粉末冶金新技术

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二,粉末冶金成型新技术 许多合金钢粉用动磁压制做过实验, 许多合金钢粉用动磁压制做过实验,粉末中不 添加任何润滑剂,生坯密度均在 以上. 添加任何润滑剂,生坯密度均在95%以上.动磁压 以上 制件可以在常规烧结条件下进行烧结, 制件可以在常规烧结条件下进行烧结,其力学性能 高于传统压制件. 高于传统压制件.动磁压制适用于制造柱形对称 的近终形件,薄壁管, 的近终形件,薄壁管,纵横比高的零件和内部形 状复杂的零件. 状复杂的零件.
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一,制粉新技术
2.烧结硬化粉 2.烧结硬化粉
为提高烧结钢的力学性能,通常在烧结 后还须进行热处理.为降低生产成本,开发 了许多烧结后已硬化,不须再进行热处理的 材料.美国Hoeganaes公司推出了一种烧结 硬化铁基粉末Ancoresteel737SH,其淬透性与 压缩性均比现有的烧结硬化材料高.
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一,制粉新技术 6.机械化学法生产廉价的纳米粉末 6.机械化学法生产廉价的纳米粉末 澳大利亚开发出一种机械化学法, 澳大利亚开发出一种机械化学法,可廉价生产 纳米金属粉与陶瓷粉.它采用球磨机来激活化学 纳米金属粉与陶瓷粉. 反应,使形成极细的纳米金属或化合物晶粒, 反应,使形成极细的纳米金属或化合物晶粒,再分 离与提取微细晶粒.例如机械研磨 由钠, 离与提取微细晶粒.例如机械研磨FeCl3,由钠, 钙或铝将其还原为铁与氯化物的混合物. 钙或铝将其还原为铁与氯化物的混合物.用适当 洗涤法去除氯化物后,便可得到纳米铁颗粒. 洗涤法去除氯化物后,便可得到纳米铁颗粒.
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一,制粉新技术
该法生产速度为0.5-30g/min,比其他 该法生产速度为0.5-30g/min,比其他 0.5 纳米粉末制备方法生产率高. 纳米粉末制备方法生产率高.本方法所用 反应材料不污染环境,而以前生产银粉所 反应材料不污染环境, 用的联氨是一种致癌物.用这种方法生产 用的联氨是一种致癌物. 的银粉可用于制造焊料,牙科填料, 的银粉可用于制造焊料,牙科填料,电路 板,高速摄影胶片等. 高速摄影胶片等.
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二,粉末冶金成型新技术 原理: 原理:将粉末装于一个导电 的容器(护套) 的容器(护套)内,置于高强 磁场线圈的中心腔中. 磁场线圈的中心腔中.电容 器放电在数微秒内对线圈通 入高脉冲电流, 入高脉冲电流,线圈腔中形 成磁场, 成磁场,护套内产生感应电 流.感应电流与施加磁场相 互作用, 互作用,产生由外向内压缩 护套的磁力, 护套的磁力,因而粉末得到 二维压制. 二维压制.整个压制过程不 足1ms. . 20
粉末冶金新技术
刘 颖
四源自文库大学材料学院
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主要内容 粉末制备新技术 成型新技术 烧结技术
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一,粉末制备新技术
1.雾化法制备金属粉末 低氧含量铁粉 雾化法制备金属粉末----低氧含量铁粉 雾化法制备金属粉末 生产在无氧气氛中进行 并包含一些石蜡 这些 生产在无氧气氛中进行, 并包含一些石蜡,这些 生产在无氧气氛中进行 分解为碳与氢.碳与铁反应, 分解为碳与氢.碳与铁反应 形成很薄的富碳 表面层.碳含量使颗粒的延性降低, 表面层.碳含量使颗粒的延性降低 但提高了 表面的烧结活性.在粉末压块中, 表面的烧结活性.在粉末压块中 碳易于扩散 到颗粒中心及相邻的颗粒中, 到颗粒中心及相邻的颗粒中 因而可用于生产 不需添加石墨的粉末冶金钢. 不需添加石墨的粉末冶金钢. 瑞典 瑞典IPS钢粉公司每年低氧含量雾化铁粉 其 钢粉公司每年低氧含量雾化铁粉, 瑞典 钢粉公司每年低氧含量雾化铁粉 氧含量低于 (0.015%). . 3
一,制粉新技术
对于粉末冶金应用来说, 对于粉末冶金应用来说,这种无氧粉 末允许使用便宜的合金元素(铬和锰等) 末允许使用便宜的合金元素(铬和锰等) 代替镍和铜.镍作为战略性资源,不但 代替镍和铜.镍作为战略性资源, 价格昂贵,并且还是一种致癌物, 价格昂贵,并且还是一种致癌物, 应尽 量避免使用. 量避免使用.这种粉末也很适合于用温 压与热等静压工艺来生产高强度部件. 压与热等静压工艺来生产高强度部件.
