粉末冶金原理绪论

教学内容提要绪论第一章金属粉末的生产（制取）第二章成形第三章烧结第四章粉末的性能和测定§0绪论§0-1粉末冶金简介一、粉末冶金定义粉末冶金是制取金属粉末并用金属粉末（或金属粉末的非金属粉末的混合物）作为原料，经过成形和烧结，制造金属材料，复合材料以及各种类型制品的工艺技术。出现：生产难熔炼金属制品二、基本工艺制粉成形烧结1.制粉以块状材料或化合物粉末等为原料，采用物理、化学方法制取金属粉末。粉末颗粒：粒径介于0.1μm~1mm的固体颗粒2.成形压制金属粉末使其具有一定形状、尺寸、孔隙度、强度的坯块过程3.烧结粉末或压坯在低于主要组分熔点温度一下的加热处理，过程为粉末颗粒之间的粘结，使制品达到所需的性能。2.经济：效率高、成本低3.性能优越：无偏析、晶粒细小等。例如：粉末超合金（高温合金）可避免成分的偏析；粉末高速钢，其性能比熔铸法生产的好，保证合金具有均匀的组织和稳定的性能，具有细晶粒组织，使热加工性大为改善4.工艺和设备简单但另一方面，粉末冶金制品的材料成本相对较高，它的尺寸、形状受限制，不适于单件或小批量生产。四、应用航空航天电子行业汽车军用器械生物材料体育运动食品火箭中的耐热部件、发动机组以及涡轮片等重要部件均采用粉末冶金方法制备航天飞机航天飞机集火箭、卫星和飞机的技术特点于一身，能像火箭那样垂直发射进入空间轨道，又能像卫星那样在太空轨道飞行，还能像飞机那样再进入大气层滑翔着陆，是一种新型的多功能航天飞行器，粉末冶金方法为其重要的材料制备方法之一。电子封装材料各向异性NdFeB粘结磁体AlN支架电子行业军工Fe-Ni合金枪保险栓和机心――2000年获奖产品Fe-Ni合金手枪零件节省成本40%集束箭弹小箭钨基合金箭头铁基合金尾翼霰弹枪军用器械（a）宏观形貌（b）微观组织结构（a）（b）医用多孔钛合金植入材料高尔夫球杆食品添加剂§0-2粉末冶金的历史一、块炼铁技术与粉末冶金(P/M)技术工具的生产对人类物质文明进步起到重要的推动作用”石器时代“”铜器时代“”铁器时代“公元3000多年前，古埃及人类使用铁器首先从陨铁开始“天上的金属”“天上的金属”铁器时代公元前19世纪非陨铁的铁器于2300年出现商代中期陨铁伊朗铁器时代的黄金饰我国商代开始使用陨铁人工制铁始于春秋（公元前6世纪）块炼铁技术碎铁矿石的木炭末混合后放在烧红的木炭上加热，发生还原反应而形成海绵铁块，将块铁加热打焊接温度进行锻打或者模锻，排除杂质，并湿气致密，制成所要求的器物。古印度：公元3000年用块炼锻焊出举世闻名的德里铁柱W6tH7.2mmC0.08P0.11S0.006达尔铁柱W7tC0.02P0.28最早的块炼铁技术已被人遗忘但是粉末冶金仍取其固态还原、烧结的技术思想，不通过熔炼而在固态下制取致密金属材料和制品加热锻打铁矿石+木炭铁块状海绵铁铁19世纪初俄国和西班牙制造铂币(1826.5.24)随后人们用O2-H2的熔炼铂后，粉末冶金技术被人遗忘19世纪末20世纪初，爱迪生发明白炽灯后制造钨丝1908年美国通用电气的库利奇（W.D.Coolidge）为爱迪生研制的钨灯丝为近代粉末冶金开端，为人类带来光明PatantNo.108292938(Dec.30.1913)进入粉末冶金工业蓬勃发展的時期粉末冶金史上的里程碑1914年Voigtlander和Lohman製作WC和Mo2C粉末1923年硬质合金首先在德国研制出来，1925年取得专利——机械加工中的革命1927年德国克鲁伯(Kruppl)公司开始生产碳化钨超硬合金1930年铜系自润滑轴承发明等1940年以后一些稀有元素，如：Ti、Zr、Nb、Re、Mo等，及其合金，也都用粉末冶金的方式制造生产。1945年Frenkel、Kuczynski、Rheines和Herring等建立烧结理论基础，同期粉末冶金的理论开始发展。我国粉末冶金工业在建国后得到发展1953年研制成功中0.18mm的钨丝，并投入了生产。1952年上海生产粉末冶金铜基制品含油轴承1958年苏联援建株州硬质合金厂建成投产，设计规模为年产500吨硬质合金，成为我国刀具及硬质材料工具生产基地。1966年全国已建立了66家粉末冶金制品厂。WC＋Co至今仍为主导产品我国是WYG大国YG年产量数万吨同时粉末冶金机械零件出现并获得成功的发展它是PM的最大应用领域不是没它不行，而是有它更好更适合市场经济近代粉末粉末冶金技术的发展中共有三个重要标志：1、克服了难熔金属熔铸过程中产生的困难。1909年制造电灯钨丝，推动了粉末冶金的发展；1923年粉末冶金硬质合金的出现被誉为机械加工中的革命。2、三十年代成功制取多孔含油轴承；继而粉末冶金铁基机械零件的发展，充分发挥了粉末冶金少切削甚至无切削的优点。3、向更高级的新材料、新工艺发展。