粉末与粘结剂

预混合粉末中金属粉末与粘结剂作用机理和测试方法姓名：2012年12月中南大学粉末冶金研究院粉体科学导论一、作用机理•思考为什么要进行预混合以及粘结剂在预混合过程中的作用？一、作用机理预混合中粘结剂的主要作用：•1、防止产生成分偏析在实际生产、运输、存储过程中，由于重力作用，使得比重大粒径小的颗粒下沉（如Fe-Mn颗粒，粒径20μm，比重大；石墨颗粒比重轻，上浮）。•2、提高压坯密度大小颗粒之间的搭配，有效填充孔隙，提高压坯密度。•3、提高压坯强度可直接机加工成所需形状•4、减少扬尘绿色环保一、作用机理预混合：在粘结剂的作用下，使不同成分、不同颗粒大小的粉末粘结在一起的过程。图1一、作用机理图2粘结模型一、作用机理粘结剂粘附效果的影响因素有哪些？•1、粉末表面结构形貌表面原子排列突然中断，如果在该处原子仍按照内部方式排列，则势必增大系统的自由能(主要是弹性能).为此，表面附近原子排列必须进行调整.调整方式有两种：•(1)自行调整，表面处原子排列与内部有明显不同；•(2)靠外来因素调整，如吸附杂质，生成新相等几种清洁表面结构一、作用机理图3几种清洁表面结构•驰豫(relaxation)、重构(reconstruction)、吸附(chemisorption)等是常见表面结构与现象.•驰豫、重构、偏析(segregation)、台阶(ledge)属粉表面自行调整且通常是驰豫的.•表面原子(或离子)间距偏离体内的晶体晶格常数，而晶胞结构基本不变，这种情况称驰豫一、作用机理双电层结构图4NaCl理想结构与驰豫结构一、作用机理一、作用机理图5理想纳米金属粉末表面原子排列一、作用机理•大气中的粉末表面结构•金属、氧化物、碳化物、氮化物等物质的表面在大气环境下都有一层羟基,这是表面的悬键与空气中的O2和水等反应形成的。•由于在羟基层(R—O—H)中氧的两端,一端是高价金属离子Rn+(n=2,3,4,5等),另一端是电荷小的氢离子,结构不平衡,表面过剩能仍较大,从而使羟基继续以物理吸附的形式吸附水等极性物质。一、作用机理•2、粘结剂与粉末的相互作用•例：石蜡粘结剂与粉末的作用机理•石蜡是直链烷烃的混合物，可用分子式CnH2n+2来表示，饱和烷烃中只存在C-C键和C-H键，每个C原子周围的4个σ键以SP3轨道杂化，成键电子云沿键轴对称分布。2S轨道2P轨道一个SP3杂化轨道四个SP3杂化轨道图6一、作用机理Heating图7粘结过程示意图一、作用机理•在图7中，粘结剂优先作用于粉末表面的凹陷处，因为该处曲率半径小，由图5可知曲率半径越小的地方原子活性越大，表面能越高，因此粘结剂在这些地方填充有利于表面能的降低。二、测试方法•粘结剂与金属粉末颗粒之间作用力的测试方法：•1）润湿性：粘结剂熔融态对块状金属的润湿性---润湿角二、测试方法(1)高分子固体的润湿性质与其分子的元素组成有关。在其引入氟原子时会变小，而引入其他杂质原子时升高，杂原子使其润湿能力增加的顺序如下：F＜H＜Cl＜Br＜I＜O＜N。同一原子取代越多则效果愈明显。(2)有机物质中含有极性基团时升高。(3)附有表面活性物质的单分子层的玻璃或金属显示了低能表面的性质，这说明决定固体润湿性质的是表面层原子或原子团的性质及排列情况，与内部结构无关。液体(mN/mθ不锈钢铂石英α－Al2O3辛醇－127.835424243辛醇－226.7142930262－乙基己醇－126.7《5202619正辛酸29.2344232432－乙基己烷27.8《511712磷酸三邻甲酚酯40.9－71418磷酸三邻氯苯酯45.8－71921一些高分子有机物在固体表面上的接触角（20℃）二、测试方法•2）测定粘结剂与金属粉末的结合力---胶沾法日本人的方法：二、测试方法二、测试方法二、测试方法二、测试方法二、测试方法二、测试方法我们的方法：二、测试方法•3）Zeta电位又叫电动电位或电动电势Zeta电位是对颗粒之间相互排斥或吸引力的强度的度量。分子或分散粒子越小，Zeta电位（正或负）越高，体系越稳定，即溶解或分散可以抵抗聚集。反之，Zeta电位（正或负）越低，越倾向于凝结或凝聚，即吸引力超过了排斥力，分散被破坏而发生凝结或凝聚。二、测试方法{Sternlayer剪切面扩散层--1000mV到颗粒表面的距离表面电位Stern电位Zeta电位二、测试方法•Zeta电位与体系稳定性之间的大致关系如下表所示：Zeta电位[mV]胶体稳定性0到±5,快速凝结或凝聚±10到±30开始变得不稳定±30到±40稳定性一般±40到±60较好的稳定性超过±61稳定性极好Thanksforattention!