粉末冶金原理-黄培云 制粉这章思考题

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1、制粉这章思考题1.碳还原法制取铁粉的过程机理是什么？影响铁粉还原过程和铁粉质量的因素 有哪些？答：过程机理：还原过程 2334FeOeFeO (热力学) 可认为是 CO 的间接还原反应与 C 的气化反应的加和反应。当只考虑间接还原反应时，根据 Fe-O-C 系平衡气相组成与温度关系图：当温度570 时，分三阶段还原： 2334Fee 浮斯体（ 固溶体）34FeO 当温度570 ，升高温度， 还原成 所需34FeO34FeOe一氧化碳越少，对 还原成 有利。34eT685时，固体碳直接还原 FeO 为 Fe。影响铁粉还原过程和铁粉质量的因素： 原料的影响：杂质的影响：如二氧化硅超过一定量，使还原

2、事件延长，并且还原不完全，铁粉中铁含量降低。原料粒度的影响：粒度越细，界面面积越大，促进反应。固体碳还原剂的影响：还原剂类型的影响：还原能力：木炭焦炭 无烟煤。还原剂用量影响：主要根据氧化铁含氧量而定。还原工艺条件：还原温度和还原时间的影响：随着还原温度的提高，还原时间可以缩短。料层厚度的影响：随着料层厚度的增加，还原时间也随之增长。还原罐密封程度的影响：密封可使还原充分。添加剂：加入一定固体碳的影响：起疏松剂和辅助还原剂的作用。返回料（废铁粉）的影响：加入一定量的废铁粉于原料中，可在一定程度上消除与产生金属相有关的能量上的困难，缩短还原过程的诱导期，从而加速还原过程。引入气体还原剂的影响：可

3、加速还原过程。碱金属盐的影响：可加速还原过程。海绵铁的处理：还原退火起到如下作用：1.退火软化作用，提高铁粉的塑性，改善铁粉的压缩性。2.补充还原作用。增加铁的百分含量。3.脱碳作用，降低碳含量。2.制取铁粉的主要还原方法有哪些？比较其优缺点。答：还原方法：碳还原法，气体（氢气，分解氨，转化天然气，各种煤气等）还原法，气体还原法优缺点：与固体碳还原氧化铁相比，达到同样的还原程度，所需温度可低一些，所需还原时间可短一些。 用氢还原氧化铁时，提高压力对还原是有利的，相当于提高温度来提高还原速度，或者说，当采用高压还原时，还原温度可以大大降低。还原温度低，所得铁粉不会粘结成块。但氢气还原难度大，成本

4、高，效率低。碳还原法优缺点：成本低，效率高。但碳在还原铁粉时容易发生渗碳。3.发展复合型铁粉的意义何在？答：复合型粉可制造出高密度，高强度，高精度的粉末冶金铁基零部件。4.还原法制取钨粉的过程机理是什么？影响钨粉粒度的因素有哪些？答：还原机理：钨的氧化物中比较稳定的有四种：黄色氧化钨（ 相）- ,3WO蓝色氧化钨（ 相）- 2.90紫色氧化钨（ 相）- .7褐色氧化钨（ 相 ）-2总反应： 3223WOHO分步反应都是吸热反应，温度升高，平衡常数增加，有利还原。影响钨粉粒度的因素：原料：三氧化钨粒度的影响：由钨酸制得的三氧化钨呈不规则的聚集体，颗粒较细；由仲钨酸铵制得的三氧化钨颗粒呈针状或棒状

5、，较粗而均匀。二氧化钨对钨粉最终粒度是有影响的。就钨粉二次颗粒比较，粗颗粒三氧化钨还原所得钨粉比细颗粒三氧化钨还原所得钨粉粗；但粗颗粒三氧化钨还原所得钨粉的一次颗粒反而细些。三氧化钨中含水量的影响：水分过多，钨粉粒度增大，粒度分布不均匀。三氧化钨中杂质的影响：1.不论含量多少均产生不利影响, 如 Na,Mg,Ca,Si,氧化铝。2.当含量较低时，对还原，碳化以及硬质合金性能影响不太大，但含量增高到一定程度会使钨粉，碳化钨粉颗粒长大，如氧化铁，As,S; 3.可以抑制钨粉颗粒长大，如 Mo,P 等。氢气：氢气湿度的影响：湿度增大，还原不充分，结果钨粉颗粒变粗，钨粉含氧量也增高。另一方面湿度也会导

