缩孔和缩松的方法：
顺序凝固原则 设置冒口、冷铁
阀体铸件的两种铸造方案：左侧是 未安设冒口时，在热节处(即内接圆 直径最大的厚大部位），可能产生 缩孔，右侧为安设冒口和冷铁后， 因铸件实现顺序凝固而免除了缩孔 的出现。
4、减少铸造应力的方法：
山米与白鹤
贝特西.贝尔斯
arpter23铸造第三章粉末冶金
转炉自由度演示
免维护性
结构简洁
元件可靠
机构稳定
2.2 铸造工艺特点
铸件的质量与合金的铸造性能密切相关。合金的铸造性能 是指合金在铸造过程中表现出来的工艺性能，如：流动性、 收缩性、吸气性、各部位的成分不均匀性(偏析)等。
一、液态金属的充型能力
铸件尺寸 <200×200
铸钢 8
灰铸铁 4～6
球墨 铸铁
6
可锻 铝合金 钢合金 铸铁
5
3
3～5
200×200～ 10～12 6～10 12
8
500×500
>500×500 15～20 15～20 -
-
4
6～8
6
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二、合金的凝固特性
合金从液态到固态的状态转变称为凝固或一次结晶。 许多常见的铸造缺陷，如缩孔、缩松、热裂、气
3、铸造有色金属
常用的有铝合金和铜合金，大都流动性好、收缩性大、 易吸气和氧化。熔点低，易被污染和烧损。因而应在 坩埚炉内进行熔化。
铸造的分类
砂型铸造
铸
造
熔模铸造
金属型铸造
特种铸造
压力铸造 低压铸造
离心铸造
2.3 砂型铸造
砂型铸造是在砂型中生产铸件的铸造方法。型（芯）
粉末冶金 第三章压力计算
一、压坯密度分布不均匀性 • 压坯密度各处分布不均，P159、图3-26、3-27 二、改善压坯密度的措施 • 压力损失是造成压坯密度分布不均的主要原因 • 改善措施：1）降低高径比（H/D）
2）润滑模壁
3）双向压制
P159、图3-29
P159、图3-28
4）特殊成形，例 等静压或三轴压制
• 。
3）改善压坯强度。
4）改善劳动条件、减少或控制粉尘飞扬。
5）延长压模的使用寿命 P16 表3—10
二、成形剂的种类及选择原则 1、种类：
◆ 铁基：硬脂酸、硬脂酸盐（硬脂酸锌、硬脂酸钡、
硬脂酸锂、硬脂酸钙、硬脂酸铝）、硫磺、
二硫化钼、石墨、机油等。
◆ 硬质合金：合成橡胶、石蜡、聚乙烯醇、乙二脂、
松香等
4、压坯尺寸与单位压制压力的关系
• 实验指出，对于不同尺寸的压坯，虽然其组成元素相 同，而所用的压制压力也不可用同一数值，否则，压
坯会出现分层、裂纹等缺陷。如P153、表3-7所示。
• 随着压坯横向尺寸↑，所用单位压制压力应相应减少。
• 解释 —P153、图3-20
• 压坯横向尺寸↑，不与模壁接触的粉末颗粒数↑→用 于克服外摩擦力所损失的压力↓→所需的总的压制压 力和单位压制压力相应↓。
§3-8 影响压制过程和压坯质量的因素
• 略。但很重要!提供解决实际问题的各种途径
1、降低了粉末的流动性。
2、降低了压坯密度、不利于制取高密度制品 3、降低了压坯强度等。
• 润滑粉末与仅润滑模具效果比较，P165、图3-40
• 润滑模具用润滑剂：硬脂酸、硬脂酸盐、丙酮、
甲苯、甘油、油酸、三氯乙烷等。
§3-7 压制废品(p164)
• 压制废品：压坯分层、裂纹掉边角、未压好、
2）润滑模壁
3）双向压制
P159、图3-29
P159、图3-28
4）特殊成形，例 等静压或三轴压制
• 。
3）改善压坯强度。
4）改善劳动条件、减少或控制粉尘飞扬。
5）延长压模的使用寿命 P16 表3—10
二、成形剂的种类及选择原则 1、种类：