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一,制粉新技术 利用烧结硬化粉可生产不需要再淬火或很少再 淬火和回火的粉末冶金零件;除降低成本外, 淬火和回火的粉末冶金零件;除降低成本外,烧结 硬化可提供更好的公差控制( 硬化可提供更好的公差控制(淬火和回火常引起一 定程度的变形) 定程度的变形). 这种粉末可用于汽车工业, 这种粉末可用于汽车工业,特别适用于发动机部 件,传动部件及近终形齿轮等. 传动部件及近终形齿轮等.
1.动磁压制技术 动磁压制技术
二,粉末冶金成型新技术 动磁压制的优点: 动磁压制的优点: 由于不使用模具,成型时模壁摩擦减少到0,因而可 由于不使用模具,成型时模壁摩擦减少到0 达到更高的压制压力,有利于提高产品, 达到更高的压制压力,有利于提高产品,并且生产成 本低; 本低; 由于在任何温度与气氛中均可施压,并适用于所有材 由于在任何温度与气氛中均可施压, 由于在任何温度与气氛中均可施压 因而工作条件更加灵活; 料,因而工作条件更加灵活; 由于这一工艺不使用润滑剂与粘结剂,因而成型产 由于这一工艺不使用润滑剂与粘结剂, 品中不含有杂质,性能较高,而且还有利于环保. 品中不含有杂质,性能较高,而且还有利于环保.
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二,粉末冶金成型新技术 2.高速压制 高速压制 瑞典开发出粉末冶金用高速压制法. 瑞典开发出粉末冶金用高速压制法.这可能是 粉末冶金工业的又一次重大技术突破. 粉末冶金工业的又一次重大技术突破.高速压制采 用液压冲击机,它与传统压制有许多相似之处,但关 用液压冲击机,它与传统压制有许多相似之处, 键是压制速度比传统快500 1000倍 500～ 键是压制速度比传统快500～1000倍,其压头速度高 达2～30m/s,因而适用于大批量生产.液压驱动的 ～ ,因而适用于大批量生产. 重锤(5 1200kg)可产生强烈冲击波,0.02s (5～ ,0.02s内将压 重锤(5～1200 )可产生强烈冲击波,0.02s内将压 制能量通过压模传给粉末进行致密化. 制能量通过压模传给粉末进行致密化.重锤的质量 与冲击时的速度决定压制能量与致密化程度. 与冲击时的速度决定压制能量与致密化程度.
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二,粉末冶金成型新技术
动磁压制的亚毫秒压制过程有助于保持材 料的显微结构不变,因而也提高了材料性能. 料的显微结构不变,因而也提高了材料性能. 对于象W,WC与陶瓷粉末等难压制材料,动 对于象W,WC与陶瓷粉末等难压制材料, W,WC与陶瓷粉末等难压制材料 磁压制可达到较高的密度, 磁压制可达到较高的密度,从而降低烧结收缩 率.目前许多动磁压制的应用已接近工业化 阶段,第一台动磁压制系统已在运行中. 阶段,第一台动磁压制系统已在运行中.
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一,制粉新技术 目前, 目前,该法已用于生 产SiO2,TiO2,Al2O3, SnO2,V2O5,ZrO2等氧化 物纳米粉. 物纳米粉.该法生产的 纳米粉末成本十分低廉, 纳米粉末成本十分低廉, 按年产100吨纳米粉估算, 100吨纳米粉估算 按年产100吨纳米粉估算, 每公斤纳米粉的成本不 会高于50美元. 50美元 会高于50美元.
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一,制粉新技术 7.声化学制取纳米金属粉 7.声化学制取纳米金属粉 美国科学家采用声化学 技术制取纳米金属粉. 技术制取纳米金属粉. 声化学是研究液体中高 强度超声波产生的小气 泡的形成, 泡的形成,长大与内向 破裂等现象的学科. 破裂等现象的学科.
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一,制粉新技术 这些超声波气泡的破裂,产生很强的局部加热而在 这些超声波气泡的破裂 产生很强的局部加热而在 冷液中形成"热点" 瞬时温度约为 瞬时温度约为5000℃,压力约 冷液中形成"热点",瞬时温度约为 ℃ 压力约 1GPa,持续时间约 亿分之一秒. 持续时间约10亿分之一秒 持续时间约 亿分之一秒. 粗略而形象地说, 粗略而形象地说,上述这些数据相当于太阳的表 面温度,大洋底部的压力,闪电的时间. 面温度,大洋底部的压力,闪电的时间.当气泡破 裂时, 裂时,气泡内所含金属的易挥发化合物分解成单个 金属原子,而后聚集为原子簇. 金属原子,而后聚集为原子簇.这些原子簇含有几 百个原子,直径约为2 百个原子,直径约为2～3nm. .
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二,粉末冶金成型新技术
动磁压制有可能使电机设计与制造方法产生革 命性变化,由粉末材料一次制成近终形定子与转子, 命性变化,由粉末材料一次制成近终形定子与转子, 从而获得高性能产品,大大降低生产成本. 从而获得高性能产品,大大降低生产成本. 动磁压制正用于开发高性能粘结钕铁硼磁体与 烧结钐钴磁体. 烧结钐钴磁体.由于动磁压制的粘结钕铁硼磁体密 度高,其磁能积可提高15%-20%. 度高,其磁能积可提高15%-20%. 15%
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一,制粉新技术 4.激光生产纳米粉末 4.激光生产纳米粉末 美国采用普 通搅拌器,激光 与便宜的反应材 料,可快速,便 宜,干净地生产 1～100nm的银粉 与镍粉.
