粉末冶金第一章

2020/11/29
粉末冶金第一章
美国的粉末冶金公司主要产品用户是汽车 制造商，汽车工业发达，带动了美国的粉末冶 金工业发展，这是因为发达的汽车工业，大量 用粉末冶金部件。
日本的汽车工业的发展带动了粉末冶金工 业发展。
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粉末冶金技术在汽车制造业中的主要应用：
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主要参考书
1．《现代粉末冶金技术》．陈振华．化学工业 出版社，2007
2．《粉末冶金与陶瓷成型技术》．佘正国，刘 军．化学工业出版社，2005
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考核成绩（闭卷）
平时20% 卷面考试80%
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工程。
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三个重要历史阶段
我们把1909～1910年用粉末冶金工艺制得白炽 灯钨丝作为现代粉末冶金技术发展的标志。现 代粉末冶金技术发展经历了三个重要历史阶段。
第一阶段：采用粉末冶金技术，能够生产出用 熔铸方法等其他技术无法制得的各类材料和制 品。在20世纪20年代，这一独特的工艺技术成 功地制造了硬质合金。
的工艺来制造。 5）非平衡材料的合成例如非晶，微晶和亚稳合金。 6）具有独特组分或不常用形状的特殊附件的工艺。
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第一章 粉末的制取
本章内容
§1.1 概述 §1.2 还原或还原-化合法 §1.3 气相沉积法 §1.4 液相沉淀法 §1.5 电解法 §1.6 雾化法 §1.7 机械粉碎法 §1.8 超细金属粉末及其制取
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4）添加剂
① 加入一定的固体碳的影响 ② 碳加入方法：原料铁鳞或铁矿石与固体碳混合压
团装入；原料鱼还原剂分层相间装入，生产上常采 用后者。 ② 返回料的影响 ③ 加入一定量废铁粉，加速还原过程。 ③ 引入气体还原剂的影响 ④ 引入气体可使还原过程加速。 ④ 碱金属盐的影响 ⑤ 引入碱金属盐可使还原过程加速。
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在固态下制 取粉末的方法包括
（1）从固态金属与合 金制取金属与合金粉末 的 有机械粉碎法和电 化腐蚀法；
（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；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。
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5）海绵铁的处理 还原退火处理作用： ➢ 退火软化作用，提高铁粉的塑性，改善铁粉的
压缩性； ➢ 补充还原作用； ➢ 脱碳作用，把碳含量降低到0.25-0.05%以下。
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还原-化合法
生产难熔金属化合物的方法： ➢ 用碳（或含碳气体）、硼、硅、氮与难熔金属
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1.2 还原或还原-化合法
定义:用还原气体(固体)或活泼金属将氧化物还原制备粉 末的过程。
➢ 气相还原法
气 相 氢 还 原 还原剂----氢气 气相金属热还原 还原剂----低熔点、低沸点的金属（Mg、Ca、Na…）
➢ 碳还原法
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（2）从金属盐溶液 置换和还原金属、合 金以及包覆粉末的置 换法、溶液氢还原法；
（3）从金属盐溶液 电解制金属与合金粉 末的水溶液电解法； 从金属熔盐电解制金 属和金属化合物粉末 的熔盐电解法。
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从过程的实质来看，现有制粉方法大体上可归
纳为两大类，即机械法和物理化学法。机械法 是将原材料机械地粉碎，而化学成分基本上不 发生变化；物理化学法是借助化学或物理的作 用，改变原材料的化学成分或聚集状态而获得 粉末。
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目前, 粉末冶金最发达的国家瑞典(Sweden)硬 质合金工业非常发达Hoganess, 建立许多子公 司。
其次是北美(North American)和西欧(western European) 。德国的粉末冶金工业也是处于世 界前列-工具钢.,.