◆ 铁基：硬脂酸、硬脂酸盐（硬脂酸锌、硬脂酸钡、
硬脂酸锂、硬脂酸钙、硬脂酸铝）、硫磺、
二硫化钼、石墨、机油等。
◆ 硬质合金：合成橡胶、石蜡、聚乙烯醇、乙二脂、
松香等
4、压坯尺寸与单位压制压力的关系
• 实验指出，对于不同尺寸的压坯，虽然其组成元素相 同，而所用的压制压力也不可用同一数值，否则，压
坯会出现分层、裂纹等缺陷。如P153、表3-7所示。
• 随着压坯横向尺寸↑，所用单位压制压力应相应减少。
• 解释 —P153、图3-20
• 压坯横向尺寸↑，不与模壁接触的粉末颗粒数↑→用 于克服外摩擦力所损失的压力↓→所需的总的压制压 力和单位压制压力相应↓。
§3-8 影响压制过程和压坯质量的因素
• 略。但很重要!提供解决实际问题的各种途径
1、降低了粉末的流动性。
2、降低了压坯密度、不利于制取高密度制品 3、降低了压坯强度等。
• 润滑粉末与仅润滑模具效果比较，P165、图3-40
• 润滑模具用润滑剂：硬脂酸、硬脂酸盐、丙酮、
甲苯、甘油、油酸、三氯乙烷等。
§3-7 压制废品(p164)
• 压制废品：压坯分层、裂纹掉边角、未压好、
第三章 粉末冶金原理粉末概念微观结构性能(合)总结
如还原Fe粉中的Si、Mn、C、S、P、O ，WC-Co，Ti3Al， Ai3Ti， LanNi5（电池材料）等。 表面吸附物.如水，氧，空气； 影响颗粒活性，对粉末成形性和烧结性能影响明显。
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；
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；
粉末冶金课件
•塑耐性腐变蚀形性能等
•表面状态
•表面张力等
粉末冶金成型
§2 粉末冶金成型工艺简介
3．粉末旳预处理与混合
（1）粉末旳预处理 （2）粉末混合
• 混合 – 两种以上化学组元相混合 （相同化学构成旳粉末旳混合叫做合并。）
• 目旳 – 使性能不同旳组元形成均匀旳混合物， 以利于压制和烧结时状态均匀一致。
为何预处理？ a．虽然在同一条件下制造旳同一粉末，其纯度和粒
• 应用 – 制造Fe 、Pb、Sn、Zn、Al、青铜、 黄铜等低熔点金属与合金粉末； – 18-8不锈钢、低合金钢、镍合金等 粉末。
(2) 机械粉碎法
是靠压碎、击碎和磨削等作用，将 块状金属或合金机械地粉碎成粉末。
粉末冶金成型
(2) 机械粉碎法 • 特点：
– 既是一种独立制粉措施， – 又常作为某些制粉措施不可缺乏旳
▪ 据作业旳连续性分 – 间歇式烧结炉—坩埚炉箱式炉 – 高频或中频感应炉
– 大气环境
– 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；
粉末冶金成型
§2 粉末冶金成型工艺简介
粉末冶金成型
§1 概 述
五、应用
板、带、棒、管、丝等多种型材
成批或 齿轮、链轮、棘轮、轴套类等多种零件 大量生产 重量仅百分之几克旳小制品
近两吨重大型坯料（用热等静压法）
粉末冶金成型
粉末冶金成型
§2 粉末冶金成型工艺简介
粉料制备
压制成型
烧结
粉末冶金成品
烧结后旳处理
§2 粉末冶金成型工艺简介
内蒙古科技大学《粉末冶金》笔记
ξ 3.3 化学检验（金属含量和杂质含量）
夹杂来源： ①与主要金属结合成固溶体或化合物的金属或非金属成分②从原料和粉末生产过 程中的机械夹杂③表面吸附的氧、水蒸气、其他气体④制粉工艺带入 1.氧含量的测定：①靠水滴定法②氢损法：氢损值=A-B/A-C x100%（A 粉末试样加烧舟的质 量 B 氢中煅烧后残留物加烧舟的质量 C 烧舟质量） 2.杂质含量的测定 酸不溶法，无机酸
