粉末冶金基础原理(终)

绪论

粉末冶金：是冶金学的一种，是制取金属粉末，采用成形和烧结工艺将金属粉末（添加或不添加外金属粉末）制成材料和制品的一项工艺技术。

粉末冶金的特点：

优：1.能生产其他方法无法生产成很难生产的材料和制品：Cu-W合金（假合金）（Cu、W 完全不互熔、电触头、发汗材料）；2，能够产生具有特殊性能的产品，性能优越：多孔含油轴承；3.粉末冶金是一种少切削甚至不切削的工艺：生产φ45齿轮。

缺：1.只适合大规模的生产，否则不经济；2.在制取形状复杂、尺寸大的产品时受到限制。

第一章

制粉法的分类：机械法(涡旋法，捣磨法，球磨法，切割磨法，超细粉碎法，雾化法)和物理化学法(冷凝法，热分解法，还原法，沉淀法，置换法，电解法，合金分解法，有机溶媒法)。还原过程的基本原理和还原剂的选择(课本第9页)。

金属氧化物还原的动力学(见课本第15页)。

多项反应的机理

(1)“吸附—自动催化”理论

第一步：吸附—气体还原剂分子被金属氧化物吸附。

第二步：反应—被吸附的还原剂分子固体氧化物中的氧相互作用并产生新相。

第三步：解吸—反应的气体产物从固体表面上解吸

MeO(固) + X(气) = MeX(固)·X(吸附)

+ Me(固)·X(吸附) = Me(固)·XO(吸附)

+ Me(固)·XO(吸附) = Me(固)+XO(气)

= MeO(固) + X(气) = Me(固)+XO(气)

扩散到MeO的表面（还原剂氧化物通过产物层扩散）

（2）反应速度与时间关系曲线（见课本23页）

碳还原法制取铁粉的本质

影响还原过程和铁粉质量的因素

（1）原料

a 原料中杂质的影响；

b 原料粒度的影响

（2）固体碳还原剂

a 固体碳还原剂类型的影响；

b 固体碳还原剂用量的影响）

（3）还原工艺条件

a 还原温度和还原时间的影响；

b 料层厚度的影响；

c 还原罐密封程度的影响

（4）添加剂

a 加入一定的固体碳的影响；

b 返回料的影响；

c 引入气体还原剂的影响；

d 碱金属盐的影响

（5）海绵铁的处理

退火的目的：1.提高铁粉纯度；2.消除加工硬化；3.防止粉末自燃

影响固体碳还原铁鳞的主要因素

（1）原料

A 铁鳞 a 杂质二氧化硅有害 < 0.3%

b 粒度粒度减小，反应面增大，还原速度加快

B 固体碳 a 类型还原能力木炭 > 焦炭〉无烟煤

b 用量根据碳氧比K值及还原温度而定

（2）还原工艺条件

A 还原温度适当提高温度有利于还原，但还原温度不宜过高 950-1100℃

B 还原时间随温度而定，温度高时，时间可缩短，时间的影响远不及温度的影响

C 料层厚度温度一定时，料层厚度增加，还原时间加长

D 还原罐密封程度密封不严时可造成还原不透或冷却时氧化

（3）添加剂

A 往原料铁鳞中加入一定量的固体碳时效果较好（疏松剂）

B 往原料中加入一定量的反馈料，有利于还原过程（废铁粉）

C 引入气体还原剂

挥发沉积长大机理：

（1）钨的氧化物具有挥发性，而且随着温度升高，挥发性升高；

（2）WO3的挥发性 > WO2的挥发性；

（3）WO3挥发后的气相被还原，然后沉积在已还原低价氧化钨或金属钨颗粒表面使其长大。

得到中细钨粉措施:

二阶段还原法 WO3（经低温）—WO2（经高温）—W粉得粗颗粒W粉

一阶段还原法 WO3（经高温）—W粉操作方便

若对粒度要求不大可用一阶段还原法

二阶段还原法的优点：1.得中、细颗粒；2.提高W粉质量的均匀程度；3.提高生产率

金属热还原（制取稀有金属Ta，Nb）

还原剂的条件：1.还原反应后所产生的热效应要大；2.形成的渣及残余还原剂易于金属分开；3.还原剂与制取金属不能形成合金或其他化合物

还原化合法制取WC粉

电解法的特点：1所得粉末纯度高；2粉末形状为树板状；3粉末粒度易控制

理论分析电压：原电池平衡电动势 E理论=ε阳-ε阴

分解电压：使电解显著进行的外加电压

电解的定量定律——法拉第定律：第一定律 m=qIt；第二定律 q=w/（n*96500）

成粉条件1.定性分析：只有阴极区阳离子浓度降到某一数值c时才可能粉末，只有当电流密度较大时，阴极区阳离子浓度才会急剧下降到ci

2：定量分析（见课本84页）

电流效率Ni=M/（qIt）×100%

电能效率Ne=Wo/We=Io×t×E（理论）/（I×E（槽）×t）×100%

雾化法

1.定义：利用高压流体（高压水或气体）或其他特殊方法将熔融金属粉碎成粉末的过程

2.气体雾化机构：（图见课本95页）

A、负压紊流区（图中I）：由于高速气流的抽气作用，在喷嘴中心孔下方形成负压紊流层，金属液流受到气流波的振动，以不稳的波浪状向下流，分散成许多细纤维束，并在表面张力作用下有自动收缩成液滴的趋势。形成纤维束的地方离及出口的距离取决于金属液流的速度，金属液流速度越大，离形成纤维束的，距离就越短。

B、原始液滴形成区（图中II）：在气流的冲刺下从金属液流柱或纤维束的表面不断分裂出许多液滴。

C、有效雾化区（图中III）：由于气流能量能集中于焦点，对原始液滴产生强烈击碎作用，使其分散成细的液滴颗粒。

D、冷却凝固区（图中）：形成的液滴颗粒分散开，并最终凝结成粉末颗粒。

机械粉碎法

1.定义：靠压碎、击碎和磨削等作用将块状金属或金属机械地粉碎成粉末的过程。

2.球和物料随球磨筒转速不同的三种状态：低转速、适宜转速和临界转速（详细分析见课本111-112页）

3．装填系数 V球/V筒 0.4-0.5

球料比 W球/W料填满球间的间隙稍微掩盖住球体表面

第二章

粉末体：简称粉末，是由大量的粉末颗粒组成的一种分散体系，其中的颗粒彼此可以分离，或者说，粉末是由大量的颗粒及颗粒之间的空隙所构成的集合体。

单颗粒：粉末中能分开并独立存在的最小实体，主要影响烧结过程。

二次颗粒：单颗粒的某种方式聚集起来而形成更大的颗粒，主要影响压制过程。

一次颗粒：构成二次颗粒的原始单颗粒。

真密度：颗粒质量用除去开孔和闭孔的颗粒体积除得的商值。实际上就是粉末的固体密度。有效密度（又称比重瓶密度）：颗粒质量用包括闭孔在内的颗粒体积去除得到的。

流动性：50g粉末从标准的流速漏斗流出所需的时间，单位为s/50g。

压缩性：粉末在压制过程中被压紧的能力。用压坯密度表示。影响因素：塑型升高、杂志含量减小、ρ松增大都使压缩性增大。

成形性：粉末压制后压坯保持即定形状不变的能力。用压坯强度表示。一切促进粉末啮合的因素都讲提高成形性。

粒度：以mm或μm表示的颗粒的大小称为颗粒直径，简称粒径和粒度。

粒度组成：具有不同粒径的颗粒占全部粉末的百分含量。

中、粗颗粒：筛选粒度＞40μm粉末。

目数：是筛网1英寸长度上的网孔数，表示筛孔的孔径和粉末的粒度。

影响松装密度的因素：1颗粒形状规则时，ρ松增大；2颗粒大时ρ松增大；3粒度组成：外单一粒度组成时，ρ松增大；4颗粒的内部结构：孔隙度增大时ρ松减小。

比表面：1g粉末所具有的总表面积。m2/g。

吸附法：测量吸附在固体表面上气体单分子层的质量或体积，再由气体分子的横截面积计算1g物质的总表面积，即得克比表面。

透过法：测定气体透过粉末层（床）的透过率来计算粉末比表面或平均粒径。