第七章 烧结气氛

第七章

烧结气氛

sintering atmosphere

1.烧结气氛的作用与分类

作用：

控制烧结体与环境之间的化学反应—

保护作用

如氧化和脱碳

及时带走烧结坯体中润滑剂和成形剂的分解产物—

净化作用

分类：

氧化性气氛：如纯Ag或Ag-氧化物复合材料及氧化物陶瓷的烧结

还原性气氛：含有H2或CO组份的烧结气氛

如硬质合金烧结用氢气氛，铁基、铜基粉末冶金零件的含氢气氛

惰性或中性气氛：Ar,He,N2,真空

渗碳气氛：含有较高的导致烧结体渗碳的组元，如CO,CH4,碳氢化合物气体

氮基气氛：含氮量很高的烧结气氛

10% H2 +N2

不同烧结气氛的成本比较：

以电解氢的成本为参考：

H2：1.0；

氮基（nitrogen-based）气氛：0.6；

分解氨（dissociated ammonia）：0.4；

吸热性气氛(endothermal gas)：0.2；

放热性气氛(exothermal gas)：0.1；

真空(vaccum)：昂贵（设备投资大）

2.还原气氛（reducing atmosphere）

金属粉末烧结过程中的作用：

保护金属不发生氧化

使压坯中金属氧化物还原

MeO+H2→H2O+Me (吸热反应)

Kp=PH2O/PH2 T↑,Kp↑

因而，氢气氛的还原能力随温度升高而增强，低温时的还原能力低

露点：

在标准大气压下，气氛中水蒸汽开始凝结的温度气氛中含水量愈多，露点愈高水蒸汽体积分数（VH2O）与气氛露点（TDP）间的关系为：

lg（VH2O) =-0.237+0.0336 TDP –

1.74×10-4 TDP2+5.05×10-7 TDP3

(TDP is in℃)

如：

电解氢的露点通常为几摄氏度（经冷冻干燥可降低露点）

分解氨气体为-40—-50℃

3. 含碳气氛

MeO+CO→CO2+Me （放热反应）

Kp=Pco2/Pco T↑，Kp↓

因而，CO在低温时具有较强的还原能力

4.可控碳势气氛

渗、脱碳原理

以CO为主的气氛

Fe+2CO→Fe(C)+CO2

Kp=(αc.Pco2)/(αFe.Pco2)

αc -碳在铁中的固溶度；αFe=1

在给定的烧结条件，要控制待烧结铁基材料的碳含量（即），必须控制Pco2/Pco2

即气相中两组分的浓度比

要使αc↑，则要降低分压比，↑CO浓度

若烧结体中碳含量高于αc，发生脱碳现象

若烧结体中碳含量高于αc，发生渗碳现象

碳势

某一含碳量的材料在某种气氛中烧结时既不渗碳也不脱碳，以材料中的碳含量表示气氛的碳势

有机碳氢化合物气体：

Fe+CH4→Fe(C)+2H2 （吸热反应）

Kp=PH22.αc/PCH4

在一定平衡条件下，αc取决于PH22/ PCH4。

H2+CO混合气体：

Fe+CO+H2→Fe(C)+H2O

Kp=PH2O.αc/(Pco.PH2)

渗碳反应不仅取决于CO的浓度，而且与露点有关

在高、低温下均具有较强的还原能力

吸热型气氛

endothermic atmosphere, endogas

需从外部供热的裂解气

与放热型比较，H2含量高，CO2浓度较低

是一种还原性更强、碳势更高的可控气氛

放热型气氛

exothermic atmosphere, exogas

由各种碳氢化合物转化成的裂化气，不需从外界供给热量

而通过碳氢化合物与H2O、空气在高温下进行部分燃烧的产物