ξ 3.5 粉末的力度及其测定
一、粒度和粒度组成 1.粒径/粒度：用直径表示颗粒大小称为粒径/粒度 （单颗粒） 2.粒度组成： 用不同粒度的颗粒占全部粉末的百分含量来表征粉末颗粒大小的状况 （整个粉 末体） 3.粒径基准 ①几何学粒径 dg：由显微镜投影几何学原理测得的粒径②当量粒径 de：用沉降法、离心法或 水力学法测得的粉末粒径③比表面粒径 dsp：利用吸附法、透过法、润湿热法测定的粉末的 比表面，再换算成具有相同比表面值得均匀球形颗粒的直径表示 ④衍射粒径 dsc:基于光和电磁波的衍射现象所测得的粒径 4.粒度分布基准 ①个数分布基准分布：以每一个粒径间隔内的颗粒数占全部颗粒总数∑n 中的个数表示。② 长度基准分布：以每一个粒径间隔内的颗粒总长度占全部颗粒的长度总和∑nD 中的多少表 2 示。③面积基准分布：以每一个粒径间隔内的颗粒总表面积占全部颗粒的总表面积∑nD 中 的多少表示。 ④质量基准分布： 以每一个粒径间隔内的颗粒总质量占全部颗粒的质量总和∑ 3 nD 中的多少表示。 5.平均粒度 da<ds<dv<dvs<dw 6.粉末粒度的测定方法 （1）筛分析法：振筛机和试验筛 网数目：筛网 1 英寸（25.4mm）长度上的网孔数。m=25.4/a+d （a：网孔尺寸 d：丝径） （2）显微镜法 1）人眼：0.2mm 光显：0.2μ m（0.8-150μ m） D=0.61x（λ /A） λ ：波长 A：透镜的数值孔径 2）分散介质要求：①分散介质与所测粉末颗粒不起化学反应②分散介质挥发的蒸汽对显微 镜头没有腐蚀作用③分散介质应是无色透明的， 并能较好地润湿所测颗粒④分散介质对人体 健康没有危害 3）定向径：颗粒最大的投影尺寸 4）定向等分径：把任意方向上的颗粒划分成两个投影面积大致相等的部分
粉末冶金概论PPT课件
机械合金化过程中，金属粉末在球磨罐中受到球磨球的反复撞击和摩擦，使粉末颗 粒逐渐细化，同时通过原子间的扩散和固态反应，实现合金化。
机械合金化制备的合金粉末具有优异的综合性能，如高硬度、良好的耐磨性和耐腐 蚀性等，广泛应用于航空航天、汽车、能源等领域。
化学共沉淀法
化学共沉淀法是一种制备金属或金属氧化物粉末的常用方法。
电子工业
粉末冶金材料可用于制造电子元件和 集成电路的封装外壳、散热器等。
国防工业
粉末冶金技术对于国防工业至关重要， 用于制造高性能的武器装备和军事器 材。
05
04
航空航天
粉末冶金材料具有高强度、轻量化的 特点，在航空航天领域中广泛应用于 制造飞机和火箭的结构件。
粉末冶金的发展历程
20世纪初
粉末冶金技术开始发展，主要用于制造含油轴承 和硬质合金。
粉末冶金在新能源领域的应用 主要包括风能、太阳能等领域
。
粉末冶金零件如粉末冶金轴承 、粉末冶金齿轮等在风力发电 机组中广泛应用，提高了风能
利用率。
粉末冶金材料在太阳能光伏电 池的制造过程中也发挥了重要 作用，提高了光电转换效率。
随着新能源技术的不断发展， 粉末冶金在高效储能、绿色能 源转换等方面的应用将具有广 阔前景。
在喷雾干燥法中，首先将原料溶液或悬浮液送入雾化器， 在雾化器中经压力或旋转作用形成细小液滴，然后在热空 气中迅速蒸发干燥，得到固体粉末。
喷雾干燥法制备的粉末具有粒度均匀、形状规则、流动性 好等优点，广泛应用于陶瓷、涂料、医药等领域。
热分解法
1
热分解法是一种通过加热分解含有目标产物的化 合物来制备金属或非金属粉末的方法。
05 粉末冶金材料
硬质合金
