粉末冶金.ppt

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1、粉末冶金粉末冶金 简介简介粉末冶金粉末冶金制取金属粉末或用金属粉末制取金属粉末或用金属粉末(或金或金属与非金属粉末属与非金属粉末)作为原料，作为原料，经经成型、烧结成型、烧结，制取金属复合材料及各种制品，制取金属复合材料及各种制品的工艺技术。的工艺技术。与陶瓷生产相似，与陶瓷生产相似，又称为又称为金属陶瓷；金属陶瓷；一、发展历史一、发展历史l公元前公元前3000年，古埃及人用年，古埃及人用C还原氧化铁还原氧化铁 制成海绵状的铁，制成海绵状的铁，经高温锻造成致密块状的经高温锻造成致密块状的Fe,再制出铁器；再制出铁器；l本世纪初，电灯本世纪初，电灯W丝问世丝问世(爱迪生发明爱迪生发明)，使粉末冶

2、金得以迅速发展；使粉末冶金得以迅速发展；粉末冶金发展中的三个重要标志粉末冶金发展中的三个重要标志1、克服难熔金属、克服难熔金属(W、Mo)熔铸过程的困难；熔铸过程的困难；电灯的电灯的W丝丝(W粉成型烧结锻造拉丝粉成型烧结锻造拉丝)硬质合金刀具的制造，比工具钢寿命硬质合金刀具的制造，比工具钢寿命几十倍；几十倍；2、20世纪世纪30年代以后，年代以后，用粉末冶金法制造多孔含油轴承，用粉末冶金法制造多孔含油轴承，随后发展了铁基机械零件，随后发展了铁基机械零件，发挥了其无切削、少切削工艺特点；发挥了其无切削、少切削工艺特点；3、20 世纪世纪40年代之后到现在，年代之后到现在，l发展金属陶瓷、弥散强化

3、材料、发展金属陶瓷、弥散强化材料、粉末高速钢、粉末超合金；粉末高速钢、粉末超合金；粉末冶金工艺过程：粉末冶金工艺过程：制取粉末成型烧结烧后处理制成品；制取粉末成型烧结烧后处理制成品；二、制取粉末二、制取粉末方法：两大类物理化学法、机械制粉法；方法：两大类物理化学法、机械制粉法；1、还原制粉法：、还原制粉法：金属氧化物或盐，经过还原反应，制取金属粉末；金属氧化物或盐，经过还原反应，制取金属粉末；广泛用于制取：广泛用于制取：Fe、Cu、Co、W、Mo粉末；粉末；如：直接利用铁矿石、或轧钢中的铁磷如：直接利用铁矿石、或轧钢中的铁磷(冶金废料冶金废料)还原铁粉：还原铁粉：l FexOyCFe粉粉碳还原

4、法碳还原法 古老的生产海绵铁的方法；古老的生产海绵铁的方法；l WO3HW粉粉气体还原法气体还原法；l Ca还原还原TiO2TilMg、Na还原还原TiCl4、ZrCl4等等 金属热还原法金属热还原法；2、电解法制粉：、电解法制粉：如：从硫酸铜中电解制取如：从硫酸铜中电解制取Cu粉，粉，当电解的电流大到一定程度时，当电解的电流大到一定程度时，在阴极析出在阴极析出Cu粉末，粉末，若电流小时得到电镀层，而得不到粉末；若电流小时得到电镀层，而得不到粉末；3、雾化法制粉：、雾化法制粉：属于机械制粉法适合熔点较低的金属及合金属于机械制粉法适合熔点较低的金属及合金l雾化法雾化法只要克服液态金属或合金，只要

5、克服液态金属或合金，原子间的键合力，原子间的键合力，就能使之分散成为粉末，就能使之分散成为粉末，能量消耗小，能量消耗小，l二流雾化法二流雾化法 用高速气流或高压水流，用高速气流或高压水流，击碎金属液流，击碎金属液流，平行喷射平行喷射气流液态金属流气流液态金属流平行；平行；166；垂直喷射垂直喷射气流或水流气流或水流液态金属流液态金属流垂直；垂直；1-67l如粒度较粗的如粒度较粗的lZn、Al粉、粉、硅酸铝耐火纤维；硅酸铝耐火纤维；互成角度的喷射互成角度的喷射应用最多应用最多l V型喷射型喷射 l168l锥型喷射锥型喷射l169l旋涡环形喷射旋涡环形喷射超细粉末：超细粉末：l常采用气动法用高速气

