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1、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45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
2、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
3、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1）原料A铁鳞 a杂质b 粒度B固体碳a类型b 用量影响固体碳还原铁鳞的主要因素 二氧化硅有害 0.3% 粒度减小，反应面增大，还原速度加快
4、 还原能力 木炭 焦炭无烟煤 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950-1100CB 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） W03的挥发性 W02的挥发性；（3 ）W03挥发后
5、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）一W粉得粗颗粒W粉一阶段还原法WO3 （经高温）一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=&
6、阳-&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=qI t；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ci2：定量分析（见课本84页）电流效率 Ni=M/ （qIt）X100%电能效率 N e=Wo/We=IoX tXE（理论）/ （IXE （槽）Xt ）X100%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
7、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
8、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
9、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、P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um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 40um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，P松
10、增大；2颗粒大时P松增大；3粒度组成： 外单一粒度组成时，P松增大；4颗粒的内部结构：孔隙度增大时P松减小。 比表面：lg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 lg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。第三章 成形:是粉末冶金工艺过程的第二道基本工序，是使金属粉末密室成具有一定形状、尺寸、 空隙度和强度坯块的工艺过程。成形的重要性:1.代表粉末冶金的显著特点；2.效率比较低的工序；3.效率比较低，限制产 品的关键成形分类:普通模压成形、特殊成形 预处理包括:粉
11、末退火、筛分、混合、制粒、加润滑剂等。其目的是:1.改变粉末的化学成分， 提高产品的性能；2.改善粉末的压制成形性能，提高压制产品的质量。退火目的:1.还原氧化物，降低碳和其他杂质的含量，提高粉末的纯度；2.消除粉末的加工 硬化，稳定粉末的晶体结构；3.某些超细金属粉末的自燃，需要将其表面钝化。 混合:一般是指将两种或两种以上不同成分的粉末混合均匀的过程。 合批:为了需要将成分相同而粒度不同的粉末进行混合的过程。筛分:把颗粒大小不同的原始粉末进行分级。其目的是:在于把颗粒大小不同的原始颗粒进行 分级，以便根据产品的用途及性能要求更加准确配制一定粒度组成的粉末。 制粒:将小颗粒的粉末制成大颗粒或
12、团粒的工序。其目的:改善粉末的流动性 金属粉末压制过程会出现位移与变形。拱桥效应:粉末在松装堆集时，由于表面不规则，彼此之间有摩擦，颗粒相互搭架而形成拱 桥孔洞的现象。压坯强度:是指压坯反抗外力作用保持其几何形状和尺寸不变的能力，是反映粉末质量优劣 的重要标志之一。产生原因:a粉末颗粒间的机械啮合力；b粉末颗粒表面原子之间的引力。 压制压力与压坯密度的关系的解析:净压力:使粉末产生位移、变形和克服粉末的内摩擦的力 压力损失:克服粉末颗粒与模壁之间外摩擦的力 应力分布规律:上部压力比下部大，靠近模冲同一断面上边缘的压力大于中部，靠近下模冲 同一断面上心部大于边缘 侧压力:压制过程中由垂直压力所引
13、起的模壁施加于压坯的侧面压力 脱模压力:使压坯由模中脱出所需的压力 弹性后效:在压制过程中，当除去压制压力并把压坯压出压模之后，由于内应力的作用，压 坯发生弹性膨胀的现象压坯密度的分布规律:a平均密度沿高度逐渐降低;b在断面密度靠近上模冲量边缘高于心部, 靠近下模冲量心部高于边缘；c底部中心密度比上部中心密度高但H/D很大时相反 压制方式对分布及使用范围:单向压制：实用范围：咼径比(H/D)小于等于1,咼厚比小于等于3；双向压制：实用范围：高径比(H/D)大于等于1,高厚比大于等于3；带摩擦芯杆的压模：实用范围：高径比(H/D)大于等于46，适合压制细长，薄壁产品。 影响压制过程的因素:1粉末
14、性能对压制过程的影响：a粉末物理性能的影响；b粉末纯度的影响；c粉末粒度及 粒度组成的影响；d粉末形状的影响；e粉末松装密度的影响；2. 润滑剂和成形剂对压制过程的影响：a润滑剂和成形剂的种类及选择原则；b润滑剂和成 形剂的用量及效果；3. 压制方式对压制过程的影响：a加压方式的影响；b加压保持时间的影响；c振动压制的影响；d磁场压制的影响压制过程中的废品及其分析 外形废品：掉边掉角、粘膜、尺寸不合格 工艺废品：分层、裂纹、未压好、脏化一、分层特征：在制品的受压断面上沿压坯棱角出现大约与受压面呈45角整齐界面的层裂。 产生原因：弹性受压后弹性后效力过大所致剪切应力。凡是影响弹性后效的因素都会影
15、 响分层。1、粉末的金属本性:塑性好的粉末变形大，密度高，强度大，接触应力小。2、粉末的物理性能: 粒度：细粉流动性差，松装容积大，压制压力和压力损失大，密度分布不均匀性大， 分层倾向大。 形状：球形粉因接触面积小，压坯强度小，分层倾向大。 表面情况：长时间球形磨粉未变细，加工硬化，表面少量氧化，使分层倾向增大。3、成形剂和润滑剂 用量：成形剂多时，料粒塑性好，压坯强度高，分层倾向小。润滑剂多时，压坯强度 低，分层倾向增大。 料粒大小：擦筛粒度变小，分层倾向增大。 汽油残留量：汽油残留量越多，擦筛后料粒越细，粘滞性越大，流动性越差，分层倾 向增大。 料粒的温度：升高温度，料粒粘滞性增大，摩擦力增大，分层倾向增大。 掺胶的均匀度：掺胶不均匀时，一部分太湿另一部分太干，擦筛时料粒过细，分层大4、压制压力：凡是增大压制压力的因素都将增大分层 压坯密度相同时，细粉末料所需压力大，故分层大。 收缩系数的影响：压制同种粉末，因收缩系数大的模具所需压力小，故分层小。 装料不均匀时，易引起局部压力过高，易分层。5、压坯的形状与尺寸：压坯太高、太短时，密度分布不均匀，分层大压坯形状太复杂时，装料不均匀，分层大二、