硬质合金是由硬质相和粘结剂 组成的粉末冶金材料，具有高 硬度、高耐磨性和良好的化学 稳定性。
机械合金化制备的合金粉末具有优异的综合性能，如高硬度、良好的耐磨性和耐腐 蚀性等，广泛应用于航空航天、汽车、能源等领域。
化学共沉淀法
化学共沉淀法是一种制备金属或金属氧化物粉末的常用方法。
电子工业
粉末冶金材料可用于制造电子元件和 集成电路的封装外壳、散热器等。
国防工业
粉末冶金技术对于国防工业至关重要， 用于制造高性能的武器装备和军事器 材。
05
04
航空航天
粉末冶金材料具有高强度、轻量化的 特点，在航空航天领域中广泛应用于 制造飞机和火箭的结构件。
粉末冶金的发展历程
20世纪初
粉末冶金技术开始发展，主要用于制造含油轴承 和硬质合金。
粉末冶金在新能源领域的应用 主要包括风能、太阳能等领域
。
粉末冶金零件如粉末冶金轴承 、粉末冶金齿轮等在风力发电 机组中广泛应用，提高了风能
利用率。
粉末冶金材料在太阳能光伏电 池的制造过程中也发挥了重要 作用，提高了光电转换效率。
随着新能源技术的不断发展， 粉末冶金在高效储能、绿色能 源转换等方面的应用将具有广 阔前景。
在喷雾干燥法中，首先将原料溶液或悬浮液送入雾化器， 在雾化器中经压力或旋转作用形成细小液滴，然后在热空 气中迅速蒸发干燥，得到固体粉末。
喷雾干燥法制备的粉末具有粒度均匀、形状规则、流动性 好等优点，广泛应用于陶瓷、涂料、医药等领域。
热分解法
1
热分解法是一种通过加热分解含有目标产物的化 合物来制备金属或非金属粉末的方法。
05 粉末冶金材料
硬质合金
硬质合金是由硬质相和粘结剂 组成的粉末冶金材料，具有高 硬度、高耐磨性和良好的化学 稳定性。
粉末冶金法及法介绍最全PPT
W-Ni-Fe、3W.结-N合i-C剂u、亦可W-作Cu为胚体经脱脂后主干，籍有少许残留结合剂的键结作用，提升胚体强度和保型性，并 6LNorthsta形r和成4.多孔性介质通道，以利下一阶段热分解（Thermal degradation）的快速进行。
5 PM应用领域 ………………… 25
MIM与机械加工相对比
合金牌号、成分
Fe-2Ni、 Fe-8Ni 316L 、17-4PH、 420、 440C
WC-Co Al 2O3 、 ZrO2 、 SiO2 W-Ni-Fe、 W-Ni-Cu、 W-Cu
Ti、Ti-6Al-4V Fe、 NdFeB、 SmCo5、Fe-Si
CrMo4、M2
应用领域
汽车、机械等Байду номын сангаас业的各种结构件 医疗器械、钟表零件 各种刀具、钟表、手表
F4
聚合物
HIGH MW PS
低分子量树脂
石油
F5 水溶性聚合物系
10-20%PMMA
PEG
未知
F6 催化脱脂聚合物系
PA
10-20%非催化聚合物
未知
*PE：聚乙烯、PP：聚丙烯、PA：聚醛树脂、PS:聚苯乙烯、PEG：聚乙二醇、PMMA：聚甲基丙烯甲酯、PEA：聚乙烯胺 PEVA：聚乙烯乙烯乙酸共聚物
1．计算机及其辅助设施：如打印机零件、磁芯、撞针轴销、驱动零件 2．工具：如钻头、刀头、喷嘴、枪钻、螺旋铣刀、冲头、套筒、扳手、电工工具，手工具等 3．家用器具：如表壳、表链、电动牙刷、剪刀、风扇、高尔夫球头、珠宝链环、圆珠笔卡箍、刃具刀头
等零部件 4．医疗机械用零件：如牙矫形架、剪刀、镊子 5．军用零件：导弹尾翼、枪支零件、弹头、药型罩、引信用零 6．电器用零件：微型马达、电子零件、传感器件 7．机械用零件：如松棉机、纺织机、卷边机、办公机械等 8．汽车船舶用零件：如离合器内环、拔叉套、分配器套、汽门导管、同步毂、安全气囊