6、流吹散熔融金属流，常采用气动法用高速气流吹散熔融金属流，金属流在气动作用下分散成许多细小的微粒，金属流在气动作用下分散成许多细小的微粒，同时冷却、凝固；同时冷却、凝固；高速气流：高速气流：亚音速亚音速(接近接近273m/s)，超音速超音速1.8马赫；马赫；离心雾化法离心雾化法 利用机械旋转的离心力，利用机械旋转的离心力，将金属液流击碎；将金属液流击碎；旋转电极法：旋转电极法：要雾化的金属或合金制成自耗电极，要雾化的金属或合金制成自耗电极，在电弧作用下熔化，在电弧作用下熔化，在在12.5万转万转/min旋转的离心力下旋转的离心力下破碎；破碎；187l旋转电极法：旋转电极法：l旋转坩埚法：旋转坩埚

7、法：l1884、机械粉碎法、机械粉碎法较适合于脆性材料，实际生产中应用最多；较适合于脆性材料，实际生产中应用最多；l建材行业水泥、玻璃、陶瓷；建材行业水泥、玻璃、陶瓷；l选煤厂、发电厂磨煤机；选煤厂、发电厂磨煤机；l选矿厂磨矿机等；选矿厂磨矿机等；分类：分类：l压碎碾碎、辊轧、鳄式破碎压碎碾碎、辊轧、鳄式破碎l击碎锤磨击碎锤磨l击碎磨削球磨机、棒磨机等击碎磨削球磨机、棒磨机等球磨机球磨机磨球物料滚筒磨球物料滚筒(旋转旋转)低速时：磨球自然泻落，物料的破碎靠摩擦作用；低速时：磨球自然泻落，物料的破碎靠摩擦作用；合适转速时：磨球抛落，冲击摩擦作用，效果最好；合适转速时：磨球抛落，冲击摩擦作用，效果

8、最好；临界转速及以上：没有破碎作用；临界转速及以上：没有破碎作用；影响因素：影响因素：转速转速工作转速工作转速/临界转速临界转速0.70.75磨球抛落，磨球抛落，适于较粗较脆的物料；适于较粗较脆的物料；0.6磨球滚动，用于研磨较细的物料；磨球滚动，用于研磨较细的物料；装球量装球量装球体积装球体积/滚筒体积装填系数滚筒体积装填系数 一般取一般取0.40.5；球料比球料比装料量应以填满磨球的间隙，装料量应以填满磨球的间隙，并稍微掩盖住球体表面为原则；并稍微掩盖住球体表面为原则；球的大小球的大小一般是大小磨球配合使用，一般是大小磨球配合使用，磨球直径磨球直径(1/181/24)滚筒直径；滚筒直径；研

9、磨介质研磨介质空气干磨；空气干磨；液态水、酒精、丙酮、汽油等湿磨；液态水、酒精、丙酮、汽油等湿磨；5、粉末性能及测定、粉末性能及测定成分成分 金属粉末、合金粉末、金属化合物粉末；金属粉末、合金粉末、金属化合物粉末；聚集状态聚集状态 单颗粒、单颗粒、二次颗粒；二次颗粒；21外形外形球形、多角形、树枝形球形、多角形、树枝形 24；粒度粒度：粗粉粗粉150500微米；微米；中粉中粉40150微米，微米，细粉细粉1040微米；微米；极细粉极细粉0.510微米微米 超细粉超细粉0.5微米以下；微米以下；纳米粉纳米粉100纳米及以下；纳米及以下；粒度测定：粒度测定：筛分法筛分法40微米以上粉末常用，微米以