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4.常用粉末冶金材料
（4）粉末冶金工模具材料。包括 硬质合金 、粉末冶金高 速钢等。后者组织均匀，晶粒细小，没有偏析，比熔铸高 速钢韧性和耐磨性好，热处理变形小，使用寿命长。可用 于制造切削刀具、模具和零件的坯件。
（5）粉末冶金电磁材料。包括电工材料和磁性材料。用于 制造各种转换、传递、储存能量和信息的磁性器件。
（2）粉末冶金多孔材料。又称多孔烧结材料。材料内部孔 道纵横交错、互相贯通，一般有30％～60％的体积孔隙度， 孔径1～100微米。透过性能和导热、导电性能好，耐高温、 低温，抗热震，抗介质腐蚀。用于制造过滤器、多孔电极、 灭火装置、防冻装置等。
（3）粉末冶金结构材料。又称烧结结构材料。能承受拉伸、 压缩、扭曲等载荷，并能在摩擦磨损条件下工作。
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0 绪论
粉末冶金：制取金属粉末或用金属粉末（或金 属粉末与非金属粉末的混合物）作为原料，经 过成形和烧结制造金属材料、复合材料以及各 种类型制品的工艺过程。 金属陶瓷法
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1.粉末冶金工艺
原料粉末
混合
① 能控制制品的孔隙度(多孔材料、多孔含油轴 承等)；
② 能利用金属和金属、金属和非金属的组合效 果，生产各种特殊性能的材料（钨-铜假合金 型的电触头材料、金属和非金属组成的摩擦 材料等）；
③ 能生产各种复合材料。
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3.粉末冶金的特点
2.粉末冶金方法生产的某些材料，与普通熔炼法 相比，性能优越：
➢ 化学气相沉积(chemical vapor deposition) ：两 种或两种以上的气态原材料导入到一个反应室 内，然后他们相互之间发生化学反应，形成一 种新的材料，沉积到晶片表面上。
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Si3N4 由硅烷和氮反应形成的。
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气相沉积法用在粉末冶金中的有以下几种：
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第二阶段：在20世纪二三十年代，用粉末冶金工艺成功制得 多孔含油轴承。继而发展到生产铁基机械零件，充分发挥 了粉末冶金少切削甚至无切削的优点。
第三阶段：20世纪五六十年代以后，粉末冶金技术被化工、 冶金、材料、机械等学科的科技工作者和生产企业关注和 重视，学科之间互相渗透，开发出如粉末高速钢、粉末超 合金、金属陶瓷、弥散强化材料、纤维增强材料等新材料， 以及注射成形、粉末锻造、等静压制、温压技术等新工艺。 随着现代技术经济对各类新材料、新产品的需求，粉末冶 金技术还将向更高水平、更广阔的领域拓展。
✓ 能够大量能够制备其他方法不能制备的材料 ✓ 能够制备其他方法难以生产的零部件
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局限性
➢ 粉末成本高 ➢ 制品的大小和形状受到一定的限制 ➢ 烧结零件的韧性较差
➢……
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4.常用粉末冶金材料
（1）粉末冶金减摩材料。通过在材料孔隙中浸润滑油或在 材料成分中加减摩剂或固体润滑剂制得。广泛用于制造轴 承、支承衬套或作端面密封等。
➢ （1）金属蒸气冷凝，这种方法主要用于制取具有大蒸 气压的金属（如锌Zn，镉Cd等）粉末。这些金属的特 点是有较低的熔点和较高的挥发性，如果将这些金属 蒸气在冷却面上冷凝下来，便可形成很细的球状粉末。
① 高合金粉末冶金材料的性能比熔铸法生产的 好（粉末高速钢可避免成分的偏析）；
② 生产难熔金属材料或制品，一般要依靠粉末 冶金法（钨、钼、铌等难熔金属）。
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粉末冶金技术的优越性与局限性
优越性
✓ 少切削、无切削，能够大量节约材料，节省能 源，节省劳动 普通铸造合金切削量在30-50%，粉末冶金产品 可少于5%
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2）固体碳还原剂 ① 固体碳还原剂类型的影响 还原能力：木炭 > 焦炭 > 无烟煤 ② 固体碳还原剂用量的影响 ③ 适宜的还原剂加入量：86%-90% ④ 3）还原工艺条件 ① 还原温度和还原时间的影响 ② 料层厚度的影响 ③ 还原罐密封程度的影响
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（6）粉末冶金高温材料。包括粉末冶金高温合金、难熔金 属和合金、 金属陶瓷 、弥散强化和纤维强化材料等。用 于高温下使用的涡轮盘、喷嘴、叶片及其他耐高温零部件。
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5.粉末冶金未来
1）铁基结构合金的高精度﹑高质量﹑大数量产品。 2）致密高性能材料，主要是理想的密度和牢固性。 3）难加工材料的制造。 4）特殊合金，主要为包含有多相的组分，通过增强密度
直接化合； ➢ 用碳，碳化硼、硅、氮与难熔金属氧化物作用
而得碳化物、硼化物、硅化物和氮化物。
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1.3 气相沉积法
➢ 物理气相沉积（physical vapor deposition）：用 物理方法(如蒸发、溅射等)，使镀膜材料汽化 在基体表面，沉积成覆盖层的方法。