粉末冶金 -第三章 粉体表征
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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
3.2.1 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
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
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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;
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
第三章 粉末冶金--概述,粉体制备
2. 粉体的特性
（1）粉体的粒度与粒度分布 ） （2）粉体颗粒的形状 ） （3）粉体的表面特性 （4）粉体的流动性
2. 粉体的特性
（1） 粒度和粒度分布 ） 粉体的粒度：指粉体颗粒的线性尺寸。 粉体的粒度：指粉体颗粒的线性尺寸。 粒度分布：不同粒度的颗粒占全部粉体的百分含量。 粒度分布：不同粒度的颗粒占全部粉体的百分含量。 粉体的粒度和粒度分布主要与粉体的制取方法和工 的粒度和粒度分布主要与粉体 艺条件有关。机械粉碎的粉体一般较粗， 艺条件有关。机械粉碎的粉体一般较粗，气相沉积的粉体 极细。 极细。 粉体的粒度和粒度分布对粉末的压制与烧结过程以及 最终产品的性能有很大影响。例如：在烧结过程中， 最终产品的性能有很大影响。例如：在烧结过程中，与粗 粉压制的压坯相比， 粉压制的压坯相比，细粉压制的压坯在相同的烧结条件下 烧结时更容易收缩。 烧结时更容易收缩。
1. 粉体的制备技术
（1） 机械粉碎法 ） 采用振动球磨和搅动球磨可提高研磨速度。 采用振动球磨和搅动球磨可提高研磨速度。
1. 粉体的制备技术
（2）雾化法 ） 雾化法， 雾化法，利用水流或气流直接击碎液体金属制 取粉末的方法。应用较广泛。 取粉末的方法。应用较广泛。 雾化法可以制取铅、锡、铝、锌、铜、镍、铁 雾化法可以制取铅、 等金属粉体，也可制取黄铜、青铜、合金钢、 等金属粉体，也可制取黄铜、青铜、合金钢、高 速钢、不锈钢等预合金粉体。 速钢、不锈钢等预合金粉体。 雾化法包括： 雾化法包括： 1)二流雾化法；2)离心雾化法；3) 超声波雾化。 二流雾化法； 离心雾化法 离心雾化法； 超声波雾化。 二流雾化法
3.2 粉体的制备与处理
（2）雾化法 ） 2）离心雾化法 ） 离心雾化就是利用机械旋转造成的离心力将 金属液流击碎成细的液滴，然后冷却凝结成粉末。 金属液流击碎成细的液滴，然后冷却凝结成粉末。 常用的有旋转圆盘雾化，旋转水流雾化， 常用的有旋转圆盘雾化，旋转水流雾化，旋 转电极雾化等。 转电极雾化等。
粉末冶金学
Ⅰ还原法
用还原剂还原金属氧化物及盐类来生产金 属粉末是一种最广泛采用的制粉方法。 MeO(金属氧化物)+X(还原剂)=Me+XO 那么到底哪些物质能做哪些氧化物的还原 剂呢？这可由金属氧化物的标准生成自由 能图中得出：
氧化物的标准生成自由能-温度图
氧化物的标准生成自由能-温度图的说明