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一,制粉新技术
例如,将硝酸银溶液与一种还原剂导入搅拌器中, 例如,将硝酸银溶液与一种还原剂导入搅拌器中, 用激光短时照射混合物,同时进行搅拌. 用激光短时照射混合物,同时进行搅拌.当激光 脉冲射到液体时,形成极小的"热点",使硝酸 脉冲射到液体时,形成极小的"热点" 银与还原剂发生反应,生成极小的银颗粒. 银与还原剂发生反应,生成极小的银颗粒.通过 改变激光强度,搅拌器转速与反应成分, 改变激光强度,搅拌器转速与反应成分,可控制 银粉粒度,在一定程度上也可控制颗粒形状. 银粉粒度,在一定程度上也可控制颗粒形状.
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一,制粉新技术 5.电爆炸金属丝 电爆炸金属丝 制取纳米粉 大功率电脉冲施于氩气保 护的金属丝上, 护的金属丝上,并受到大 功率脉冲产生的特殊场约 束.柱形等离子体被加热 到15000K以上高温,因而 15000K以上高温, 电阻剧增, 电阻剧增,引起特殊场崩 溃.金属蒸气的高压引起 爆炸,产生冲击波, 爆炸,产生冲击波,形成的 金属气溶胶快速绝热冷却, 金属气溶胶快速绝热冷却, 制得纳米粉. 制得纳米粉.
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一,制粉新技术 2.软磁金属复合粉制备 软磁金属复合粉制备 目前软磁复合材料已得到广泛应用.它们是在 在 纯铁粉颗粒上包覆一层氧化物或热固化树脂进行绝 缘而制成的.在低频应用中,采用粗颗粒铁粉与热固 缘而制成的 化树脂混合,获得高磁导率与低铁损的材料.高频应 用时,颗粒间需要更有效地进行绝缘,因而粒度要更 小,以进一步减少涡流损失.它可制成各向同性的软 磁复合部件,但不需要高温烧结.粉末晶粒度增大时, 磁导率增大,矫顽力降低.
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一,制粉新技术
这些小的磁性金属原子簇, 这些小的磁性金属原子簇,像顺磁体材料 一样,磁矩由原子簇的原子自旋构成, 一样,磁矩由原子簇的原子自旋构成,且所有 自旋均在同一方向上,因而磁矩比普通材料 自旋均在同一方向上, 多倍. 高100多倍.包覆这些颗粒可形成稳定铁胶 多倍 体,颗粒永远处于悬浮态,现已作为"磁流体" 颗粒永远处于悬浮态,现已作为"磁流体" 工业化生产,用于扬声器,磁性墨水, 工业化生产,用于扬声器,磁性墨水,磁流体 密封,润滑剂,轴承,医学等. 密封,润滑剂,轴承,医学等.
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一,制粉新技术
这一方法可成功生产10～ 的粉末, 这一方法可成功生产 ～20nm的粉末,化学 的粉末 纯度高,表面氧化物低于10%～15%.也可生产 纯度高,表面氧化物低于 ～ . 氧化物粉末,粒度小于 氧化物粉末,粒度小于5nm. . 潜在高技术应用:切削工具,先进陶瓷, 潜在高技术应用:切削工具,先进陶瓷,高 密度磁记录介质,磁流体,催化剂等. 密度磁记录介质,磁流体,催化剂等.
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一,制粉新技术
3.燃烧火焰--化学气相法生产纳米粉末 3.燃烧火焰--化学气相法生产纳米粉末 燃烧火焰--化学气相法 采用燃烧火焰--化学气相法生产纳米粉末. 采用燃烧火焰--化学气相法生产纳米粉末.在此法 --化学气相法生产纳米粉末 稳定的平头火焰是由低压燃料/ 中,稳定的平头火焰是由低压燃料/氧气混合气的燃 烧产生的.化学母体与燃料一起导入燃烧室,在火 烧产生的.化学母体与燃料一起导入燃烧室, 焰的热区进行快速热分解. 焰的热区进行快速热分解.由于燃烧室表面温度分 布良好,气相逗留时间短以及化学母体浓度均匀, 布良好,气相逗留时间短以及化学母体浓度均匀,并 在很窄的热区进行热分解, 在很窄的热区进行热分解,因而能生产出粒度分布 集中的高质量的纳米粉. 集中的高质量的纳米粉.
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一,制粉新技术
此法可生产铝,镍,银,铜,锌,铂, 此法可生产铝, 钨及其合金粉. 钼,钛,锆,铟,钨及其合金粉. 这些粉末可用于推进剂,炸药, 这些粉末可用于推进剂,炸药,烟 金属与陶瓷的粘结,助烧结剂, 火,金属与陶瓷的粘结,助烧结剂,催 化剂,合成有机金属化合物等. 化剂,合成有机金属化合物等.