6、致细钨粉氧化成气态物质，在沉积到粗粒钨粉上，使细粉减少，粗钨粉长大。氢气流量的影响：增大氢气流量有利于反应向还原方向进行，有利于排出还原产物水蒸气，使三氧化钨充分还原，从而得到细粉。但氢气流量过大会带出物 料，降低金属实收率，并易堵塞管道。氢气方向的影响：顺流通氢，干燥的氢气首先进入低温还原区，不使挥发性的 大量产生以减少2()WOH气相迁移，可得细二氧化钨粉，细二氧化钨粉在高温区可得更细钨粉。还原工艺条件：还原温度的影响：温度太低，还原不充分；温度过高使钨粉克里长大变粗。推舟速度的影响：推舟速度过快，三氧化钨在低温区来不及还原便进入高温区，使钨粉长大或含氧量增高。舟中料层厚度的影响：料层太厚

7、，使舟中深处粉末容易氧化和长大，还原速度减慢。添加剂：可阻碍钨粉颗粒长大。5.作为还原钨粉的原料，蓝钨比三氧化钨有什么优越性，其主要工艺特点是什么？答：不掺杂蓝钨还原时，首先形成 ，而掺杂蓝钨，依温度不同直接还2.90WO原成 或 。2.7WO2掺杂蓝钨还原时， 在较高温度下生成。对于不掺杂蓝钨则较低温2.7度下产生中间的 。2.7对掺杂蓝钨，在 750以上形成中间的 -W 相，即二次 -W。对于不掺杂蓝钨，-W 出现早一些。6.试举出还原- 化合法的应用范围。答：生产各种难熔金属的化合物（碳化物，硼化物，硅化物，氮化物等）。如用于硬质合金，金属陶瓷，各种难熔化合物涂层以及弥散强化材料。7.试

8、举出气相沉积法的应用范围。答：金属蒸汽冷凝：主要用于制取较大蒸汽压的金属（如 Zn,镉等）粉末。羰基物热离解法：可制过渡金属粉末，如铁，钴，镍粉，也可以制得合金粉（铁-镍，铁- 钴，镍-钴），包覆粉（镍/铝，镍/ 碳化硅）。气相还原：气相氢还原，气相金属还原，可制很细，超细粉末。化学气相沉积：可制取难熔化合物粉末和各种涂层（碳化物，硅化物，硼化物，氮化物等）8.试举出液相沉淀法的应用范围。答：金属置换法：可制得铜，铅，锡，银，和金粉等溶液气体还原法：可制铜，镍，钴粉，合金粉，包覆粉等。从熔盐中沉淀法辅助金属浴法共沉淀法制取复合粉。9.水溶液电解法的成粉条件是什么？与电解精炼有什么异同？答：成粉

9、条件：只有采用高电流密度时，阴极附近阳离子浓度急剧下降，经过很短时间就达到析出粉末处的阳离子浓度，才析出粉末，否则会析出致密金属层。与电解精炼的区别：电解制粉时电流密度较高，金属离子浓度比电解精炼金属时低得多。其次电解精炼更能得到致密金属。与电解精炼的相同之处：电化学原理是一样的，都是通过在电解液中阳极的金属失电子变成粒子，进入溶液再像阴极移动得电子变成金属的过程。10.影响电解铜粉的粒度的因素有哪些？答：电解液组成：金属离子浓度低，扩散速度慢，过程为扩散控制，成核速度大于晶体长大速度。粉末细；浓度增大，电流效率增大。酸度的影响：提高酸度，氢气析出，氢离子浓度下降，溶液的导电性能下降，电流效率

10、差，氢离子浓度提高，有利于得到疏松粉末。添加剂的影响：电解质添加剂：提高电解质的导电性，或控制 PH 在一定的范围。非电解质添加剂：可吸附在晶粒表面上阻止其长大，金属离子被迫又建立新核，促进得到细粉。11.电解法可生产哪些金属粉末？为什么？答：水溶液电解法可生产铜，镍，银，锡，铁，银，锡，铅，铬，锰等或合金粉末。因为这些金属的阳离子的氧化性都比较强，容易得电子。熔盐电解法可制得 Ti,Zr,Ta,Nb,Th,U,Be 等纯金属粉末，也可以制取合金粉末及难熔化合物粉末（如碳化钨，硼化物和硅化物）。因为这些金属由于氧的亲和力打，因而大多数情况下不能从水溶液中析出。12.金属液气体雾化过程的机理是什