随温度升高，△G°增大，各种金属的氧化反应愈难进 行，由于随温度升高，金属对氧的亲和力减小。因此， 还原金属氧化物通常要在高温下进行 △G°-T关系线在相变温度处，特别是在沸点处发生明 显的转折，这是由于系统的熵在相变时发生了变化。 CO生成的△G°-T关于系统得走向是向下的；即CO的 △G°随温度升高而减小。即这条线与很多金属氧化物 的△G°相交。这说明在一定温度下碳能还原很多金属 氧化物。如Fe、W的氧化物。 2H2+O2=2H2O的△G°-T关系线在Cu、Fe、Ni、Co、 W等氧化物的关系线以下，说明在一定条件下氢可以还 原Cu、Fe、Ni、Co、W等氧化物 位于图中最下面的几条关系线所代表的金属如Ca、Mg 等与氧的金和力最大。所以Ti、Zr、Th、U等氧化物要 用Ca、Mg作还原剂，这就是所谓的金属热还原。 在同一温度下，图中位置愈低的氧化物，其稳定性愈大， 即该元素对氧的亲和力愈大。
晶粒
各种粉末实物图
锌粉
铁粉
合成金刚石粉
不锈钢粉
粉末实物照片
纯钨粉
a)
b
Al2O3和C粉
1mm
粉末颗粒的形状
球形、近球形、片状、多角形、树枝状、多孔海绵状、碟状、不规则形
§2-2 粉末的性能
1、化学成分：主要金属的含量和杂质的含 量 2、物理性能 :颗粒密度,显微硬度 ,颗粒大 小,粒度组成,比表面积 3、工艺性能：包括松装密度、摇实密度、 流动性、压缩性和成型性。
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第三章成形
（5）加添加剂 添加剂指成形前在粉末混合料中添加改善成形过程的物质或造成一定孔隙的
造孔剂。如石蜡、合成橡胶、樟脑、塑料及硬脂酸盐等。 （5）润滑
a.模壁和模冲润滑 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、硬脂酸锂
粉末体在压模内受力后力图向各个方向流动，产生了垂直于压模壁的 压力——侧压力，侧压力使压模内靠近模壁的外层粉末 与模壁之间产生摩擦力摩擦力使接近加压端面部分压力 最大，远离加压端面压力逐渐降低，压力分布的不均匀 使坯块各个部分密度分布不均匀。
图3-2压膜示意图 1—阴模；2—上模冲； 3—下模冲；4—粉末
a.普通模压法：将粉末装在模具内，用压机将其成形； b.特殊方法：等静压成形、连续成形、无压成形等。
第三章成形
1.成形前原料准备 （1）退火
将金属缓慢加热到一定温度，保持足够时间，然后以适宜速度冷却(通 常是缓慢冷却，有时是控制冷却)的一种金属热处理工艺。
金属粉末退火的目的： a.氧化物还原，降低碳和其它杂质的含量，提高粉末的纯度； b.消除粉末的加工硬化，稳定粉末的晶体结构； c.防止超细粉末自燃，将其表面钝化。 加工产品退火的目的： a.降低硬度，改善切削加工性； b.消除残余应力，稳定尺寸，减少变形与裂纹倾向； c.细化晶粒，调整组织，消除组织缺陷。
消失并能完全恢复原来形状的性质称为弹性。这种可恢复包括流体及固体在一定的条件下,在外力的作用下产生 形变,当施加的外力撤除或消失后该物体不能恢复原状的一种物理现象。 c.脆性断裂
当施加的压力超过强度极限后，粉末颗粒碎裂成更小的碎片，使粉末 接触更加紧密。
第三章成形
第三章成形 （3）筛分
筛分指把不同粒度的粉末通过网筛或振动筛进行分级，使粉末能够按 照粒度分成粒度范围更小的级别。 （4）制粒
制粒指将小颗粒粉末制成较大颗粒或团粒，目的是改善粉末的流动性。
图3-1制粒设备 1—入料口；2 —链轮；3 —轮箍；4 —滚筒；5 —出料口；6 —擦筛机；7 —料筒；
8 —电机；9 —托轮；10 —倾斜旋转圆盘；11 —转轴；12 —传动轴；13 —机座
第三章成形 （2）粉末颗粒变形的三个阶段