10、上粉末常用，标准筛网：采用泰勒标准筛网：采用泰勒(Tyler)筛制国际标准；筛制国际标准；l习惯上采用网目数表示习惯上采用网目数表示 目数目数筛网筛网1英寸英寸(25.4mm)上的网孔数，上的网孔数，目数目数，粒度，粒度；目数目数m25.4/(a+d)a网孔尺寸，网孔尺寸，d丝的直径；丝的直径；目数366080100120180 240 280 320尺寸微米400500 2503151602001251601001256380506340502840三、成型三、成型l液体受压其个向受力均匀，液体受压其个向受力均匀，粉末在模具内受力是不均匀的，粉末在模具内受力是不均匀的，粉末颗粒间彼此摩擦、相

11、互楔住，粉末颗粒间彼此摩擦、相互楔住，压力的传递，压力的传递，垂直方向大、垂直方向大、横向小；横向小；压坯的密度分布：压坯的密度分布：密度分布、密度分布、硬度分布硬度分布 328单向压制单向压制双向压制双向压制3-30 特殊成型特殊成型：等静压成型等静压成型高压泵将介质高压泵将介质 压入高压容器，压入高压容器，粉末装入弹性模套内粉末装入弹性模套内粉末在同一时刻粉末在同一时刻 在各个方向在各个方向 均匀受压均匀受压 制成压块；制成压块；41热等静压成型热等静压成型同时施加高压高温同时施加高压高温使粉体的使粉体的压制、烧结一次完成，压制、烧结一次完成，强化压制和烧结过程，强化压制和烧结过程，显著提

12、高致密度显著提高致密度提高力学性能；提高力学性能；417 四、烧结四、烧结 概念概念 粉末压坯，在适当的温度和气氛中，粉末压坯，在适当的温度和气氛中，所发生的物理化学变化，所发生的物理化学变化，由由粉末颗粒的聚集体粉末颗粒的聚集体晶粒的聚集体晶粒的聚集体；l颗粒之间发生粘结、强度颗粒之间发生粘结、强度，多数情况下密度也，多数情况下密度也l粉末有自动粘结的倾向粉末有自动粘结的倾向(比表面积大，能量高比表面积大，能量高)，特别是极细粉末；特别是极细粉末；l烧结是制品达到所要求的性能关键；烧结是制品达到所要求的性能关键；烧结的热力学过程烧结的热力学过程51烧结初期：烧结初期：颗粒之间接触点或面颗粒之

13、间接触点或面晶体结合，晶体结合，经过形核长大经过形核长大烧结颈；即烧结颈；即颗粒界面颗粒界面晶粒界面晶粒界面，烧结体不收缩，密度烧结体不收缩，密度极小，强度、导电性明显极小，强度、导电性明显烧结颈长大：烧结颈长大：原子向结合面迁移原子向结合面迁移烧结颈扩大烧结颈扩大颗粒间距颗粒间距，烧结体收缩，强度、密度烧结体收缩，强度、密度；闭孔球化和缩小：当相对密度达到闭孔球化和缩小：当相对密度达到90%时，时，多数孔隙完全被分隔，闭孔数量多数孔隙完全被分隔，闭孔数量，孔的形状孔的形状趋于球形并缩小，体积仍在收缩；趋于球形并缩小，体积仍在收缩；l三个阶段的界线不十分明显；三个阶段的界线不十分明显；烧结机制

14、烧结机制烧结中，烧结中，粘结面变化、孔隙球化和缩小发生物质的迁移，粘结面变化、孔隙球化和缩小发生物质的迁移，烧结机制是研究：烧结机制是研究：物质迁移方式和速率；物质迁移方式和速率；具体具体表面扩散、晶格扩散表面扩散、晶格扩散(空位和间隙原子运动空位和间隙原子运动)、晶界扩散、蒸发与凝聚、晶界扩散、蒸发与凝聚、塑性流动、晶界滑动等。塑性流动、晶界滑动等。烧结方法烧结方法l固相烧结固相烧结 烧结温度比所含金属及合金的熔点都低；烧结温度比所含金属及合金的熔点都低；l多元液相烧结多元液相烧结烧结温度：烧结温度：低于高熔点组分的熔点、高于低熔点组分；低于高熔点组分的熔点、高于低熔点组分；五、烧后处理五、