11、么？影响雾化粉末粒度，成分的因素有哪些？答：雾化过程机理：金属液流在气流作用下分为四个区域：负压紊流区：由于高速气流的作用在喷嘴中心孔下方形成的区域。原始液滴形成区：在气流的冲刷下，从金属液流柱或纤维束的表面不断分裂出许多细纤维束。有效雾化区：由于气流能量集中于焦点，对原始液滴产生强烈击碎作用，使其分散成细的液滴颗粒。冷却凝固区：形成的液滴颗粒分散开，并最终凝结成粉末颗粒。影响粒度，成分因素：雾化介质：雾化介质类别：在雾化过程中氧化不严重或雾化后经还原处理可脱氧的金属可选用空气作雾化介质。采用水雾化作介质:1.对金属液滴冷却能力强，粉末多为不规则形状，随着雾化压力的提高，不规则的颗粒越多，颗粒

12、晶粒结构越细。相反气体雾化易得球形粉末。2.由于金属液滴冷却速度快，粉末表面氧化大大减少。气体或水的压力的影响：气体压力越高，所得粉末越细，氧含量增加；雾化介质流体的动能愈大，金属液流破碎的效果就越好。金属液流：表面张力和粘度的影响：金属液的表面张力越大，粉末成球形越多，粉末粒度越粗。相反，表面张力小时，液滴易变形，所得粉末多呈不规则形状，粒度也减小。 金属液过热温度的影响：过热温度越高，细粉末产出率越高，越容易得到球形粉末。相反，温度越低，表面张力增加，粘度增加，粉末越粗。 金属液流股直径的影响：直径越细，所得细粉末越多。其他工艺参数影响：喷射参数的影响：金属液流长度短，有利于雾化得到细颗粒

13、粉末。聚粉装置参数的影响：液滴飞行路程较长，有利于形成球形颗粒，粉末也较粗。 13.离心雾化法有什么特点？ 答：旋转水流雾化：水雾化所用的高压水一般由高压水泵获得，但也可以通过高速旋转加速而得到。旋转电极雾化：该法不仅可以雾化低熔点的金属和合金，而且可以制取难熔金属粉末。旋转坩埚雾化：整个熔化，雾化，凝固均在惰性气氛（氦，氩）的密封容器中完成。用于雾化钛合金，超合金等。14.快速冷凝技术的特点是什么？快速冷凝技术的主要方法有哪些？答:特点:急冷可大幅度地减小合金成分的偏析。急冷可增加合金的固溶能力。急冷可消除相偏聚和形成非平衡相。某些有害相可能由于急冷而受到抑制甚至消除。由于晶粒细化达到微晶程

14、度，在适应应变速度下可能出现超塑性等。主要方法：传导传热机制：熔体喷纺法 熔体沾出法对流传热机制：超声气体雾化法 离心雾化法 15.雾化法可以产生哪些金属粉末？为什么？答：雾化法可以制取铅，锡，铝，锌，铜，镍，铁等金属粉末，也可制取黄铜，青铜，合金钢，高速钢，不锈钢等预合金粉末。这些金属或合金熔点不是很高。16.有哪些方法可以产生铁粉？比较各方法优缺点。答：碳还原法，气还原法，气相沉积法-羰基物热离解法，电解法，雾化法。气体还原法优缺点：与固体碳还原氧化铁相比，达到同样的还原程度，所需温度可低一些，所需还原时间可短一些。用氢还原氧化铁时，提高压力对还原是有利的，相当于提高温度来提高还原速度，或者说，当采用高压还原时，还原温度可以大大降低。还原温度低，所得铁粉不会粘结成块。但氢气还原难度大，成本高，效率低。碳还原法优缺点：成本低，效率高。但碳在还原铁粉时容易发生渗碳。羰基物热离解法：羰基铁粉在化学成分上是各种铁粉中最纯的，但羰基粉末成本很高，而且金属羰基化合物挥发时都有不同程度的毒性。电解法：所制得的铁粉较纯，电解还可以控制粉末粒度，可以产生超细粉末。但耗电多，成本较高。