a.粉末的位移 当施加外力时，粉末体内的拱桥效应遭到破坏，粉末颗粒彼此填充孔 隙，重新排列位置，增加接触。 拱桥效应：粉料自由堆积的空隙率往往比理论计算值大得多，原因是 实际粉料不是球形，加上表面粗糙以及附着和凝聚的作用，结果颗粒互 相交错咬合，形成拱桥型空间，增大了空隙率。这种现象称为拱桥效应。
球磨机、V型混合器、锥形混合器、酒桶式混合器、螺旋混合器等。湿混 介质要求不与物料发生化学反应，沸点低易挥发，无毒性，来源广，成本 低，常用酒精、汽油、丙酮等。
化学法：将金属或化合物粉末与添加的金属盐溶液均匀混合，或各组元 全部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 布的化合物。化学法用于制取钨-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等
图3-3
第三章成形
图3-4粉末位移的形式 (a)粉末颗粒的接近；(b)粉末颗粒的分离； (c)粉末颗粒的滑动；(d)粉末颗粒的转动；
(e)粉末颗粒因粉碎而产生的移动
第三章成形
b.粉末的变形 粉末体受压后体积明显减小，除第一阶段的位移外，又发生变形。变
形有弹性变形和塑性变形。 弹性变形：材料在外力作用下产生变形，当外力取消后，材料变形即可
间由于位移和变形互相楔住和勾连，从而形成机械啮合。 b.粉末颗粒表面原子间的引力。粉末颗粒在压制后期，由于位移和变
形，粉末颗粒表面上的原子彼此接近，当进入引力范围值内时，粉末颗粒 因引力作用而发生联结。
这两种力的作用是坯块具有强度的原因，成形剂的加入使坯块具有足够的 强度。
第三章 Compacting
第三章成形
成形：指将松散粉末体加工成具有一定尺寸、形状及一定密度和强度的
坯块。将粉末装入模具后，施加外力即进行压制可得到要求的坯块。压 制过程中，因粉末颗粒形状不同，有滑动、移动，随着力的增加，颗粒 之间还会机械地啮合在一起，有时粉末表面相互磨损，将粉末表面的氧 化物或杂质膜破坏，出现清洁的粉末表面，黏附在一起，使坯块具有所 需的密度和强度。
图3-5压制时粉末的变形 (a)点接触；(b)面接触；(c)扁平状
第三章成形
（3）坯块强度 坯块强度指坯块反抗外力作用，保持其几何形状尺寸不变的能力。压
制过程中，随着压力的增加，孔隙减少，坯块逐渐致密化，强度逐渐增大。 粉末颗粒之间的联结力： a. 粉末颗粒之间的机械啮合力。粉末表面凹凸不平，通过压制，颗粒之
第三章成形
退火温度： T退 （0.5 ~ 0.6）T熔
退火气氛： a.还原性气氛（氢、离解氨、转化天然气或煤气） b.惰性气氛 c.真空退火
第三章成形
（2）混合 a.混合：将两种或两种以上不同成分的粉末混合 b. 将相同成分而粒度不同的粉末混合（合批） 混合方法：机械法（干混、湿混）和化学法 机械法：干混用于生产铁基制品；湿混用于生产硬质合金。混料设备有
使烧结时的保护气氛流速加快，使炉子的管理变得复杂。
第三章成形 2.压制过程金属粉末的行为 （1）金属粉末压制现象
压制指松散粉末在压模内经受一定的压力后，成为具有一定形状、尺 寸、密度和强度的坯块。
压制过程中，粉末颗粒间发生相对移动，粉末颗粒将填充孔隙，粉末 体体积减小，粉末颗粒迅速达到最紧密堆积。
第三章成形
b.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 模壁润滑已取得专利，技术上是可行的；粉末润滑被广泛应用。 润滑的优点：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，