四十年代，出现金属陶瓷、弥散强化等材料，六十年代末至七十年代初，粉末高速钢、粉末高温合金相继出现；利用粉末冶金锻造及热等静压已能制造高强度的零件。二、近代发展三、现代发展汽车工业的大发展50～60年代粉末高速钢HIP(HotIsostaticPressing)70年代粉末高性能材料粉末高温合金粉末热锻80年代激冷凝固注射成形sintering-hip§0-3我国粉末冶金现状1.金属粉末的发展铁粉产量是衡量一个国家或地区粉末冶金产业规模的重要参数，我国铁粉产量约占世界1/8。年份20002001200220032004产量/万t7.387.4810.1611.8216.16增长率/％111.435.816.336.7统计厂家2222282828产销率/％97.498.897.49998近5年全国铁基金属粉末生产状况统计铜、铜合金和镍等有色金属粉末的发展1990年电解铜粉全国产量为1201吨；2000年为3100吨；2004年为6600吨雾化铜和铜合金粉在1990年为3500吨(其中6-6-3铜粉占90％产量是高峰)；2000年产量为2100吨；2004年6家产量为2200吨。2001年金川集团与北京有色院、钢研总院联合设计高压循环生产超细羰基镍粉、镍合金粉，年产能力为500吨。四川857厂在扩大生产后启动年产500吨羰基镍粉的工程。重庆华浩冶炼公司具有电解镍粉150吨的年生产能力。2004年生产统计主要应用的有色金属粉末有：电解铜粉6600吨，雾化铜和铜合金粉2200吨，镍粉230吨，钻粉100吨，锡粉400吨，铅粉40吨。锌粉主要是雾化法生产，产量约3000吨。2.粉末冶金制品的发展60年代铜基、铁基含油轴承等零部件占粉末冶金制品的90%。1989年结构农机部件仍然占主要比重，但汽车工业零件已达到36.5%。2000年，农机工业占11.6%，汽车工业占42.9%年份汽车工业家电工业农机工业其他1989年36.48％16.02％33.87％13.63％2000年42.97％24.40％11.58％21.04％我国粉末冶金零件应用市场分布3.硬质合金发展1994年统计硬质合金的企业约150家，总生产能力超过7000吨，株洲硬质合金厂年生产能力超过3000吨，自贡硬质合金厂年生产能力超过2000吨。90年代以来，大连、天津、南昌等硬质合金产量降低，而新建的一批企业分布在沿海省份较多，其中以浙江最多。内陆省份新建硬质合金企业较多的是：湖南、河北、四川、江西等。到2003年增加为13500吨，其中包括混合粉和非硬质合金产品约1600吨，实际年产量硬质合金为11900吨为世界首位，大约为世界总产量的1／3。株洲硬质合金厂产量为3611吨和自贡硬质合金产量为2833吨，两厂总产量占全国总产量的50％以上。粉末冶金研究所简介•1960年：北京钢铁学院“粉末冶金教研室”成立，是我国开设粉末冶金专业最早的学校之一；•1987年：获粉末冶金专业博士授予权，是我国粉末冶金专业的第一个博士点；•1995年：成立材料科学与工程学院时，更名为“粉末冶金系”；•2001年：更名为“粉末冶金研究所”；•2001年：经北京市教委和北京市科委批准，建立“北京市先进粉末冶金材料与技术重点实验室”。•2008年：归属“新材料技术研究院”粉末冶金研究所所下设三个研究室1)先进粉末冶金成形技术研究室2)复合材料与烧结技术研究室3)反应合成与纳米材料研究室先进粉末冶金成形技术研究室曲选辉贾成厂秦明礼李平尹海清段柏华梯队负责人：曲选辉教授主要研究方向粉末注射成形技术微注射成形技术高速压制成形技术高性能电子封装材料注射成形过程的计算机模拟与智能控制磁性材料与补偿合金高温合金与储氢合金粉末注射成形主要研究方向温压成形技术等静压成形技术粉末冶金材料设计与工艺过程模拟太阳能电池材料研究SHSSHS制备陶瓷内衬钢管制备陶瓷内衬钢管SHS离心法制备的陶瓷内衬钢管（820x2000mm)----国家自然科学基金，国家863计划SHS陶瓷内衬复合钢管SHS陶瓷内衬复合钢管的研究与开发处于世界领先水平（我国陶瓷内衬复合钢管的产值已经达到数十亿元产值）Ti-Ni多孔形状记忆合金超细硬质合金的工业化制备技术纳米WO3粉的制备(催化凝胶)20nm纳米W粉的制备50nm纳米WC粉的制备(气相碳化）80nm晶粒长大抑制剂加入（包覆）超细硬质合金生产（Sintering—HIP)超细硬质合金超细硬质合金§0-4材料科学与粉末冶金纳米材料高温超导材料金刚石薄膜Nb-Fe-B（永磁材料）SHS－自蔓延高温合成纳米材料“高温超导磁悬浮实验车”这辆磁悬浮车整个采用高温超导材料制造，车身在承载530多公斤的情况下，悬浮高度可以达到20毫米金刚石薄膜金刚石涂层PCB微钻薄膜“薄膜”CVD金刚石镀层梯度功能材料件钕铁硼制品思考题1.粉末冶金工艺产生的历史背景？2.粉末冶金在材料科学发展的地位和作用？