15、烧后处理l整型、浸油、机加工、热处理、整型、浸油、机加工、热处理、电镀、轧制、锻造；电镀、轧制、锻造；六、应用举例六、应用举例1、硬质合金、硬质合金应用应用调质钢、贝氏体钢、塑料模具钢机加工调质钢、贝氏体钢、塑料模具钢机加工,采煤机截齿、凿岩机钎头、采煤机截齿、凿岩机钎头、切削工具刃口都镶焊着硬质合金。切削工具刃口都镶焊着硬质合金。特点特点硬度和耐磨性比任何种类的钢都高。硬度和耐磨性比任何种类的钢都高。红硬性高；不需热处理，也不能够热处理。红硬性高；不需热处理，也不能够热处理。可以避免成分偏析，组织均匀；可以避免成分偏析，组织均匀；主要成分主要成分WC (1730HV)TiC (2850320

16、0HV)，TaC(1547HV)，钽，钽(tan)NbC(2055HV)，用高韧性的钴粉作粘接材料，用高韧性的钴粉作粘接材料，分类和牌号分类和牌号lYG类类（钨钴类）（钨钴类）Y、G：硬、钴，其后数字代表钴含量。：硬、钴，其后数字代表钴含量。牌号后面的牌号后面的“C”表示为粗晶粒合金，表示为粗晶粒合金，“X”表示细晶粒合金。表示细晶粒合金。lYT类类（钛钨类）除（钛钨类）除WC、Co外，外，还有硬度比还有硬度比WC更高的更高的TiC粉末。粉末。耐磨性高但强度和韧性低。耐磨性高但强度和韧性低。lYW类类新发展起来的硬质合金，新发展起来的硬质合金，含有含有TaC，红硬性提高。，红硬性提高。用来切削

17、耐热钢、不锈钢、用来切削耐热钢、不锈钢、高锰钢、高速钢等切削性能差的钢材。高锰钢、高速钢等切削性能差的钢材。l硬质合金的牌号、成分、性能硬质合金的牌号、成分、性能 类型牌号成分()性能()WCCoTiCTaCTS(Mpa)HRA钨钴YG3973110091YG3X973100092YG6946140089.5YG6X946135091YG6C94688.5YG8928150089钨钴钛YT58596130089.5YT1579615115091YT306643090092.5钨钴钛钽YW184664125092YW282864150091YW378679150092YW478611513009

18、22、多孔材料、多孔材料含油轴承：含油轴承：Fe粉石墨粉硬脂酸锌混合、粉石墨粉硬脂酸锌混合、压制、烧结、浸油；压制、烧结、浸油；孔隙度孔隙度1535，具有自润滑性；，具有自润滑性；应用应用飞机、汽车、冶金矿山机械、农机、家电飞机、汽车、冶金矿山机械、农机、家电 可消除润滑油的污染，用于食品纺织机械；可消除润滑油的污染，用于食品纺织机械；其他应用过滤器、消声元件其他应用过滤器、消声元件 利用比表面积大的特点多孔电极和催化剂；利用比表面积大的特点多孔电极和催化剂；利用毛细管效应散热装置，热交换器利用毛细管效应散热装置，热交换器 3、WCu假合金假合金制造电触头材料制造电触头材料4、难溶金属材料、难溶金属材料 WCuNi合金：合金：液相烧结，液相烧结，W与与Cu不互溶，不互溶，W在在Ni中溶解度较大，中溶解度较大，50%，Cu与与Ni可互溶，可互溶，1350烧结时，烧结时，Cu、Ni全部熔化，全部熔化，W溶解度达溶解度达18%90%W-Cu-Ni重合金，密度重合金，密度17接近理论密度，接近理论密度，强度与钢相近，易于机加工，强度与钢相近，易于机加工，应用应用精密仪器精密仪器(陀螺仪陀螺仪)平衡锤、平衡锤、自动钟表的摆锤、穿甲弹头等；自动钟表的摆锤、穿甲弹头等；